聲控拍手開關(guān)

1、物理與電子技術(shù)學(xué)院電子技術(shù)基礎(chǔ)（一）課程設(shè)計(jì)（2014級(jí)本科）題目聲控拍手開關(guān)姓名:專業(yè)班級(jí)：電子科學(xué)與技術(shù)5班29號(hào)學(xué)號(hào)：29號(hào)院：物理與電子技術(shù)學(xué)院指導(dǎo)老師：張華邱紅張卓完成時(shí)間：2016年7月4日目錄1課程設(shè)計(jì)的目的 12課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 12.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 12.2 設(shè)計(jì)意義 33 設(shè)計(jì)方案與論證 13.1 方案選擇與論證 13.2 報(bào)警器的原理方框圖 14設(shè)計(jì)原理與功能說(shuō)明 24.1 元器件選用原理 34.2 總體電路圖 45 單元電路設(shè)計(jì) 55.1雙穩(wěn)態(tài)電路 55.2 電源及輸出 66硬件的制作與調(diào)試 76.1 電烙鐵的使用 76.2 電子產(chǎn)品的調(diào)試及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 87總結(jié)

2、9附錄一：實(shí)物圖 9附錄二：總體電路原理圖 9附錄三：元器件清單 101課程設(shè)計(jì)的目的通過(guò)理論設(shè)計(jì)和實(shí)物制作解決相應(yīng)的實(shí)際問(wèn)題，鞏固和運(yùn)用在模擬電子技 術(shù)中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，掌握常用模擬電路的一般設(shè)計(jì)方法， 提高設(shè) 計(jì)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，為以后從事電子電路設(shè)計(jì)、研發(fā)電子產(chǎn)品打下良好的基 礎(chǔ)。1、學(xué)習(xí)聲控拍手開關(guān)的設(shè)計(jì)方法；2、研究聲控拍手開關(guān)的設(shè)計(jì)方案；3、掌握三極管管腳極性的判斷方法；4、熟悉電烙鐵的使用方法。2課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)聲控拍手開關(guān)電路2.2 設(shè)計(jì)要求該設(shè)計(jì)主要應(yīng)用音頻放大電路，所有元器件據(jù)采用直插式排列法。該裝置了用于樓梯里，倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，以今衛(wèi)生間內(nèi)

3、部。晚上只要進(jìn)入衛(wèi)生間一拍手 就會(huì)使燈發(fā)光，再次拍手就會(huì)使燈滅掉。適用于黑暗的環(huán)境以及人們不常進(jìn)入到 的空間內(nèi)部。拍手開關(guān)電路為人們提供了方便，黑暗中尋找開關(guān)的位置會(huì)導(dǎo)致人 們因?yàn)榭床灰姷缆钒l(fā)生意外。將拍手電路裝置制作完成之后安裝在家里或者倉(cāng)庫(kù) 內(nèi)，當(dāng)人們進(jìn)去的時(shí)候只需要拍手即可是燈光亮起。離開時(shí)再次拍手就會(huì)是燈光 滅點(diǎn)，不但方便而且節(jié)能。3設(shè)計(jì)方案與論證3.1 方案選擇與論證拍手電路的設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用音頻放大電路。有三極管放大電路的設(shè)計(jì)部分將 麥克風(fēng)收集到的音頻信號(hào)進(jìn)行放大處理，使 LED燈發(fā)光。以下是拍手設(shè)計(jì)電路的方案：麥克風(fēng)收集到的音頻信號(hào)（即拍手的聲音）經(jīng)過(guò)阻容耦合電路送到三極管 內(nèi)，三

4、極管通過(guò)其放大功能將音頻信號(hào)放大。通過(guò) R1, C1將信號(hào)控制在高靈敏 度的范圍內(nèi)，通過(guò)整流濾波穩(wěn)壓等電路將聲音信號(hào)變成平穩(wěn)的直流信號(hào)，然后輸出到二極管使二極管發(fā)光。D1、D2與電阻電容配合實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)電壓的作用，當(dāng)電 源接通的時(shí)候，LED不會(huì)發(fā)光，當(dāng)麥克風(fēng)接收到音頻信號(hào)的時(shí)候，D1導(dǎo)通，使得電源電壓快速翻轉(zhuǎn)，D3發(fā)光。同理，當(dāng)再次接收到拍手的聲音的時(shí)候電路再次 發(fā)生翻轉(zhuǎn)使D3滅。該設(shè)計(jì)方案在實(shí)現(xiàn)功能的成功率及電路元器件的配置都很方便我們學(xué)習(xí)低頻 電子線路，設(shè)計(jì)成本相對(duì)較低，所以決定采用該方案防盜報(bào)警器的關(guān)鍵部分是報(bào)警控制電路， 由控制電路控制聲、光報(bào)警信號(hào)的 產(chǎn)生。下面列出設(shè)計(jì)方案：4設(shè)計(jì)原理與

5、功能說(shuō)明4.1 元器件選用原理1. 麥克麥克是駐極體傳聲器，其作用是感應(yīng)空氣中的微弱振動(dòng)。 麥克內(nèi)部存在一 個(gè)墊片和極板組成的一個(gè)電容器，膜片上充有電荷并且是一個(gè)塑料膜，因此當(dāng)膜 片受到聲壓強(qiáng)的作用，膜片要產(chǎn)生振動(dòng)，從而改變了膜片與極板之間的距離。進(jìn) 行聲電的轉(zhuǎn)換。（麥克有正負(fù)極之分，通常和外殼相通的是負(fù)極） 電阻電阻，即對(duì)電流有阻礙作用的電學(xué)元件。在聲控拍手開關(guān)中選用的電阻都是 一般電阻。電阻的主要物理特征是變電能為熱能，用導(dǎo)體制成具有一定阻值的元 件，即是一個(gè)耗能元件，電流經(jīng)過(guò)它就產(chǎn)生內(nèi)能。電阻在電路中通常起分壓分流 的作用，能量降低。 電解電容電解電容是電容的一種，通常在電源電路或中頻、

6、低頻電路中起電源濾波、 退耦、信號(hào)耦合及時(shí)間常數(shù)設(shè)定、隔直流等作用。一般不能用于交流電源電路， 在直流電源電路中作濾波電容使用時(shí)， 其陽(yáng)極（正極）應(yīng)與電源電壓的正極端相 連接，陰極（負(fù)極）與電源電壓的負(fù)極端相連接，不能接反，否則會(huì)損壞電容器。 瓷片電容瓷片電容是一種用陶瓷材料作介質(zhì)， 在陶瓷表面涂覆一層金屬薄膜，再經(jīng)高 溫?zé)Y(jié)后作為電極而成的電容器。通常用于高穩(wěn)定振蕩回路中，作為回路、旁路 電容器及墊整電容器。適用于高頻電路，振蕩、交聯(lián)、和退偶、濾波，最小 3P, 最大0.68卩。 電源插座用來(lái)接通電源，導(dǎo)通電流使開關(guān)正常工作 三極管（硅管）三極管是半導(dǎo)體基本元器件之一， 具有電流放大作用。它

7、是在一塊半導(dǎo)體基 片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分 是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)。 發(fā)光二極管在電路及儀器中作為指示燈。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成 光能。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娦浴?當(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。正負(fù)極不可接反，因?yàn)槠渚哂袉蜗驅(qū)щ娦浴?. 元器件選擇三極管：三極管選用了 9013NPN型硅管，它的主要用途是：作為音頻放大和 收音機(jī)1W推挽輸出以及開關(guān)等。

8、而我們做的聲控開關(guān)正需要用到此三極管的音 頻放大功能。晶體管是由兩個(gè)相距很近、有一定聯(lián)系的背靠背的PN結(jié)，外加電極、管殼封裝而成。由于兩個(gè) PN結(jié)在一定條件下，它們之間的載流子運(yùn)動(dòng)是相 互影響的，因而它具有電流放大作用。其引腳圖如下顯示。hMttb發(fā)射根ZBasc基極玄Cdlor集電極三極管的引腳參數(shù)：參數(shù)：結(jié)構(gòu) NPN集電極-發(fā)射極電壓25V集電極-基極電壓45V發(fā)射極-基極電壓0.7V集電極電流Ic Max 0.5A耗散功率0.625W工作溫度-55 C+150 C特征頻率150MHz放大倍數(shù) D64-91 E78-122 F96-135 G122-166 H144-220 I190-30

9、0 主要用途放大電路。本聲控開關(guān)選用4個(gè)NPN型硅管9013,制作時(shí)需判斷三極管管腳的極性。NPN 型管判斷管腳極性的方法是：(1) 先判斷基極的極性：假設(shè)晶體管的某一管腳為基極，將萬(wàn)用表轉(zhuǎn)換開關(guān)置于電阻檔“ RX1KQ ”或“ RX100Q ”，用萬(wàn)用表黑筆接觸該極，用紅筆分 別觸及剩下的兩個(gè)管腳。若兩次測(cè)量的電阻值都很小，則說(shuō)明表內(nèi)電源對(duì)晶體三 極管的兩個(gè)PN結(jié)是正偏，假設(shè)的管腳為基極，且該管為NPN型管。要想進(jìn)一步確定兩個(gè)PN結(jié)的質(zhì)量，可用紅筆接觸該管腳，用黑筆分別觸及另外兩管腳，兩 次測(cè)得的電阻均很大(幾十千歐至幾百千歐)，則可確認(rèn)前面的判斷是正確的。(2) 集電極與發(fā)射極的判別：將萬(wàn)

10、用表的紅、黑表筆分別接觸基極以外的兩管腳，并準(zhǔn)備一支100KQ的固定電阻。若被檢測(cè)的是 NPN型管，假設(shè)基極之 外的任一管腳為集電極，用萬(wàn)用表的黑表筆接觸該極，用紅表筆觸及剩余管腳， 同時(shí)用100KQ電阻跨接于黑表筆與基極之間，如圖2-5所示。觀察表針的讀數(shù)， 可獲得一電阻值R1。然后交換表筆，100KQ電阻仍然跨接于黑表筆與基極之間， 同樣得到又一電阻值R2。比較兩次測(cè)得的阻值，若 R1v R2,則假設(shè)的管腳為集 電極。若R1>R2則假設(shè)的管腳不是集電極而是發(fā)射集。由此可推出第三個(gè)管腳 的極性?？傊蒙鲜龇椒ū鎰e(100KQ電阻一直跨接于黑表筆與基極之間)管 腳，測(cè)得的阻值較小的一次

11、，黑表筆對(duì)應(yīng)的是集電極c,紅表筆對(duì)應(yīng)的則是發(fā)射極e。在測(cè)試中，如果檢測(cè)者身邊沒有 100KQ的電阻，也可以用潮濕的手指捏住集電極與基極之間，利用人體電阻代替100KQ電阻的作用，也可作出相應(yīng)的判斷。圖4-2用萬(wàn)用表測(cè)三極管的極性連接三極管時(shí)，必須滿足三極管的放大條件： Je正偏味>0, Jc反偏UBc<0 在三極管Je正偏、Jc反偏的條件下，處在放大狀態(tài)的 NPN型管，不論采用哪種 連接方法，均為集電極電位最高，發(fā)射極電位最低，而基極電位稍高于發(fā)射極電 位。因此，對(duì)NPN型管的放大條件又可寫成 UC>LB>o電容:瓷片電容分高頻瓷介和低頻瓷介兩種。 高頻：具有小的正電容

12、溫度系數(shù)的電 容器，用于高穩(wěn)定振蕩回路中，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(chǎng)合。這種電容器不宜使用在脈沖電路中，因?yàn)樗鼈円子诒幻}沖電壓擊穿。按瓷介電容電介質(zhì)又分：1類電介質(zhì)(NP0,C0G),2類電介質(zhì)(X7R,2X1)和3類 電介質(zhì)(Y5V,2F4)瓷介電容器。EIA RS-198。本聲控開關(guān)中選擇了低頻瓷片電容，其優(yōu)點(diǎn)是微型化 ，高比容,中高壓,無(wú)極 性,高可靠,耐高溫，低ESR低成本.主要應(yīng)用于中，低頻電路中作隔直,耦合,旁 路 和 濾 波 等 電 容 器 使 用。識(shí)別方法：電容的識(shí)別方法與電阻的識(shí)別方

13、法基本相同， 分直標(biāo)法、色標(biāo)法 和數(shù)標(biāo)法3種。電容的基本單位用法拉(F)表示，其它單位還有：毫法(mF)、微 法(卩F)/mju:/、納法(nF)、皮法(pF)。其中：1法拉=1000毫法(mF), 1毫法 =1000微法(卩F) , 1微法=1000納法(nF) , 1納法=1000皮法(pF)容量大的電容其容量值在電容上直接標(biāo)明，如10卩F/16V容量小的電容其容量值在電容上用字母表示或數(shù)字表示字母表示法：1m=1000 卩 F 1P2=1.2PF 1n=1000PF數(shù)字表示法：三位數(shù)字的表示法也稱電容量的數(shù)碼表示法。 三位數(shù)字的前兩 位數(shù)字為標(biāo)稱容量的有效數(shù)字，第三位數(shù)字表示有效數(shù)字后面

14、零的個(gè)數(shù)， 它們的 單位都是pF。女口： 102表示標(biāo)稱容量為1000pF。221表示標(biāo)稱容量為220pF。224表示標(biāo)稱容量為22x10pF。在這種表示法中有一個(gè)特殊情況，就是當(dāng)?shù)谌粩?shù)字用"9"表示時(shí)，是用有效數(shù)字乘上10的-1次方來(lái)表示容量大小。4.2 總體電路圖Q1和Q2組成二級(jí)音頻放大電路，由MK1接受的音頻信號(hào)經(jīng)C1耦合至Q1的 基極，放大后由集電極直接饋至 Q2的基極，在Q2的集電極得到一負(fù)方波，用來(lái) 觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)電路。R1、C1將電路頻響限制在3kHz左右為高靈敏度范圍。電源接 通時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)為 Q4截止，Q3飽和，D3不亮。當(dāng)MK1接到控制信號(hào)， 經(jīng)

15、過(guò)兩級(jí)放大后輸出一負(fù)方波，經(jīng)過(guò)微分處理后負(fù)尖脈沖通過(guò) D1加至Q3的基極， 使電路迅速翻轉(zhuǎn)，D3被點(diǎn)亮。當(dāng)MK1再次接到控制信號(hào)，電路又發(fā)生翻轉(zhuǎn)， D3 熄滅。R75單元電路設(shè)計(jì)5.1 雙穩(wěn)態(tài)電路圖5-1雙穩(wěn)態(tài)電路電源接通時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)為 Q4截止，Q3飽和，D3不亮。當(dāng)MK1接 到控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大后輸出一負(fù)方波，經(jīng)過(guò)微分處理后負(fù)脈沖通過(guò)D1加之Q3的基極，使電路快速翻轉(zhuǎn)，D3被點(diǎn)亮。當(dāng)MK1再次接到控制信號(hào)時(shí)，電 路又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，D3熄滅。工作原理：在沒有外來(lái)觸發(fā)信號(hào)的作用下，電路始終處于原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)。在外加輸 入觸發(fā)信號(hào)作用下，雙穩(wěn)態(tài)電路從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。晶體

16、管PNP型Q3,Q4是二個(gè)反相器。交叉耦合構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)電路，每個(gè)反 相器的輸出端通過(guò) 電阻分別耦合到另一個(gè)反相器的輸入端。由于反相器的輸入 和輸出信號(hào)是反相的，很容易形成二個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)：Q3截止,Q4導(dǎo)通。這是一個(gè) 穩(wěn)定狀態(tài)；反之，Q3導(dǎo)通，Q4截止，這又是一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)； R10、R11是 Q3、Q4的負(fù)載電阻，Rk1、Rk2是二個(gè)晶體管級(jí)間耦合電阻。為了保證 晶體管快速截止，用RB1、 RB2及電源EB為各個(gè)晶體管的基極提供反偏置。兩管集電極的A點(diǎn)和B點(diǎn)是兩個(gè)輸出端，這種電路一般是對(duì)稱的，即Rc仁Rc2,RB2=RB2 ，兩管參數(shù)亦應(yīng)相同。5.2電源及輸出圖5-2電源及輸出6硬件的制作與調(diào)試6.

17、1 電烙鐵的使用1、焊接的注意事項(xiàng)良好的焊接是實(shí)驗(yàn)成功的重要保證； 反過(guò)來(lái)說(shuō)，焊接不良，往往會(huì)使實(shí)驗(yàn)失 敗，甚至損毀元器件。雖然焊接技術(shù)并不復(fù)雜，但如果認(rèn)為它操作簡(jiǎn)單而掉以輕 心，也會(huì)造成種種不良后果。所以應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1) 電烙鐵焊接音樂(lè)集成芯片的時(shí)候，一定要等電烙鐵加熱后，拔掉電源 插頭，用電烙鐵的余熱焊。否則，溫度過(guò)高的焊接，會(huì)燙壞音樂(lè)芯片。(2) 焊接揚(yáng)聲器的時(shí)候，一定要將連接電源正、負(fù)極的導(dǎo)線分別焊接在揚(yáng) 聲器標(biāo)有“ + ”、“ 一”符號(hào)的一端。揚(yáng)聲器的下方還有兩個(gè)類似焊點(diǎn)的地方， 如果錯(cuò)將導(dǎo)線焊在那兒，揚(yáng)聲器就會(huì)損壞，不能使用了。(3) 烙鐵使用日久后，烙鐵頭容易被“燒死”，即

18、在表面出現(xiàn)一層黑色氧化物，而且變得凹凸不平?！盁馈钡睦予F頭很難熔化和沾取焊錫，需用銼刀將 它重新挫亮。盡量使用市場(chǎng)上出售的空心焊錫絲，它是將焊錫做成直徑24毫米的細(xì)管狀，在管內(nèi)裝進(jìn)松香粉。使用這種焊錫絲，能保護(hù)烙鐵頭不易被“燒死”。(4) 使用電烙鐵一定要注意安全，使用前用萬(wàn)用表測(cè)一下電烙鐵電源插頭 兩端的電阻是否為正常值。正常時(shí) 20瓦烙鐵的電阻約2000歐，45瓦的為1000 歐，75瓦的為600歐，100瓦的約500歐。電源插頭與電烙鐵外殼、烙鐵頭之間 的電阻應(yīng)接近無(wú)窮大，否則說(shuō)明這把電烙鐵漏電，不能使用。2 、電路的連接在連接電路的時(shí)候，要嚴(yán)格按照電路圖連接電路，也要注意烙鐵與電路板

19、接 觸的時(shí)間，不要燒壞電路板。并在聯(lián)好電路以后進(jìn)行測(cè)量。即使發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與改正。96.2 電子產(chǎn)品的調(diào)試及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)電源接通時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)為 Q4截止，Q3飽和，D3不亮。當(dāng)MK1接到 控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大后輸出一負(fù)方波，經(jīng)過(guò)微分處理后負(fù)脈沖通過(guò)D1加之Q3的基極，使電路快速翻轉(zhuǎn)，D3被點(diǎn)亮。當(dāng)MK1再次接到控制信號(hào)時(shí)，電路又 發(fā)生翻轉(zhuǎn)，D3熄滅。當(dāng)燈泡亮?xí)r所測(cè)得的數(shù)據(jù)Q1:Ve=0.0 ,Vb=0.54, Vc=0.13Q2： Ve=0.0, Vb=0.07, Vc=4.36Q3:Ve=0.0, Vb=0.02, Vc=3.72Q4:Ve=0.0, Vb=0.66, Vc=0.027總結(jié)通過(guò)這個(gè)課程設(shè)計(jì)讓我真心覺得，這么課程沒有白學(xué)。很多時(shí)候，會(huì)覺得理 論知識(shí)在我們的生活中沒有太多的實(shí)際作用， 現(xiàn)在通過(guò)這些實(shí)踐操作，讓我明白 了許多。比如，書上沒有講的電烙鐵的使用，以及制作和轉(zhuǎn)印電路板，也徹底的 明白了一個(gè)聲控拍手開關(guān)的原理及制作。在理解聲控拍手開關(guān)的電路的原理時(shí)，又更加深刻的了解到三極管的作用， 比如，共射極電路是放大電壓的大小的， 且輸出與輸入是反相的，共基電路