模电课程设计

PAGE郑州科技学院《模拟电子技术》课程设计题目_____声光控制灯______学生姓名杨志伟专业班级自动化3班学号201042082院（系）电气工程学院指导教师张亚超完成时间2012年11月1日目录TOC\o"1-2"\h\z\u第1章摘要 1第2章课程设计任务书 11毕业设计目的和要求： 12实习任务： 2第3章电路组成及工作原理 21电路组成 22电路工作原理 23电路图 34理论分析 3第4章设计方案与论证 81设计原理的方框图 82总体设计 8第5章元器件的参数及性能 81驻极体话筒 82IN4007参数 839014参数 94电阻的识别和检测 95电容的识别和检测 104、可控硅 12第6章硬件的制作与调试 121电路元器件的装配与布局要求 122焊接 133检查与调试光控节能灯电路 13第7章结论 14参考文献： 16附录1电路原理图 17附录2元件清单 18PAGE18第1章摘要公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关,由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象,故使灯泡寿命短,浪费电量,为国家、单位、个人造成经济损失。另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声光双控白炽灯节能自动开关显得相当有必要。使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便，又省电。光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。目前许多声控开关的平均使用寿命不长，主要是因为电路作频繁的开关，启动电流非常大，导致功率元件可控硅由于过载而损坏。采用开关电压过零保护技术，可消除白炽灯开启瞬间的大电流冲击，有效地防止可控硅元件启动时的电流过载，大大地延长了开关的使用寿命，并且可以起到保护灯泡的作用。

设计声光控开关，最起码要考虑三方面的问题，其一是灯泡的开关控制，这是由220V市电供电。其二是光控制，使其在有光时，即使有声音也不能亮。其三就是声音控制，在晚上或光线不足时，只要有人经过，发出声音，灯泡就会点亮。第2章课程设计任务书1毕业设计目的和要求：培养学生电子技术的实践技能，增强综合运用电子技术理论的基本能力，提高分析问题和解决问题、思考问题的能力，通过电子电路基本工艺操作和基本技能的实践锻炼，使学生能了解电子工程设计、科学实践的基本方法，并结合实践过程，培养学生的劳动观点、生产观点和经济观点，树立实事求是的科学作风。2实习任务：通过电子焊接练习和PCB板的排版，学生应达到以下要求：1、掌握电子焊接的基本操作技能；2、掌握电子焊接的基本操作技能；和分析电路原理图及印刷电路板图、装配图的一般规律；3、了解印刷电路板的制作工艺；4、熟悉常用的电子元器件、组件的主要参数及选用原则，并具有查阅电子元器件手册和使用工具书的能力；5、正确选用测试仪器及拟定测试方案；6、初步掌握简易设备的常用维修方法；7、初步掌握简易电子设备的装配调试工艺。8、通过设计、加工和装配，学生应达到以下目的：(1)、掌握电子电路的设计过程和了解电子电路生产流程；(2)、了解电子电路的电路原理图和印刷板图的基本规律；(3)、掌握印刷电路板的（手工）制作工艺，熟悉电子设备的焊接工艺；(4)、初步掌握简单电子设备的故障分析和检修方法。第3章电路组成及工作原理1电路组成电路主要有以下几部分组成.声控电路，光控电路，

延时电路。电路原理方框图图3-1电路原理方框图2电路工作原理顾名思义，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，变为电子开关的开关动作。明确了电路的流向后，即可根据主要元器件将电路划分为若干个单元。首先交流电220V通过灯泡后进入二极管整流变为直流电压，电路是以四只普通三极管来搭配开关作用的，三极管分别由基极，集电极，发射极三个电极，在基极电压达到0.6V三极管就导通工作，把发射极，集电极两个极打开链接对地，电路的三极管是开的，把电阻供来的电源对地放掉，使可控硅没有触发不能导通，第一只管子Q1由麦克风控制的，麦克风接到声音能发出频率使基极0.6V负载下降，管子便停止工作把电源信号送往第二只管子，第二只管子Q2为光控，光敏二级管接到光线把电源送入基极使其工作，在黑夜中停止供电，是使管子停止工作，失去对地放电作用，第三只管子Q3起开关作用，由R5电阻供电来到信号进入三极管基极使其对地放电，把电容22uF,16V的存点放去，第四只管子Q4基极电压由22uF提供使管子工作。在有信号来时把22uF电源对地放去时使管子基极低于0.6V的时候停止工作，使触发电源回位上升触发可控硅导通负载工作，定时原理由22uF充放电来控制时间长短。3电路图图3-2声、光控制电子开关电路原理图4理论分析由电路原理图分析可知，声光控制路灯电路，包含了声音放大电路原理，光敏电阻的相关知识，以及稳压电路的相关理论，和可控硅电子开关等一系列的综合理论知识，现对部分理论知识作出相关分析。1、放大电路的基本形式和放大作用基本放大电路时放大电路中最基本的结构，是构成复杂放大电路的基本单元。基本放大电路一般是指由一个三极管或场效应管组成的放大电路。从电路的角度来看，可以将基本放大电路看成一个双端口网络。放大的作用体现在如下方面：（1）放大电路主要利用三极管或场效应管的控制作用放大微弱信号，输出信号较输入信号在电压或电流的幅度上得到了放大，输出信号较输入信号的能量增大；（2）输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成输出信号能量，提供给负载。所以三极管或场效应管实质上是实现了能量控制与转换；（3）输出信号与输入信号始终保持线性关系，要求信号的放大不能失真，即线性放大，放大电路的三极管和场效应管，必须工作在线性区；三极管工作在放大区，场效应管工作在饱和区。2、稳压二极管工作原理稳压二极管是一个特殊的面接触型的半导体硅二极管，其V-A特性曲线与普通二极管相似，但反向击穿曲线比较陡，稳压二极管工作于反向击穿区，由于它在电路中与适当电阴配合后能起到稳定电压的作用，故称为稳压管。稳压管反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小，当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然猛增，稳压管从而反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压的变化却相当小，利于这一特性，稳压管就在电路到起到稳压的作用了。而且，稳压管与其它普通二极管不同之处是其反向击穿具有可逆性的，当去掉反向电压稳压管又恢复正常，但如果反向电流超过允许范围，二极管将会发热击穿，所以，与其配合的电阻往往起到限流的作用。稳压二极管(又叫齐纳二极管)，此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很少的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。因此，稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。3、整流电路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。单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图5所示。在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。当负半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当正半周时二极管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。单相桥式整流电路的波形图见图3-3图3-3整流电路及波形图4、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。电容器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应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，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滤去整流输出电压的纹波。电容滤波电路如图3-4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给电容器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。图3-4电容滤波电路图3-5电容滤波过程5、晶闸管的描述晶闸管的工作原理分析：晶闸管可用两个不同极性（P-N-P和N-P-N）晶体管来模拟，如图3-6所示。当晶闸管的栅极悬空时，BG1和BG2都处于截止状态，此时电路基本上没有电流流过负载电阻RL，当栅极输入一个正脉冲电压时BG2导通，使BG1的基极电位下降，BG1因此开始导通，BG1导通使得BG2的基极电位进一步升高，BG1的基极电位进一步下降，经过这一个正反馈过程使BG1和BG2进入饱和导通状态。电路很快从截止状态进入导通状态，这是栅极就算没有触发脉冲电路由于正反馈的作用将保持导通状态不变。如果此时在阳极和阴极加上反向电压，由于BG1和BG2均处于反向偏置状态所以电路很快截止，另外如果加大负载电阻RL的阻值使电路电流减少，BG1和BG2的基极电流也将减少，当减少到某一个值时由于电路的正反馈作用，电路将很快从导通状态翻转为截止状态，我们称这个电流为维持电流。在实际应用中，我们可通过一个开关来短路晶闸管的阳极和阴极从而达到晶闸管的关断。等效图如下：图3-6等效图第4章设计方案与论证1设计原理的方框图图4-1设计原理方框图2总体设计由于引入的是交流电，在输入端需要引入整流电路，其作用是时输入的交流信号质量变为脉冲的直流电压。为了使电路处于稳定的工作状态，必须加滤波电路，于是需要在整流电路后设计电容。为了控制电路的通断，还是采取控制高低电平的办法，用三极管的通断直接决定灯泡的点亮和熄灭。为了能更直观、更立体地展现出设计效果，我们在Multisim软件中对原理图进行了绘制，原理图见附录1。第5章元器件的参数及性能1驻极体话筒驻极体选用的是一般收录机用的小话筒，它的测量方法是：用R*100档将红表笔接外壳的S、黑表笔接D,这时用口对着驻极体吹气,若表针有摆动说明该驻极体完好,摆动越大灵敏度越高。2IN4007参数常用的IN4001－4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A,IN4007反向耐压为1000V39014参数9014-NPN外延型晶体管(三极管)，9014是一种最常用的普通三极管，它是一种低电压，大电流，小信号的NPN型硅三极管。

特性集电极电流IC：Max500mA集电极-基极电压Vcbo：40V工作温度：-55℃to+150℃功率(W):0.625fT(MHZ):-.hFE:64～202

和9012（PNP）相对主要用途：1、开关应用2、射频放大3、低噪声放大管4电阻的识别和检测一、电阻器参数识别方法

电阻器的主要参数（标称值与允许偏差）要标注在电阻器上，以供识别。电阻器的参数表示方法有直标法、文字符号法、色环法三种。

1直标法直标法是一种常见标注方法，特别是在体积较大（功率大）的电阻器上采用。

它将该电阻器的标称阻值和允许偏差，型号、功率等参数直接标在电阻器表面，如图所示。在三种表示方法中，直标法使用最为方便。2文字符号法文字符号法和直标法相同，也是直接将有关参数印制在电阻体上。文字符号法，将5.7k电阻器标注成5k7，其中k既作单位，又作小数点。文字符号法中，偏差通常用字母表示。3色环法色环法的规定与国产相同。而数码法，则当阻值大于或等于10时，其阻值用一个3位数表示。其中，前两位是阻值的有效数，后一位是10的n次幂的指数（n为正进口电阻器标志方法采用色标法和数码法等。其中，色标法整数和零），当阻值小于10时，其阻值用数字和R表示，其中R表示小数点，单位为。

阻值标志为R2--标称值为；

阻值标志为4R7--标称值为；

阻值标志240--标称值为；

阻值标志684--标称值为；

电阻器标称阻值的允许偏差，所用的字母及含义与国产电二、电阻的检测测量电阻器时，要注意不能用手同时捏着表笔和电阻器两引出端，以免人体电阻影响测量的准确性。1．对于未安装的电阻，可以用万用表测量一下电阻器的阻值，再根据所读阻值看色环，读出标称阻值。2．对于已装配在电路板上的电阻，可用以下方法进行判断：（1）四色环电阻为普通型电阻器，从标称阻值系列表可知，其只有三种系列，允许偏差为±5%、±10%、±20%，所对应的色环为：金色、银色、无色。而金色、银色、无色这三种颜色没有有效数字，所以，金色、银色、无色作为四色环电阻器的偏差色环，即为最后一条色环（金色，银色除作偏差色环外，可作为乘数）。

（2）五色环电阻器为精密型电阻器，一般常用棕色或红色作为偏差色环。如出现头尾同为棕色或红色环时，要判断第一条色环则要通过方法（3）、（4）。

（3）第一条色环比较靠近电阻器一端引脚。（4）表示电阻器标称阻值的那四条环之间的间隔距离一般为等距离，而表示偏差的色环（即最后一条色环）一般与第四条色环的间隔比较大，以此判断哪一条为最后一条色环。5电容的识别和检测1、电容的识别这种方法是国际电工委员会推荐的表示方法。

具体内容是：用2~4位数字和一个字母表示标称容量，其中数字表示有效数值，字母表示数值的单位。字母有时既表示单位也表示小数点。如：图5-1符号图（1）采用不同的端头形状来表示引脚的极性，见图5-1（b），（c）所示，这种方式往往出现在两根引脚轴向分布的电解电容器中。

(2)标出负极性引脚，见图（d）所示，在电解电容器的绝缘套上画出像负号的符号，以表示这一引脚为负极性引脚。

(3)采用长短不同的引脚来表示引脚极性，通常长的引脚为正极性引脚，见图（a）2、电容器检测方法

(1)用万用电表的欧姆档（R×10k或R×1k档，视电容器的容量而定），当两表笔分别接触容器的两根引线时，表针首先朝顺时针方向（向右）摆动，然后又慢慢地向左回归至∞位置的附近，此过程为电容器的充电过程。(2)当表针静止时所指的电阻值就是该电容器的漏电电阻（R）。在测量中如表针距无穷大较远，表明电容器漏电严重，不能使用。有的电容器在测漏电电阻时，表针退回到无穷大位置时，又顺时针摆动，这表明电容器漏电更严重。一般要求漏电电阻R≥500k，否则不能使用。(3)对于电容量小于5000pF的电容器，万用表不能测它的漏电阻。3、电解电容的极性的判断

用万用表测量电解电容器的漏电电阻，并记下这个阻值的大小，然后将红、黑表棒对调再测电容器的漏电电阻，将两次所测得的阻值对比，漏电电阻小的一次，黑表棒所接触的是负极。4、可控硅(一)可控硅符号：

图5-2（二）可控硅的主要参数可控硅的主要参数有：

(1)额定通态平均电流IT在一定条件下，阳极阴极间可以连续通过的50赫兹正弦半波电流的平均值。

(2)正向阻断峰值电压VPF在控制极开路未加触发信号，阳极正向电压还未超过导能电压时，可以重复加在可控硅两端的正向峰值电压。可控硅承受的正向电压峰值，不能超过手册给出的这个参数值。

(3)反向阴断峰值电压VPR当可控硅加反向电压，处于反向关断状态时，可以重复加在可控硅两端的反向峰值电压。使用时，不能超过手册给出的这个参数值。

(4)控制极触发电流Ig1、触发电压VGT在规定的环境温度下，阳极——阴极间加有一定电压时，可控硅从关断状态转为导通状态所需要的最小控制极电流和电压。

(5)维持电流IH在规定温度下，控制极断路，维持可控硅导通所必需的最小阳极正向电流。

近年来，许多新型可控硅元件相继问世，如适于高频应用的快速可控硅，可以用正或负的触发信号控制两个方向导通的双向可控硅，可以用正触发信号使其导通，用负触发信号使其关断的可控硅等等。第6章硬件的制作与调试1电路元器件的装配与布局要求（1）按电路原理图布局制作电路必须按照电路原理图和元器件的外形尺寸，封装形式在万能板上均匀布局，避免安装时相互影响，应做到使元件排列疏密均匀；电路走向基本与电路原理图一致，一般由输入端开始向输出端“一字形排列”逐步确定元器件的位置，互相连接的元件应就近安放；每个安装孔只能插入一个元件引脚，元器件水平或垂直放置，不能斜放。大多数情况下，元器件都要水平安装在电路板的同一个面上。（2）按电路原理图的连接关系布线布线应做到横平竖直，转角成直角，导线不能相互交叉，确需交叉的导线应在元件体下穿过。（3）元器件的装配工艺要求◆电阻采用水平安装方式，电阻体紧帖电路板，色环电阻的色环标志顺序方向一致。◆电容采用垂直安装方式，电容器底部离开电路板约5mm，注意正负极性。◆Mic直立式安装、底面离电路板6mm左右。2焊接焊接时烙铁头和焊锡靠近被元器件并认准位置，将烙铁头放在工件上进行加热，将焊锡丝放在工件上，熔化适量的焊锡，在送焊锡过程中，先将焊锡接触烙铁头，然后移动焊锡至与烙铁头相对的位置，这样做有利于焊锡的熔化和热量的传导。此时注意焊锡一定要润湿被焊工件表面和整个焊盘。待焊锡充满焊盘后，迅速拿开焊锡丝。焊接完成后，检查一下焊点的质量看看有没有是否有错焊、漏焊、虚焊，再用手指触摸元器件有无松动、焊接不牢的现象，用镊子轻轻拨动焊接部或夹住元器件引线，轻轻拉动观察有无松动现象，确保在焊接这道工艺上不出错误。3检查与调试光控节能灯电路接通电源前，用万用表检测电路是否接通，对照电路图，从左向右，从上到下，逐个元件进行检测。（1）检测所有接地的引脚是否真正接到电源的负极方法及步骤：选择万用表的欧姆档的R1K(或R100)档，用万用表的一个表笔接电路的公共接地端（电源的负极），另一个表笔接元件的接地端，如果万用表的指针偏转很大，接近0欧姆位置（刻度右边），则说明接通，如果表指针不动或偏转较小，则说明该元件的接地端子没有和电源的负极接通。（2）检测所有接电源的引脚是否真正接到电源的正极方法及步骤：选择万用表的欧姆档的R1K(或R100)档，用万用表的一个表笔接电源的正极，另一个表笔接元件需接电源的端子，如果万用表的指针偏转很大，接近0欧姆位置（刻度右边），则说明接通，如果表指针不动或偏转较小，则说明没有和电源的正极接通。（3）检测相互连接的元件之间是否真正接通方法及步骤：选择万用表的欧姆档的R1K(或R100)档，用万用表的一个表笔接元件的一端，另一个表笔接和它相连的另一个元件的端子，如果万用表的指针偏转很大，接近0欧姆位置（刻度右边），则说明接通，如果表指针不动或偏转较小，则说明没有接通。（4）确定电路无误后，接通电源。第7章结论本设计报告主要介绍了用模拟电路实现的声光控制电路设计方法。系统介绍了该电路的功能，结合以前所学的模电知识，实现系统的功能要求。设计中很好的使模、数相结合，满足了设计所要求的任务。在本次实验中，我学到了很多，同时也感悟了很多。我体会到了团结互助和同学之间的默契配合，不懂的地方请教老师，一遍遍的拆线、装线，测试导线和芯片的好坏，因为任何一个小小的疏忽，都将导致实验的失败。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的总结。第一，接到任务以后进行选题。选题是毕业设计的开端，选择恰当的、感兴趣的题目，这对于整个毕业设计是否能够顺利进行关系极大。好比走路，这开始的第一步是具