模拟电子课程设计报告.doc

模拟电子技术课程设计论文一 设计题目：声光控开关二 设计要求：（一）总的指导思想：对本次课程设计，原则上指导老师给出大致的设计要求，在设计思路上不框定和约束同学的思维，一同学们可以发挥自己的创造性，有所发挥，并力求设计方案凝练可行、思路独特、效果良好。（二）题目具体要求：在白天或光线较亮时，开关呈关闭状态，灯不亮，夜间或光线较暗时，开关呈预备工作状态。当有声音或者响动时，开关启动，灯亮。1. 指导老师讲解设计方法2. 分析题意并查资料3. 初步确定设计方案并进行必要计算4. 用PROTEL画出电路原理图5. 组装调试设计产品6. 编写设计说明书7. 由指导教师给出总成绩。（三）合作设计：本课题要求两人一组共用电路板、电烙铁以及其他电子元件，协力合作完成课题要求。两人共同设计、一齐操作，不仅锻炼了电烙铁操作能力也培养了电路设计和团队合作能力。三 题目分析：声光控开关是一种内无接触点，在特定环境光线下采用声响效果激发咪头进行声电转换来控制用电器的开启，能够自动断开电源的节能电子开关。通过检测模拟电路中LED灯的发光条件与情况来判断声光控开关是否达到预期要求。四 整体构思：系统首先采集信号，即进行信号的提取。通常，这些信号来源于测试各种物理量的传感器、接收器、或者来源于用于测试的信号发生器。本次的电路的信号来源于外界的声音。对于实际系统，传感器或接收器所提供的信号的幅值往往很小，噪声很大，且易受干扰，有时甚至分不清什么是有用信号，什么是干扰或噪声。因此一般在加工信号之前，需将其进行与预处理时，要根据实际情况利用隔离、滤波、阻抗变换等各种手段将信号提取出来并进行放大。当信号足够大时，在进行信号的运算、转换、比较等不同的加工。最后，一般还要经过功率放大以驱动执行机构（负载）。本电路由于材料和技术约束没有信号预处理部分，接收到信号之后直接经过放大电路主要由VT1进行放大信号，再由D1和D2构成的整流电路使采集的交流电流变成直流部分，紧接着是光敏电阻R11，当光强度大的时候电阻很小，当光强度很小或者没有的时候电阻越大（但不会无限大，回达到一个水平），光敏电路是这个电路的核心部分，最后就是一个电子开关，其电压降和光敏电阻的电压降相同，当光强度大的时候，光敏电阻值小，相当于短路，电压降基本为零，则电子开关电压基本为零，这部分电路不起到作用，所以点灯不亮，当光强度很小或者没有的时候，光敏电阻有电阻值，这时候电子开关这部分电路起到作用，有电流流过，灯泡也就亮了。这样就构成了节约能量的声控开关。总体说来也就大体分为四个部分:放大电路、整流电路、光敏电路和电子开关。五 具体实现：声控开关的总体方框图如下： 声控开关光敏电路放大电路整流电路 这次设计的电路用到的元器件如下：一个0.01uF的瓷片电容C5(消火花，消电弧，防止开关反复通断后因积碳造成接触不良，同时减弱对市电线干扰，比较明显的是，如果没有这个电容，开关电器时附近的电视机会有干扰纹)。三个1N4148的二极管D1、D2、D3（判断正负方法有两种，第一种就是比较直观的观察，通常在二极管的外壳上标有二极管的符号，标有色道（一般黑壳二极管为银白色标记，玻壳二极管为黑色银白或红色标记）的一端为负极，另一端为正极。第二种方法就是用万用表R100或R1K挡，任意测量二极管的两根引线，如果量出的电阻只有几百欧姆（正向电阻），则黑表笔（即万用表内电池正极）所接引线为正极，红表笔（即万用表内电源负极）所接引线为负极。好坏的判别方法：用万用表R100或者R1K挡测量二极管的正反向电阻，锗点接触型的2AP型二极管正向电阻在1K左右，反向电阻应在100K以上；硅面接触型的二极管正向电阻在5K左右，反相电阻应在1000K以上。总之，正向电阻越小越好，反向电阻越大越好。但若正向电阻太大或反相电阻太大，表明二极管的检波与整流效率不高。若正向电阻无穷大（表针不动），说明二极管内部断路；若反相电阻接近零，表明二极管已击穿。内部断开或击穿的二极管均不能使用。以上的测量方法只对普通二极管有效，对于一些变容二极管等特殊二极管测量时需要另行对待）；两个1uF的电解电容C1、C2（电解电容极性判断方法：一种方法是可以直接进行观察，管脚长的为正，短的为负，或者看电容上有长方形框的为负极，另一边则为正极；另一种判断方法是用万用表，不知道极性的电解电容可用万用表的电阻挡测量其极性，电解电容的正极接电源正（电阻挡时的黑表笔），负端接电源负（电阻挡时的红表笔）时，电解电容的漏电流才小（漏电阻大），反之，则电解电容的漏电流增加（漏电阻减小）。测量时，先假定某极为“+”极，让其与万用表的黑表笔相接，另一电极与万用表的红表笔相接，记下表针停止的刻度（表针靠左阻值大），然后将电容器放电（即两根引线碰一下），两只表笔对调，重新进行测量。两次测量中，表针最后停留的位置靠左（阻值大）的那次，黑表笔接的是电解电容的正极，（注意数字表内部电源的正负与指针式的相反）。电解电容的质量判断：通常用万用表的R10、R100、R1K挡进行测试判断，红黑表笔分别接电解电容的负极（每次测试前，需将电容器放电），有表针的偏摆来判断电容的质量，若表针迅速向右摆起，然后慢慢向左退回原位，一般来说电容器是好的；如果表针摆起后不再回转，说明电容器已经击穿；如果表针摆起后逐渐退回到某一位置停止，则说明电解电容已经漏电；如果表针摆不起来，说明电容器电解质已经干涸失去容量）；一个2M的电阻R2,一个3.9K的电阻R5，三个12K的电阻R1、R7、R8,一个47K的电阻R6，两个100K的电阻R3、R4，一个330的R9；一个100uF的电解电容C4，一个220uF的电解电容C3；一个9012的三极管VT3和两个9013的三极管VT1和VT2（三极管上面的那个半圆型的曲面对的一边就是b极，e极c极也就出来了）；一个LED的发光二级管L( 发光二级管简称为LED。有镓（Ga）与砷（As），磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。 它是半导体二极管的一种，可以把电能转化光能,发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量越多，则发光的光的波长越短。常用的是发红光，绿光或黄光的二极管,它的基本结构是一块电子发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好)；一个MCR100-6的单项可控硅BT1（是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看时，可以把它看作一个PNP管和一个NPN管所组成，由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化。选定可控硅的额定电压时，应参考实际工作条件下的峰值电压的大小，并留出一定的余量。单向可控硅的引脚区分对可控硅的引脚区分，有的可从外形封装加以判别，如外壳就为阳极，阴极引线比控制极引线长，从外形判断的可控硅，可用万用表R100或R1K挡，测量可控硅任意两管脚间的正反向电阻，当万用表指示低电阻（几百欧至几千欧的范围）时，黑表笔所接的是控制极G，红表笔所接的是阴极C，余下的一只管脚为阳极A。可控硅导通条件：一是可控硅阳极与阴极间必须加正向电压，二是控制极也要加正向电压。以上两个条件必须同时具备，可控硅才会处于导通状态。另外，可控硅一旦导通后，即使降低控制极电压或去掉控制极电压，可控硅仍然导通。可控硅关断条件：降低或去掉加在可控硅阳极至阴极之间的正向电压，使阳极电流小于最小维持电流以下）；一个MIC的咪头（咪头的使用应规定其工作电压和负载电阻，不同的使用条件，其灵敏度的大小有很大的影响，咪头是一个声电转换器件，也就是换能器或者传感器，是和喇叭正好相反的一个器件。关于咪头的检测方法是：首先检查引脚有无断线情况，然后检测驻极体电容式话筒。咪头体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。咪头由声电转换系统和场效应管两部分组成。它的电路的接法有两种：源极输出和漏极输出。源极输出有三根引出线，漏极D接电源正极，源极S经电阻接地，再经一电容作信号输出；漏极输出有两根引出线，漏极D经一电阻接至电源正极，再经一电容作信号输出，源极S直接接地。所以，在使用咪头之前首先要对其进行极性的判别。 在场效应管的栅极与源极之间接有一只二极管，因而可利用二极管的正反向电阻特性来判别咪头的漏极D和源极S。将万用表拨至R1k档，黑表笔接任一极，红表笔接另一极。再对调两表笔，比较两次测量结果，阻值较小时，黑表笔接的是源极，红表笔接的是漏极）；一个光敏电阻R11（光敏电阻是通过光亮强度来改变电阻大小的电阻，当白天或者亮度大于一定程度的时候，光敏电阻的阻值非常的小，这样对于光敏的支路来说，相当于直接接地，相当于将后面的电路和前面的电路隔离开来，三极管2就始终处于截止的状态，单向可控硅无触发电流就不会导通前面的电路隔离开来，三极管2就始终处于截止的状态，单向可控硅无触发电流就不想导通，电路就不会工作，当黑暗无光的情况下，光敏电阻呈现高阻值状态，不影响三极管1和三极管2之间的信号传送。此时，声控的部分才能发挥作用。光敏电阻的应用相当广泛，照相机自动测光、光电控制，室内光线控测，报警器，工业控制，光控开关，光控灯，电子玩具，光控音乐IC，电子验钞机，等各个领域，给人们带来了很大的帮助，这也是我这次设计的电路板的核心部分，它关系到整个功能的实现）；一块88的电路板。以上为我们这次声控开关的所有材料。 其中咪头是用来提取信号，信号经过电容C1，滤掉直流，减小直流干扰，接着三极管VT1、R2、R3这一部分用来放大信号，二极管D1和D2、电容C2、电阻R4用来做成整流电路，将接受到的电流转换成直流，光敏电阻R11构成光敏电路，通过它感受光的强弱来改变自己的电阻来决定后面的电路是否起作用，当光强度大时，光敏电阻的阻值几乎为零，其电压降为零，使得后面的电路不起作用，就没有电流流过灯泡，灯泡就无法亮，当光强度很弱或者为零的时候，光敏电阻就有了一定的阻值，光敏电阻也就有了相应的电压降，后面的电阻也有了电压降，也就有电流流过后面的电路，也就有电流流过灯泡，因此灯泡就会亮了，R5、R6、R7、三极管VT2和VT3构成一个电子开关。由这四部份也就构成了简单的声控开关。六各部分定性说明以及定量计算：定量计算由于误差以及课题未作要求，在此做略。七 在实验室实现过程中遇到的问题及排除措施：在开始整个制作声控开关电路板的过程中是没有太大的问题的，由于第一次做电路板，所以我们现在电路板上把我们要做的声控开关的电路图画出来，按照电路图路线把我们的元器件安好，紧接着用焊接工具把这些元器件一个一个得焊接到板子上去，做完后我们加了12v的电压，可是灯泡没有亮，通过再三的检查发现电路没有任何的链接错误，于是我们拿了别人已经焊接好并且能够实现功能的电路板进行对比检测，我们用万用表检测了每个电阻阻值，电容等与别人能够实现功能的电路板进行对比，发现其中的R6，R7，R8的阻值与其不同，但检查电路连接又没有问题，所以我们怀疑我们的问题很大程度上出现在焊接上，最后我们小组用万用表测每条焊接电路是否导通，发现在焊接拐角处不导通，于是我们补焊了这段路线，加电压后灯泡能够点亮，实现功能。八 设计心得体会与制作中注意事项：1. 首先检查你的印刷电路是否设计正确，元器件位置是否安装正确。特别是话筒、二极管、三极管、电容等极性不要装错。（特别是第三个三极管发射级，集电极和前2个相反，要注意） 2. 焊接质量尤其重要。焊接时间较长易损坏元器件，焊点处理是否合理，有没有焊接点短路、虚焊、多余管脚是否剪去。3. 制作过程必须注意用电安全，用电烙铁安全，按照正常规程进行操作。 我们做每一步都要细心仔细，首先，要把每个元器件的原理弄清楚，用万用表检测每个元件的好坏，在电路板上用铅笔画出大体的电路图，合理设置每个元器件引脚所要占得空间，以便焊接，如电容两个引脚可用三个孔，以便焊接；然后插入元器件，要注意一些元器件的极性，如二极管的正负极，三极管的B、E、C极等；焊接时要注意安全，电焊的前10CM处温度非常高，别把手烫了。两个人要密切合作，如果焊接的两个点比较近时不好用导线连，可以选用焊接连接，接地的几个点全部连接在一起用导线引出来；焊好后，元器件的引脚不用剪掉，以便万一实现不了功能或板子焊接坏了，可以把元器件取下来重新安装，避免了浪费。调试时，如果无+12V电源则可把平时用的1.5V的小电池凑足8个组装成一个自制电源，接上电源后，先用手遮住光敏电阻，然后喊一声，看发光二极管亮不亮。 当在电路设计以及操作改进的时候遇到无法解决的困难时，我们可以采取询问老师同学或者到图书馆查询资料以及上网搜索等方法来解决。九本电路有的缺点及改进方法：我觉得我们可以在放大信号之前加个带通滤波器，使得那个频率和人的频率相近，那些频率小的轻微的不小心弄出来的声响将不能使灯泡点亮，以至于能更节约电能。在实现功能的时候把那个光敏电阻遮住可能灯泡也不能亮，则那个光敏电阻上的电压降无法是后面的三极管VT2导通，我们就可以在光敏电阻R11上串联一个小电阻，这个电阻的电压降觉得不能达到三极管VT2的导通电压，这样就能是电灯更容易亮了。我们的灯点亮后会出现长亮不熄的状况，这样将不能达到节约电能的功能，所以电路中的延时电路没有达到延时的功效，我们可以将一个正系数的热敏电阻与发光二极管串联，这样可以达到延时的功能。十课题后思考：完成所有要求以及达到预计要求之后，我们应该回头反思在课程设计中遇到的困难疑惑以及我们发现的问题。在设计过程之中我们经常发现有些细小部位的电路元件的作用原理会被我们淡忘，这其实是种不好的现象。作为一个工科生，我们在学习研究时应该持严谨的态度，这样才能达到预期目标而不出现不应有的错误。另外电路的很多部分我们都可以继续对其进行改进使其达到最佳效果而减小干扰。焊接电路之前，我们应该反复检查电路中的不足之处以及微笑细节，做到电路板的合理布局以及线路的合理走位。焊接电路时，我们要注意正确使用电烙铁、烙铁架以及松香、锡线，并且要保证操作安全，以免造成不必要的损伤。电路焊接完毕之后我们还需要思考电路是否可以继续改进，不仅是电路的设计也包括焊接等方面。这次课程设计的课题要求虽然简单，但是却给了我们一次锻炼，让我们在以后的学习中能够更加熟练。十一参考文献： （1） 康华光，陈大钦，电子技术基础（模拟部分），高等教育出版社出版； （2） 模拟电子实验指导书，嘉兴学院，嘉兴学院教务处印； （3） 迟钦河等，电子技能与实训，电子工业出版社； （4） 陈大钦，电子技术基础实验（电子电路实验，设计，防真）高等教育出版社； （5） 郑步生，Multisim2001电路设计及防真入门与应用，电子工业出版社。元件类型个数备注0.01uFC51瓷片电容1N4148D33二极管1uFC22电解电容2MR21电阻1/4W3.9KR51电阻1/4W12KR13电阻1/4W47KR61电阻1/4W100KR32电阻1/4W100uFC41电解电容220uFC31电解电容330R91电阻1/4W9012VT31三极管9013VT12三极管LEDL1发光二极管Q5MCR100-6BT11单项可控硅MIC咪头1咪头光敏电阻R111光敏电阻电路板188