模電課程設(shè)計聲控閃光燈詳細

年4月19日模電課程設(shè)計聲控閃光燈詳細文檔僅供參考，不當之處，請聯(lián)系改正。鄭州科技學院《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計題目聲控閃光燈學生姓名***專業(yè)班級10級***班學號*********院（系）電氣工程學院指導教師袁玉霞完成時間10月19日目錄1課程設(shè)計的目的 11.1前言 12課程設(shè)計的任務與要求 13設(shè)計方案與論證 33.1電路設(shè)計 33.1.1方案 33.1.2論證 34設(shè)計原理及功能說明 55單元電路的設(shè)計（計算與說明） 65.1主要1、2單元電路圖 65.2無聲波信號時 75.3有聲波信號時 75.4附加內(nèi)容 85.4.1放大電路 85.4.2濾波電路 106硬件的制作與調(diào)試 117總結(jié) 13參考文獻 14附錄1：總體電路原理圖 15附錄2：元器件清單 161課程設(shè)計的目的1.1前言從建國以來，中國的電子技術(shù)的不斷地飛速發(fā)展，廣泛應用于社會的各個領(lǐng)域，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、軍事及日常生活等，但中國由于沒有趕上前兩次科技革命，經(jīng)濟發(fā)展相對于發(fā)達國家比較晚，仍屬于發(fā)展中國家，因此作為21世紀的大學生有義務肩負起振興國家的使命。憶往昔，1837年畫家出身的莫爾斯（S.F.Morse）創(chuàng)造了電報，1876年，美國人貝爾（A.G.Bell）雖然不懂電學和機械，但她憑借造福人類的激情和毅力創(chuàng)造了電話，沒有受過正規(guī)大學教育的馬可尼利用赫茲的火花振蕩器作為發(fā)射器，實現(xiàn)了無線電信號的傳遞……鑒于以上各種事實，同樣也點燃了我決心未來成為一名電子工程師內(nèi)心的火花，我認為在學習好文化知識的基礎(chǔ)上，我們應該多實踐，把所學到的知識能盡量多地轉(zhuǎn)化為造福社會的生產(chǎn)力。1.2目的經(jīng)過我們組三個人共同的商議，我們決定從比較簡單的實驗入手，設(shè)計一個聲控閃光燈。聲音由麥克風拾取，LED燈能隨著環(huán)境聲音的強弱起伏而閃爍發(fā)光，當有聲音時閃光燈發(fā)光，而且在一定范圍內(nèi)隨著聲音的大小閃光燈的亮暗發(fā)生變化，聲音越大越亮。2課程設(shè)計的任務與要求2.1設(shè)計任務一制作聲控閃光燈。1理解聲控閃光燈電路的工作過程。2理解電路中各元件的作用，如耦合電容決定整個電路的下限頻率，了解駐極體話筒的結(jié)構(gòu)和特點。3會對聲控閃光燈電路進行安裝、調(diào)試和測試。4會用萬用表對駐極體話筒進行正、負極識別和質(zhì)量檢測。5掌握電阻、發(fā)光二極管、三極管、駐極體話筒的插裝要求與工藝。6掌握印制電路板元器件的焊接技術(shù)。7熟悉印制電路板的連線方法。二幫助我們更好地理解所學的理論知識。能利用模擬電電子技術(shù)課程一些基礎(chǔ)知識制作出簡單的電子器件。三學會查找資料，包括圖書、網(wǎng)絡(luò)等渠道。四提升我們的動手能力。五培養(yǎng)我們制作報告的一些基本方法。2.2基本要求1.打印《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計說明書一份，給出課題的設(shè)計和制作、調(diào)試過程。2.根據(jù)技術(shù)指標要求，畫出設(shè)計電路圖，畫出印制電路版圖。3.設(shè)計時間：三周。4.制作PCB板。5.人員分組，三人一組，選擇同一課題的電路相同，但課程設(shè)計報告不能完全相同。3設(shè)計方案與論證3.1電路設(shè)計3.1.1方案圖3-1聲控閃光燈電路基本工作原理圖3-2聲音波形圖根據(jù)上述基本功能，設(shè)計電路圖如附錄1。3.1.2論證三極管VT1相當于開關(guān)，VT2起放大作用。當無聲時，VT1處于臨界飽和，集電極電位低，則VT2截止，那么VL1、VL2滅，當有聲音時，其信號的負半周使ICE1減小，UC1增大，VT1導通，那么VT2也進入放大狀態(tài)，使VL1、VL2亮，根據(jù)聲音的頻率而閃爍。3.2仿真在仿真軟件multisim中進行仿真，仿真電路圖如圖3-3，其中話筒用函數(shù)發(fā)生器代替，9014晶體管用2N3904代替。仿真效果為:當函數(shù)發(fā)生器大約為0HZ時，發(fā)光二級管幾乎不閃爍，用萬用表測得UC1兩端的電壓為0.39V，示波器測量二級管兩端波形幾乎為一條水平線。當函數(shù)發(fā)生器大約為100HZ以上時，發(fā)光二級管不停地閃爍，用萬用表測得UC1兩端的電壓為0.74V（頻率變化,UC1兩端的電壓也變化不大,如a、當話筒為100HZ時,UC1=0.74V；b、當話筒為10000HZ時,開始UC1=0.68V,大約10秒后，最終UC1=0.74V），用示波器測量二級管兩端，兩端的波形如圖3-4。因為人聲音的頻率為85-1100HZ，因此當人發(fā)出聲音時UC1應該等于0.74V，VT2會導通。圖3-3仿真電路圖圖3-4二極管兩端波形4設(shè)計原理及功能說明靜態(tài)時，使VT1處于臨界飽和狀態(tài)，VT2截止，LED1和LED2無電流流過皆不發(fā)光。R1給電容話筒MIC提供偏置電流（只要選取合適的R2、R3就能使無聲波信號時，VT1處于臨界飽和狀態(tài)，使VT2處于截止狀態(tài)）。當有聲波信號時，話筒撿取室內(nèi)環(huán)境中的聲波信號后即轉(zhuǎn)為相應的電信號，經(jīng)電容C1送到VT1的基極，電信號的負半周使VT1退出飽和狀態(tài)（正半周時不能使VT1的ICＱ降低），進入放大狀態(tài)，VT1的集電極電壓上升（VT1、VT2組成兩級直接耦合放大電路），VT2導通，LED1和LED2點亮發(fā)光。當輸入音頻信號較弱時，不足以使VT1退出飽和狀態(tài)，LED1和LED2仍保持熄滅狀態(tài)，只有較強信號輸入時，發(fā)光二極管才點亮發(fā)光，因此，LED1和LED2能隨著環(huán)境聲音（如音樂、說話）信號的強弱起伏而閃爍發(fā)光。5單元電路的設(shè)計（計算與說明）5.1主要1、2單元電路圖分別如下：圖5-1單元1圖5-2單元25.2無聲波信號時單元1:R1＝4.7KΩ給電容話筒MIC提供偏置電流，ＩMIC＝UCC／R1＝0.64mA(5-1)R2=1MΩIBQ1＝（UCC－UBE)/R2=2.3*e-06mA(5-2)R3=10KΩ使UCE1為0.2～0.4V此時VT1處于臨界飽和狀態(tài)，不能放大電流。單元2:UC3=UCE1,不能使VT2導通，IBQ2幾乎為零，VT2截止,燈不亮。5.3有聲波信號時單元1:C1作用：耦合電容，隔直流，決定下限頻率。fl1=1/[2π（RMIC+ri）C1]≈1/2πriC1(5-3)rbe=rbb’+(1+β)26/IEQ≈11.6KΩ(5-4)ri=rbe∥R2≈11.5KΩ(5-5)因此fl1=13.85HZ聲波信號經(jīng)話筒轉(zhuǎn)化為相應的電信號，經(jīng)C1送至VT1的基極進行放大其信號負半周（正半周不能使IBQ1減小，退出飽和狀態(tài)）使VT1的IBQ1減小，退出飽和狀態(tài)，則ICQ1減小，UCE1增加（剛有聲波時IBQ2仍≈0,UC1=UCC-I1*R3，UCE1=UC1）單元2：C2作用:耦合電容，隔直流，決定下限頻率,（當C2容抗Xc增大，fl2降低，兩端壓降增大，即輸出電壓UO下降，從而Au下降）。同理：fl2=1/[2π(RLED/2)C2](5-6)RLED=1.8V/50mA=36Ω(5-7)因此fl2≈88.46HZ綜上可知下限頻率fl=fl2=88.46HZ因此從而影響了低頻放大倍數(shù)Ausl[Ausl=Ausm/(1-jf1/f)]UC1增加使VT2導通退出截止狀態(tài)，（截止狀態(tài)時IBQ2=Uc1/rbe=0.2V/11.6KΩ=17.2μA,IBQ2增加，退出截止狀態(tài)。5.4附加內(nèi)容5.4.1放大電路放大電路又稱放大器，是電子設(shè)備中的核心部分，其主要作用是對輸入的信號進行放大，從而推動負載工作。所謂放大，實質(zhì)就是將直流電源的能量轉(zhuǎn)化為具有一定大小且隨著輸入信號變化而變化的輸出信號，也能夠講放大器是一個能量轉(zhuǎn)換器。放大電路分為共發(fā)射極放大電路、共基極放大電路和共集電集放大電路三種基本形式?；痉糯箅娐返慕M成如下： 圖5-3共射極放大電路（雙電源供電）圖5-4共射極放大電路（單電源供電）圖5-5共集電極放大電路圖5-3所示為雙電源供電的共射極放大電路，V是一個NPN型三極管，作用是放大電流；UCC是輸出回路的電源，作用是為輸出信號提供能量；RC是集電極負載電阻，作用是把電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化；基極電源UBB和基極偏置電阻RB的作用是為了發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓和合適的基極電流IB；C1、C2稱為隔直電容，作用是隔直流、通交流信號。圖5-4為單電壓供電的共射極放大電路，只要RB遠大于RC，單電源就可代替雙電源的作用。為了是三極管工作在放大狀態(tài)，首先必須保證反射結(jié)為正向偏置，集電結(jié)為反向偏置；其次為了保證放大電路能盡可能不失真地放大交流信號，必須在靜態(tài)是，三極管的各極都要有一個合適的工作電源和電流，即給放大器設(shè)置一個合適的靜態(tài)工作點。5.4.2濾波電路濾波電路常見于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復式濾波電路。由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時，能把部分能量儲存起來，而當電源電壓降低時，就把能量釋放出來，使負載電壓比較平滑，即電容C具有平波的作用；與負載串聯(lián)的電感L,當電源供給的電流增加（由電源電壓增加引起）時，它把能量儲存起來，而當電流減小時，又把能量釋放出來，使負載電流比較平滑，即電感L也有平波作用。濾波電路形式很多，為了掌握它的分析規(guī)律，把它分為電容輸入式(電容器C接在最前面）和電感輸入式（電感器L接在最前面）。前一種濾波電路多用于小功率電源中，而后一種濾波電路多用于較大功率電源中（而且當電流很大時，僅用一電感器與負載串聯(lián)）。6硬件的制作與調(diào)試1用multisim仿真成功后，按電路圖進行裝配，實物圖如下。MIC:有標記一端為正極。C1、C2：長引腳為正極。VT1、VT2:方法a，9014中間一端為基極，有數(shù)據(jù)一方面對自己，引腳朝下，則左：發(fā)射級，右：集電極。方法b，用萬用表（指針式）測量，萬用表調(diào)到歐姆檔，讓萬用表兩表筆接三極管任意兩引腳，共8次，其中兩次讀數(shù)最大，則那兩次任一端為發(fā)射級或集電極，這兩次阻值小的一次，黑表筆為C，紅表筆為E。R1:4.7KΩ黃紫黑棕金，R2:1MΩ棕黑黑黃金，R3:10KΩ棕黑黑紅金。圖6-1實物圖1圖6-2實物圖22焊接時注意烙鐵的使用方法，先使烙鐵預熱，一定時間后再焊接，把烙鐵放在電路板的小銅片上使銅片預熱，再把錫絲放在銅片上，讓錫絲融化，再抽去焊錫絲，移開烙鐵。連接導線時最好使導線中間留一層絕緣皮，就不容易短路。最后用膠棒再對電路板進行密封，以進一步防止短路現(xiàn)象發(fā)生。三極管的極性一定不能接錯，元件排列整齊美觀。3通電后先測出VT1的集電極電壓，使其在0.2～0.4V之間，如該電壓太低，則施加聲音信號后VT1不能退出飽和狀態(tài)，VT2不能導通如果該電壓超過VT2的死區(qū)電壓，則靜態(tài)時VT2就導通，使發(fā)光二極管點亮發(fā)光，因此對于靈敏度不同的三極管，VT1的集電極電阻R3的大小要經(jīng)過調(diào)試來確定。4離話筒約0.5m遠，用普通聲音（適中）講話時，發(fā)光二級管隨聲音閃爍，如需大聲講話，燈才閃爍，可適當減小R3的阻值，或者更換β值更大的三極管。5適當?shù)臏p小R1的阻值，或者更換靈敏度更高的駐極體話筒，也可使