模電課程設(shè)計(jì)多路防爆報(bào)警器

1、模擬色路課程設(shè)計(jì)扌艮告書題目:多路防盜報(bào)警器班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名:指導(dǎo)老師：電信學(xué)院電子信息工程系二o年十二月目錄一、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)二、系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)三、各單元電路詳細(xì)設(shè)計(jì)四、測(cè)試結(jié)果（包括輸入數(shù)據(jù)和輸出結(jié)果）五、體會(huì)原理圖與pcb圖一、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)(一) 設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)主要是加深同學(xué)們對(duì)相關(guān)電子技術(shù)基礎(chǔ)理論 和基本知識(shí)的理解，掌握運(yùn)用模擬電子技術(shù)設(shè)計(jì)與分析電子電 路的基本方法。(二) 設(shè)計(jì)要求(1) 設(shè)計(jì)一種防盜報(bào)警器，適用于倉(cāng)庫(kù)、住宅等地防盜報(bào)警。(2) 功能要求如下。 防盜路數(shù)可根據(jù)需要任意設(shè)定。 在同一地點(diǎn)(值班室)可監(jiān)視多處的安全狀況，一旦 出現(xiàn)偷盜，用指示燈指示相應(yīng)的地點(diǎn)，并通過揚(yáng)

2、聲器發(fā)出警報(bào)。 設(shè)置不間斷電源，當(dāng)電網(wǎng)停電時(shí)，備用直流電源自動(dòng) 轉(zhuǎn)換供電。 本報(bào)警器可用于醫(yī)院住院病人有線“呼叫化(3) 設(shè)計(jì)本報(bào)警器所需的直流穩(wěn)壓電源。(三) 設(shè)計(jì)思路(1) 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?？刂齐娐房刹捎眠\(yùn)算放大器、雙 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或邏輯門等部件進(jìn)行控制。較簡(jiǎn)單的辦法是采用三 極管控制，無(wú)偷盜情況時(shí)，使三極管處在截止?fàn)顟B(tài)，則被控制 的聲、光信號(hào)產(chǎn)生電路不工作，一旦有偷盜情況，立即是對(duì)三 極管導(dǎo)通，被控制的聲、光產(chǎn)生電路產(chǎn)生聲、光報(bào)警信號(hào)，呼 叫值班人員采取相應(yīng)措施。(2) 電網(wǎng)正常供電時(shí)，通過電源變壓器降壓后經(jīng)整流，濾 波及穩(wěn)壓得報(bào)警

3、器所需直流電壓，為防止電網(wǎng)停電，在控制器 的輸入端設(shè)置有備用電源，保證報(bào)警器在停電時(shí)能正常工作。二、系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)報(bào)警器原理框圖圖1多路防盜報(bào)警器底理框圖(1 )控制電路由三極管3dg12.電阻r1、r2、r3和可控制 硅scr1共同組成，如圖2所示。電源電壓12v通過r2給三極 管3dg12提供基極直流偏置，初始狀態(tài)下，開關(guān)s1斷開。三極 管基極無(wú)電流，三極管發(fā)射極沒有偏置電壓，使三極管處于截 止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)，可扌空硅的扌空制極上無(wú)信號(hào)或者僅有微小的信號(hào)， 可控硅不能導(dǎo)通。正常情況下，可控硅的t1、t2極間有正向偏 壓，但不導(dǎo)通。一旦開關(guān)s1被觸碰，將使整個(gè)電路導(dǎo)通，由于 有電解電容，三極管導(dǎo)通

4、前，電路先給三極管充電，直到三極 管基極具有足夠的電壓是三極管發(fā)射極正偏，電壓應(yīng)高于0. 7vo 可控硅即晶閘管導(dǎo)通后，使報(bào)警電路工作，發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。(2) 電網(wǎng)電壓通過電源變壓器降壓后，經(jīng)整流橋整流，電容 器濾波，三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后供給控制電路，同時(shí)將備用直 流電源通過二級(jí)管并入控制電路的輸入端。電網(wǎng)電壓正常供電 時(shí)，二極管截止，一旦電網(wǎng)停電，二級(jí)管導(dǎo)通，備用電源自動(dòng) 供電。(3) 指示燈采用燈泡顯示，控制電路輸出信號(hào)使其發(fā)光。顯 示器可接不通設(shè)防地點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)。采用ne555時(shí)基電路和阻容 組件組成音調(diào)振蕩器，控制器輸出信號(hào)v。控制其工作。ne555 輸出音頻信號(hào)再通過放大電路放大后

5、揚(yáng)聲器發(fā)生警報(bào)。12vr 143kw131 mil 2r2sc r丄蘭dci代347ufi2k°圖2控制電路圖三. 各單元電路詳細(xì)設(shè)計(jì)一、電源電路出去備用直流電源的電源電路，家庭電路中的220v經(jīng)過 變壓器降壓后變?yōu)榻涣?5v,再使用有四個(gè)相同型號(hào)整流二極 管組成的整流電路整流，而后又經(jīng)過電解電容c7與瓷片電容濾 波后得到220v的直流電壓。然后再用型號(hào)為78l1 2國(guó)際上普通 使用的12v三端集成穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓，通過穩(wěn)壓即可得到比較理想 的12v直流電壓。三段集成穩(wěn)壓塊之后的電路上又并聯(lián)了容量 為47nf的瓷片電容與容量較大的電解電容將低于12v少量電壓 放大，除此之外，c10與c8還

6、有保護(hù)電路的作用。即當(dāng)電網(wǎng)斷 電瞬間，電容上任然充滿了電荷，電容開始放電，等到電容兩 端的電壓小于門.3v時(shí)，二極管d7開始導(dǎo)通，備用直流電源開 始工作。圖3電源電路圖二、控制電路本多路報(bào)警器要控制的電路有3路。在電路中起到控制 聲光報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生的作用。控制電路有多種設(shè)計(jì)方法，也可以 用多種元件實(shí)現(xiàn)。在此選擇簡(jiǎn)單的三極管與可控硅實(shí)現(xiàn)。可控 硅的導(dǎo)通條件是有正向偏壓，然后如果控制極上有一個(gè)高于陰 極的電壓信號(hào)，該可扌空硅便導(dǎo)通。其外，可控硅的一個(gè)重要特 點(diǎn)是，一旦導(dǎo)通后，既可以維持導(dǎo)通狀態(tài)，與控制極不再有關(guān) 系?？衫每煽毓璧倪@種特性與三極管的設(shè)計(jì)控制電路?？蓪?接觸式開關(guān)串在三極管的基極上，正

7、常情況下，開關(guān)斷開，三 極管基極上沒有電壓，僅有集電極直接與電源相連。要是三極 管能正常工作，應(yīng)先調(diào)節(jié)三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)，使其工作在放 大區(qū)。這樣，三極管導(dǎo)通后才能將基極上微小的電流放大后送 到發(fā)射極。在發(fā)射極上串聯(lián)一個(gè)較大的電阻，這樣一來，在三 極管導(dǎo)通后，發(fā)射極上電阻能獲得較大的電勢(shì)差，然后將其加 到可控硅對(duì)的控制極與陰極上，可控硅就迅速導(dǎo)通。另外，考 慮到接觸式開關(guān)防盜應(yīng)用中開關(guān)不可能合上以后就不再斷開。一般情況下，接觸式開關(guān)只有短暫的閉合，為了延長(zhǎng)電路的工 作時(shí)間，可在三極管的基極與地之間并聯(lián)一個(gè)電解電容，用于 延遲電路導(dǎo)通與延續(xù)電路的導(dǎo)通狀態(tài)。控制電路是整個(gè)多路防盜報(bào)警器電路的核心。

8、起著控制聲 光報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生的作用。如圖4.可控硅的右側(cè)是聲光報(bào)警信號(hào) 的輸入端，由圖可看出，只要可控硅導(dǎo)通，聲報(bào)警信號(hào)便可發(fā) 出?？刂齐娐返挠覀?cè)是產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)的電路，其電路也極其簡(jiǎn) 單，只需要將一個(gè)較大的電阻與燈泡串聯(lián)后接到電源上。圖中 d1也有重大作用，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)電路只有通過d1然后通過可 控硅，才能正常產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。要使二極管d1導(dǎo)通，需要其有 正向偏壓。要達(dá)到此目的，需要使r4阻值較大及其使燈泡有一 個(gè)較犬的功率，使二極管的陰極電位較低。次控制電路中，三 極管靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試也比較重要，電路導(dǎo)通時(shí)應(yīng)使三極管工 作在放大區(qū)。三、報(bào)警產(chǎn)生電路首先考慮使用555時(shí)基集成電路，不僅是因?yàn)槠涫褂?/p>

9、廣泛， 它也有其獨(dú)特的作用。555時(shí)基電路的工作過程：555電路的內(nèi)部電路方框圖如圖 5所示。它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本rs觸發(fā)器，一個(gè)放 電開關(guān)管t,比較器的參考電壓由三只5k電阻器構(gòu)成的分壓器 提供。它們分別使高電平比較器a1的同相輸入和低電平比較器 a2的反相輸入端的參考電平為2/3vcc和1/3vcco a1和a2的 輸出端拄制rs觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)自6 腳，即高電平觸發(fā)輸入并超過參考電平2/3vcc時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位， 555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入 信號(hào)自2腳輸入并低于1/3vcc時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的3腳輸 出高電平，同時(shí)放電開關(guān)管

10、截止。25 4? 2 7i1燧圖5 555定時(shí)器內(nèi)部框圖rd是復(fù)位端（4腳），當(dāng)rd二0, 555輸出低電平。平時(shí)rd端開路或接vcc。vc是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出2/3vcc作為比較器陽(yáng)的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接0. 01uf的電容器到地，起濾波作用，以消除夕卜來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。t為放電管，當(dāng)t導(dǎo)通時(shí),將給接于7腳電容器提供低阻放電通路。555定時(shí)器主要是與電阻，電容構(gòu)成充放電電路，并由兩個(gè)比較器來檢測(cè)電容器上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開關(guān)管的通斷。這就很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十

11、分鐘的延時(shí)電路，可方便地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器，施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生或波形變換電路。一般的報(bào)警聲不是連續(xù)的聲音，應(yīng)該是間斷的有高有低的 聲音。實(shí)現(xiàn)方法是用rc振蕩電路產(chǎn)生振蕩信號(hào)然后送入555時(shí) 基集成電路，再由3腳輸出振蕩信號(hào)。來考慮到不應(yīng)有負(fù)信號(hào)， 故需要在555集成電路的3腳接上一個(gè)整流二極管，通過整流 后還應(yīng)用點(diǎn)擊電容濾掉直流信號(hào)，這樣報(bào)警信號(hào)的效果會(huì)更好。 但是，僅由555時(shí)基電路集成電路3腳輸出在經(jīng)過整流隔直的 振蕩信號(hào)很小，不能直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲，故需要在輸 出端增加一個(gè)放大電路單元。放大電路選用兩級(jí)放大，提高增 益，使輸出端得到較高的振蕩信號(hào)，并能驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器產(chǎn)生報(bào)

12、警 信號(hào)。四、報(bào)警聲產(chǎn)生原理圖6中i點(diǎn)為電源輸入端，為整個(gè)報(bào)警聲產(chǎn)生電路供電。g點(diǎn)位接地端，如果g端能正常接地，整個(gè)報(bào)警聲產(chǎn)生電路將 接通，振蕩信號(hào)便能驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲。控制電路正是利 用控制g端來達(dá)到控制整個(gè)報(bào)警聲產(chǎn)生電路的目的。即將g點(diǎn) 輸出信號(hào)通過二極管接到可控硅的陽(yáng)極，這樣一來，可控硅就 控制了整個(gè)報(bào)警聲產(chǎn)生電路。在i點(diǎn)與g點(diǎn)之間，555時(shí)基集 成電路與r25、r26、c11共同組成無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。振蕩頻 率 f二44/ (r25+2r26) /c11 ,振蕩頻率為 668hz。在 555 之后， 12v直流電源保證輸出級(jí)放大電路能正常工作°r27用一個(gè)較大 的電阻使三

13、極管在工作在放大區(qū)。t7為硅材料npn型高頻中功 率管，t8為珞材料pnp型低頻小功率管。兩個(gè)晶體管構(gòu)成兩級(jí) 放大電路。五、各單元間連接方法電源電路主要作用是為整個(gè)電路提供持續(xù)不斷地12v直流 電源供應(yīng)，以保證有偷盜情況時(shí)電路能正常產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。電 源電路輸出端直接連接至控制電路與報(bào)警聲信號(hào)產(chǎn)生電路的輸 入端?？刂齐娐吠ㄟ^可控硅連接報(bào)警光信號(hào)與報(bào)警聲信號(hào)產(chǎn)生 電路，并控制報(bào)警聲，光信號(hào)的產(chǎn)生。報(bào)警聲信號(hào)產(chǎn)生電路控 制電路之間又連一個(gè)二極管，然后才連到可控硅的陽(yáng)極上。四、測(cè)試結(jié)果一、電源電路參數(shù)計(jì)算組成整流橋的四個(gè)整流二極管型號(hào)相同。每個(gè)二極管的耐 壓值為：vrm二 v 2x15v=21. 2v

14、,平均電 流為：id"/2ilo 45x15/rl 由于電路中沒有負(fù)載電阻，所以正常情況下，二極管中的電流 很小。經(jīng)過濾波后的電路電壓為：« l4v. = 1.4 x 1.5 = 2mvz, = 15v）3n 1 .'-q 土厶 q = &c* 2（3 5, t = = = 0.02$時(shí)間常數(shù)：2 f 50 o二極管d7耐壓值為：12vo二、控制電路參數(shù)計(jì)算由于各路電路相同，各路電路的參數(shù)也相同。以第一路為例，取rl=43kq,三極管為高頻小功率管。三極管靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算："cv -% 二乙（盡 + 心 +（1 + 0、r）./ 二一咯"

15、 盡+網(wǎng)+（1 + 0）禺yce =kr-t-zej指示燈泡的額定電壓為8v,額定電流為0. 15a,額定功率r -聖少乍3血為 8x0. 15=1. 2w,電阻為知一 1.2 " o17 _（）7,rx =- -53.3q = 7ooq八】,則 0.15,可控硅的正向電流大于0. 15a,二極管d1陰極的電位為0. 7vo三、拄制電路參數(shù)計(jì)算r25、r26、c11與555構(gòu)成音調(diào)振蕩電路，振蕩頻率為：f=1.44/ (r25+2r26) xc11 ,振蕩頻率為 668hz。三極管t7de靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算：r 一 2怯"r-3 %-14電阻均選用碳膜電阻器，6只電位器選用普通

16、的，可用起子 直接調(diào)節(jié)器電阻值。普通電容選用瓷片電容，在電容表面都有 標(biāo)號(hào)。電解電容容值都已知道，在選擇電容時(shí)，可耐電壓值為 35v的電解電容，也可選擇耐壓值更高的。二極管型號(hào)大多相 同，為n型硅材料小信號(hào)管。三極管t1-t7選用硅材料npn型 高頻小功率管。而三極管t8選用珞材料pnp型低頻小信號(hào)管， 可控硅選用普通反向阻斷型，1a耐壓100w,正向管壓降 0. 4v1. 2vo指示燈的型號(hào)為xz8-0. 15,額定電壓為8v,額定 電流為0. 15ao變壓器為15v變壓器，有三個(gè)短線，較為常見。五、體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)，我所設(shè)計(jì)的是多路防盜報(bào)警系統(tǒng)。通過這次 課程設(shè)計(jì)讓我了解了更多模擬電路的知

17、識(shí)，為今后的學(xué)習(xí)打下 了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在起初著手多路防盜報(bào)警器是感到陌生，不知從何下手， 覺得所學(xué)知識(shí)派不上用場(chǎng)，更不如何應(yīng)用到實(shí)踐中來。雖然不 知所措，但經(jīng)過多日在圖書館查找資料，對(duì)整體的框架有了初 步的認(rèn)識(shí)。首先確定我所設(shè)計(jì)多路防盜報(bào)警器由直流穩(wěn)壓電源， 聲光控制電路、備用電壓源大致三部分組成。接下來對(duì)電源電 路進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，如：直流穩(wěn)壓電源的電源變壓器，整流，濾 波，穩(wěn)壓等等。其中參數(shù)確定顯得尤為困難，由于知識(shí)量小， 對(duì)一些公式不熟練，造成計(jì)算上的不便，為整個(gè)設(shè)計(jì)帶來了麻 煩。雖然遇到了一些困難，但最終完成了本次課程設(shè)計(jì)。通過本次的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多，更加鍛煉了我的自 學(xué)能力和創(chuàng)造性思維，讓我開闊了視野。雖然遇到了困難，但 從困難中站起來，享受成功的喜悅是件令人高興的事。在本次 課程設(shè)計(jì)中我更深刻的領(lǐng)會(huì)到，一味的理論知識(shí)是