模电课程设计 声控闪光灯详细.docx
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模电课程设计声控闪光灯详细
郑州科技学院
《模拟电子技术》课程设计
题目声控闪光灯
学生姓名***
专业班级10级***班
学号*********
院（系）电气工程学院
指导教师袁玉霞
完成时间2012年10月19日
1课程设计的目的
1.1前言
从建国以来，我国的电子技术的不断地飞速发展，广泛应用于社会的各个领域，工业、农业、医学、军事及日常生活等，但我国由于没有赶上前两次科技革命，经济发展相对于发达国家比较晚，仍属于发展中国家，所以作为21世纪的大学生有义务肩负起振兴国家的使命。
忆往昔，1837年画家出身的莫尔斯（S.F.Morse）发明了电报，1876年，美国人贝尔（A.G.Bell）虽然不懂电学和机械，但他凭借造福人类的激情和毅力发明了电话，没有受过正规大学教育的马可尼利用赫兹的火花振荡器作为发射器，实现了无线电信号的传递……
鉴于以上各种事实，同样也点燃了我决心未来成为一名电子工程师内心的火花，我认为在学习好文化知识的基础上，我们应该多实践，把所学到的知识能尽量多地转化为造福社会的生产力。
1.2目的
经过我们组三个人共同的商议，我们决定从比较简单的实验入手，设计一个声控闪光灯。
声音由麦克风拾取，LED灯能随着环境声音的强弱起伏而闪烁发光，当有声音时闪光灯发光，并且在一定范围内随着声音的大小闪光灯的亮暗发生变化，声音越大越亮。
2课程设计的任务与要求
2.1设计任务
一制作声控闪光灯。
1理解声控闪光灯电路的工作过程。
2理解电路中各元件的作用，如耦合电容决定整个电路的下限频率，了解驻极体话筒的结构和特点。
3会对声控闪光灯电路进行安装、调试和测试。
4会用万用表对驻极体话筒进行正、负极识别和质量检测。
5掌握电阻、发光二极管、三极管、驻极体话筒的插装要求与工艺。
6掌握印制电路板元器件的焊接技术。
7熟悉印制电路板的连线方法。
二帮助我们更好地理解所学的理论知识。
能利用模拟电电子技术课程一些基础知识制作出简单的电子器件。
三学会查找资料，包括图书、网络等渠道。
四提升我们的动手能力。
五培养我们制作报告的一些基本方法。
2.2基本要求
1.打印《模拟电子技术》课程设计说明书一份，给出课题的设计和制作、调试过程。
2.根据技术指标要求，画出设计电路图，画出印制电路版图。
3.设计时间：
三周。
4.制作PCB板。
5.人员分组，三人一组，选择同一课题的电路相同，但课程设计报告不能完全相同。
3设计方案与论证
3.1电路设计
3.1.1方案
图3-1声控闪光灯电路基本工作原理
图3-2声音波形图
根据上述基本功能，设计电路图如附录1。
3.1.2论证
三极管VT1相当于开关，VT2起放大作用。
当无声时，VT1处于临界饱和，集电极电位低，则VT2截止，那么VL1、VL2灭，当有声音时，其信号的负半周使ICE1减小，UC1增大，VT1导通，那么VT2也进入放大状态，使VL1、VL2亮，根据声音的频率而闪烁。
3.2仿真
在仿真软件multisim中进行仿真，仿真电路图如图3-3，其中话筒用函数发生器代替，9014晶体管用2N3904代替。
仿真效果为:
当函数发生器大约为0HZ时，发光二级管几乎不闪烁，用万用表测得UC1两端的电压为0.39V，示波器测量二级管两端波形几乎为一条水平线。
当函数发生器大约为100HZ以上时，发光二级管不停地闪烁，用万用表测得UC1两端的电压为0.74V（频率变化,UC1两端的电压也变化不大,如a、当话筒为100HZ时,UC1=0.74V；b、当话筒为10000HZ时,开始UC1=0.68V,大约10秒后，最终UC1=0.74V），用示波器测量二级管两端，两端的波形如图3-4。
因为人声音的频率为85-1100HZ，所以当人发出声音时UC1应该等于0.74V，VT2会导通。
图3-3仿真电路图
图3-4二极管两端波形
4设计原理及功能说明
静态时，使VT1处于临界饱和状态，VT2截止，LED1和LED2无电流流过皆不发光。
R1给电容话筒MIC提供偏置电流（只要选取合适的R2、R3就能使无声波信号时，VT1处于临界饱和状态，使VT2处于截止状态）。
当有声波信号时，话筒捡取室内环境中的声波信号后即转为相应的电信号，经电容C1送到VT1的基极，电信号的负半周使VT1退出饱和状态（正半周时不能使VT1的ICＱ降低），进入放大状态，VT1的集电极电压上升（VT1、VT2组成两级直接耦合放大电路），VT2导通，LED1和LED2点亮发光。
当输入音频信号较弱时，不足以使VT1退出饱和状态，LED1和LED2仍保持熄灭状态，只有较强信号输入时，发光二极管才点亮发光，所以，LED1和LED2能随着环境声音（如音乐、说话）信号的强弱起伏而闪烁发光。
5单元电路的设计（计算与说明）
5.1主要1、2单元电路图
分别如下：
图5-1单元1
图5-2单元2
5.2无声波信号时
单元1:
R1＝4.7KΩ
给电容话筒MIC提供偏置电流，
ＩMIC＝UCC／R1＝0.64mA（5-1）
R2=1MΩ
IBQ1＝（UCC－UBE）/R2=2.3*e-06mA（5-2）
R3=10KΩ
使UCE1为0.2～0.4V
此时VT1处于临界饱和状态，不能放大电流。
单元2:
UC3=UCE1,不能使VT2导通，IBQ2几乎为零，VT2截止,灯不亮。
5.3有声波信号时
单元1:
C1作用：
耦合电容，隔直流，决定下限频率。
fl1=1/[2π（RMIC+ri）C1]≈1/2πriC1（5-3）
rbe=rbb’+（1+β）26/IEQ≈11.6KΩ（5-4）
ri=rbe∥R2≈11.5KΩ（5-5）
所以fl1=13.85HZ
声波信号经话筒转化为相应的电信号，经C1送至VT1的基极进行放大其信号负半周（正半周不能使IBQ1减小，退出饱和状态）使VT1的IBQ1减小，退出饱和状态，则ICQ1减小，UCE1增加（刚有声波时IBQ2仍≈0,UC1=UCC-I1*R3，UCE1=UC1）
单元2：
C2作用:
耦合电容，隔直流，决定下限频率,（当C2容抗Xc增大，fl2降低，两端压降增大，即输出电压UO下降，从而Au下降）。
同理：
fl2=1/[2π（RLED/2）C2]（5-6）
RLED=1.8V/50mA=36Ω（5-7）
所以fl2≈88.46HZ
综上可知下限频率fl=fl2=88.46HZ
所以从而影响了低频放大倍数Ausl[Ausl=Ausm/（1-jf1/f）]
UC1增加使VT2导通退出截止状态，（截止状态时IBQ2=Uc1/rbe=0.2V/11.6KΩ=17.2μA,IBQ2增加，退出截止状态。
5.4附加内容
5.4.1放大电路
放大电路又称放大器，是电子设备中的核心部分，其主要作用是对输入的信号进行放大，从而推动负载工作。
所谓放大，实质就是将直流电源的能量转化为具有一定大小且随着输入信号变化而变化的输出信号，也可以讲放大器是一个能量转换器。
放大电路分为共发射极放大电路、共基极放大电路和共集电集放大电路三种基本形式。
基本放大电路的组成如下：
图5-3共射极放大电路（双电源供电）
图5-4共射极放大电路（单电源供电）
图5-5共集电极放大电路
图5-3所示为双电源供电的共射极放大电路，V是一个NPN型三极管，作用是放大电流；UCC是输出回路的电源，作用是为输出信号提供能量；RC是集电极负载电阻，作用是把电流的变化转换成电压的变化；基极电源UBB和基极偏置电阻RB的作用是为了发射结提供正向偏置电压和合适的基极电流IB；C1、C2称为隔直电容，作用是隔直流、通交流信号。
图5-4为单电压供电的共射极放大电路，只要RB远大于RC，单电源就可代替双电源的作用。
为了是三极管工作在放大状态，首先必须保证反射结为正向偏置，集电结为反向偏置；其次为了保证放大电路能尽可能不失真地放大交流信号，必须在静态是，三极管的各极都要有一个合适的工作电源和电流，即给放大器设置一个合适的静态工作点。
5.4.2滤波电路
滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。
由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C具有平波的作用；与负载串联的电感L,当电源供给的电流增加（由电源电压增加引起）时，它把能量储存起来，而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感L也有平波作用。
滤波电路形式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入式（电容器C接在最前面）和电感输入式（电感器L接在最前面）。
前一种滤波电路多用于小功率电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中（而且当电流很大时，仅用一电感器与负载串联）。
6硬件的制作与调试
1用multisim仿真成功后，按电路图进行装配，实物图如下。
MIC:
有标记一端为正极。
C1、C2：
长引脚为正极。
VT1、VT2:
方法a，9014中间一端为基极，有数据一方面对自己，引脚朝下，则左：
发射级，右：
集电极。
方法b，用万用表（指针式）测量，万用表调到欧姆档，让万用表两表笔接三极管任意两引脚，共8次，其中两次读数最大，则那两次任一端为发射级或集电极，这两次阻值小的一次，黑表笔为C，红表笔为E。
R1:
4.7KΩ黄紫黑棕金，R2:
1MΩ棕黑黑黄金，R3:
10KΩ棕黑黑红金。
图6-1实物图1
图6-2实物图2
2焊接时注意烙铁的使用方法，先使烙铁预热，一定时间后再焊接，把烙铁放在电路板的小铜片上使铜片预热，再把锡丝放在铜片上，让锡丝融化，再抽去焊锡丝，移开烙铁。
连接导线时最好使导线中间留一层绝缘皮，就不容易短路。
最后用胶棒再对电路板进行密封，以进一步防止短路现象发生。
三极管的极性一定不能接错，元件排列整齐美观。
3通电后先测出VT1的集电极电压，使其在0.2～0.4V之间，如该电压太低，则施加声音信号后VT1不能退出饱和状态，VT2不能导通如果该电压超过VT2的死区电压，则静态时VT2就导通，使发光二极管点亮发光，所以对于灵敏度不同的三极管，VT1的集电极电阻R3的大小要通过调试来确定。
4离话筒约0.5m远，用普通声音（适中）讲话时，发光二级管随声音闪烁，如需大声讲话，灯才闪烁，可适当减小R3的阻值，或者更换β值更大的三极管。
5适当的减小R1的阻值，或者更换灵敏度更高的驻极体话筒，也可使话筒接受声音的灵敏度提高。
7总结
经过三个星期的课程设计，留给我印象最深的是设计一个成功的电路，必须要有扎实的知识基础。
本产品能通过声音的频率来控制灯的闪烁，个人感觉其功能还算比较完善。
此次的设计并不奢望十全十美，当中不完美的地方有：
所设计的电路比较简单，但这也让我有更多的时间对所学的专业知识运用到一些细微的方面，我们组每个人也都做了一个成品，还一块做了一个上交上去；答辩时准备不是太充分，让我明白了演讲前一定要有所准备和演讲时一定要摆正好自己的心态。
做设计的目的是希望能检查下对所学知识的运用能力的好坏，并对以后的课程学习打好基础，提高自己的动手能力，并且开始慢慢走上电子产品创新的道路。
参考文献
[1]江晓安.模拟电子技术第三版.西安:
西安电子科技大学出版社2008.3
[2]王松林.电路基础第三版.西安：
西安电子科技大学出版社2008.8
[3]康华光.电子技术基础（模拟部分）.北京：
高等教育出版社2006.1
[4]陈明义.电子技术课程使用教程第三版.长沙：
中南大学出版社2010.1
[5]燕庆明.信号与系统教程第二版.北京：
高等教育出版社2007.11
附录1：
总体电路原理图
附录2：
元器件清单
序号
名称
型号规格
数量
1
驻极体话筒
通用
1
2
电阻R1
4.7KΩ
1
3
电阻R2
1MΩ
1
4
电阻R3
10KΩ
1
5
电容C1
1μF
1
6
电容C2
100μF
1
7
三极管
9014
2
8
发光二极管
红色
2
9
电池
1.5V、7号
2
10
印制电路板
通用
1
11
小电池盒
7号
1
12
导线
普通细铜线
若干
13
胶棒
普通
1
升级会员 