声控拍手开关讲解.docx
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声控拍手开关讲解
物理与电子技术学院
《电子技术基础
（一）》课程设计
（2014级本科）
题目：
声控拍手开关
姓名：
专业班级：
电子科学与技术5班29号
学号:
29号
院:
物理与电子技术学院
指导老师：
张华邱红张卓
完成时间：
2016年7月4日
1课程设计的目的
通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《模拟电子技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握常用模拟电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。
1、学习声控拍手开关的设计方法；
2、研究声控拍手开关的设计方案；
3、掌握三极管管脚极性的判断方法；
4、熟悉电烙铁的使用方法。
2课程设计的任务与要求
2.1设计任务
设计一个声控拍手开关电路
2.2设计要求
该设计主要应用音频放大电路，所有元器件据采用直插式排列法。
该装置了用于楼梯里，仓库内，以今卫生间内部。
晚上只要进入卫生间一拍手就会使灯发光，再次拍手就会使灯灭掉。
适用于黑暗的环境以及人们不常进入到的空间内部。
拍手开关电路为人们提供了方便，黑暗中寻找开关的位置会导致人们因为看不见道路发生意外。
将拍手电路装置制作完成之后安装在家里或者仓库内，当人们进去的时候只需要拍手即可是灯光亮起。
离开时再次拍手就会是灯光灭点，不但方便而且节能。
3设计方案与论证
3.1方案选择与论证
拍手电路的设计主要是应用音频放大电路。
有三极管放大电路的设计部分将麦克风收集到的音频信号进行放大处理，使LED灯发光。
以下是拍手设计电路的方案：
麦克风收集到的音频信号（即拍手的声音）经过阻容耦合电路送到三极管内，三极管通过其放大功能将音频信号放大。
通过R1，C1将信号控制在高灵敏度的范围内，通过整流滤波稳压等电路将声音信号变成平稳的直流信号，然后输出到二极管使二极管发光。
D1、D2与电阻电容配合实现翻转电压的作用，当电源接通的时候，LED不会发光，当麦克风接收到音频信号的时候，D1导通，使得电源电压快速翻转，D3发光。
同理，当再次接收到拍手的声音的时候电路再次发生翻转使D3灭。
该设计方案在实现功能的成功率及电路元器件的配置都很方便我们学习低频电子线路，设计成本相对较低，所以决定采用该方案
防盗报警器的关键部分是报警控制电路，由控制电路控制声、光报警信号的产生。
下面列出设计方案：
4设计原理与功能说明
4.1元器件选用原理
1.①麦克
麦克是驻极体传声器，其作用是感应空气中的微弱振动。
麦克内部存在一个垫片和极板组成的一个电容器，膜片上充有电荷并且是一个塑料膜，因此当膜片受到声压强的作用，膜片要产生振动，从而改变了膜片与极板之间的距离。
进行声电的转换。
（麦克有正负极之分，通常和外壳相通的是负极）
②电阻
电阻，即对电流有阻碍作用的电学元件。
在声控拍手开关中选用的电阻都是一般电阻。
电阻的主要物理特征是变电能为热能，用导体制成具有一定阻值的元件，即是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。
电阻在电路中通常起分压分流的作用，能量降低。
③电解电容
电解电容是电容的一种，通常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、退耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用。
一般不能用于交流电源电路，在直流电源电路中作滤波电容使用时，其阳极（正极）应与电源电压的正极端相连接，阴极（负极）与电源电压的负极端相连接，不能接反，否则会损坏电容器。
④瓷片电容
瓷片电容是一种用陶瓷材料作介质，在陶瓷表面涂覆一层金属薄膜，再经高温烧结后作为电极而成的电容器。
通常用于高稳定振荡回路中，作为回路、旁路电容器及垫整电容器。
适用于高频电路，振荡、交联、和退偶、滤波，最小3P,最大0.68μ。
⑤电源插座
用来接通电源，导通电流使开关正常工作
⑥三极管（硅管）
三极管是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用。
它是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区。
⑦发光二极管
在电路及仪器中作为指示灯。
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
正负极不可接反，因为其具有单向导电性。
2.元器件选择
三极管：
三极管选用了9013——NPN型硅管，它的主要用途是：
作为音频放大和收音机1W推挽输出以及开关等。
而我们做的声控开关正需要用到此三极管的音频放大功能。
晶体管是由两个相距很近、有一定联系的背靠背的PN结，外加电极、管壳封装而成。
由于两个PN结在一定条件下，它们之间的载流子运动是相互影响的，因而它具有电流放大作用。
其引脚图如下显示。
三极管的引脚参数：
参数：
结构NPN
集电极-发射极电压25V
集电极-基极电压45V
发射极-基极电压0.7V
集电极电流IcMax0.5A
耗散功率0.625W
工作温度-55℃~+150℃
特征频率150MHz
放大倍数D64-91E78-122F96-135G122-166H144-220I190-300
主要用途放大电路。
本声控开关选用4个NPN型硅管9013,制作时需判断三极管管脚的极性。
NPN型管判断管脚极性的方法是：
（1）先判断基极的极性：
假设晶体管的某一管脚为基极，将万用表转换开关置于电阻档“R×1KΩ”或“R×100Ω”，用万用表黑笔接触该极，用红笔分别触及剩下的两个管脚。
若两次测量的电阻值都很小，则说明表内电源对晶体三极管的两个PN结是正偏，假设的管脚为基极，且该管为NPN型管。
要想进一步确定两个PN结的质量，可用红笔接触该管脚，用黑笔分别触及另外两管脚，两次测得的电阻均很大（几十千欧至几百千欧），则可确认前面的判断是正确的。
（2）集电极与发射极的判别：
将万用表的红、黑表笔分别接触基极以外的两管脚，并准备一支100KΩ的固定电阻。
若被检测的是NPN型管，假设基极之外的任一管脚为集电极，用万用表的黑表笔接触该极，用红表笔触及剩余管脚，同时用100KΩ电阻跨接于黑表笔与基极之间，如图2－5所示。
观察表针的读数，可获得一电阻值R1。
然后交换表笔，100KΩ电阻仍然跨接于黑表笔与基极之间，同样得到又一电阻值R2。
比较两次测得的阻值，若R1＜R2，则假设的管脚为集电极。
若R1>R2,则假设的管脚不是集电极而是发射集。
由此可推出第三个管脚的极性。
总之，用上述方法辨别（100KΩ电阻一直跨接于黑表笔与基极之间）管脚，测得的阻值较小的一次，黑表笔对应的是集电极c，红表笔对应的则是发射极e。
在测试中，如果检测者身边没有100KΩ的电阻，也可以用潮湿的手指捏住集电极与基极之间，利用人体电阻代替100KΩ电阻的作用，也可作出相应的判断。
图4-2用万用表测三极管的极性
连接三极管时，必须满足三极管的放大条件：
Je正偏UBE>0，Jc反偏UBC<0。
在三极管Je正偏、Jc反偏的条件下，处在放大状态的NPN型管，不论采用哪种连接方法，均为集电极电位最高，发射极电位最低，而基极电位稍高于发射极电位。
因此，对NPN型管的放大条件又可写成UC>UB>UE。
电容：
瓷片电容分高频瓷介和低频瓷介两种。
高频：
具有小的正电容温度系数的电容器，用于高稳定振荡回路中，作为回路电容器及垫整电容器。
低频瓷介电容器限于在工作频率较低的回路中作旁路或隔直流用，或对稳定性和损耗要求不高的场合。
这种电容器不宜使用在脉冲电路中，因为它们易于被脉冲电压击穿。
按瓷介电容电介质又分:
1类电介质（NP0,C0G）,2类电介质（X7R,2X1）和3类电介质（Y5V,2F4）瓷介电容器。
EIARS-198。
本声控开关中选择了低频瓷片电容，其优点是微型化,高比容,中高压,无极性,高可靠,耐高温,低ESR,低成本.主要应用于中,低频电路中作隔直,耦合,旁路和滤波等电容器使用。
识别方法：
电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，分直标法、色标法和数标法3种。
电容的基本单位用法拉（F）表示，其它单位还有：
毫法（mF）、微法（μF）/mju:
/、纳法（nF）、皮法（pF）。
其中：
1法拉=1000毫法（mF），1毫法=1000微法（μF），1微法=1000纳法（nF），1纳法=1000皮法（pF）
容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如10μF/16V
容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示
字母表示法：
1m=1000μF1P2=1.2PF1n=1000PF
数字表示法：
三位数字的表示法也称电容量的数码表示法。
三位数字的前两位数字为标称容量的有效数字，第三位数字表示有效数字后面零的个数，它们的单位都是pF。
如：
102表示标称容量为1000pF。
221表示标称容量为220pF。
224表示标称容量为22x10（4）pF。
在这种表示法中有一个特殊情况，就是当第三位数字用"9"表示时，是用有效数字乘上10的-1次方来表示容量大小。
4.2总体电路图
Q1和Q2组成二级音频放大电路，由MK1接受的音频信号经C1耦合至Q1的基极，放大后由集电极直接馈至Q2的基极，在Q2的集电极得到一负方波，用来触发双稳态电路。
R1、C1将电路频响限制在3kHz左右为高灵敏度范围。
电源接通时，双稳态电路的状态为Q4截止，Q3饱和，D3不亮。
当MK1接到控制信号，经过两级放大后输出一负方波，经过微分处理后负尖脉冲通过D1加至Q3的基极，使电路迅速翻转，D3被点亮。
当MK1再次接到控制信号，电路又发生翻转，D3熄灭。
5单元电路设计
5.1双稳态电路
图5-1双稳态电路
电源接通时，双稳态电路的状态为Q4截止，Q3饱和，D3不亮。
当MK1接到控制信号，经过两级放大后输出一负方波，经过微分处理后负脉冲通过D1加之Q3的基极，使电路快速翻转，D3被点亮。
当MK1再次接到控制信号时，电路又发生翻转，D3熄灭。
工作原理：
在没有外来触发信号的作用下，电路始终处于原来的稳定状态。
在外加输入触发信号作用下，双稳态电路从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。
晶体管PNP型Q3,Q4是二个反相器。
交叉耦合构成双稳态电路，每个反相器的输出端通过 电阻分别耦合到另一个反相器的输入端。
由于反相器的输入和输出信号是反相的，很容易形成二个稳定状态：
Q3 截止,Q4导通。
这是一个稳定状态；反之，Q3导通，Q4 截止，这又是一个稳定状态；R10、R11是Q3、Q4的负载电阻，Rk1、Rk2是二个晶体管级间耦合电阻。
为了保证晶体管快速 截止，用RB1、RB2及电源EB为各个晶体管的基极提供反偏置。
两管集电极的A点和B点是两个输出端，这种电路一般是对称的，即Rc1=Rc2,RB2=RB2，两管参数亦应相同。
5.2电源及输出
图5-2电源及输出
6硬件的制作与调试
6.1电烙铁的使用
1、焊接的注意事项
良好的焊接是实验成功的重要保证；反过来说，焊接不良，往往会使实验失败，甚至损毁元器件。
虽然焊接技术并不复杂，但如果认为它操作简单而掉以轻心，也会造成种种不良后果。
所以应注意以下几点：
（1）电烙铁焊接音乐集成芯片的时候，一定要等电烙铁加热后，拔掉电源插头，用电烙铁的余热焊。
否则，温度过高的焊接，会烫坏音乐芯片。
（2）焊接扬声器的时候，一定要将连接电源正、负极的导线分别焊接在扬声器标有“＋”、“—”符号的一端。
扬声器的下方还有两个类似焊点的地方，如果错将导线焊在那儿，扬声器就会损坏，不能使用了。
（3）烙铁使用日久后，烙铁头容易被“烧死”，即在表面出现一层黑色氧化物，而且变得凹凸不平。
“烧死”的烙铁头很难熔化和沾取焊锡，需用锉刀将它重新挫亮。
尽量使用市场上出售的空心焊锡丝，它是将焊锡做成直径2～4毫米的细管状，在管内装进松香粉。
使用这种焊锡丝，能保护烙铁头不易被“烧死”。
（4）使用电烙铁一定要注意安全，使用前用万用表测一下电烙铁电源插头两端的电阻是否为正常值。
正常时20瓦烙铁的电阻约2000欧，45瓦的为1000欧，75瓦的为600欧，100瓦的约500欧。
电源插头与电烙铁外壳、烙铁头之间的电阻应接近无穷大，否则说明这把电烙铁漏电，不能使用。
2、电路的连接
在连接电路的时候，要严格按照电路图连接电路，也要注意烙铁与电路板接触的时间，不要烧坏电路板。
并在联好电路以后进行测量。
即使发现问题与改正。
6.2电子产品的调试及实验数据
电源接通时，双稳态电路的状态为Q4截止，Q3饱和，D3不亮。
当MK1接到控制信号，经过两级放大后输出一负方波，经过微分处理后负脉冲通过D1加之Q3的基极，使电路快速翻转，D3被点亮。
当MK1再次接到控制信号时，电路又发生翻转，D3熄灭。
当灯泡亮时所测得的数据
Q1:
Ve=0.0,Vb=0.54,Vc=0.13
Q2：
Ve=0.0,Vb=0.07,Vc=4.36
Q3:
Ve=0.0,Vb=0.02,Vc=3.72
Q4:
Ve=0.0,Vb=0.66,Vc=0.02
7总结
通过这个课程设计让我真心觉得，这么课程没有白学。
很多时候，会觉得理论知识在我们的生活中没有太多的实际作用，现在通过这些实践操作，让我明白了许多。
比如，书上没有讲的电烙铁的使用，以及制作和转印电路板，也彻底的明白了一个声控拍手开关的原理及制作。
在理解声控拍手开关的电路的原理时，又更加深刻的了解到三极管的作用，比如，共射极电路是放大电压的大小的，且输出与输入是反相的，共基电路的作用是放大电流的，且输出与输入是同相的，共集电极电路也叫射极跟随器，其作用是输出电压与输入电压是一样的。
还有由三极管构成的双稳态电路，及双稳态电路的作用，也第一次知道了麦克以及电源的构成等等。
对于我们做的这个声控拍手开关的原理是，当麦克没有控制信号时，由双稳态电路知其中一个三极管截止，另一个导通，灯泡不亮，只有当麦克收到控制信号时，灯泡发亮，当麦克再次收到控制信号时，灯泡不亮。
在制作电路板时，又一次巩固了画PCB的知识，比如改信号线的大小及电源线的大小，统一改焊盘的大小，以及怎样布线才算合理。
在焊接过程中，更加深刻明白检查电路的重要性，对于电烙铁的使用以及注意事项有了更深的体会，也会识别有色电阻了。
最后在对产品的调试中也体会到了，耐心的重要性，很多时候我们不可能在第一时间得出我们想要的现象，这个时候我们就得认真检查是不是虚汗或者没连电路等多种原因。
最后，就是谢谢老师这几个星期的耐心教导，让我们学到了很多书上没有的理论知识，谢谢这次的课程设计，让我明白了声控拍手开关的原理以及别的。
附录一：
实物图
附录而：
总体电路原理图
附录三：
元器件清单
序号
名称
型号规格
位号
数量
1
二极管
IN4148
D1D2
2
2
麦克
MIC
MK1
1
3
三极管
9013
Q1Q2Q3Q4
4
4
发光二极管
红色
LED
1
5
电阻
10K
R
1
6
电阻
4.7K
R
7
7
电阻
750K
R
1
8
电阻
510Ω
R
1
9
电解电容器
47µ/16V
C1
1
10
电解电容器
0.1uf
C2
1
11
供电
Con2
J2
1
升级会员 