模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--光控照明電路

1、<p>　　《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題 目 光控照明電路 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化2班 </p><p>　　學(xué) 號(hào)

2、</p><p>　　院 （系） 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　完成時(shí)間 2013-06-08 </p><p>　　模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p>　　一、設(shè)計(jì)題目

3、 光控照明電路 </p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p>　　1. 采用直流電源供電；</p><p>　　2. 根據(jù)光線強(qiáng)弱感應(yīng)自動(dòng)控制照明燈的亮滅；</p><p>　　3. 設(shè)計(jì)電路原理圖，進(jìn)行元件焊接調(diào)試并撰寫設(shè)

4、計(jì)報(bào)告。</p><p><b>　　三、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 童詩(shī)白，華成英. 模擬電子技術(shù)（第四版）. 北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　[2] 陳梓城. 實(shí)用電子電路設(shè)計(jì)與調(diào)試. 北京：中國(guó)電力出版社，2006</p><p>　　[3] 謝自美. 電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試

5、（第二版）. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000</p><p>　　[4] 李萬(wàn)臣. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì). 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2001</p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)時(shí)間 </b></p><p>　　2013 年 06 月 03 日 至 2013 年 06月 13 日</p><p

6、>　　指導(dǎo)教師簽名： </p><p>　　專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： </p><p>　　2013年 05 月 30 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設(shè)計(jì)的目的1&

7、lt;/p><p>　　2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)1</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)要求1</p><p><b>　　3 設(shè)計(jì)方案2</b></p><p>　　3.1 光控照明電路原理方框圖與工作原理2</p><p&

8、gt;　　3.2 總體電路圖3</p><p>　　4 單元電路圖設(shè)計(jì)4</p><p>　　4.1 光控照明開(kāi)關(guān)電路4</p><p>　　4.2 光控照明燈電路5</p><p>　　5 電子產(chǎn)品的制作與調(diào)試6</p><p>　　5.1 光控電路圖的仿真6</p><p

9、>　　5.2 電子產(chǎn)品的組裝6</p><p>　　5.3 焊接后產(chǎn)品的調(diào)試7</p><p><b>　　6 總結(jié)7</b></p><p>　　6.1 電子產(chǎn)品的誤差與分析7</p><p>　　6.2 實(shí)訓(xùn)的感想8</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)9

10、</b></p><p>　　附錄一：總體電路原理圖10</p><p>　　附錄二：元器件清單11</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)的目的</b></p><p>　　當(dāng)電氣照明使得人類活動(dòng)的時(shí)域、空域大為延伸時(shí)，人類的文明和一切活動(dòng)都已離不開(kāi)照明，然而過(guò)量的照明不僅大量消耗了能源，加重了能源浪費(fèi)，

11、而且給環(huán)境污染雪上加霜。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界各國(guó)照明用電占總發(fā)電量的12%~14%，因此照明自然成為節(jié)能的重要目標(biāo)。目前我國(guó)照明自動(dòng)控制裝置的開(kāi)發(fā)水平仍落后與發(fā)達(dá)國(guó)家，另外各地照明仍存在許多能源浪費(fèi)的現(xiàn)象，因此，研究節(jié)能、環(huán)保照明控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。</p><p>　　掌握光控照明電路的組成要素，學(xué)習(xí)模擬電路的基本方法、設(shè)計(jì)步驟。</p><p>　　學(xué)習(xí)光敏電阻器的原理與使用方法。&l

12、t;/p><p>　　學(xué)會(huì)用EWB仿真設(shè)計(jì)模擬電子電路。培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。</p><p>　　掌握三極管管腳極性的判斷方法及電烙鐵的使用方法。</p><p>　　2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)

13、運(yùn)用光控原理制成的照明電路。</p><p><b>　　2.2 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　運(yùn)用光敏電阻隨光照強(qiáng)度不同電阻阻值發(fā)生變化的原理，設(shè)計(jì)一個(gè)在白天繼電器開(kāi)關(guān)斷開(kāi)燈不亮、晚上繼電器開(kāi)關(guān)閉合燈亮的自動(dòng)控制裝置。</p><p>　　該裝置可運(yùn)用于控制道路上的路燈、家庭等場(chǎng)合。當(dāng)天空及周圍環(huán)境變暗時(shí)自動(dòng)照明，周圍環(huán)境變亮?xí)r自動(dòng)

14、熄滅。這樣可以提高節(jié)約能源，并且實(shí)現(xiàn)了無(wú)人操作簡(jiǎn)單方便等好處。</p><p><b>　　3 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　3.1 光控照明電路原理方框圖與工作原理</p><p>　　1、 光控照明原理方框圖</p><p>　　采用光敏電阻器和照明控制繼電器為基本元器件組成的光控照明電路，這種光控照明電

15、路的特點(diǎn)是可以根據(jù)光線的亮度自動(dòng)控制照明，與人工操作比較，開(kāi)關(guān)及時(shí)，具有很好的節(jié)能效果。</p><p>　　光控照明電路的制作主要是利用半導(dǎo)體光電器件——光敏電阻器的特性制作而成的。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制作的一種電阻值隨著光照的強(qiáng)弱而改變的電阻器，它利用光線的強(qiáng)弱來(lái)控制照明開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，動(dòng)作點(diǎn)可根據(jù)實(shí)現(xiàn)光線的強(qiáng)弱調(diào)節(jié)，運(yùn)用時(shí)無(wú)需人工操作，避免了人工操作開(kāi)關(guān)不及時(shí)等不利因素，因而有效的節(jié)約了電能。光控照

16、明電路原理方框圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1電路原理方框圖</p><p>　　電路主要由兩大部分構(gòu)成，第一部分是光控照明開(kāi)關(guān)電路，是系統(tǒng)的核心主體，由多個(gè)電路元件構(gòu)成的光控開(kāi)關(guān)，15V的直流電壓提供；第二部分是光控照明燈電路，是系統(tǒng)提供照明的裝置，本課題設(shè)計(jì)采用的是3V電壓提供電路照明，現(xiàn)實(shí)中可以采用220V的電壓提供照明。</p><p>&l

17、t;b>　　2、 工作原理</b></p><p>　　根據(jù)光控照明電路的總體電路圖3-2所示?？傮w電路圖有一個(gè)繼電器開(kāi)關(guān)K，當(dāng)環(huán)境比較明亮不需要照明時(shí)，光控照明開(kāi)關(guān)電路中的運(yùn)算放大器輸出低電平，晶體管無(wú)輸入偏置電流而截止，繼電器線圈無(wú)電流通過(guò)，開(kāi)關(guān)K處于斷開(kāi)狀態(tài)，燈不亮；當(dāng)環(huán)境需要照明時(shí)，運(yùn)算放大器輸出高電平，晶體管飽和導(dǎo)通，繼電器線圈有電流流過(guò)，隨動(dòng)開(kāi)關(guān)K閉合，燈被點(diǎn)亮。</p>

18、<p><b>　　總體電路圖</b></p><p>　　光控照明電路總體電路圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 光控照明總體電路圖</p><p>　　上圖左邊部分為光控照明開(kāi)關(guān)電路，RL為光敏電阻，光照時(shí)電阻變小，反之則變大。右邊部分為光控照明燈電路。</p><p>　　4 單元電路圖

19、的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 光控照明開(kāi)關(guān)</p><p>　　1、光控照明開(kāi)關(guān)的基本設(shè)計(jì)</p><p>　　光控照明電路的目的是保證基礎(chǔ)照明設(shè)施在白晝時(shí)自動(dòng)停止工作，而在天黑時(shí)自動(dòng)開(kāi)始工作，負(fù)責(zé)照明。這樣不但節(jié)約了能源，避免長(zhǎng)明燈現(xiàn)象，又節(jié)約了人能力還節(jié)省了照明電路的開(kāi)關(guān)設(shè)施。給基于這樣的目的，照明設(shè)備的開(kāi)關(guān)時(shí)刻無(wú)需特別精確。因此，根據(jù)實(shí)際需要，選擇如圖

20、4-1所示的控制電路，該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本價(jià)格低廉，這本身就順應(yīng)了節(jié)能的初衷。</p><p>　　圖4-1控制電路原理圖</p><p>　　運(yùn)算放大器和R2、R3、R4、DZ構(gòu)成滯回比較器15V電壓經(jīng)過(guò)R5、RP2分壓為運(yùn)算放大器的同相輸入端提供一個(gè)參考電壓UREF</p><p>　　UREF=15RP2 / (R5+RP2)</p><p

21、>　　同相輸入端的點(diǎn)位U+為</p><p>　　U+=R3UREF/( R3+R4)±R4UZ/(R3+R4)</p><p>　　顯然，滯回比較器的兩個(gè)閾值電壓為</p><p>　　UT1= R3UREF/( R3+R4)+R4UZ/(R3+R4)</p><p>　　UT2= R3UREF/( R3+R4)-R4UZ/

22、(R3+R4)</p><p>　　顯然由于運(yùn)算放大器是單電源供電，所以其輸入的最小值為0V，這樣</p><p>　　UT2= R3UREF/( R3+R4)</p><p>　　RL為光敏電阻，其阻值隨著外界的光照強(qiáng)弱而變化，當(dāng)光照強(qiáng)烈時(shí)，呈現(xiàn)低電阻；沒(méi)有光照時(shí)，呈現(xiàn)高阻值。</p><p>　　當(dāng)U1>UT1時(shí)，晶體管VT截止，繼

23、電器K不工作，燈不亮；當(dāng)外界照明昏暗時(shí)，RL的阻值開(kāi)始變大，點(diǎn)電位降低，當(dāng)U1<UT2時(shí)，運(yùn)算放大器輸出高電平，晶體管VT飽和導(dǎo)通，繼電器線圈K得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)K吸合，燈點(diǎn)亮發(fā)光。</p><p>　　為了提高抗干擾能力，電路中除了使用滯回比較器外，R1、C組成了阻容延時(shí)電路，可以吸收雷電等瞬間光線干擾。電路通過(guò)RP1、RP2可以調(diào)節(jié)燈在合適的光線下點(diǎn)亮和關(guān)閉，VD對(duì)繼電器起續(xù)流保護(hù)作用。</p>

24、;<p><b>　　光控照明燈</b></p><p>　　光控照明燈電路圖如圖4-2所示</p><p>　　光控照明燈電路非常簡(jiǎn)單，只需要把一個(gè)燈及電源與繼電器開(kāi)關(guān)相連即可，燈可以隨著繼電器開(kāi)關(guān)的工作而工作。簡(jiǎn)單方便，在現(xiàn)實(shí)生活中很容易操作。</p><p>　　圖4-2光控照明燈電路圖</p><p&g

25、t;<b>　　硬件的制作與調(diào)試</b></p><p>　　5.1 光控電路圖的仿真</p><p>　　在EWB上創(chuàng)建如圖5-1所示的電路仿真圖，模擬白晝不需要照明時(shí)的情況。白晝環(huán)境下，光敏電阻的亮電阻較?。?-10K），運(yùn)算放大器的反向端電位高于同向端電位，其輸出為低電平，晶體管截止，繼電器線圈無(wú)電流，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，照明燈LED不亮。 </p>&l

26、t;p>　　圖5-1白天仿真電路圖</p><p>　　模擬夜晚需要照明時(shí)的圖5-2，夜晚環(huán)境下，光敏電阻的亮電阻較大（100K以上），運(yùn)算放大器的反向端電位低于同向端電位，其輸出為高電平，晶體管導(dǎo)通，繼電器線圈有電流，開(kāi)關(guān)閉合，照明燈LED變亮。</p><p>　　圖5-2 夜晚仿真電路圖</p><p>　　5.2 電子產(chǎn)品的組裝</p>

27、<p>　　組裝：在以上工作完成之后，便可進(jìn)行電路的組裝。電路的組裝應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求來(lái)進(jìn)行。對(duì)小功率電路，可采用在實(shí)驗(yàn)面包板上插接元件來(lái)進(jìn)行，這種方法便于調(diào)試。要做成良好的成功品，就應(yīng)該在焊接時(shí)盡可能做到不能有虛焊、假焊的現(xiàn)象。元器件布局應(yīng)合理，排線應(yīng)短且規(guī)范。</p><p>　　5.3 焊接后產(chǎn)品的調(diào)試</p><p>　　調(diào)試：在電路組裝好后，應(yīng)對(duì)電路的測(cè)試與調(diào)試，來(lái)發(fā)現(xiàn)

28、和糾正設(shè)計(jì)方案的不足與安裝的不合理，并采取措施加以改進(jìn)，使裝置達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　1. 在調(diào)試前的直觀檢查。在電路安裝完之后，應(yīng)檢查元器件安裝位置是否正確，焊接是否牢固，連線是否正確，以及電源線的極性是否正確。</p><p>　　2.通電觀察。在調(diào)試前的直觀檢查后，將電源接入電路，通電演示，觀察有無(wú)異?，F(xiàn)象，如有，有沒(méi)有冒煙，有無(wú)異常氣味，元器件是否發(fā)燙等現(xiàn)象。若有

29、應(yīng)及時(shí)切斷電源，查出故障原因。</p><p>　　3.靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)試。所謂靜態(tài)是指電路在沒(méi)有加入信號(hào)時(shí)的狀態(tài)。該狀態(tài)主要是測(cè)量電路的靜態(tài)工作參數(shù)。例如設(shè)計(jì)方案中的晶體管直流工作點(diǎn)的測(cè)試，運(yùn)算放大器在輸入為零時(shí)其輸出是否接近于零。</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　6.1 電子產(chǎn)品的誤差與分析</p>

30、<p>　　在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)和焊接完后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻不是令人很滿意，雖然照明燈會(huì)發(fā)光，但是卻不受光敏電阻的控制，即無(wú)論光照強(qiáng)度是否亮暗繼電器線圈都有電流，開(kāi)關(guān)都能閉合，燈一直發(fā)亮。產(chǎn)生這一結(jié)果我認(rèn)為有以下幾個(gè)原因。</p><p>　　(1)可能是因?yàn)橘?gòu)買的元器件照成的。電阻阻值不規(guī)范（阻值達(dá)不到所標(biāo)的數(shù)值,都與正常阻值偏小且誤差較大），繼電器的額定工作電壓正確，但是型號(hào)卻有點(diǎn)差別，這可能是導(dǎo)致現(xiàn)實(shí)中的

31、電路與模擬時(shí)的電路有差別的原因，這可能是LED燈一直常亮的原因。</p><p>　　(2)可能是焊接時(shí)的不規(guī)范及元器件的規(guī)格有誤差，導(dǎo)致運(yùn)算放大器（滯回比較器）靜態(tài)工作參數(shù)不符合設(shè)計(jì)電路的要求，致使無(wú)論怎么調(diào)試都不能使其運(yùn)行在正常工作工作狀態(tài)。</p><p>　　(3)可能是晶體管VT靜態(tài)直流工作點(diǎn)沒(méi)有調(diào)到符合電路的要求，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)論所加電壓如何變化都不能使其正常工作。致使繼電器線圈一

32、直都有電流流過(guò)。造成開(kāi)關(guān)一直閉合照明燈LED一直常亮。</p><p><b>　　6.2 實(shí)訓(xùn)的感想</b></p><p>　　時(shí)間過(guò)得真快，一周的實(shí)訓(xùn)結(jié)束了，回味這一周的經(jīng)歷，我收獲了很多懂得了很多。設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了很多麻煩，看似書(shū)中很簡(jiǎn)單的一個(gè)問(wèn)題，到了現(xiàn)實(shí)生活中都能使我困惑很久，讓我明白了理論和實(shí)踐的差距，這一周的實(shí)訓(xùn)也讓我感受到所學(xué)的模擬電子技術(shù)知識(shí)并不是

33、沒(méi)有用的，相反學(xué)的知識(shí)能讓我感受到學(xué)有所用的快樂(lè)。 </p><p>　　起初的電路模擬仿真實(shí)驗(yàn)讓我學(xué)到了很多新東西，讓我了解和學(xué)會(huì)了EWB仿真軟件的基礎(chǔ)應(yīng)用。在仿真結(jié)束后，我懷著很憧憬的心情開(kāi)始了電子產(chǎn)品的組裝，但美好的心情很快就被接二連三的問(wèn)題給破壞了，起初的焊接可能由于我的著急不管怎樣去焊接都不能達(dá)到理想的結(jié)果，這讓我覺(jué)得很煩躁。不過(guò)后來(lái)慢慢地進(jìn)入了狀態(tài)，在這個(gè)過(guò)程中，讓我懂得了做事要心平氣和，不能夠太著急

34、不然一事無(wú)成。在組裝連線過(guò)程中我學(xué)會(huì)了怎么用萬(wàn)用表測(cè)試三極管的三個(gè)極，學(xué)會(huì)了運(yùn)算放大電路中電壓比較器的工作原理，更深刻的了解三極管是如何正常工作的，在此期間我也從網(wǎng)上和書(shū)籍中了解了更多關(guān)于光控照明電路的原理，更重要的是開(kāi)闊了自己的視野。雖然這次的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不是令人很滿意，光控照明電路沒(méi)能夠使其正常工作，而是接通電源無(wú)論外界光照強(qiáng)弱，照明燈一直處于常亮狀態(tài)。但這并不代表我真正失敗了，即使產(chǎn)品沒(méi)有成功，但設(shè)計(jì)的過(guò)程仍讓我受益匪淺。實(shí)驗(yàn)的不

35、成功，我更加學(xué)會(huì)了怎么去分析誤差，找實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤的原因在哪里，該如何去補(bǔ)救才能使試驗(yàn)成功。</p><p>　　這一周的實(shí)訓(xùn)讓我懂得做什么事都不能眼高手低，要學(xué)好理論知識(shí)，打好理論基礎(chǔ)，為實(shí)踐做好充分的準(zhǔn)備，我相信有了這一次的實(shí)踐基礎(chǔ)，以后的我能設(shè)計(jì)出更好的電子電路。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 江曉安

36、 董秀峰 模擬電子技術(shù)（第三版）-西安：西安電子科技大學(xué)出版社 2008.3</p><p>　　[2] 楊力 文剛 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（第一版）-北京：中國(guó)電力出版社 2009.4</p><p>　　[3] 申永山 電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)（第一版）-北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2011.8</p><p>　　附錄一：總體電路原理圖</p><p