電工電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、題目_ 聲光控延時(shí)電路的設(shè)計(jì)_ 班級(jí)_ 10信息一班 學(xué)號(hào)_09_ _姓名_鐘慶平_ _指導(dǎo)_金老師_ _ _時(shí)間_ 2012-12-20 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓名 鐘慶平 班級(jí) 10信息 指導(dǎo)老師 金老師 設(shè)計(jì)課題：交通燈控制器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求查找一個(gè)感興趣的電工電子技術(shù)應(yīng)用電路，要求電子元件超過(guò)3050個(gè)或以上，根據(jù)應(yīng)用電路的功能，確定封面上的題目，然后完成以下任務(wù)：1、 分析電路由幾個(gè)部分組成，并用方框圖對(duì)它進(jìn)行整體描述；2、 對(duì)電路的每個(gè)部分分別進(jìn)行單獨(dú)說(shuō)明，畫出對(duì)應(yīng)的單元電路，分析電路原理、元件參數(shù)、所起的作用、以及與其他部分電路的關(guān)系等等；3、 用簡(jiǎn)單的電路圖繪圖

2、軟件繪出整體電路圖，在電路圖中加上自己的班級(jí)名稱、學(xué)號(hào)、姓名等信息；4、 對(duì)整體電路原理進(jìn)行完整功能描述；5、 列出標(biāo)準(zhǔn)的元件清單；設(shè)計(jì)步驟1、 查閱相關(guān)資料，開始撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書；2、 先給出總體方案并對(duì)工作原理進(jìn)行大致的說(shuō)明；3、 依次對(duì)各部分分別給出單元電路，并進(jìn)行相應(yīng)的原理、參數(shù)分析計(jì)算、功能以及與其他部分電路的關(guān)系等等說(shuō)明；4、 列出標(biāo)準(zhǔn)的元件清單；5、 總體電路的繪制及總體電路原理相關(guān)說(shuō)明；6、列出設(shè)計(jì)中所涉及的所有參考文獻(xiàn)資料。設(shè)計(jì)說(shuō)明書字?jǐn)?shù)不得少于3000字。參考文獻(xiàn)1、何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，浙江大學(xué)出版社，2001年6月2、姚福安，電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，山東科技技術(shù)出版社，200

3、1年10月3、澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐，東南大學(xué)出版社，1999年10月4、銀華，電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年6月5、華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003年6、振振，數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)，大連理工大學(xué)出版社，2000年7、潭電機(jī)制造學(xué)校，可控硅技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，1979年8、德寧 數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)技術(shù) 北京郵電學(xué)院出9、吉祥 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì) 電子工業(yè)出版社 2002.210、自美 主編 電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試版社（第二版）華中科技大學(xué)出版社 2000.7 目錄1、 總體方案與原理說(shuō)明. . . . . . . . . . . . . . . .

4、. . . . . . . . . . . . . . . . .4-52、 光控電路 . . . . . . . . . . . . . . . . .63、 聲控電路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74、 延時(shí)電路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85、 總體電路原理相關(guān)說(shuō)明. . . . . . . . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . . . . . . . . . . . .9-116、 總體電路原理圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127、 元件清單. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138、 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6、. .149、 設(shè)計(jì)心得體會(huì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151、總體方案與原理說(shuō)明隨著人們生活現(xiàn)代化水平不斷提高，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力的供需矛盾日益加劇生產(chǎn)更多的電即意味著要消耗更多的煤、石油、天然氣、核原料等不可再生資源，還會(huì)帶來(lái)許多相應(yīng)的環(huán)境問(wèn)題。為此，我們應(yīng)該從身邊做起，珍惜并節(jié)約每一度電。所以，現(xiàn)在很多住宅樓道都安裝了自動(dòng)控制樓道燈。圖1 聲光雙控電路框圖如圖1所示，本設(shè)計(jì)主要由橋式整流電路、降壓濾波電路、聲音信號(hào)輸入電路、光信號(hào)輸入電路、延時(shí)控制電路以及外接

7、電路6部分組成。橋式整流電路將220V市電變成脈動(dòng)直流電壓，再經(jīng)過(guò)限流，穩(wěn)壓，濾波輸出12V直流電壓，為集成塊及三極管提供電源。聲音信號(hào)和光敏電阻感受到的光信號(hào)以“與”的關(guān)系來(lái)控制集成塊輸出高低電平，構(gòu)成的延時(shí)電路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)延時(shí)，然后集成塊的輸出控制晶閘管的導(dǎo)通和斷開，從而控制燈泡的亮與滅。2光控電路圖2 光控電路 光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻。為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。構(gòu)成光敏電阻的材料有金屬的硫化物、硒化物、碲化物等半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，價(jià)

8、帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同時(shí)產(chǎn)生空穴，電子空穴對(duì)的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強(qiáng)，光生電子空穴對(duì)就越多，阻值就愈低。當(dāng)光敏電阻兩端加上電壓后，流過(guò)光敏電阻的電流隨光照增大而增大。入射光消失，電子-空穴對(duì)逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)原值，電流也逐漸減小。光信號(hào)輸入電路的工作原理：光的強(qiáng)弱經(jīng)光敏電阻RG轉(zhuǎn)換為高、低電平后送入集成電路CD4011的1腳。由降壓濾波電路知，光敏電阻和R4的總電壓U為12V,白天光線射到光敏電阻RG上時(shí)，其阻值變得很小，約為20K,則光敏電阻的電壓U1為：U1=URG/(R4+RG)=12V20/(360+20) 0.63VCD4011的1腳為低電平，

9、則3腳被鎖定為高電平，與2腳的輸入高低電平無(wú)關(guān)，所以電路封鎖了聲音通道，使聲音信號(hào)不能通過(guò)，即燈泡亮滅不受聲音控制。這時(shí)，門U1A的3腳輸出的高電平經(jīng)過(guò)門U1B、U1C、U1D三次反相后成低電平，晶閘管D7無(wú)觸發(fā)信號(hào)不導(dǎo)通，燈不亮。夜晚，RG因無(wú)光線照射呈高阻，約為10M。則光敏電阻的電壓U2為：U2=URG/(R4+RG)=12V10000000/(180+10000000)12V則與非門U1A的輸入端1腳變成高電平，門U1A的3腳輸出狀態(tài)受2腳輸入電平的控制，這為聲音通道的開通創(chuàng)造了條件。3聲控電路圖3 聲控電路駐極體話筒的基本結(jié)構(gòu)是由一片單面涂有金屬的駐極體薄膜與一個(gè)上面有若干小孔的金屬

10、電極（背電極）構(gòu)成。駐極體面與背電極相對(duì)，中間有一個(gè)極小的空氣隙，形成一個(gè)以空氣隙和駐極體作絕緣介質(zhì)，以背電極和駐極體上的金屬層作為兩個(gè)電極構(gòu)成一個(gè)平板電容器。電容的兩極之間有輸出電極。由于駐極體薄膜上分布有自由電荷。當(dāng)聲波引起駐極體薄膜振動(dòng)而產(chǎn)生位移時(shí)；改變了電容兩極板之間的距離，從而引起電容的容量發(fā)生變化，由于駐極體上的電荷數(shù)始終保持恒定，根據(jù)公式：Q =CU所以當(dāng)C變化時(shí)必然引起電容器兩端電壓U的變化，從而輸出電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)聲電的變換。由于實(shí)際電容器的電容量很小，輸出的電信號(hào)極為微弱，輸出阻抗極 高，可達(dá)數(shù)百兆歐以上。因此，它不能直接與放大電路相連接，必須連接阻抗變換器。通常用一個(gè)專用的場(chǎng)

11、效應(yīng)管和一個(gè)二極管復(fù)合，組成阻抗變換器。 聲音信號(hào)輸入電路的工作原理：當(dāng)沒(méi)有聲音時(shí)，三極管Q1工作在飽和狀態(tài)，CD4011的2腳為低電平；當(dāng)有聲音時(shí)，聲音信號(hào)經(jīng)話筒MIC轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后經(jīng)C1耦合至三極管Q1放大，Q1由飽和進(jìn)入放大狀態(tài)，其集電極由低電平轉(zhuǎn)變成高電平并送入集成電路CD4011的2腳。4延時(shí)電路圖4 延時(shí)電路當(dāng)夜晚同時(shí)又有外界聲音信號(hào)時(shí)，控制門 ( 與非門 )D2的兩個(gè)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(hào)過(guò)后，VD1雖然恢復(fù)了截止，但由于C3儲(chǔ)存電荷需要通過(guò)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

12、EL不會(huì)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(shí)，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(guò)零時(shí)即關(guān)斷，電燈EL才熄滅。 電路的延遲時(shí)間主要有R5,C3等放電時(shí)間常數(shù)決定。T=2R5C3， 增減R5或C3的數(shù)值可以調(diào)整電路的延遲時(shí)間。本設(shè)計(jì)的延時(shí)時(shí)間約為5分鐘，即燈亮后若不再有聲音5分鐘后燈自動(dòng)熄滅。二極管 VD2-VD5 將交流 220V 進(jìn)行橋式整流變成脈動(dòng)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^(guò)控制可控硅的導(dǎo)通與截止進(jìn)而連接和切斷供電電路，而達(dá)到目的。

13、5總體電路原理相關(guān)說(shuō)明本電路是采用分離元件的聲控延時(shí)電路，其電路原理圖如圖1所示，原理圖說(shuō)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(fù)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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并放大，然后，經(jīng)過(guò)音頻放大器使信號(hào)達(dá)到足夠大；檢波音頻信號(hào)的正半周，即把音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)。經(jīng)過(guò)延時(shí)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(fù)載斷開，若導(dǎo)通，則整流電路負(fù)載導(dǎo)通。光敏控制電路把光照變成電信號(hào)，從而去控制音頻信號(hào)往后邊輸送情況。可見(jiàn)：本電路燈泡要受可控硅的控制，可控硅受話筒取得的

14、音頻信號(hào)和光敏電阻的控制，從而可以實(shí)現(xiàn)聲控和光控；燈亮的時(shí)間由延時(shí)電路的時(shí)間長(zhǎng)度決定。（一）、可控硅是可控硅整流元件的簡(jiǎn)稱,是一種具有三個(gè)PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件,一般由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(wú)觸點(diǎn)開關(guān)以快速接通或切斷電路，實(shí)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)體器件一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。它的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭(zhēng)相采用的元件。 晶閘管T在工作過(guò)程中，它的陽(yáng)極A和陰極K與電源和負(fù)載連接，組

15、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，組成晶閘管的控制電路。（二）、從晶閘管的內(nèi)部分析工作過(guò)程：晶閘管是四層三端器件，它有J1、J2、J3三個(gè)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(gè)PNP型三極管和一個(gè)NPN型三極管的復(fù)合管。當(dāng)晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，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中每個(gè)晶體管的集電極電流同時(shí)就是另一個(gè)晶體管的基極電流。因此，兩個(gè)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(shí)，就會(huì)形成強(qiáng)烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導(dǎo)通，晶體管飽和導(dǎo)通。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

16、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(guò)J2結(jié)的反相漏電電流為Ic0,晶閘管的陽(yáng)極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和：Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0 若門極電流為Ig,則晶閘管陰極電流為Ik=Ia+Ig從而可以得出晶閘管陽(yáng)極電流為：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2） （11）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。當(dāng)晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓，而門極未受電壓的情況下，式（11）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶閘管的陽(yáng)極電流IaIc0 晶閘關(guān)處于正向阻斷狀態(tài)。當(dāng)

17、晶閘管在正向陽(yáng)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(diǎn)流放大系數(shù)a2,產(chǎn)生足夠大的極電極電流Ic2流過(guò)PNP管的發(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(qiáng)烈的正反饋過(guò)程迅速進(jìn)行。當(dāng)a1和a2隨發(fā)射極電流增加而（a1+a2）1時(shí)，式（11）中的分母1-（a1+a2）0,因此提高了晶閘管的陽(yáng)極電流Ia.這時(shí)，流過(guò)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)。式（11）中，在晶閘管導(dǎo)通后，1-（a1+a2）0,即使此時(shí)門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來(lái)的陽(yáng)極電流Ia而繼續(xù)導(dǎo)通

18、。晶閘管在導(dǎo)通后，門極已失去作用。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(yáng)極電流Ia減小到維持電流IH以下時(shí)，由于a1和a1迅速下降，當(dāng)1-（a1+a2）0時(shí)，晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)。IC選用CMOS數(shù)字集成電路CD4011（見(jiàn)附圖二），其里面含有四個(gè)獨(dú)立的與非門電路。內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5，VSS是電源的負(fù)極，VDD是電源的正極?？煽毓鑤選用1 a400v的進(jìn)口單向可控硅1 00-6型，如負(fù)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(cè)量方法是：用r1檔，將紅表筆接可控硅的負(fù)極，黑表筆接正極(如印制板圖所示)，這時(shí)表針無(wú)讀數(shù)，然后用黑表筆觸一下控制

19、極k，這時(shí)表針有讀數(shù)，黑表筆馬上離開控制極k這時(shí)表針仍有讀數(shù)(注意觸控制極時(shí)正負(fù)表筆是始終連接說(shuō)明該可控硅是完好的。駐極體選用的是一般收錄機(jī)用的小話筒，它的測(cè)量方法是：用r100檔將紅表筆接外殼的s、黑表筆接d，這時(shí)用口對(duì)著駐極體吹氣，若表針有擺動(dòng)說(shuō)明該駐極體完好，擺動(dòng)越大靈敏度越高；光敏電阻選用的是625A型，有光照射時(shí)電阻為20k以下，無(wú)光時(shí)電阻值大于100mq，說(shuō)明該元件是完好的。二極管采用普通的整流二極管1n40011n4007?？傊?，元件的選擇可靈活掌握，參數(shù)可在一定范圍內(nèi)選用。在測(cè)試時(shí)先把指針表滿偏同時(shí)將指針表打到1K檔，其次：用表筆對(duì)電容進(jìn)行放電，在用表進(jìn)行測(cè)試，用紅筆接負(fù)極，黑

20、筆接正極；最后：看指針的偏轉(zhuǎn)，且還要指針還原，如能還原就表明電容正常，不能回到原位則表明電容漏電。測(cè)試漏電電容方法：用萬(wàn)用表的電阻擋（R*100和R*1K），將表筆接觸電容器兩引線。剛接觸時(shí)，由于電容充電電流大，表頭指針偏轉(zhuǎn)角度大，隨著充電電流減小，指針逐漸向R=無(wú)窮方向返回，最后穩(wěn)定處即漏電電阻值。一般電容器的漏電電阻為幾百至幾千兆歐，漏電電阻相對(duì)小的電容質(zhì)量不好。測(cè)量時(shí)，若表頭指針指到或接近歐姆零點(diǎn)，表示電容器內(nèi)部短路。若指針不動(dòng)，始終指在R=無(wú)窮處，則意味著電容器內(nèi)部短路或已失效。對(duì)于電容量在0.1F以下的小電容，由于漏電電阻接近無(wú)窮，難以分辨，故不能此法側(cè)漏電阻或判定好壞。6、 總體電

21、路原理圖 圖5 總體電路原理圖聲光控延時(shí)開關(guān)的電路原理圖見(jiàn)圖 5 所示。電路中的主要元器件是使用了數(shù)字集成電路 CD4011 。其內(nèi)部含有 4 個(gè)獨(dú)立的與非門 D1 D4 ，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。可靠性高。本設(shè)計(jì)中只用到了集成塊中的三個(gè)與非門。7、元件清單 序號(hào)元件名稱型號(hào)/規(guī)格元件數(shù)量備注1集成塊CD4011IC1塊2話筒CM-18B1個(gè)3二極管4007VD21只4二極管4148VD11只5電容330u/16VC31只6電容103uC1,C22只7電容4.7uC41只8電阻300KR81只9電阻360KR71只10電阻4.7KR61只11電阻8.2MR51只12電阻320MR41只13電阻3.9MR

22、3、R22只14電阻10KR11只15單向可控硅PCR406VS1只16光敏電阻器2UC1VDL1只8.參考文獻(xiàn)1.何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，浙江大學(xué)出版社，2001年6月2.姚福安，電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)實(shí)踐，東南大學(xué)出版社，1999年10月4.李銀華，電子線路設(shè)計(jì)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6韓振振，數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)，大連理工大學(xué)出版社，2000年7湘潭電機(jī)制造學(xué)校，可控硅技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，1979年8.安德寧 數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)技術(shù) 北京郵電學(xué)院出9.高吉祥 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì) 電子工業(yè)出版社 2002.210.謝自美 主編 電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試版社（第二版）華中科技大學(xué)出版社 2000.79.設(shè)計(jì)心得體會(huì)首先，我