模拟电子课程设计声控灯开关Word文档格式.docx

模拟电子课程设计声控灯开关Word文档格式.docx

《模拟电子课程设计声控灯开关Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子课程设计声控灯开关Word文档格式.docx（7页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

一设计的目的和任务

1、巩固加深对模拟电子技术基础的理解，提高综合运用所学知识的能力，培养学生独立分析问题、解决问题的能力。

2、通过查找资料、选方案、设计电路、写报告等环节的训练，熟悉设计过程、步骤。

为今后从事电子线路的设计、研制电子产品打下良好的基础。

3、设计模拟和数字电子混合电路，实现特定功能。

学习这一技能，积累这方面的经验。

二设计要求

1、办公楼或居民楼应用的声控开关；

2、白天光线充足时，灯不亮；

3、晚上光线暗，若无人声，灯不亮；

若有人声，则灯亮。

三总体框图设计

根据技术要求，此声控灯开关可由以下几个单元组成：

图1整体框图

四功能设计

本设计主要由桥式整流电路、降压滤波电路、声音信号输入电路、光信号输入电路、延时控制电路以及外接电路6部分组成。

图2声光控制电路图

根据图2电路，原理如下：

由四个二极管组成的桥式整流电路将输入电路的220V50Hz交流电压变换成脉动直流。

该脉动直流电压一路有R3和R1、C3分压并滤波后得到传感及逻辑控制电路所用的电压VCC；

另一路接到晶闸管BT169的阳极。

当BT169的控制级（栅极）为高电平且输入的交流信号Vi=COS（wt+Φ）处于正半周期时，电流由D2→地→D4→灯流过而将灯点亮。

当Vi处于负半周期时，电流由灯→D3→地→D1而将灯点亮。

当BT169的控制级为低电平时，晶闸管截止，此时不会产生驱动灯的电流，此时灯是熄灭的。

由此可见，灯的亮灭是由晶闸管的控制级电平决定的。

因此，关键问题是如何控制其栅极电平的高低。

有光时灯灭；

无光无声时灯灭；

无光有声时灯亮。

参考图2，对光敏电阻RW而言，当有光时，RW<

2kΩ，此时HD14011的1脚即第一个与非门的一个输入端为低电平（地），所以3脚为高电平、4脚为低电平，10脚为高电平，11脚为低电平，则此时晶闸管截止，灯泡是灭的。

相反，如果无光时，RW>

2MΩ，此时HD14011的1脚是高电平，此时第一个与非门的输出取决于2脚的状态，而2脚的状态将由噪声传感器来决定，当没有声音时，2脚为低电平，因此A为高电平，B为低电平，C为高电平，D为低电平，此时晶闸管截止，灯泡灭。

当有声音产生时，在麦克风两端产生一个交流信号，经过电容而将2脚置为高电平，此时A为低电平，B为高电平，C为低电平，D为高电平，从而将晶闸管触发导通，灯泡点亮，同时由于B为高电平，可对电容C2充电，这样，当声音消失后，由于C2和R7的存在，使C点维持在低电平直到C2放电结束，在此过程中，灯泡将会一直保持在亮的状态直至此过程结束。

4.1VCC值的确定

可由R3、R1的分压作用将家用电压经整流后所得电压V0=220x1.414=311V，输入电压的表达式为：

Vcc=R1*V0/（R1+R3），算的VCC=5V。

4.2延迟的确定

图3延迟电路部分

由R7、C2组成延迟电路，要求延迟时间为1min，与非门工作高低电平为3.4V，0.3V，延迟T计算公式：

T=R7C2ln（Vt+/Vt-），算得R7=1.1MΩ，C2=22uf

4.3与非门的高低电平的输入确定

如果无光时，RW>

2MΩ,与非门有一脚是高电平，此时第一个与非门的输出取决于另脚的状态，此脚的状态将由噪声传感器来决定。

当没有声音时：

灯不亮，要求第一个与非门的一脚为低电平，即使三极管工作在饱和区满足条件且输入的电压为0.3V。

此时A为高电平，B为低电平，C为高电平，D为低电平，此时晶闸管截止，灯泡为暗。

由三极管的工作参数得:

Ibs=（Vcc-Vce）/R8β=0.2uA

Ib=（Vcc-Vce）/R2=1.4uA在饱和工作区不满足IC=βIb且Ib>

Ibs

令Ib=10Ibs

由此可得R8=510KΩR2=3MΩ

当有声音时：

灯亮，要求第一个与非门的一脚为高电平，三极管工作在放大区且输出高电平3.4V。

在麦克风两端产生一个交流信号，经过电容而将脚置成高电平，此时A为低电平，B为高电平，C为低电平，D为高电平，从而将晶闸管触发导通，灯泡点亮。

R=R6//R2算得R=35Ω

I=Ib+Vce/R算得I=20mA

满足声音传感器的额定电流I=20mA电压1~12V。

4.4整流电路的设计

整流电路有单相桥式整流电路，单相半波整流电路，单相全波整流电路等，本系统选用单相桥式整流电路。

整流电路的工作原理：

桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，如图4所示。

整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。

根据图4的桥式二极管整流电路和图5的整流波形图可知：

当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。

当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。

在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。

图5桥式二极管整流电路和波形

参数计算：

二极管桥式整流电路输入、输出之间的数量关系及二极管选择的条件：

输出电压VO、输出电流IO与输入电压V2的关系：

VO=2×

0.45V2=0.9V2

IO=0.9×

（VO/RL）

二极管所承受的电流及耐压值

IV=IO/2=0.45×

VRM=V2m

单向桥式整流电路二极管选择条件：

IVZ≥IO/2=0.45×

VRM≥V2m

4.5电容滤波电路

滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。

电容C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。

电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应该与负载串联。

经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可以滤掉一部分交流分量，改变了直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。

滤波电路常有电容滤波，电感滤波和RC滤波等，本系统设计在单相桥式整流电路直接接并联电容构成电容滤波电路，经过此电容滤波电路去整流输出电压纹波。

电容滤波电路如图5所示。

滤波原理：

若电路处于正半周，二极管D2、D4导通，变压器次端电压V2给电容C充电。

此时C相当于并联在V2上，所以输出波形同V2，是正弦形。

所以，在t1到t2时刻，二极管导电，C充电，VC=VL按正弦规律变化；

t2到t3时刻二极管关断，VC=VL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。