電工電子技術(shù)課程設(shè)計---聲光控延時電路的設(shè)計

1、<p>　　題目________________________________</p><p>　　班級________________________________</p><p>　　學(xué)號________________________________</p><p>　　姓名________________________________<

2、/p><p>　　指導(dǎo)________________________________</p><p>　　時間________________________________</p><p>　　電工電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　姓名戴玉昆_____ 班級 _10熱工二班___ 指導(dǎo)老師 金光浪

3、</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　總體方案與原理說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1</p><p>　　單元電路1（用實際的單元電路名稱，下同）. . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、 .a</p><p>　　單元電路2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .b</p><p>　　單元電路3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .c&

5、lt;/p><p>　　總體電路原理相關(guān)說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .e</p><p>　　總體電路原理圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .f</p>&l

6、t;p>　　元件清單；. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .g</p><p>　　參考文獻. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .h</p><

7、;p>　　設(shè)計心得體會. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i</p><p><b>　　總體方案與原理說明</b></p><p>　　它主要由9部分組成：整流、穩(wěn)壓二極管；話筒；光敏電阻，可控硅開關(guān)等。能夠通過調(diào)節(jié)電阻和電容的大小來改變燈亮的時

8、間長短，如果時間過長就應(yīng)該減小電阻或電容的值，反之則增大。光敏電阻和話筒的高度也會使燈的時間受到影響。聲光控節(jié)電開關(guān),在白天或光線較亮?xí)r,節(jié)電開關(guān)呈關(guān)閉狀態(tài),燈不亮；夜間或光線較暗時，節(jié)電開關(guān)呈預(yù)備工作狀態(tài)，當(dāng)有人經(jīng)過該開關(guān)附近時，腳步聲、咳嗽聲、說話聲、拍手聲、車的喇叭聲等等都能開啟節(jié)能開關(guān)。燈亮后大概</p><p>　　一分鐘左右節(jié)能燈自動關(guān)閉。這樣的開關(guān)一般用在公共場合較多，比如走廊、廁所等地方。該裝置既

9、能節(jié)約能源又能延長燈泡的壽命，一舉兩得。給人們的生活帶來很多好處，所以一直被民眾廣泛使用。</p><p>　　因為這個裝置是聲光控延時開關(guān)就是用聲音來控制開關(guān)的開啟，若干分鐘后延時開關(guān)“自動關(guān)閉"。所以，整個電路的功能就是將聲音信號處理后，變?yōu)殡娮娱_關(guān)的開動作。明確了電路的信號流程方向后，即可依據(jù)主要元器件將電路劃分為若干個單元，由此可畫出電路的方框圖：</p><p><

10、;b>　　圖一</b></p><p>　　聲音信號(腳步聲、掌聲等)由駐極體話筒BM接收并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)C1到VT的基極進行電壓放大，放大的信號送到與非門(VD1)的2腳，R4、R7是VT偏置電阻，C2是電源濾波電容。 為了使聲光控開關(guān)在白天開關(guān)斷開，即燈不亮，由光敏電阻Rg等元件組成光控電路，R5和Rg組成串聯(lián)分壓電路，夜晚環(huán)境無光時，光敏電阻的阻值很大，Rg兩端的電壓高，即為高電

11、平間t=2πR8C3，改變R8或C3的值，可改變延時時間，滿足不同目的。VD3和VD4構(gòu)成兩級整形電路，將方波信號進行整形。當(dāng)C3充電到一定電平時，信號經(jīng)與非門VD3、VD4后輸出為高電平，使單向可控硅導(dǎo)通，電子開關(guān)閉合；C3充滿電后只向R8放電，當(dāng)放電到一定電平時，經(jīng)與非門VD3、VD4輸出為低電平，使單向可控硅截止，電子開關(guān)斷開，完成一次完整的電子開關(guān)由開到關(guān)的過程。 二極管VD1～VD4將交流220V進行橋式整流，變成脈動直

12、流電，又經(jīng)R1降壓，C2濾波后即為電路的直流電源，為BM、VT、IC等供電</p><p>　　聲光控制節(jié)能燈主要由三部分組成，分別為聲控電路，光控電路，延時電路，下面我將分塊對電路的原理加以詳細的闡述。</p><p><b>　　2．單元電路1</b></p><p><b>　　光控電路</b></p>

13、<p><b>　　圖2</b></p><p>　　結(jié)合圖 2 來分析圖 1 。白天，光敏電阻器RL呈現(xiàn)低電阻，與非門D2的4腳為低電平，則輸出高電平，VD1截止，所以電路封鎖了聲音通道，使聲音脈沖不能通過，此時總控制門D3不通，晶閘管SCR截止，所以電燈EL不能點亮。夜間RL呈現(xiàn)高電阻，使與非門D2的4輸入端為邏輯高電平“1”，這就為聲音通道的考通創(chuàng)造了條件。</p&g

14、t;<p><b>　　3．單元電路2</b></p><p><b>　　聲控電路</b></p><p>　　當(dāng)在夜晚時，光控電路已為聲音通道開通創(chuàng)造了條件。如果此時樓梯有人走動或者有人談話，話筒BM拾取了聲音信號經(jīng)與非門D1放大輸出，經(jīng)C2耦合加到R3的兩端，即與非門D2的5號輸入端。當(dāng)音頻信號的正半周期峰值電平超過與非門的輸

15、入閾值電平時，與非門D2因兩個輸入端均為邏輯”0”,則輸出端為邏輯“1”，</p><p>　　此高電平經(jīng)過R7加至晶閘管SCR的門極，使SCR觸發(fā)開通，接通由整流橋組成的電源電路，此時電燈EL即可點亮。</p><p><b>　　4．單元電路3</b></p><p><b>　　延時電路</b></p>

16、<p>　　當(dāng)夜晚．同時又有外界聲音信號時，控制門 ( 與非門 )D2的兩個輸入端均為高電平，輸出為低電平，VD1導(dǎo)通，在VD1導(dǎo)通的瞬間，C3被迅速充電，在聲音信號過后，VD1雖然恢復(fù)了截止，但由于C3儲存電荷需要通過高值電阻慢慢放電，從而使與非門D3的輸入端仍然保持低電平“0”，所以電燈EL不會馬上熄滅。隨后則C3的放電，與非門D3的輸入端得電平不斷升高，當(dāng)升至與非門閾值電壓時，與非門D3發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出端就變成低電平“0

17、”，晶閘管SCR當(dāng)交流電過零時即關(guān)斷，電燈EL才熄滅。 電路的延遲時間主要有R5,C3等放電時間常數(shù)決定。T=2πR5C3， 增減R5或C3的數(shù)值可以調(diào)整電路的延遲時間。本設(shè)計的延時時間約為5分鐘，即燈亮后若不再有聲音5分鐘后燈自動熄滅。</p><p>　　二極管 VD2-VD5 將交流 220V 進行橋式整流．變成脈動直流電。又經(jīng) R6 降壓， C4 濾波后即為電路的直流電源，為 BM 、 IC 等供電?？刂?/p>

18、部分電路就是通過控制可控硅的導(dǎo)通與截止進而連接和切斷供電電路，而達到目的。</p><p>　　5．總體電路原理相關(guān)說明</p><p>　　本電路是采用分離元件的聲控延時電路，其電路原理圖如圖1所示，原理圖說明：220V的燈充電直接整流。在輸出端串聯(lián)25W燈泡，輸出端接可控硅（負載）供電電路穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路是給話筒放大，音頻放大等提供8.2V直流電，話筒放大，可以把聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號

19、并放大，然后，經(jīng)過音頻放大器使信號達到足夠大；檢波音頻信號的正半周，即把音頻信號轉(zhuǎn)換為直流信號。經(jīng)過延時電路以后送到控制電路，由控制電路去控制可控硅，若可控硅斷開，則整流電路負載斷開，若導(dǎo)通，則整流電路負載導(dǎo)通。光敏控制電路把光照變成電信號，從而去控制音頻信號往后邊輸送情況?？梢姡罕倦娐窡襞菀芸煽毓璧目刂疲煽毓枋茉捦踩〉玫囊纛l信號和光敏電阻的控制，從而可以實現(xiàn)聲控和光控；燈亮的時間由延時電路的時間長度決定。</p>&

20、lt;p>　?。ㄒ唬?、可控硅是可控硅整流元件的簡稱,是一種具有三個PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件,一般由</p><p>　　當(dāng)夜晚．同時又有外界聲音信號時，控制門 ( 與非門 )D2的兩個輸入端均為高電平，輸出為低電平，VD1導(dǎo)通，在VD1導(dǎo)通的瞬間，C3被迅速充電，在聲音信號過后，VD1雖然恢復(fù)了截止，但由于C3儲存電荷需要通過高值電阻慢慢放電，從而使與非門D3的輸入端仍然保持低電平“0”，所以電

21、燈EL不會馬上熄滅。隨后則C3的放電，與非門D3的輸入端得電平不斷升高，當(dāng)升至與非門閾值電壓時，與非門D3發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出端就變成低電平“0”，晶閘管SCR當(dāng)交流電過零時即關(guān)斷，電燈EL才熄滅。 電路的延遲時間主要有R5,C3等放電時間常數(shù)決定。T=2πR5C3， 增減R5或C3的數(shù)值可以調(diào)整電路的延遲時間。本設(shè)計的延時時間約為5分鐘，即燈亮后若不再有聲音5分鐘后燈自動熄滅。</p><p>　　二極管 VD2-V

22、D5 將交流 220V 進行橋式整流．變成脈動直流電。又經(jīng) R6 降壓， C4 濾波后即為電路的直流電源，為 BM 、 IC 等供電?？刂撇糠蛛娐肪褪峭ㄟ^控制可控硅的導(dǎo)通與截止進而連接和切斷供電電路，而達到目的。</p><p>　　兩晶閘管反向連接而成.它的功用不僅是整流，還可以用作無觸點開關(guān)以快速接通或切斷電路，實現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等?？煽毓韬推渌雽?dǎo)體器件

23、一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點。它的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進入了強電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件。（如附圖一所示）。 </p><p>　　附圖一：單向可控硅的外形</p><p>　　晶閘管T在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶

24、閘管的控制電路。</p><p>　?。ǘ木чl管的內(nèi)部分析工作過程：</p><p>　　晶閘管是四層三端器件，它有J1、J2、J3三個PN結(jié)附錄圖四，可以把它中間的NP分成兩部分，構(gòu)成一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復(fù)合管（附圖二）。</p><p>　　當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓時，為使晶閘管導(dǎo)銅，必須使承受反向電壓的PN結(jié)J2失去阻擋作用。圖2中每

25、個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。因此，兩個互相復(fù)合的晶體管電路，當(dāng)有足夠的門極電流Ig流入時，就會形成強烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導(dǎo)通，晶體管飽和導(dǎo)通。</p><p>　　設(shè)PNP管和NPN管的集電極電流相應(yīng)為Ic1和Ic2；發(fā)射極電流相應(yīng)為Ia和Ik；電流放大系數(shù)相應(yīng)為a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，設(shè)流過J2結(jié)的反相漏電電流為Ic0,</p><p>　

26、　晶閘管的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和：</p><p>　　Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0 </p><p>　　若門極電流為Ig,則晶閘管陰極電流為Ik=Ia+Ig</p><p>　　從而可以得出晶閘管陽極電流為：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2）） （1—1）</p><p>

27、;　　硅PNP管和硅NPN管相應(yīng)的電流放大系數(shù)a1和a2隨其發(fā)射極電流的改變而急劇變化。</p><p>　　當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓，而門極未受電壓的情況下，式（1—1）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶閘管的陽極電流Ia≈Ic0 晶閘關(guān)處于正向阻斷狀態(tài)。當(dāng)晶閘管在正向陽極電壓下，從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)，從而提高起點流放大系數(shù)a2,產(chǎn)生足夠大的極電極電流Ic2流過PNP管

28、的發(fā)射結(jié)，并提高了PNP管的電流放大系數(shù)a1,產(chǎn)生更大的極電極電流Ic1流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)。這樣強烈的正反饋過程迅速進行。當(dāng)a1和a2隨發(fā)射極電流增加而（a1+a2）≈1時，式（1—1）中的分母1-（a1+a2）≈0,因此提高了晶閘管的陽極電流Ia.這時，流過晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定。晶閘管已處于正向?qū)顟B(tài)。</p><p>　　式（1—1）中，在晶閘管導(dǎo)通后，1-（a1+a2）≈0,即使

29、此時門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來的陽極電流Ia而繼續(xù)導(dǎo)通。晶閘管在導(dǎo)通后，門極已失去作用。</p><p>　　在晶閘管導(dǎo)通后，如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻，使陽極電流Ia減小到維持電流IH以下時，由于a1和a1迅速下降，當(dāng)1-（a1+a2）≈0時，晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)。</p><p>　　IC選用CMOS數(shù)字集成電路CD4011（見附圖二），其里面含有四個獨立的與非門電路

30、。內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖5，VSS是電源的負極，VDD是電源的正極?？煽毓鑤選用1 a／400v的進口單向可控硅1 00-6型，如負載電流大可選用3a、6a、10a等規(guī)格的單向可控硅，單向可控硅的外形如圖六示，它的測量方法是：用r×1檔，將紅表筆接可控硅的負極，黑表筆接正極(如印制板圖所示)，這時表針無讀數(shù)，然后用黑表筆觸一下控制極k，這時表針有讀數(shù)，黑表筆馬上離開控制極k這時表針仍有讀數(shù)(注意觸控制極時正負表筆是始終連接說明該可控硅是

31、完好的。駐極體選用的是一般收錄機用的小話筒，它的測量方法是：用r×100檔將紅表筆接外殼的s、黑表筆接d，這時用口對著駐極體吹氣，若表針有擺動說明該駐極體完好，擺動越大靈敏度越高；光敏電阻選用的是625A型，有光照射時電阻為20k以下，無光時電阻值大于100mq，說明該元件是完好的。二極管采用普通的整流二極管1n4001～1n4007?？傊倪x擇可靈活掌握，參數(shù)可在一定范圍內(nèi)選用。在測試時先把指針表滿偏同時將指針表打到1

32、K檔，其次：用表筆對電容進行放電，在用表進行測試，用紅筆</p><p>　　附圖二：CD4011的引腳圖</p><p><b>　　6、總體電路原理圖</b></p><p><b>　　圖表 1</b></p><p>　　聲光控延時開關(guān)的電路原理圖見圖 1 所示。電路中的主要元器件是使用了數(shù)

33、字集成電路 CD4011 。其內(nèi)部含有 4 個獨立的與非門 D1 ～ D4 ，電路結(jié)構(gòu)簡單。可靠性高。本設(shè)計中只用到了集成塊中的三個與非門。</p><p><b>　　元件清單</b></p><p>　　IC 選用 CMOS 數(shù)字集成電路 CD4011 ， CD4011 有四個獨立的與非門電路，內(nèi)部功能見圖 3 ， Vss 是電源的負極， VDD 是電源的正極?？?/p>

34、控硅 T 選用 1A ／ 400V 的進口單向可控硅 1006 型，如負載電流大可選用 3A 、 6A 、 10A 等規(guī)格的單向可控硅，它的測量方法是：用 RX1 檔，將紅表筆接可控硅的負極，黑表筆接正極，這時表針無讀數(shù)，然后用黑表筆觸一下控制極 K ，這時表有讀數(shù)，黑表筆馬上離開這時表仍有讀數(shù) ( 注意觸控制極時正負表筆是始終連接的 ) 說明該可控硅是完好的。駐極體選用的是一般收錄機用的小話筒，它的測量方法是：用 RX100 檔將紅表

35、筆接外殼的 S 、黑表筆接 D ，這時用口對著駐極體吹氣，若表針有擺動說明該駐極體完好，擺動越大靈敏度越高；光敏電阻選用的是 625A 型，有光照射時電阻為 20K 以下，無光時電阻值大干 100M Ω，說明該元件是完好的。二極管采用普通的整流二極管 1N4001 ～ 1N4007 。總之，元件的選擇可靈活掌握，參數(shù)可在一定范圍內(nèi)選用。其它元件按圖 1 所示的標(biāo)注即可。</p><p><b>　　8.

36、參考文獻</b></p><p>　　1.何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計，浙江大學(xué)出版社，2001年6月2.姚福安，電子電路設(shè)計與實踐，山東科技技術(shù)出版社，2001年10月3.王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計實踐，東南大學(xué)出版社，1999年10月4.李銀華，電子線路設(shè)計指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年6月5.康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003年</p><p>

37、;　　6．韓振振，數(shù)字電路邏輯設(shè)計，大連理工大學(xué)出版社，2000年</p><p>　　7．湘潭電機制造學(xué)校，可控硅技術(shù)，機械工業(yè)出版社，1979年</p><p>　　設(shè)計心得體會（占完整一頁）</p><p>　　經(jīng)過一周課程設(shè)計的學(xué)習(xí)，我已經(jīng)能自己設(shè)計一個簡易聲光控延時照明燈電路，這是一周的學(xué)習(xí)換來的成果。</p><p>　　通過在網(wǎng)

38、上搜索課程設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，也到學(xué)校圖書館借相關(guān)書籍，經(jīng)過不斷比較與討論，最終確定了聲光控延時照明燈的電路原理圖。通過這次課程設(shè)計，我明白了不管是學(xué)習(xí)哪種軟件，如果以前沒有沒有接觸，開始學(xué)得很費力，但到后來就好了。在每次的課程設(shè)計中，遇到問題，最好的辦法就是查閱相關(guān)資料，如果找不到就向老師和其他同學(xué)請教，因為每個人掌握情況不一樣，一個人不可能做到處處都懂，集合多個人的思想，復(fù)雜的事情就會變得很簡單。這一點我深有體會。盡管現(xiàn)在只是初步學(xué)會了

39、聲光控延時照明等電路的設(shè)計，但學(xué)習(xí)的這段日子確實令我收益匪淺，不僅因為它發(fā)生在特別的時間，更重要的是我又多掌握了一門新的技術(shù)，付出的過程中我已經(jīng)收獲了很多快樂！</p><p>　　做課程設(shè)計這段時間是這一學(xué)期比較忙的日子，面臨著即將到來的四級考試和期末考試，再加上對Protel99比較陌生，一周內(nèi)必須完成這項課程設(shè)計，任務(wù)比較重。由于缺乏對Protel99相關(guān)知識的了解，我們從網(wǎng)絡(luò)上查閱了不少相關(guān)資料。<

40、/p><p>　　一周的電子課程設(shè)計即將結(jié)束，這一周學(xué)到了很多東西。以前對知識的了解僅限于理論知識，而且是有的能夠理會，有的只是停留在似懂非懂的狀態(tài)。對于器件就不知道有什么用途，也就更加難以理解。但這一周之后，我對電子技術(shù)有了更深的理解，知道了自己的不足，同時也明白了所學(xué)知識的重要性，培養(yǎng)了自己對課程設(shè)計學(xué)習(xí)的興趣。我們在學(xué)校時很難有機會鍛煉自己的動手能力，剛設(shè)計時不免有一些不知所措。但在老師的指引下我參考了很多資料

41、書，查閱了相關(guān)知識之后，才漸漸有了思路。對于我們這些大二的學(xué)生，由于動手能力不足，很難在一周內(nèi)完成所要設(shè)計的課件，就需要組員之間不斷的配合，充分的合作才能更完美的設(shè)計自己的電路。</p><p>　　通過這次的電子電工課程設(shè)計我受益匪淺，不僅鞏固了先前學(xué)的模電的理論知識，而且培養(yǎng)了動手能力和團隊合作的能力，更令我的創(chuàng)造性思維得到拓展。希望今后類似這樣的鍛煉機會能更多。</p><p>