現(xiàn)代電子技術(shù)綜合實驗.ppt

1,現(xiàn)代電子技術(shù)綜合實驗,電子工程學(xué)院實驗中心,E-mail：chenxueying,2,實驗任務(wù),實驗內(nèi)容,實驗仿真,實驗器件,實驗儀器,實驗報告,課程內(nèi)容,3,實驗任務(wù),系統(tǒng)功能分析與設(shè)計方案選定,系統(tǒng)原理設(shè)計與仿真驗證,系統(tǒng)PCB設(shè)計與裝配,系統(tǒng)調(diào)試與故障分析,撰寫總結(jié)報告,返回,4,實驗內(nèi)容,一、實驗要求 設(shè)計一個用于樓道路燈的聲光控制開關(guān)：白天燈不亮，夜間在聲音的作用下使燈點亮，燈亮20秒后自動熄滅，要求電路簡單、成本低、安全可靠 設(shè)計一個夜間使用方便的燈控開關(guān)：用氣囊哨聲開關(guān)燈，抗干擾能力強，一般的說話聲、打擊聲不能開關(guān)燈，要求電路簡單、成本低、安全可靠 在老師引導(dǎo)下學(xué)生自主完成：系統(tǒng)的方案設(shè)計，原理圖設(shè)計與仿真驗證、 PCB設(shè)計與裝配、系統(tǒng)調(diào)試與故障分析、撰寫總結(jié)報告,返回,5,二 、方案設(shè)計 1、原理框圖,聲光控制燈開關(guān),6,2、原理簡述 聲源產(chǎn)生的聲音信號，經(jīng)聲電轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)換成微弱的電信號，該信號經(jīng)放大后送處理器處理，處理器將幅度、頻率不盡相同的一群聲波信號轉(zhuǎn)換成一次狀態(tài)改變 的控制信號，該信號經(jīng)延時電路達(dá)到設(shè)計要求時間，經(jīng)執(zhí)行機構(gòu)直接控制負(fù)載動作，處理電路如下圖：,聲光控制燈開關(guān),7,三、單元電路設(shè)計 以樓道燈控開關(guān)典型電路為例,見下圖:,圖中分為電源、放大、信號處理、延時、執(zhí)行機構(gòu)等五大部分,聲光控制燈開關(guān),8,1、電源設(shè)計 電源電路的種類繁多，如變壓器降壓；橋式整流 全波整流；Lc、Rc濾波；三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓等。具體 采用什么電路合適，則根據(jù)主體電路及執(zhí)行機構(gòu) 不同和可靠、價廉、有效益等要求進行選用。 電源的設(shè)計結(jié)構(gòu)如下：,聲光控制燈開關(guān),9,本系統(tǒng)電源設(shè)計結(jié)構(gòu),220V的交流市電經(jīng)電容C1、1降壓，D1、2整流，C2濾波，R2和穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的直流電壓 電源參數(shù)的選定 （一）負(fù)載電壓，電流的選用與估算： 負(fù)載由兩級晶體管放大，MOS型D觸發(fā)器和可控硅組成，估計需用最大電流約25mA，電壓選用12V。,聲光控制燈開關(guān),10,（二）穩(wěn)壓管及R2的選用 穩(wěn)壓管的作用是盡量減少因負(fù)載的變化和電網(wǎng)電壓的變化，引起的輸出電壓的改變。本例的穩(wěn)定電壓12V，電流變化的范圍約5mA至40mA，以此確定穩(wěn)壓管的參數(shù) R2決定了向穩(wěn)壓管和負(fù)載輸送電流的總量，當(dāng)R2選得太大時，供應(yīng)電流不足。如負(fù)載Ro減小，使Io增加到流人穩(wěn)壓管的電流小于5mA時，就不能穩(wěn)壓；Ro太小，也會因Io變小時，使流人穩(wěn)壓管的電流超過允許值，損壞穩(wěn)壓管。一般以R2上降壓38V為宜。,聲光控制燈開關(guān),11,（三）C2及D1, D2選用原則 Dl做半波整流用，D2為反向保護二極管。二極管的主要參數(shù)是耐壓和允許通過的電流。選用原則是增加一倍的富裕量，即管子耐壓為反向峰值電壓的兩倍。允許通過的電流亦為實際電流的兩倍。 C2起著濾波作用，為使脈動系數(shù)減少，須選用較大的濾波電容。如選用2200F，濾波電容的耐壓一般選為穩(wěn)定電壓的3.52倍。,聲光控制燈開關(guān),12,（四）C1、Rl的選用 R1為C1的泄放電阻，選用1M、 W即可。 C1為市電220V的降壓電容，以負(fù)載電流30mA為依據(jù)，計算電容的大小。 為市電50Hz角頻率。 選用標(biāo)稱值0.47F，耐壓400V的無極性電容器。,聲光控制燈開關(guān),13,2、信號放大電路(見下圖),注：放大電路實現(xiàn)方法很多，除分立器件實現(xiàn)之外，還可采用運放作比較放大實現(xiàn)，也可采用與非門電路來實現(xiàn)等等,聲光控制燈開關(guān),14,放大電路簡述 本放大器輸入是音頻信號，幅值約10mV左右。要使此信號控制后面的開關(guān)，要求放大器有約60dB的放大倍數(shù)，由于一級放大電路的倍數(shù)不滿足要求，故采用兩級放大。因用作開關(guān)信號，可讓晶體管直接工作于開關(guān)狀態(tài)，如上圖。要求白天燈不亮?xí)r，可用光敏電阻做晶體管的偏置電阻，白天光敏電阻阻值小，基流大，使晶體管處于深度飽和，致使話筒傳過來的聲音信號，不能使其退出飽和達(dá)到放大的目的。晚上光敏電阻阻值很大T1飽和，T2截止，輸入信號經(jīng)1、T2放大整形后變成幅值為12V的一組不規(guī)則的脈沖信號。,聲光控制燈開關(guān),15,、 延時處理電路 為使放大電路輸出的一群脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)闊糸_的單一狀態(tài)控制信號，要求聲音信號到來燈亮后，延遲一段時間自動熄滅可采用基本觸發(fā)器或時基“555”來完成信號的延時并自動翻轉(zhuǎn)。其用觸發(fā)器作延時處理的功能如下:,聲光控制燈開關(guān),16,延時處理功能簡述: 上圖中D觸發(fā)器的CP信號為聲音信號經(jīng)放大處理后變成的一組非規(guī)則脈沖信號，設(shè)D觸發(fā)器的初態(tài)Q=“0”，Uc=0，R為0，D端恒為“1”，CP到達(dá)時，Q翻轉(zhuǎn)為“1”，負(fù)載燈打開，電容C被充電，當(dāng)R復(fù)位端的 Uc1/2VDD 時，觸發(fā)器Q端被復(fù)位為“0”，燈熄滅。電容上電壓逐漸放電到0，等待下次CP信號到來時Q又重新置”1”。這種電路用于樓道路燈開關(guān)，當(dāng)人走近樓道發(fā)出聲音時，燈亮、經(jīng)過一段時間延遲后、燈自動熄滅。,聲光控制燈開關(guān),17,延時時間td的計算 利用電容充、放電原理延時的電路，其延時時間td的計算如下：當(dāng)用MOS器件時，閾值電為 ，電容充、放電到 ，所須時間td皆為0.693RC，所以如選C=200F。要求td=15秒時 選R為110k或100k都能滿足要求。,聲光控制燈開關(guān),18,用555作延時處理的功能如下圖,CP,負(fù)載燈,聲光控制燈開關(guān),19,4、執(zhí)行機構(gòu) 通常作為開關(guān)使用的器件有晶體管、可控硅、繼電器、集成電路等，而負(fù)載則為電燈 、電機等多種多樣。聲控開關(guān)的輸出如能直接帶動負(fù)載，就可以直接接上、如直流電機等，對于大負(fù)荷、交流市電等、聲控開關(guān)的輸出，還須去控制滿足負(fù)荷要求的開關(guān)，如可控硅，繼電器等，如負(fù)載功能更大，聲控開關(guān)的輸出還不能推動可控硅，繼電器時，則須通過共集電路把信號電流放大后，再去觸發(fā)可控硅等?？煽毓璧膶?dǎo)通角是可控制的，其控制極電流IG的大小將直接影響燈的亮度，IG越大、導(dǎo)通角越大、燈越亮。經(jīng)實驗測試IG 10mA時，可控硅全部導(dǎo)通。,聲光控制燈開關(guān),20,執(zhí)行機構(gòu)電路如下圖：,聲光控制燈開關(guān),21,四、系統(tǒng)設(shè)計仿真 用PSPICE軟件畫好系統(tǒng)的原理圖，對設(shè)計的原理圖進行模擬仿真的瞬態(tài)分析，根據(jù)靜態(tài)工作點和輸出波形失真情況及延時要求時間，修改各單元電路中的電阻、電容的設(shè)計數(shù)值，調(diào)試電路工作正常并以滿足聲光控制系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)和各級波形達(dá)到設(shè)計要求。參見課程內(nèi)容的 部分。,聲光控制燈開關(guān),實驗仿真,22,仿真波形圖參考如下：,聲光控制燈開關(guān),23,五、系統(tǒng)的PCB設(shè)計與裝配 （一）PCB設(shè)計 用OrCAD-PSPICE軟件或Protel等軟件對設(shè)計仿真好的系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)換成PCB（印制板）圖，要求元件排列合理、布線整齊。見本課程的 部分。 （二）PCB裝配 對制作好的PCB板進行器件裝配，裝配之前需先進行以下的工作。,聲光控制燈開關(guān),實驗仿真,24,元器件檢測 （用普通萬用表來判別元件好壞） 、駐極體話筒 用萬用表來判斷話筒的漏極和源極。首先將萬用表撥至 檔，黑紅表筆分別接S.D兩接點，記下所測阻值，比較兩次測試值，阻值較小的那組測試，黑表筆的接觸點為源極（S），紅表筆的接觸點為漏極（D）。 同樣用萬用表來判斷其靈敏度的高低。具體為：將萬用表撥至 檔。黑筆接漏極，紅筆接源極，同時接地，這時用嘴吹話筒，觀看表頭的指示。若無指示，則話筒失效；若有指示，則據(jù)指示范圍的大小，說明其靈敏度的高低。,聲光控制燈開關(guān),25,駐極體話筒 檢測結(jié)構(gòu)如下圖：,聲光控制燈開關(guān),26,、晶體三極管 用萬用表的檔分別測管子每兩極間的正反向電阻。當(dāng)用一表筆接一電極，另一表筆分別接余下兩極所測得阻值較小時，則表筆固定接的那極即為基極b。如果是黑表筆接b，則此管為PNP管；反之即為PNP管。在余下的兩極中先假定一極為集電極C，另一極為e，如果是NPN管，黑筆接，紅筆接e；若是PNP管則相反。測試放大作用，并記住表針偏轉(zhuǎn)位置；然后把假定的c、e極對換，再測試其放大作用，比較兩次結(jié)果，其中偏轉(zhuǎn)角度大（電阻?。┑哪谴渭僭O(shè)是正確的，這樣c、e極也區(qū)發(fā)出來了。,聲光控制燈開關(guān),27,、二極管 將萬用表撥至 或 檔，當(dāng)所測的電阻值較小時，所測的是正向電阻，黑表筆接的是二極管的正極、紅筆接的是負(fù)極。 、電阻的測量 用萬用表的歐姆檔來測量電阻阻值。首先將萬用表的開關(guān)撥至歐姆檔的適當(dāng)量程，然后進行調(diào)零（兩表筆短接，調(diào)節(jié)“0”電位器，使指針指向“0”），接著對電阻進行測量。兩表筆分別接電阻的兩端，看表頭的讀數(shù)確定阻值的大小。注意：每次變換量程，都需重新調(diào)零。,聲光控制燈開關(guān),28,、雙向可控硅 用萬表來判別雙向可控硅極性。首先將萬用表撥至 或 ，分別測管腳間的正反向電阻。若測得兩管腳間的正反向電阻很?。s100），則這兩管腳為T1和G極，余下的即為T2。接著區(qū)分開T1和G極；任選一極為T1，將萬用表撥至 ，不分表筆的正負(fù)，將兩表筆分別接至T1（假設(shè)）和T2，在保持和T2相接的情況下和G（假設(shè)）相連，這時可看到阻值變小，說明此時可近代硅因觸發(fā)導(dǎo)通而處于通態(tài)。再在保持和T2相接的情況下和G斷開，若仍處于通態(tài)，則對換兩筆表，重復(fù)上述步驟，如仍能處于通態(tài)，則假設(shè)成立，否則不成立。,聲光控制燈開關(guān),29,PCB板的檢測與器件的準(zhǔn)備 焊接器件之前先用萬用表對照原理圖檢查PCB板的通斷情況，對有問題的地方進行修改。同時對器件的管腳進行處理干凈。對電烙鐵頭處理凈。 PCB的裝配 一切準(zhǔn)備就緒之后，對照裝配圖用烙鐵和焊錫與焊劑安裝到PCB板對應(yīng)的位置上，注意焊點要圓而光滑和牢固。,聲光控制燈開關(guān),30,六、 系統(tǒng)的調(diào)試與故障分析 （一）調(diào)試準(zhǔn)備 儀器準(zhǔn)備：準(zhǔn)備好系統(tǒng)需要的具有開關(guān)性能的交流市電插座、函數(shù)信號發(fā)生器和示波器。用專用導(dǎo)線連接好PCB板需求的220V電源，220V的市電對人體有危險，應(yīng)注意人體及儀表的安全 。 通電準(zhǔn)備：打開電源之前先取下PCB上的集成塊，然后接通電源，用萬用表檢查板上的220V點上的值，同時檢查板上的直流電源是否有輸出，且直流值是否正確，一切完好之后再關(guān)掉220V電源插上集成塊。,聲光控制燈開關(guān),31,（二）調(diào)試及故障分析 1、調(diào)試通用方法 打開電源，給系統(tǒng)加上激勵信號源，如系統(tǒng)的啪手聲、打擊聲，用眼睛直接觀察燈泡是否亮和按時熄滅。如有問題，用萬用表檢查各點的靜態(tài)電壓值，用示波器檢查各級的波形值（本著從輸入到輸出逐級檢查的原則），觀看各點是否符合理論要求，并對有問題的地方進行修改，直到完整為止，并記下系統(tǒng)各點的靜態(tài)電壓值和動態(tài)波形值。,聲光控制燈開關(guān),32,2、故障尋、檢常用方法 直觀檢查法：通過眼、耳、鼻、手來查找故障部位。即是看元器件有無斷線、互碰、燒焦、脫焊等現(xiàn)象；聽聲音有無異常；聞有無焦味；摸器件是否過熱等。 電阻法：用萬用表測量電路中各點對地的電阻以及元器件的阻值，以此來判斷故障部位。 電壓法：測量晶體管的管腳電壓和集成塊各腳的電壓或波形，據(jù)此電壓值判斷故障。 電流法：測量各級工作電流，即可找出故障源來。,聲光控制燈開關(guān),33,信號尋跡法：外加信號源提供的信號，觀測信號的流程，找出故障。 替換法：采用已知性能良好的元器件來替換電路中被懷疑的元器件或分板（分塊），找出故障。 分隔法：將本級的多個負(fù)載依序斷開，觀測故障所在。,聲光控制燈開關(guān),34,3、 本系統(tǒng)調(diào)試及故障分析 宏觀檢查： 用眼、鑷子等工具檢查是否有漏掉、虛焊、脫焊等現(xiàn)象。用普通萬用表的歐姆檔檢查各點的阻值，粗查是否有短路、斷路或元器件錯焊等情況。 電源檢查 斷掉電源的負(fù)載電路，用萬用表測試電源的輸出是否正確，如下圖所示：,聲光控制燈開關(guān),35,用萬用表檢查各點間的阻值，與參考值對照，相差甚大時，查找故障所在,聲光控制燈開關(guān),36,信號采集、放大、處理、延時等電路的查： 電路圖如下所示。,聲光控制燈開關(guān),37,延時電路調(diào)試：給D觸發(fā)器加上12V的直流電壓，斷開D觸發(fā)器的CP輸入信號，直接加入信號發(fā)生器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)單脈沖信號，看負(fù)載指示燈是否亮并保持一段延時自動熄滅。如果有問題檢查連線或更換器件。 放大整形電路調(diào)試：給兩三極管加上12V的直流電源用信號源FG1617代替話筒MIC（輸出60dB,f=1kHz）示波器接至T2的集電極C2，靈敏度開5V/div，調(diào)節(jié)信號源的輸出幅度及示波器的各開關(guān)旋鈕，觀測波形和