模電課程設(shè)計(jì)-- 聲控閃光燈

1、<p>　　《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題 目 聲控閃光燈 </p><p>　　學(xué)生姓名 *** </p><p>　　專業(yè)班級 10級***班 </p><p>　　學(xué) 號 ********* <

2、/p><p>　　院 （系） 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　完成時間 2012年10月19日 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設(shè)計(jì)的目的1</p>&

3、lt;p><b>　　1.1 前言1</b></p><p>　　2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1</p><p>　　3 設(shè)計(jì)方案與論證3</p><p>　　3.1 電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.1.1 方案3</p><p>　　3.1.2 論證3</p>&

4、lt;p>　　4 設(shè)計(jì)原理及功能說明5</p><p>　　5 單元電路的設(shè)計(jì)（計(jì)算與說明）6</p><p>　　5.1 主要1、2單元電路圖6</p><p>　　5.2 無聲波信號時7</p><p>　　5.3 有聲波信號時7</p><p>　　5.4 附加內(nèi)容8</p>&l

5、t;p>　　5.4.1 放大電路8</p><p>　　5.4.2 濾波電路10</p><p>　　6 硬件的制作與調(diào)試11</p><p><b>　　7 總結(jié)13</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)14</b></p><p>　　附錄1：總體

6、電路原理圖15</p><p>　　附錄2：元器件清單16</p><p><b>　　1 課程設(shè)計(jì)的目的</b></p><p><b>　　1.1 前言</b></p><p>　　從建國以來，我國的電子技術(shù)的不斷地飛速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于社會的各個領(lǐng)域，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事及日常生活等，但我

7、國由于沒有趕上前兩次科技革命，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對于發(fā)達(dá)國家比較晚，仍屬于發(fā)展中國家，所以作為21世紀(jì)的大學(xué)生有義務(wù)肩負(fù)起振興國家的使命。</p><p>　　憶往昔，1837年畫家出身的莫爾斯（S.F.Morse）發(fā)明了電報(bào)，1876年，美國人貝爾（A.G.Bell）雖然不懂電學(xué)和機(jī)械，但他憑借造福人類的激情和毅力發(fā)明了電話，沒有受過正規(guī)大學(xué)教育的馬可尼利用赫茲的火花振蕩器作為發(fā)射器，實(shí)現(xiàn)了無線電信號的傳遞……<

8、/p><p>　　鑒于以上各種事實(shí)，同樣也點(diǎn)燃了我決心未來成為一名電子工程師內(nèi)心的火花，我認(rèn)為在學(xué)習(xí)好文化知識的基礎(chǔ)上，我們應(yīng)該多實(shí)踐，把所學(xué)到的知識能盡量多地轉(zhuǎn)化為造福社會的生產(chǎn)力。</p><p><b>　　1.2 目的</b></p><p>　　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(shí)驗(yàn)入手，設(shè)計(jì)一個聲控閃光燈。聲音由麥克風(fēng)拾取

9、，LED燈能隨著環(huán)境聲音的強(qiáng)弱起伏而閃爍發(fā)光，當(dāng)有聲音時閃光燈發(fā)光，并且在一定范圍內(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。</p><p>　　2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　一 制作聲控閃光燈。</p><p>　　1 理解聲控閃光燈電路的

10、工作過程。</p><p>　　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(diǎn)。</p><p>　　3會對聲控閃光燈電路進(jìn)行安裝、調(diào)試和測試。</p><p>　　4會用萬用表對駐極體話筒進(jìn)行正、負(fù)極識別和質(zhì)量檢測。</p><p>　　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。&l

11、t;/p><p>　　6掌握印制電路板元器件的焊接技術(shù)。</p><p>　　7熟悉印制電路板的連線方法。</p><p>　　二 幫助我們更好地理解所學(xué)的理論知識。</p><p>　　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。</p><p>　　三 學(xué)會查找資料，包括圖書、網(wǎng)絡(luò)等渠道。</p&g

12、t;<p>　　四 提升我們的動手能力。</p><p>　　五 培養(yǎng)我們制作報(bào)告的一些基本方法。</p><p><b>　　2.2 基本要求</b></p><p>　　1.打印《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書一份，給出課題的設(shè)計(jì)和制作、調(diào)試過程。 </p><p>　　2.根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，畫出設(shè)計(jì)電路

13、圖，畫出印制電路版圖。</p><p>　　3.設(shè)計(jì)時間：三周。</p><p><b>　　4.制作PCB板。</b></p><p>　　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(jì)報(bào)告不能完全相同。</p><p><b>　　3 設(shè)計(jì)方案與論證</b></p>&

14、lt;p><b>　　3.1 電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1.1 方案</b></p><p>　　圖3-1 聲控閃光燈電路基本工作原理</p><p>　　圖3-2 聲音波形圖</p><p>　　根據(jù)上述基本功能，設(shè)計(jì)電路圖如附錄1。</p><p

15、><b>　　3.1.2 論證</b></p><p>　　三極管VT1相當(dāng)于開關(guān)，VT2起放大作用。當(dāng)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(dāng)有聲音時，其信號的負(fù)半周使ICE1減小，UC1增大，VT1導(dǎo)通，那么VT2也進(jìn)入放大狀態(tài)，使VL1、VL2亮，根據(jù)聲音的頻率而閃爍。</p><p><b>　　3.2

16、仿真</b></p><p>　　在仿真軟件multisim中進(jìn)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。</p><p><b>　　仿真效果為:</b></p><p>　　當(dāng)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

17、兩端波形幾乎為一條水平線。</p><p>　　當(dāng)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(dāng)話筒為100HZ時,UC1=0.74V；b、當(dāng)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。</p><p>

18、　　因?yàn)槿寺曇舻念l率為85-1100HZ，所以當(dāng)人發(fā)出聲音時UC1應(yīng)該等于0.74V，VT2會導(dǎo)通。</p><p>　　圖3-3 仿真電路圖</p><p>　　圖3-4 二極管兩端波形</p><p>　　4 設(shè)計(jì)原理及功能說明</p><p>　　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。 R

19、1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?fàn)顟B(tài)）。</p><p>　　當(dāng)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(yīng)的電信號，經(jīng)電容C1送到VT1的基極，電信號的負(fù)半周使VT1退出飽和狀態(tài)（正半周時不能使VT1 的ICＱ降低），進(jìn)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(dǎo)通，LED1

20、和LED2點(diǎn)亮發(fā)光。</p><p>　　當(dāng)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(qiáng)信號輸入時，發(fā)光二極管才點(diǎn)亮發(fā)光，所以，LED1和LED2能隨著環(huán)境聲音（如音樂、說話）信號的強(qiáng)弱起伏而閃爍發(fā)光。</p><p>　　5 單元電路的設(shè)計(jì)（計(jì)算與說明）</p><p>　　5.1 主要1、2單元電路圖</p&g

21、t;<p><b>　　分別如下：</b></p><p><b>　　圖5-1 單元1</b></p><p><b>　　圖5-2 單元2</b></p><p>　　5.2 無聲波信號時</p><p><b>　　單元1 :</b>&

22、lt;/p><p><b>　　R1＝4.7KΩ</b></p><p>　　給電容話筒MIC提供偏置電流，</p><p>　?。蒑IC＝UCC／R1＝0.64mA (5-1)</p><p><b>　　R2=1MΩ</b></p><p>

23、　　IBQ1＝（UCC－UBE)/R2=2.3*e-06mA (5-2)</p><p><b>　　R3=10KΩ</b></p><p>　　使UCE1為0.2～0.4V</p><p>　　此時VT1處于臨界飽和狀態(tài)，不能放大電流。</p><p><b>　　單元2:</b

24、></p><p>　　UC3=UCE1,不能使VT2導(dǎo)通，IBQ2幾乎為零，VT2截止,燈不亮。</p><p>　　5.3 有聲波信號時</p><p><b>　　單元1:</b></p><p>　　C1作用：耦合電容，隔直流，決定下限頻率。</p><p>　　fl1=1/ [ 2

25、π（RMIC+ri）C1 ]≈1/2πriC1 (5-3)</p><p>　　rbe=rbb’+(1+β)26/IEQ≈11.6KΩ (5-4)</p><p>　　ri=rbe∥R2≈11.5KΩ (5-5)</p><p>　　所以fl1=13.85HZ<

26、;/p><p>　　聲波信號經(jīng)話筒轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，經(jīng)C1送至VT1的基極進(jìn)行放大其信號負(fù)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）</p><p><b>　　單元2：</b></p><p>　　C2

27、作用: 耦合電容，隔直流，決定下限頻率,（當(dāng)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）。</p><p><b>　　同理：</b></p><p>　　fl2=1/ [2π(RLED/2) C2] (5-6)</p><p>　　RLED=1.8V/50mA=36Ω

28、 (5-7)</p><p>　　所以fl2≈88.46HZ</p><p>　　綜上可知下限頻率fl=fl2=88.46HZ</p><p>　　所以從而影響了低頻放大倍數(shù)Ausl [Ausl=Ausm/(1-jf1/f)]</p><p>　　UC1增加使VT2導(dǎo)通退出截止?fàn)顟B(tài)，（截止?fàn)顟B(tài)時IBQ2=U

29、c1/rbe=0.2V/11.6KΩ=17.2μA,IBQ2增加，退出截止?fàn)顟B(tài)。</p><p><b>　　5.4 附加內(nèi)容 </b></p><p>　　5.4.1 放大電路</p><p>　　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(jìn)行放大，從而推動負(fù)載工作。所謂放大，實(shí)質(zhì)就是將直流電源的能量轉(zhuǎn)化為具有一定大

30、小且隨著輸入信號變化而變化的輸出信號，也可以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。</p><p>　　基本放大電路的組成如下：</p><p>　　圖5-3 共射極放大電路（雙電源供電）</p><p>　　圖5-4 共射極放大電路（單電源供電）</p><p>　　圖5-5

31、 共集電極放大電路</p><p>　　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(fù)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。</p><p>　　圖

32、5-4為單電壓供電的共射極放大電路，只要RB遠(yuǎn)大于RC，單電源就可代替雙電源的作用。</p><p>　　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(diǎn)。</p><p>　　5.4.2 濾波電路</p>

33、<p>　　濾波電路常用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(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復(fù)式濾波電路。</p><p>　　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(dāng)電源電壓降低時，就把能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑，即電容C具有平波的作用；與負(fù)載串聯(lián)的電感L,當(dāng)電源供給的電流增加（

34、由電源電壓增加引起）時，它把能量儲存起來，而當(dāng)電流減小時，又把能量釋放出來，使負(fù)載電流比較平滑，即電感L也有平波作用。</p><p>　　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(dāng)電流很大時，僅用一電感器與負(fù)載串聯(lián)）。</p><p>　

35、　6 硬件的制作與調(diào)試</p><p>　　1用multisim仿真成功后，按電路圖進(jìn)行裝配，實(shí)物圖如下。</p><p>　　MIC:有標(biāo)記一端為正極。</p><p>　　C1、C2：長引腳為正極。</p><p>　　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

36、（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。</p><p>　　R1:4.7KΩ 黃紫黑棕金，R2:1MΩ 棕黑黑黃金，R3:10KΩ 棕黑黑紅金。</p><p><b>　　圖6-1 實(shí)物圖1</b></p><p&g

37、t;<b>　　圖6-2 實(shí)物圖2</b></p><p>　　2焊接時注意烙鐵的使用方法，先使烙鐵預(yù)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(yù)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(dǎo)線時最好使導(dǎo)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(jìn)行密封，以進(jìn)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。</p>

38、<p>　　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(dǎo)通如果該電壓超過VT2的死區(qū)電壓，則靜態(tài)時VT2就導(dǎo)通，使發(fā)光二極管點(diǎn)亮發(fā)光，所以對于靈敏度不同的三極管，VT1的集電極電阻R3的大小要通過調(diào)試來確定。</p><p>　　4離話筒約0.5m遠(yuǎn)，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

39、爍，可適當(dāng)減小R3的阻值，或者更換β值更大的三極管。</p><p>　　5適當(dāng)?shù)臏p小R1的阻值，或者更換靈敏度更高的駐極體話筒，也可使話筒接受聲音的靈敏度提高。</p><p><b>　　7 總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過三個星期的課程設(shè)計(jì)，留給我印象最深的是設(shè)計(jì)一個成功的電路，必須要有扎實(shí)的知識基礎(chǔ)。本產(chǎn)品能通過聲音的頻率來控制燈

40、的閃爍，個人感覺其功能還算比較完善。</p><p>　　此次的設(shè)計(jì)并不奢望十全十美，當(dāng)中不完美的地方有：所設(shè)計(jì)的電路比較簡單，但這也讓我有更多的時間對所學(xué)的專業(yè)知識運(yùn)用到一些細(xì)微的方面，我們組每個人也都做了一個成品，還一塊做了一個上交上去；答辯時準(zhǔn)備不是太充分，讓我明白了演講前一定要有所準(zhǔn)備和演講時一定要擺正好自己的心態(tài)。</p><p>　　做設(shè)計(jì)的目的是希望能檢查下對所學(xué)知識的運(yùn)用能

41、力的好壞，并對以后的課程學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，提高自己的動手能力，并且開始慢慢走上電子產(chǎn)品創(chuàng)新的道路。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]江曉安.模擬電子技術(shù)第三版.西安:西安電子科技大學(xué)出版社2008.3</p><p>　　[2]王松林.電路基礎(chǔ)第三版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社2008.8</p>

42、;<p>　　[3]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）.北京：高等教育出版社2006.1</p><p>　　[4]陳明義.電子技術(shù)課程使用教程第三版.長沙：中南大學(xué)出版社2010.1</p><p>　　[5]燕慶明.信號與系統(tǒng)教程第二版.北京：高等教育出版社2007.11</p><p>　　附錄1：總體電路原理圖</p><p&