光声控制开关毕业设计.doc

应用电子技术专业专科毕业论文论文题目： 学 院： 电子信息工程学院 专 业： 应用电子技术 学 生 姓 名： 班 级： 学 号 指导教师姓名： 职称 最终评定成绩 2011年 6 月摘要平时我们晚上走在楼梯道里也会发现灯会突然亮，走过后灯会自动灭。这是因为如果让楼道的照明灯一直亮着，则难免会浪费电力资源，特别在当今提倡节约型社会里这就很不合理了。因此设计一种既不浪费电力又很方便实用的照明灯系统是很有实用价值意义的一件事。这里通过设计此系统电路来说明光敏电阻，双向可控硅，驻极体传声器，cd4011等器件的用法和原理。 在本设计中介绍了声光控路灯控制器白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。夜晚光暗，电路的拾音器的组成、性能，适用范围及工作原理， 节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金，使用效果良好。只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过数十秒后又自动熄灭，节能节电。 关键词: 电源 ，整流，稳压器， 可控硅，cd4011， 光敏电阻，驻极体传声器 abstractwe usually go at night lantern festival at the stairs will find a sudden hang on, walk off automatically after the lantern festival. this is because if you leave the corridor of light has been lit, there is inevitably a waste of power resources, especially in todays society, which advocates saving is very unreasonable. so the design is neither a waste of power and very convenient and practical lighting system is very practical sense of one thing. here the circuit through the design of this system to illustrate the photosensitive resistance, triac, electret microphone, cd4011 and principles of the use of such devices.introduced in the design of sound and light control during the day light lamp controller is good, no matter how sound passer issued, will not be the lamp lit. light and dark at night, the pickup circuit composition, performance, application and working principle of power-saving effect is very obvious, but also greatly reduce the amount of maintenance, save money, use good effect. burst as long as the detected sound, it will automatically light for lighting, over tens of seconds and then automatically turns off, energy saving.keywords: power supply, rectifier, regulator, scr, cd4011, photosensitive resistors, electret microphone朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典详细内容目 录 摘要 i引言11. 电路的原理分析211工作原理22. 芯片及元件选择部分3 2.1 cd4011数字集成芯片32.2 驻极体传声32.3晶闸管5 2.31晶闸管的检测62.4光敏电阻63单元电路731稳压电源7311变压器7312整流电路8313滤波电路8314稳压电路84电路制作与调试84.1 安装制作84.2 调试准备检查电路9 43通电观察944调试 95元件清单10结论11 致谢12参考文献 13 引言随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。声光控灯已成为人们日常生活中必不可少的必需品，它不需要开关，在晚上当有人经过时会自动的亮；它广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所，给人们的生活、带来极大的方便。因此，得到了广泛的应用。声光控电路是声音和光控制电路工作的电子开关。它将声音（如击掌声）和光转化为电信号，经放大、整形，输出一个开关信号去控制各种电器的工作，在自动控制工业电器和家用电器方面有着广泛的用途。由于，本电路广泛应用于人们的日常生活中，所以，有很大的重用作用。 该设计主要是通过对声光控灯的电路设计来介绍有关器件的用法和一般电路的设计。声光控制是通过光敏电阻来实现的，当光敏电阻在背光的的时候即使这时也是人走过了（有声音时）的时候灯也不会亮，。在有的电路中这种原理也可以通过声音的振动来实现，这样就给路人提供了相应的方便，同时也达到了节电和节能的目的，延长灯的寿命。在实际生活中节电节能，能够实现更多的自动化。1.电路的原理分析1.1工作原理 图11 声光控制开关的原理电路图 声光控延时开关的电路原理图见图1.1所示。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路cd4011，其内部含有4个独立的与非门vd 1vd4，使电路结构简单，工作可靠性高。顾名思义，声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启，若干分钟后延时开关“自动关闭。因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元，由此可画出图12所示的方框图。图12 sgk-10声光控延时开关框图结合图12来分析图11。声音信号(脚步声、掌声等)由驻极体话筒bm接收并转换成电信号，经c1耦合到vt的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门(vd1)的2脚，r4、r7是vt偏置电阻，c2是电源滤波电容。 为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻rg等元件组成光控电路，r5和rg组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，rg两端的电压高，即为高电平间t=2r8c3，改变r8或c3的值，可改变延时时间，满足不同目的。vd3和vd4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。当c3充电到一定电平时，信号经与非门vd3、vd4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；c3充满电后只向r8放电，当放电到一定电平时，经与非门vd3、vd4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。 二极管vd1vd4将交流220v进行桥式整流，变成脉动直流电，又经r1降压，c2滤波后即为电路的直流电源，为bm、vt、ic等供电。2芯片及元件选择部分2.1 cd4011数字集成芯片ic 选用 cmos 数字集成电路 cd4011 ， cd4011 有四个独立的与非门电路，它可做成振荡、单稳、双稳，又可作为整形、反相等等。在本电路中cd4011仅用作反相和整形以及控制门的作用。内部功能见图2.1图2.1 cd4011引脚图2.2 驻极体传声 随着通讯业的蓬勃发展，和相关技术的提高，整机产品对传声器的要求也越来越高。本文所提到的传声器，是指驻极体电容传声器，即俗称的咪头。传声器的通用指标：1、灵敏度（感度）一般定义为：传声器声电转换的效率。用db表示。在相关传声器的测试标准中设定为0db=1v，所以传声器的灵敏度值均为负值。例如：-58db 传声器的灵敏度一般在 28-66 db之间选择，不同的用途就有着不同的灵敏度要求。例如：笔记本电脑的灵敏度值要求就比较高，要在27db左右，而蓝牙耳机则比较低，只要-62db左右就可以。必须提及的是：传声器灵敏度的高低不仅是传声器自身的灵敏度决定的，还与电路中的电阻r有关。这个电阻的大小直接影响到传声器的灵敏度。同样一个传声器，如采用不同的r值，灵敏度就完全不同。例如：r值为1k和2k时，灵敏度可相差近7db！所以灵敏度是有条件的，传声器生产厂家一般要给定测试条件，通常为：2.2k 、3v 。2、频率响应一般定义为：传声器在音频传输中频率各点所对应的灵敏度的一致性状态。传声器的频响范围大夺标称为20-20khz，一般认为，这种一致性越趋一致，整个频响曲线越平越好。但在实际使用中并非如此。如：在电话机中，就希望传声器的频响曲线是斩头去尾的草垛型。这样可以最大限度的克服低频噪声和高端啸叫。航空耳唛中的传声器则要求削掉700hz以下的成分，以避开飞机发动机的低频噪声频率。在一般的会议传声中则希望降低4000hz以上的频响也应该视用而异。 3、电流与阻抗的频率，以克服啸叫。而在超声传输中，则要求传声器的频响15khz以上高端灵敏度越高越好。所以传声器 咪头内部有一个场效应三极管，其作用是阻抗转换和信号放大，所以咪头工作必须要加一个直流电压，可在1.5-6v之间选择。咪头的电流值正常情况下取决于fet（场效管）的电流值。一般在0.15-0.5ma之间。在这里，fet是一个恒流源，当咪头的外加电压、电阻变化时电流值基本不变。因此，我们可以认为咪头的电流值就是fet的电流值。fet电流值与自身的放大增益指标即跨导（相当于晶体管的放大倍数）、自身的阻抗值有关。一般认为：在一定的范围内，咪头的正常电流值越大、阻抗也就越低、放大能力就越高、咪头的灵敏度也就越高。咪头的阻抗生产厂家一般标定为：2.2k，事实上，咪头的阻抗是个范围值，而不是点值。实践中咪头的阻抗在700欧姆-3000欧姆之间，不少用户用万用表测阻抗其实是不对的，万用表测得的只是咪头fet的直流电阻。 咪头的阻抗值不仅影响到咪头本身的灵敏度，更重要的是影响到使用咪头的电器的指标，就是说，咪头的输出阻抗一定要与使用咪头的电器的放大器的输入阻抗匹配，才能获得最大传声增益。4、 噪声的产生与克服 咪头的噪声分自身的本地噪声，和外界的干扰噪声。由于咪头的场效应管电流值很小，本地噪声已很小。金属外壳接地不良、封装不良、是噪声的主要来源。特别在手机等高频设备中，当咪头外壳与pcb版的接触电阻大于1欧姆，就会产生明显的高频调制干扰，即所谓的电流声、蚊鸣声。2.3晶闸管可控硅也称作晶闸管，它是由pnpn四层半导体构成的元件，有三个电极，阳极a，阴极k和控制极g 。 可控硅在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，并且不象继电器那样控制时有火花产生，而且动作快、寿命长、可靠性好。在调速、调光、调压、调温以及其他各种控制电路中都有它的身影。 可控硅分为单向的和双向的，符号也不同。单向可控硅有三个pn结，由最外层的p极和n极引出两个电极，分别称为阳极和阴极，由中间的p极引出一个控制极。 单向可控硅有其独特的特性：当阳极接反向电压，或者阳极接正向电压但控制极不加电压时，它都不导通，而阳极和控制极同时接正向电压时，它就会变成导通状态。一旦导通，控制电压便失去了对它的控制作用，不论有没有控制电压，也不论控制电压的极性如何，将一直处于导通状态。要想关断，只有把阳极电压降低到某一临界值或者反向。普通晶闸管的阳极与阴极之间具有单向导电的性能，其内部可以等效为由一只pnp晶闸管和一只npn晶闸管组成的组合管，如图22所示。图22普通晶闸管的结构和等效电路a结构图b等效电路23.1晶闸管的检测（1）判别各电极 根据普通晶闸管的结构可知，其门极g与阴极k极之间为一个pn结，具有单向导电特性，而阳极a与门极之间有两个反极性串联的pn结。因此，通过用万用表r100a或r1k档测量普通晶闸管各引脚之间的电阻值，即能确定三个电极。 具体方法是：将万用表黑表笔任接晶闸管某一极，红表笔依次去触碰另外两个电极。若测量结果有一次阻值为几千欧姆（k），而另一次阻值为几百欧姆（），则可判定黑表笔接的是门极g。在阻值为几百欧姆的测量中，红表笔接的是阴极k，而在阻值为几千欧姆的那次测量中，红表笔接的是阳极a，若两次测出的阻值均很大，则说明黑表笔接的不是门极g，应用同样方法改测其它电极，直到找出三个电极为止。 （2）判断其好坏 用万用表r1k档测量普通晶体管阳极a与阴极k之间的正、反向电阻，正常时均应为无穷大（）若测得a、k之间的正、反向电阻值为零或阻值较小，则说明晶闸管内部击穿短路或漏电。 测量门极g与阴极k之间的正、反向电阻值，正常时应大（大于80 k）。若两次测量的电阻值均很大或均很小，则说明该晶闸管g、k极之间开路或短路。若正、反电阻值均相等或接近，则说明该晶闸管已失效，其g、k极间pn结已失去单向导电作用。 测量阳极a与门极g之间的正、反向电阻，正常时两个阻值均应为几百千欧姆（k）或无穷大，若出现正、反向电阻值不一样（有类似二极管的单向导电），则是g、a极之间反向串联的两个pn结中的一个已击穿短路。2.4 光敏电阻光敏电阻 是一种电阻值随外界光照强弱（明暗）变化而变化的元件，光越强阻值越小，光越弱阻值越大。如果把光敏电阻的两个引脚接在万用表的表笔上，用万用表的r1k挡测量在不同的光照下光敏电阻的阻值：将光敏电阻从较暗的抽屉里移到阳光下或灯光上，万用表读数将会发生变化。在完全黑暗处，光敏电阻的阻值可达几兆欧以上（万用表指示电阻为无穷大，即指针不动），而在较强光线下，阻值可降到几千欧甚至1千欧以下。光敏电阻器又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。光敏电阻的主要参数有亮电阻，暗电阻，光电特性 光谱特性，频率特性，温度特性。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。没有极性，纯粹是个电阻期间，使用时可加直流也可以加交流它的工作原理是：用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。 在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。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。3单元电路3.1稳压电源直流稳压电源一般由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等四部分组成。电源电路如图3.1所示 。图3.1电源电路3.1.1变压器 电源变压器的作用是为了用电设备提供所需的交流电压。变压器是利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器，是电能传递或作为信号传输的重要元件。变压器是一种静止电机，根据电磁感应的原理，能够将一种电压的电能转换为另一种电压的电能，以满足不同负荷的需要。变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。其中，与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组；与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次组。3.1.2整流电路所谓桥式整流电路，就是用二极管组成一个整流电桥。当输入电压处于交流电压正半周时，二极管d1、负载电阻rl、d3构成一个回路，输出电负半周时，二极管d2、负载电阻rl、d4构成一个回路，输出电压vo=vi-vd2-vd4。图中滤波电容的工作状态。压vo=vi-vd1-vd3。输入电压处于交流电压3.1.3滤波电路滤波电容容量大，因此一般采用电解电容，在接线时要注意电解电容的正、负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。3.1.4稳压电路直流稳压电源稳定性高，输出不随负载的变化而变化。但一般适用于电流较小的电路中。在这个电路中我们采用的是三端固定集成稳压器。三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳太器，其基本原理相同，在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。固定三端稳压器的原理：因为固定三端稳压器属于串联型稳压电路，因此它的原理等同于串联型稳压电路。其中r1、rp、r2组成的分压器是取样电路，从输出端取出部分电压ub2作为取样电压加至三极管t2的基极。稳压管dz以其稳定电压uz作为基准电压由于调整元件是晶体管管，而且在电路中与负载相串联，故称为晶体，加在t2的发射极上。r3是稳压管的限流电阻。三极管t2组成比较放ui加在大电路，它将可调节rl两端的电压uo。也就是说，稳压电路的输出电压uo可以通过三极管t1加以调节，所以t1称为调整管。管串联型稳压电路。电阻r4和t1的基极偏置电阻，取样电压ub2与基准电压uz加以比较和放大，再去控制三极管t1的基极电位。从图可见，输入电压三极管t1与负载rl相串联的电路上，因此，改变t1集电极间的电压降uce1便也是t2的集电极负载电阻。4 电路制作与调试4.1 安装制作对照元件清单买到电子元器件后，首先对照材料清单将各材料认真清点一遍，并用万用表粗略地 ( 因出厂前已测量过 ) 测量一下各元件，做到心中有数。焊接时注意先焊接无极性的阻容元件，电阻采用卧装，电容采用直立装，紧贴电路板，焊接有极性的元件如电解电容、话筒、整流二极管、三极管、单向可控硅等元件时千万不要装反，注意极性的正确。否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件。4.2调试准备检查电路在通电调试之前，必须认真检查电路连线是否正确，对照电路图按照一定顺序逐级检测，特别要注意电源是否接错，电源与地是否有短接，二极管是否接反，轻轻拨一拨元器件，观察焊点是否牢固。4.3通电观察安装保险管后才能给电路通电。电源接通后首先保证安全，观察电路中是否有冒烟、起火等现象。如果有，应立即断电，故障排除后继续通电，并注意观察各器件引脚电压是否正常。打开电源，给系统加上激励信号源（如系统的啪手声、打击声），用眼睛直接观察灯泡是否亮和按时熄灭。4.4调试先用万用表测量电路有关点电位是否正常。检查发光二极管是否正常工作。发现不正常现象时，及时找出原因进行修改，注意接线不得有误，接入电源，使脉冲发生电路正常工作。在光电二极管有光与无光的情况下看总体电路的工作情况。观察灯泡是否按要求进行亮暗变化。如不能顺利完成以上功能，则应认真检查电路的连接及功能设计是否有误并作出相应调整。在本电路调试中，发现无论光电二极管遮光与否，灯一直保持两的状态不变，测得三极管各引脚、单向晶闸管两端、及六反相器均无电压，用万用表测量整流桥损坏。换上新的整流桥后测得：三极管基极电压0.6v、集电极电压0.1v、发射极电压0v单向晶闸管a极4.5v、g极0.8v、k极0v 反相器电压4.0v5元器件清单列表一：序号名称型号规格位号数量1集成块cd4011ic1块2话筒54+2dbbm1个3二极管in4001vd51只4电解电容10c2、c32只5瓷片电容104c11只6电阻120kr11只7电阻47kr2、r32只8电阻22mr41只9电阻1mr51只10电阻10kr61只11电阻470kr71只12电阻51kr81只13单向可控硅1006scr1只14光敏电阻器625arg1只15三极管901