光敏蜂鳴器和雙色閃光燈的設(shè)計(jì)與制作實(shí)訓(xùn)報(bào)告

1、實(shí)訓(xùn)報(bào)告 名稱 檢測(cè)與變換技術(shù)實(shí)訓(xùn) 2013年12月23日至 2013 年 12月27日共1周院 系 電子信息工程學(xué)院 班 級(jí) 12應(yīng)用電子技術(shù) 姓 名 學(xué) 號(hào) 一、 實(shí)訓(xùn)要求1、 掌握555工作原理，學(xué)會(huì)利用555設(shè)計(jì)光敏蜂鳴器和雙色閃光燈電路，并能夠?qū)Ω鱾€(gè)元器件進(jìn)行性能測(cè)試并能對(duì)整體電路進(jìn)行分析；2、 畫出實(shí)訓(xùn)電路圖；3、 焊接光敏蜂鳴器和雙色閃光燈電路，要求布線整齊，電路焊接美觀；4、 自主調(diào)試已焊接好的電路板；5、 性能測(cè)試、常見故障分析、判斷與維修；6、 完成課程設(shè)計(jì)說明書，內(nèi)容：原理分析、計(jì)算說明、調(diào)試報(bào)告、心得體會(huì)（報(bào)告用a4紙，用設(shè)計(jì)模板提供的封面）。二、 實(shí)訓(xùn)工作量1、指導(dǎo)教

2、師講述光敏蜂鳴器和雙色閃光燈電路的基本工作原理、安全注意事項(xiàng)、課程設(shè)計(jì)報(bào)告書寫規(guī)范，發(fā)材料。2課時(shí)2、設(shè)計(jì)電路，確定電路參數(shù)，并畫出電路原理圖 6課時(shí)3、完成電路的焊接、功能調(diào)試工作 9課時(shí)4、完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告 6課時(shí)5、交課程設(shè)計(jì)報(bào)告和實(shí)物。1課時(shí)四、實(shí)訓(xùn)報(bào)告內(nèi)容1) 緒論。光敏蜂鳴器和雙色閃光燈的作用、構(gòu)成及工作原理。2) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、工作原理、電路圖。3) 元器件介紹：4) 光敏蜂鳴器和雙色閃光燈的制作與調(diào)試5) 系統(tǒng)分析。測(cè)試及性能指標(biāo)。主要根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析：系統(tǒng)的測(cè)量范圍、測(cè)量精度、誤差來源、系統(tǒng)調(diào)試注意事項(xiàng)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的不足等。6) 實(shí)訓(xùn)總結(jié)（心得體會(huì)）。7

3、) 參考文獻(xiàn)目錄第一章 緒論11.1 光敏蜂鳴器電路原理及其應(yīng)用11.1.1光敏蜂鳴器11.1.2光敏蜂鳴器原理圖11.1.3光敏蜂鳴器原理21.2雙色閃光燈電路原理及其應(yīng)用21.2.1雙色閃光燈21.2.3雙色閃光燈原理3第二章 元器件介紹以及測(cè)試42.1電阻元件42.1.1碳膜電阻42.1.2光敏電阻42.2電容元件52.2.1電解電容52.2.2陶瓷電容52.3三極管測(cè)試52.4 555芯片62.5發(fā)光二極管8第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案103.1 光敏蜂鳴器103.1.1光敏蜂鳴器的制作103.1.2光敏蜂鳴器的調(diào)試113.2 雙色閃光燈133.2.1 雙色閃光燈的制作133.2.2 雙色閃光

4、燈的調(diào)試15第四章 系統(tǒng)分析174.1測(cè)量精度174.2誤差的來源174.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在不足174.5系統(tǒng)調(diào)試注意事項(xiàng)17第五章 心得體會(huì)18第一章 緒論1.1 光敏蜂鳴器電路原理及其應(yīng)用1.1.1光敏蜂鳴器光敏蜂鳴器主要由555芯片、光敏電阻、三級(jí)管、蜂鳴器等組成，其中包括一些電阻和電容，555 芯片與各電阻、電容組成多諧振蕩器，光敏電阻它的阻值會(huì)隨照射光的強(qiáng)度而變化，當(dāng)光照射時(shí)阻值小，光照弱時(shí)阻值大。來改變振蕩器的充放電的時(shí)間的常數(shù)，從而改變多諧振蕩器的頻率， 555輸出的可變頻率信號(hào)經(jīng)過電阻限流后，驅(qū)動(dòng)三極管帶動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出多變的鳴叫聲。1.1.2光敏蜂鳴器原理圖1.1.3光敏蜂鳴器原理本

5、電路可以在不同光照下，發(fā)出忽高忽低，變幻莫測(cè)的叫聲，非常有趣。電路中，555 和 r1、r2、c1 等組成多諧振蕩器，光敏電阻 r2 是利用光致導(dǎo)電的特性，它的阻值會(huì)隨照射光的強(qiáng)度而變化，當(dāng)光照射時(shí)阻值小，光照弱時(shí)阻值大。本電路利用這一光敏特性，來改變振蕩器的充放電的時(shí)間的常數(shù)，從而改變多諧振蕩器的頻率， 555輸出的可變頻率信號(hào)經(jīng)過 r3限流后，驅(qū)動(dòng)三極管q1帶動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出多變的鳴叫聲。1.2雙色閃光燈電路原理及其應(yīng)用1.2.1雙色閃光燈本電路可以有很多變通應(yīng)用,例如led可以是串,并聯(lián)的多只發(fā)光二極管,適當(dāng)減小r4,r5的阻值,就可以組成閃與彩燈鏈.還可以自制成青少年假性近視預(yù)防治療儀:將

6、兩管放置在一個(gè)長0.5m長的紙筒里,led1放置在紙筒最里面,led2放置在紙筒中間,單眼從紙筒端向里看,眼睛注視著燈的閃與,可以有效調(diào)節(jié)眼肌,每天使用10分鐘,可以預(yù)防和治療青少年的假性近視.1.2.3雙色閃光燈原理電路如圖所示.本電路可以實(shí)現(xiàn)紅、綠兩只發(fā)光二極管交替閃爍，電路剛接通瞬間，由于電容c1還不及充電，因此555的2腳為低電平，輸出端的3腳為高電平，發(fā)光二極管led1截止，不點(diǎn)亮，led2兩端加有正向電壓點(diǎn)亮。隨著電源vcc經(jīng)過r1、r3對(duì)c1充電，c1兩端電壓逐漸升高，當(dāng)達(dá)到2/3vcc的閥值電平時(shí)，555的3 腳翻轉(zhuǎn),輸出低電平，從而使led1點(diǎn)亮、led2熄滅。此時(shí)，c1通過

7、r3和555內(nèi)部的放電管放電，當(dāng)c1放電至1/3vcc觸發(fā)電平時(shí)，555的3腳再次翻轉(zhuǎn)，led1熄滅，led2重新點(diǎn)亮。因此，紅綠兩只發(fā)光二極管就這樣輪流導(dǎo)通與截止，閃爍不停。改變r(jià)1和c1可以改變led 的頻率。第二章 元器件介紹以及測(cè)試2.1電阻元件2.1.1碳膜電阻碳膜電阻器是膜式電阻器中的一種。它是采用高溫真空鍍膜技術(shù)將碳緊密附在瓷棒表面形成碳膜，然后加適當(dāng)接頭切割，并在其表面涂上環(huán)氧樹脂密封保護(hù)而成的。其表面常涂以綠色保護(hù)漆。碳膜的厚度決定阻值的大小，通常用控制膜的厚度和刻槽來控制電阻器。碳膜電阻的測(cè)試：（1）將萬用表打到歐姆檔根據(jù)電路圖中的電阻阻值將萬用表打到所用電阻的最大阻值檔，

8、分別測(cè)量所用電阻，測(cè)量時(shí)再根據(jù)萬用表的示數(shù)選擇合適的檔位。（2）待萬用表的示數(shù)穩(wěn)定時(shí)讀取所測(cè)電阻的阻值，然后與圖中所標(biāo)阻值進(jìn)行比較，讀取值與標(biāo)稱阻值之間分別允許有5%、10%或20%的誤差。如不相符，超出誤差范圍，則說明該電阻不對(duì)或測(cè)量有誤。（3）將測(cè)好的電阻按位置放好，為電路焊接做準(zhǔn)備。2.1.2光敏電阻光敏電阻器特性是在特定光的照射下，其阻值迅速減小，可用于檢測(cè)可見光。 光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻的測(cè)試：（1）用一黑紙片將光敏電阻的透光窗口遮住，此時(shí)萬用表的指針基本保持不動(dòng),阻值接近無窮大。

9、此值越大說明光敏電阻的性能越好。若此值很小或接近為零說明光敏電阻已燒穿損壞。（2） 將一光源對(duì)準(zhǔn)光敏電阻的透光窗口，此時(shí)萬用表的指針應(yīng)有較大幅度的擺動(dòng)，阻值明顯減小。此時(shí)阻值越小說明光敏電阻性能越好。若此值很大甚至無窮大，表明光敏電阻內(nèi)部開路損壞。（3） 將光敏電阻透光窗口對(duì)準(zhǔn)入射光線，用小黑紙片在光敏電阻的遮光窗上部晃動(dòng)，此時(shí)萬用表指針應(yīng)隨黑紙片的晃動(dòng)而左右擺動(dòng)。如果萬用表指針始終停在某一位置不隨紙片晃動(dòng)而擺動(dòng)，說明光敏電阻的光敏材料已經(jīng)損壞。2.2電容元件2.2.1電解電容鋁電解電容是由鋁圓筒做負(fù)極，里面裝有液體電解質(zhì)，插入一片彎曲的鋁帶做正極制成。還需要經(jīng)過直流電壓處理，使正極片上形成一

10、層氧化膜做介質(zhì)。它的特點(diǎn)是容量大，但是漏電大，穩(wěn)定性差，有正負(fù)極性，適宜用于電源濾波或者低頻電路中。使用的時(shí)候，正負(fù)極不要接反。電解電容的測(cè)試：將萬用表紅表筆接負(fù)極，黑表筆接正極，在剛接觸的瞬間，萬用表指針即向右偏轉(zhuǎn)較大刻度（對(duì)于同一電阻檔，容量越大，擺幅越大），接著逐漸向左回轉(zhuǎn)，直到停在某一位置。此時(shí)的電阻值便是電解電容的正向漏電阻，此值略大于反向漏電阻。實(shí)際使用時(shí)表明，電解電容的漏電阻一般應(yīng)在幾百k以上，否則，將不能正常工作。在測(cè)試中，值很小或?yàn)榱?，說明電容漏電打或已擊穿損壞，不能再使用。2.2.2陶瓷電容它又分高頻瓷介和低頻瓷介兩種。具有小的正電容溫度系數(shù)的電容器，用于高穩(wěn)定振蕩回路中，

11、作為回路電容器及墊整電容器。低頻瓷介電容器限于在工作頻率較低的回路中作旁路或隔直流用，或?qū)Ψ€(wěn)定性和損耗要求不高的場合。陶瓷電容的測(cè)試：本實(shí)訓(xùn)中的陶瓷電容均為0.01uf的固定電容，所以可用萬用表的rx10k檔直接測(cè)試電容器有無充電過程以及有無內(nèi)部短路或漏電，并可根據(jù)指針擺度的幅度大小估計(jì)出電容器的容量。2.3三極管測(cè)試半導(dǎo)體三極管又稱“晶體三極管”或“晶體管”。在半導(dǎo)體鍺或硅的單晶上制備兩個(gè)能相互影響的pn結(jié)，組成一個(gè)pnp（或npn）結(jié)構(gòu)。中間的n區(qū)（或p區(qū)）叫基區(qū)，兩邊的區(qū)域叫發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別叫基極b、發(fā)射極e和集電極c，是能起放大、振蕩或開關(guān)等作用的半導(dǎo)體電

12、子器件。三極管的測(cè)試：（1）判別基極b和管型由于基極對(duì)集電極和發(fā)射極的pn結(jié)方向相同，所以可先確定基極。將黑（紅）表筆接到某個(gè)假定基極的引腳上，用紅（黑）表筆先后接到其余兩個(gè)引腳上，如果兩次測(cè)的的阻值都很大（或都很?。?，即pn結(jié)反偏（或正偏），則可確定假定基極是正確的。如果兩次測(cè)的阻值一大一小，則可確定假定基極不是基極，重新假定另一引腳為基極，重復(fù)上述測(cè)試。當(dāng)基極確定后，將黑表筆接基極，紅表筆分別接其他兩個(gè)電極，若兩次測(cè)的的電阻只都較小，則三極管為npn型，兩次測(cè)得的電阻值都較大，則三極管為pnp型。反過來，如果將紅表筆接基極，黑表筆接其他兩個(gè)電極，兩次測(cè)得的阻值都很大的為npn型，兩次測(cè)得的

13、阻值都很小的為pnp型。（2）判斷集電極c和發(fā)射極e在基極與假定集電極之間接一個(gè)100k的電阻。對(duì)npn管，黑表筆接假定集電極，紅表筆接假定發(fā)射極；對(duì)pnp管，紅表筆接假定集電極，黑表筆接假定發(fā)射極。測(cè)得一電阻值，將假定的集電極與假定的發(fā)射極對(duì)調(diào)，又測(cè)得一電阻值，比較兩值的大小，可確定電阻值較小的那次的假定是正確的。2.4 555芯片555定時(shí)器是一種數(shù)字與模擬混合型的中規(guī)模集成電路，其內(nèi)部框圖和引腳圖如下圖： 圖3-1 555定時(shí)器內(nèi)部框圖 圖3-2 555定時(shí)器引腳圖由上圖可見它含有兩個(gè)比較器a1（上）和a2（下），一個(gè)rs觸發(fā)器、一個(gè)放電晶體管。比較器的參考電壓由三只5k的電阻組成的分壓

14、器提供。當(dāng)正電源端8和接地端1之間加上電源電壓后，由于三個(gè)5k電阻的分壓，在比較器a1的同相輸入端得到2/3ucc的參考電壓，比較器a2的反相輸入端得到1/3ucc的參考電壓。當(dāng)比較器a2的觸發(fā)輸入端l端的輸入電壓低于1/3ucc時(shí)，a2輸出為低電平，這個(gè)低電平使基本rs觸發(fā)器的輸出為1，放電三極管截止，l端又稱低電平觸發(fā)端。而當(dāng)a1的th端輸入電壓大于2/3ucc時(shí)，a1輸出為低電平，這個(gè)低電平使基本rs觸發(fā)器置0.通常稱th端為高電平觸發(fā)器或閾值端。此時(shí)放電三極管導(dǎo)通。d端（4腳）若為低電平，就強(qiáng)制rs觸發(fā)器復(fù)位，而不管比較器的輸出如何。uc（5腳）端是電壓控制端，如果在此引腳外加一電壓u

15、ref。則a1的參考電壓就為vref。a2的參考電壓為1/2uref.555定時(shí)器的功能表如下圖所示：圖3-3 555定時(shí)器的功能2.5發(fā)光二極管light emitting diode,即發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合引起光子發(fā)射而產(chǎn)生光。由鎵（ga）與砷（as）、磷（p）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。 它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化

16、成光能；常簡寫為led。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)pn結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從p區(qū)注入到n區(qū)的空穴和由n區(qū)注入到p區(qū)的電子，在pn結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與n區(qū)的電子和p區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。元器件清單序號(hào)品名型號(hào)規(guī)格數(shù)量備注1碳膜電阻200k 1/4w22碳膜電阻1k 1/4w23碳膜電阻10k 1/4w14碳膜電阻100 1/4w15三極管 9013 16ic芯片555 27光敏電

17、阻2.6k30k(625a)18陶瓷電容0.01uf39發(fā)光二極管3mm210蜂鳴器無源111電解電容4.7uf/16v112通用板 5*5cm213ic插座8腳2第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.1 光敏蜂鳴器3.1.1光敏蜂鳴器的制作修改原來的原理圖，盡量避免壓線，畫出修改后的電路圖；然后按圖布置好元器件的位置，測(cè)出各電阻的阻值，按要求選取器件進(jìn)行焊接，焊接時(shí)應(yīng)先焊接芯片引腳架，然后焊接電阻和陶瓷電容，最后在焊接蜂鳴器。然后按圖將各個(gè)器件按要求用導(dǎo)線焊接起來。圖3-1 布線圖圖3-2 電路板焊接圖圖3-3 電路板布局圖3.1.2光敏蜂鳴器的調(diào)試用萬用表檢測(cè)電路板是否有斷路和短路現(xiàn)象，然后插上芯片將電

18、路板接到5v的電壓上，聽蜂鳴器是否發(fā)出不同的聲音。本電路的振蕩頻率為：=1.44/(r1+2r2)c1，有光時(shí)光敏電阻阻值大約為56k，所以通過計(jì)算得f0=994.2hz。 調(diào)試時(shí)，我們用示波器接555芯片的3腳，通過示波器觀察波形，并記錄，首先我們要測(cè)度普通光強(qiáng)下的振蕩波形，然后用東西遮住光敏電阻，再次觀察3腳的振蕩波形，計(jì)算振蕩頻率。由波形圖可得f0=1000hz,無光時(shí)f0=160hz，我們比較仿真波形和實(shí)際波形，可以發(fā)現(xiàn)兩者之間存在這很大的差距，但是振蕩頻率的值卻是相差不大，說明我們的計(jì)算公式?jīng)]有錯(cuò)誤。圖3-4 有光時(shí)振蕩波形圖圖3-5 無光時(shí)振蕩波形圖3.2 雙色閃光燈3.2.1 雙

19、色閃光燈的制作該裝置的發(fā)光器件采用了雙色發(fā)光二極管，形成紅、綠光依次交替流水閃光，頗為新穎美觀。它是由時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器分配器電路、驅(qū)動(dòng)電路、雙色發(fā)光二極管組成，整個(gè)電路設(shè)計(jì)顯得清晰、簡潔。圖3-6 布線圖圖3-7 電路板焊接圖圖3-8 電路板布局圖3.2.2 雙色閃光燈的調(diào)試電路剛接通瞬間，由于電容c1還不及充電，因此555的2腳為低電平，輸出端的3腳為高電平，發(fā)光二極管led1截止，不點(diǎn)亮， led2兩端加有正向電壓點(diǎn)亮。隨著電源vcc 經(jīng)過r1、r3對(duì)c1充電，c1兩端電壓逐漸升高，當(dāng)達(dá)到2/3vcc的閥值電平時(shí)， 555的3腳翻轉(zhuǎn),輸出低電平，從而使led1點(diǎn)亮、led2熄滅。此時(shí)， c1通過 r3和555內(nèi)部的放電管放電，當(dāng)c1放電至 1/3vcc 觸發(fā)電平時(shí)，555的3腳再次翻轉(zhuǎn)， led1熄滅，led2 重新點(diǎn)亮。因此，紅綠兩只發(fā)光二極管就這樣輪流導(dǎo)通與截止，閃爍不停。改變r(jià)1和c1可以改變led的頻率。圖3-9 振蕩波形圖第四章 系統(tǒng)分析4.1測(cè)量精度器件存在接觸的問題，要用力按住才能比較好的傳送信號(hào)，這直接導(dǎo)致了信號(hào)的輸入穩(wěn)定性問題4.2誤差的來源