课程设计简易航标灯报告书.docx

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课程设计简易航标灯报告书

电子技术课程设计报告书

课题名称

简易航标灯制作

姓名

XXX

学号

073310XX

院、系、部

控制工程系

专业

机械设计制造及其自动化

指导教师

2009年10月23日

简易航标灯制作

一．实验目的

1.学习调试电子电路的方法，提高实际动手能力。

2.了解由555定时器构成的电路及原理。

3.了解航标灯（navigationmarklight），是为保证船舶在夜间安全航行而安装在某些航标上的一类交通灯。

它在夜间发出规定的灯光颜色和闪光频率，达到规定的照射角度和能见距离。

航标灯有固定灯标、灯浮标、灯船和灯塔4种。

固定灯标、灯浮标和灯船是作导航和警告用的信标。

灯塔在海上昼夜发出可识信号，供船舶测定位置和向船舶提供危险警告，主要实验通过简易的超低频振荡器和电子开关电路组成，起到警示作用。

二．实验工具

电焊工具，万用表，实验资料，松香，焊锡，镊子。

三．实验材料

R1=2KΩ,R2为光敏电阻，亮阻小于10Ω，暗阻大于1MΩ的光敏电阻,R3=47KΩ,R4=39KΩ,R5为最大值为100KΩ的滑动电阻，以上均为1/4W,金属膜电阻器。

C1=0.01uF,C2=10uF,以上均为耐压值为16V的铝电解电容器。

发光二极管为5V的红色二极管。

555集成电路，8脚插座一个，电路板一个，电池盒一个（4节电池）。

四．实验内容

【实验原理】

555定时器

555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。

只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。

它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。

光敏电阻

光电器件是将光能转换为电能的一种传感器件,它是构成光电式传感器最主要的部件。

光电器件响应快、结构简单、使用方便,而且有较高的可靠性,因此在自动检测、计算机和控制系统中,应用非常广泛。

光电器件工作的物理基础是光电效应。

在光线作用下,物体的电导性能改变的现象称为内光电效应,如光敏电阻等就属于这类光电器件。

在光线作用下,能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应,如光电管、光电倍增管就属于这类光电器件。

在光线作用下,能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应,如光电管、光电倍增管就属于这类光电器件。

在光线作用下,能使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应,即阻挡层光电效应,如光电池、光敏晶体管等就属于这类光电器件。

一、光敏电阻

１．光敏电阻的结构与工作原理

光敏电阻又称光导管,它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。

光敏电阻没有极性,纯粹是一个电阻器件,使用时既可加直流电压,也可以加交流电压。

无光照时,光敏电阻值（暗电阻）很大,电路中电流（暗电流）很小。

当光敏电阻受到一定波长范围的光照时,它的阻值（亮电阻）急剧减少,电路中电流迅速增大。

一般希望暗电阻越大越好,亮电阻越小越好,此时光敏电阻的灵敏度高。

实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级,亮电阻在几千欧以下。

图8-1为光敏电阻的原理结构。

它是涂于玻璃底板上的一薄层半导体物质,半导体的两端装有金属电极,金属电极与引出线端相连接,光敏电阻就通过引出线端接入电路。

为了防止周围介质的影响,在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜,漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。

光敏电阻的结构图

２．光敏电阻的主要参数

（１）暗电阻光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻,此时流过的电流称为暗电流。

（２）亮电阻光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻,此时流过的电流称为亮电流。

（３）光电流亮电流与暗电流之差称为光电流。

３．光敏电阻的基本特性

（1）伏安特性在一定照度下,流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。

图8-2为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。

由图可见,光敏

硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线

电阻在一定的电压范围内,其I-U曲线为直线，说明其阻值与入射光量有关,而与电压、电流无关。

（2）光谱特性光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光谱特性,亦称为光谱响应。

图8-3为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。

对应于不同波长,光敏电阻的灵敏度是不同的。

从图中可见硫化镉光敏电阻的光谱响应的峰值在可见光区域,常被用作光度量测量（照度计）的探头。

而硫化铅光敏电阻响应于近红外和中红外区,常用做火焰探测器的探头。

（3）温度特性温度变化影响光敏电阻的光谱响应,同时,光敏电阻的灵敏度和暗电阻都要改变,尤其是响应于红外区的硫化铅光敏电阻受温度影响更大。

图8-4为硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线,它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动。

因此,硫化铅光敏电阻要在低温、恒温的条件下使用。

对于可见光的光敏电阻,其温度影响要小一些。

1．多谐振荡器的工作原理

　　多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。

多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。

　　由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。

　　由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。

这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。

充电时间常数T充=（R1＋R2）C。

　　由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数T放＝R2C0随着C的放电，uc下降，当uc下降到（1/3）Vcc时，输出uo。

为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。

不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。

电路一旦起振后，uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc之间变化。

图1（b）所示为工作波形。

图1555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形

集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品。

一般双极性型产品型号的最后三位数都是555，CMOS型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。

器件电源电压推荐为4．5～12V，最大输出电流200mA以内，并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。

其主要参数见表8.1。

555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图

引脚功能：

Vi1（TH）：

高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。

Vi2（TL）：

低电平触发端，简称低触发端，标志为

。

VCO：

控制电压端。

VO：

输出端。

Dis：

放电端。

：

复位端。

555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络，产生

VCC和

VCC两个基准电压；两个电压比较器C1、C2；一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器（低电平触发）；放电三极管T和输出反相缓冲器G3。

是复位端，低电平有效。

复位后,基本RS触发器的

端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。

分析图8.1的电路：

在555定时器的VCC端和地之间加上电压，并让VCO悬空，则比较器C1的同相输入端接参考电压

VCC，比较器C2反相输入端接参考电压

VCC，为了学习方便，我们规定：

当TH端的电压>

VCC时，写为VTH=1，当TH端的电压<

VCC时，写为VTH=0。

当

端的电压>

VCC时，写为VTR=1，当

端的电压<

VCC时，写为VTR=0。

①低触发：

当输入电压Vi2<

VCC且Vi1<

VCC时，VTR=0，VTH=0，比较器C2输出为低电平，C1输出为高电平，基本RS触发器的输入端

=0、

=1，使Q＝1，

＝0，经输出反相缓冲器后，VO＝1，T截止。

这时称555定时器“低触发”；

②保持：

若Vi2>

VCC且Vi1<

VCC，则VTR=1，VTH=0，

=

=1，基本RS触发器保持，VO和T状态不变，这时称555定时器“保持”。

③高触发：

若Vi1>

VCC，则VTH=1，比较器C1输出为低电平，无论C2输出何种电平，基本RS触发器因

=0，使

＝1，经输出反相缓冲器后，VO＝0；T导通。

这时称555定时器“高触发”。

555定时器的“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件（即VTH、VTR的“0”、“1”）必须牢牢掌握。

VCO为控制电压端，在VCO端加入电压，可改变两比较器C1、C2的参考电压。

正常工作时，要在VCO和地之间接0．01μF（电容量标记为103）电容。

放电管Tl的输出端Dis为集电极开路输出。

2.光控开关

光控开关主要由光敏电阻组成，用三极管和二极管进行控制。

主要原理如下：

1.晶体管C,E与二极管串联后接到电源上，晶体管C,E之间电阻的大小，取决与Ube（由ds光敏电阻上所分得的电压决定）。

2.2kΩ的电阻与Cds光敏电阻串联后接到电源上，当有光照时光敏电阻Cds阻值变小（串联电路中电压的分配与阻值成正比），分配的电压减小，Ube下降，晶体管C,E之间电阻变大，通过发光管的电流减小，反之发亮。

【实验内容】

1.文字说明

本实验采用一个555集成定时器组成的控制电频，光敏电阻组成的开关的一个简易航标灯。

整个电路由主振荡器，控制开关等部分组成。

主振荡器由555定时器，3个电阻，2个电容等元件组成，颤音振荡器振荡频率较低。

控制开关由光敏电阻和三极管，一个电阻组成，控制灯的开关。

实验之前要先将实验原理理解，认真了解一些元件的用法，特别是一些元件只脚要表明，元件的正负极要分清，最好买时就有标明，若一些不明要经过辨别后方可焊接。

购买元件时要按要求去做，买不到的可分开，按要求购买若干元件，组成效果相同或近似的组合元件，焊接时要认真仔细不要漏焊，注意保护元件的功能正常，焊接好电路后调试时，要耐心，仔细查找原因，要将原理弄懂，方法找对，坚持努力将实验结果做出。

2.电路图

【统调试与结果】

1.根据电路图组装电路。

2.检查元件的接。

3.接通电源，按各键，看是否有结果。

4.得到了预期的结果。

五．注意事项

1.按实验原理完成实验。

2.对实验材料要基本符合要求。

3.注意用电安全。

4.不要长时间对一个节点焊接，以免烧坏元器件。

5.光敏电阻受热后会影响阻值，不要焊接完后直接测试，影响结果。

六．心得体会

通过对航标灯的设计，认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。

而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。

最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。

也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。

他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。

在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。

而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！

七．作品展示