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1、<p> 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p> 題 目:聲控延時(shí)電動(dòng)機(jī)</p><p> 專 業(yè):自動(dòng)化</p><p><b> 聲控延時(shí)電動(dòng)機(jī)</b></p><p><b> 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p> 了解多諧振蕩器的原理。
2、</p><p> 掌握多諧振蕩器的應(yīng)用設(shè)計(jì)。</p><p><b> 設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)</b></p><p><b> 1.技術(shù)指標(biāo)</b></p><p> ?。?)電機(jī)額定工作電壓為2V~3V的直流低速電動(dòng)機(jī);</p><p> ?。?)供電電源為直流3V。
3、</p><p><b> 2.設(shè)計(jì)要求</b></p><p> ?。?)對(duì)著話筒拍手或叫喊時(shí),電動(dòng)機(jī)M會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),幾秒以后又會(huì)停止工作,再次拍手,又重新轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)聲控延時(shí)的作用;</p><p> (2)擬定測(cè)試方案和設(shè)計(jì)步驟;</p><p> ?。?)根據(jù)性能指標(biāo),選好元件,設(shè)計(jì)電路并畫出電路圖;</p&g
4、t;<p> ?。?)在面包板上或萬能板上安裝電路;</p><p> ?。?)寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p><b> 設(shè)計(jì)方案及方案論證</b></p><p><b> 設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b> ?。?)聲控的實(shí)現(xiàn)</b></p&
5、gt;<p> 話筒將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),此信號(hào)可能很小,可以通過一個(gè)基本共射放大電路將其放大,形成一個(gè)脈沖。</p><p><b> ?。?)延時(shí)的實(shí)現(xiàn)</b></p><p> 話筒形成的脈沖寬度是不定的,而單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路的輸出脈沖寬度與觸發(fā)脈沖無關(guān),可以將任意寬度的脈沖轉(zhuǎn)換成一定寬度的脈沖。并由于輸出脈沖寬度一定,因此可以用來作為時(shí)間延時(shí)
6、電路。</p><p><b> (3)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)</b></p><p> 由單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路產(chǎn)生的一定寬度的脈沖實(shí)際上是高低電平的轉(zhuǎn)換,而晶體三極管可以因其基極電壓升降而導(dǎo)通或截止,從而控制電機(jī)的工作與否。</p><p><b> 方案論證</b></p><p><b>
7、 小信號(hào)放大</b></p><p> 基本共射放大電路如右圖所示。</p><p> 話筒發(fā)出的信號(hào)可能很小,需要經(jīng)過一個(gè)基本共射放大電路對(duì)其進(jìn)行放大,輸出一個(gè)負(fù)脈沖。</p><p><b> 單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路</b></p><p> 單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路如右圖所示。</p>&l
8、t;p> 三極管T2的集電極和三極管T3的基極之間是直接耦合的。而三極管T3的集電極與三極管T2基極之間通過電容C進(jìn)行耦合。</p><p> 電路在沒有信號(hào)輸入時(shí),選擇合理的R4,使三極管T2穩(wěn)定在飽和狀態(tài),此時(shí)它的集電極電壓約為0.3V以下。這樣,三極管T3穩(wěn)定在截止?fàn)顟B(tài)。這就是單穩(wěn)態(tài)電路的穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p> 當(dāng)一個(gè)負(fù)脈沖到達(dá)三極管T2的基極時(shí),三極管T2開始趨向
9、截止,它的集電極電流減少,集電極電壓升高。經(jīng)過直接耦合,使T3的基極電壓升高,T3開始導(dǎo)通,它的集電極電壓下降,形成一個(gè)負(fù)反饋,很快達(dá)到一個(gè)新的狀態(tài),此時(shí)三極管T2截止,T3飽和導(dǎo)通。這就是單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)過程。</p><p> 單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)過程不能持久。在此期間,電容C通過電阻R進(jìn)行放電,隨著放電的進(jìn)行,三極管T2的基極電壓逐漸升高,當(dāng)它達(dá)到開啟電壓0.5V以上時(shí),三極管T2開始導(dǎo)通,正反饋現(xiàn)象再次發(fā)生
10、,整個(gè)電路很快回到三極管T2飽和導(dǎo)通、T3截止的穩(wěn)定狀態(tài),即暫態(tài)結(jié)束。</p><p> 這個(gè)暫態(tài)期的時(shí)間即為電路的延時(shí)時(shí)長(zhǎng)。</p><p> 電路恢復(fù)穩(wěn)態(tài)后,電容C通過T2的發(fā)射結(jié)進(jìn)行充電,充電完成后電路才可以接收下一次的觸發(fā)。</p><p><b> 驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p> 單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)
11、時(shí),三極管T2飽和導(dǎo)通,T3截止。T3的集電極為高電平。接在T3集電極上面的T3是PNP型三極管,所以三極管T4沒有導(dǎo)通,電機(jī)不工作。當(dāng)單穩(wěn)態(tài)電路處于暫態(tài)時(shí),三極管T3飽和導(dǎo)通,集電極電壓下降,導(dǎo)致與之連接的三極管T4也導(dǎo)通,電機(jī)開始工作。于是幾秒后單穩(wěn)態(tài)電路自動(dòng)恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)過程,于是電機(jī)停止工作。</p><p><b> 具體分析</b></p><p><
12、b> 系統(tǒng)原理框圖</b></p><p><b> 聲音信號(hào)</b></p><p><b> 電路圖初步確定</b></p><p> 由于整個(gè)電路只有一個(gè)3V電源,所以各三極管基極電壓需選用合適的電阻為其提供。</p><p> 三極管T1和三極管T2的工作狀態(tài)是相
13、互獨(dú)立的,所以三極管T1的集電極與三極管T2的基極之間通過電容進(jìn)行耦合。</p><p> 為濾除三極管T3基極上的高頻雜波,應(yīng)使用電容將基極接地,防止三極管T3的誤動(dòng)作。</p><p> 由于電機(jī)工作時(shí)電流較大,會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生一定的干擾,為了保證電路能穩(wěn)定工作,防止干擾信號(hào)對(duì)音頻放大電路的影響,應(yīng)使用電容為電源進(jìn)行退耦濾波。</p><p> 由此,可基本確
14、定總電路圖如下:</p><p> 主要元件參數(shù)值的分析和計(jì)算 </p><p><b> 電阻的估算</b></p><p> 電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí),三極管T2飽和導(dǎo)通,三極管T3、T4截止,下面設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)。</p><p> NPN三極管工作在飽和區(qū)時(shí),集電極電壓約為0.1V~0.3V。不妨令UCEQ=0.2V
15、,即UC=0.2V。則集電極負(fù)載兩端電壓為URC=VCC-UC=VCC-UCEQ=2.8V。而Rc=URC/ICQ,ICQ通常為幾毫安。</p><p> 結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn),并考慮規(guī)格因素,確定集電極負(fù)載為Rc=2.7KΩ。</p><p> 三極管導(dǎo)通時(shí)基極電壓約為0.6V~0.8V。不妨令UBEQ=0.7V,即UB=0.7V。又因?yàn)?,UBEQ=VCC-IBQRb ,UCEQ=VCC-I
16、CQRc=VCC-βIBQRc 。</p><p> 三極管工作在放大區(qū)時(shí),UCEQ﹥UBEQ,所以Rb﹤βRc。</p><p> 三極管工作在飽和區(qū)時(shí),UCEQ﹤UBEQ,所以Rb﹥?chǔ)翿c。</p><p> 結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn),并考慮規(guī)格因素,確定:</p><p> R2=1MΩ,R3=2.7KΩ,R4=2.7KΩ,R5=220KΩ
17、,R6=2.7KΩ。</p><p> PNP型三極管工作在飽和區(qū)時(shí)的情況,參照NPN型三極管,不妨令基極電位UB=2.3V,則其基極負(fù)載R7兩端電壓UR7=2.3V,為使此負(fù)載分流不至于太大,并考慮規(guī)格因素,選取R7=94Ω。</p><p> R1為話筒提供提供工作電壓,定R1=100KΩ。</p><p><b> 電容的估算</b>
18、;</p><p> C1、C2、C4為耦合電容,且C4與R5共同決定延時(shí)時(shí)長(zhǎng),C3用來濾除三極管T3基極上的高頻雜波,C5為電源進(jìn)行退耦濾波。</p><p> 結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn),并考慮規(guī)格因素,確定:</p><p> C1=10μF,C2=10μF,C3=33nF,C4=47μF,C5=220μF。</p><p><b>
19、 三極管的選擇</b></p><p> 應(yīng)選用小功率三極管。</p><p> NPN型三極管選用S9014,PNP型三極管選用S9012。</p><p><b> 暫態(tài)期時(shí)長(zhǎng)</b></p><p> 振蕩周期 T=0.69 ×R5×C4</p><p&
20、gt;<b> 總電路圖如下:</b></p><p><b> 故障排除</b></p><p> 輸入觸發(fā)信號(hào),電動(dòng)機(jī)無反應(yīng),檢查電路連接無誤后,使用直流電壓表測(cè)試各三極管的基極、集電極和發(fā)射極電壓,發(fā)現(xiàn)PNP型三極管T4損壞,將其更換,電路正常運(yùn)行。</p><p> 另外,電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間與理論計(jì)算不符,實(shí)
21、際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比理論時(shí)間略長(zhǎng)。</p><p><b> 元器件清單</b></p><p> 電阻:R1=100KΩ,R2=1MΩ,R3=2.7KΩ,R4=2.7KΩ,R5=220KΩ,R6=2.7KΩ,R7=94Ω。額定功率均為0.25W。單價(jià)均為1分。</p><p> 電容:C1=10μF,C2=10μF,C3=33nF,C4=47μ
22、F,C5=220μF。其中C1、C2、C4、C5為電解電容,單價(jià)2角;C3 瓷片電容,單價(jià)1角。</p><p> 三極管:T1、T2、T3為NPN型三極管S9014, 功耗0.6W,集電極電流IC:Max=150mA。T4為PNP型三極管S9012,功耗0.4W,集電極電流IC:Max=-500mA。單價(jià)均為1角。</p><p> 電機(jī):為小功率直流電動(dòng)機(jī),額定電壓2V。單價(jià)4元。
23、</p><p><b> 話筒一個(gè)。單價(jià)1元</b></p><p> 導(dǎo)線若干。單價(jià)1元/米。</p><p> 萬能電路板一個(gè)。單價(jià)4元。</p><p> 1.5V干電池兩節(jié)。單價(jià)1元。</p><p><b> 設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p>&l
24、t;p> 單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器可以用來進(jìn)行脈沖波的整形和延時(shí)。</p><p> 1.整形:?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)的特點(diǎn)是輸出脈沖的寬度與外觸發(fā)脈沖無關(guān)。因此可以用來將任意寬度的脈沖轉(zhuǎn)換成一定寬度的脈沖。</p><p> 2.延時(shí):?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)電路由于產(chǎn)生一定寬度的脈沖,因此常用來作為脈沖的時(shí)間延時(shí)電路。</p><p> 實(shí)際應(yīng)用及其遠(yuǎn)景展望</p><
25、p> 現(xiàn)在的聲控技術(shù)早已走進(jìn)我們的生活,而且延時(shí)的技術(shù)也得到很好的應(yīng)用,如樓道里的聲控?zé)簦跓袅恋臅r(shí)間里足夠你找到鑰匙打開自己的家門,這種聲控?zé)暨€節(jié)約了能源。</p><p> 如今,人們更是對(duì)聲控技術(shù)越來越熟悉,對(duì)手機(jī)說出要撥打電話的姓名,手機(jī)會(huì)自動(dòng)接通相應(yīng)的電話號(hào)碼。荷蘭飛利浦公司最近還研制出一種新型音響設(shè)備,如果您想聽音樂,不用走到音響前找按鈕,也用不找遙控器,只要喊一聲“開始放音樂吧”,音響就能
26、自動(dòng)開啟,再說出歌曲的名字,音響就能在幾秒鐘之內(nèi)找到這首歌并自動(dòng)播放。更為神奇的是,如果你想不起來歌曲的名字,只要哼幾句歌曲的旋律,音響就能辨別出是哪首歌,然后播放給你聽。可見,聲控設(shè)備還可以成為人們的貼心朋友和助手。</p><p> 但由于當(dāng)前對(duì)人的聽覺和理解系統(tǒng)還有很多地方?jīng)]有完全研究清楚,所以聲控技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。</p><p><b> 參考書目</b
27、></p><p> 1.《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》∕華成英 童詩白</p><p> 北京 高等教育出版社 2006.5</p><p> 2.《電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)》∕何元清</p><p> 北京 北京大學(xué)出版社 2006.8</p><p> 3.《電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教程》∕楊碧石</p>
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