模数电-光控灯装置-课程设计报告

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1、1宁德师范学院课程设计任务书年级专业姓名学号题目名称光控灯装置课程名称电子技术课程设计设计时间设计地点一、课程设计（论文）目的通过查阅资料，综合运用模拟电路、数字电路知识，独立完成满足一定性能指标或特定功能的电子电路的设计、仿真、组装以及调试检测，锻炼学生的实践动手能力，提高分析和解决电子线路中常见实际问题的能力，积累电子制作经验。二、任务与要求 设计一个光控灯，使其受光线的强弱控制 LED 灯的暗灭。当光线充足时，LED 不亮，当光线 减弱是 LED 灯渐渐变亮。使用模电的知识，使用元器件应含有三极管、光敏电阻、LED 灯。 （1）在 3V 直流电源供电时，光敏电阻感应阻值控制三极管的导通，

2、使 LED 灯亮灭。 （2）随着光源的减弱，LED 灯越亮，当完全遮住光敏电阻时 LED 灯亮； （3）在 5V 直流电源供电时，强光照射下灯灭，弱光下灯不灭。 要求学习光敏电阻的工作原理，完成对三极管的的选型，完成对电路方案的设计，完成电路 的安装调试，掌握光控灯的设计方法。三、参考资料 1胡斌，双色图文详解三极管及应用电路M.北京:人民邮电出版社.2009 2邱关源.电路(第五版)M.北京:高等教育出版社.2011 3康华光.电子技术基础模拟部分(第五版)M.北京:高等教育出版社.2006 4王晓荣、余颖.电工电子技术基础M.武汉:武汉理工大学出版社. 2010四、成果形式 1、电子文档：

3、任务书、设计报告和评阅表、有电路仿真模型的需提供 Multisim 或 Proteus 文件； 2、实物（万能板或 PCB 单面板）； 3、纸质文档：任务书、设计报告和评阅表。五、进度安排 2016 年 5 月 21 日：下达课程设计的计划书、任务书及参考题目 2016 年 5 月 22 日：分析设计要求与技术指标、通过查阅资料、选择确定设计方案 2016 年 5 月 23 日-24 日：设计电路并仿真 2016 年 5 月 25 日-26 日：电路焊接、组装及调试 2016 年 5 月 27 日-28 日：撰写报告 2016 年 5 月 29 日：现场测试电路功能 2016 年 5 月 30

4、 日：上交作品实物和报告（A4 打印稿和 word 文档）2宁德师范学院电子技术课程设计报告题目班级姓名学号指导老师设计时间31 设计任务与要求设计任务与要求 1.1 设计引言与任务设计引言与任务 1.1.1 引言引言:路灯在我们日益更新的生活中越来越普遍，一般路灯是白天关闭，夜晚开启。如 果人工控制路灯的开关，不但费时费力，而且在天气变化时，不容易掌握开关路灯的时间， 给群众带来很大的不便。在本设计中介绍一种自动光控灯，这样不但省时省力，节约资源， 而且可以提高灯的寿命。光敏电阻作为传感器，及电阻、三极管组成自动光控灯智能电路， 会给我们带来新颖智能的便利； 当光线好时， 灯会变暗， 到光线

5、很差时， 灯会自动增加亮度。 虽然在这介绍的光控灯只有一个光敏电阻及两个三极管和电阻电容构成，却可以模拟光控 灯，也达到了节电节能的目的，同时它的原理也有广泛的应用。 1.1.2 任务：任务：设计一个光控灯，使其受光线的强弱控制 LED 灯的暗灭。当光线充足时，LED 不亮， 当光线减弱是 LED 灯渐渐变亮。 使用材料包含模电的知识， 使用元器件应含有三极管、 光敏电阻、LED 灯。 1.2 设计背景及要求设计背景及要求 1.2.1 背景：背景：站在新世纪的门槛上，我们感受到的是高速发展的现代科技。降低能耗，节约 能源、注重环保，简洁方便是当今家居生活的主题。也因如此，照明灯的需求也在不断的

6、发 展，人类有意识的采用各种方法改进它，以适应我们日常生活的各种需要。用光控开关来代 替路灯开关、住宅小区的楼道上的开关，只有在光线不足时灯会自动点亮，白天光线充足时 不会亮，可以达到节能的目的。同时光控电路具有电路简单，制作容易，工作可靠的特点， 可广泛应用于各种楼房走廊的照明设备。 1.2.2 要求：要求： （1）3V 直流电源供电，光敏电阻控制 LED 灯亮，随着光源的减弱，LED 灯越亮； （2）当遮住光敏电阻时 LED 灯亮； （3）5V 直流电源供电时，强光照射下灯灭，弱光下灯不灭。 2 设计方案设计方案 2.1 方案特点方案特点 产生光控电路的方案有很多，本方案的选择主要从以下几

7、个方面考虑： 1)设计难度； 2)实现难度； 3)成本； 4)调试难度； 5)电路原理。 由于我在大二上学期已经学了数字电路和模拟电子电路， 而且这个方法比较简单， 又实 用，能充分体现出我对所学知识的掌握程度。所以我利用所学的数字电路方法，力求从简单 的基础知识中学到更多的东西， 为今后的学习做好准备， 采取一种最简单的方式实现光控电 路的设计。2.2 元器件的选择元器件的选择 1)发光二极管8 只； 2)光敏电阻1 只； 3)电阻 100K1 只； 4)电阻 10K1 只； 5)三极管 90121 只； 6)三极管 90141 只; 7）电容 1uf1 只;42.3主要原器件的介绍主要原器

8、件的介绍 2.3.1光敏电阻的介绍光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化 铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光 照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴 奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器； 入 射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电 转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体 材料制成的。光敏电阻器的阻

9、值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下， 它的阻值（暗阻）可达 110M 欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千 欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）m 的响应很 接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小 电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。 2.3.2 发光二极管的介绍发光二极管简称为 LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子 与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。 它是半导体二极管的一种， 可以把电能转化成光能； 发光

10、二极管与普通二极管一样是由一个 PN 结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从 P 区注入到 N 区的空 穴和由 N 区注入到 P 区的电子， 在 PN 结附近数微米内分别与 N 区的电子和 P 区的空穴复合，图 2-1 光敏电阻图 2-2 发光二极管5产生自发辐射的荧光。 不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。 当电子和空穴 复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红 光、绿光或黄光的二极管。 2.4 光控灯光控灯系统框图：系统框图：图 2-1 光控灯系统框图 2.5.5 选择方案选择方案 电路电源由 3V 的直流电源直接接入

11、，由光敏电阻充当传感器，当光照强度增加时，光 敏电阻阻值逐渐接近 50K，三极管 9014 的基极电压小于导通电压值，由于 9014 三极管为 NPN 型三极管，基极电压减小则不导通。使 9012PNP 三极管的基极电压增加，使 9012 三极 管基极电压大于导通电压， 使 9012 三极管不导通。 所以导致连接在 9012 三极管的 LED 灯不 亮。当光照强度达到一定的程度时光敏电阻阻值增加至 5M，使 9014 三极管导通，接着使 9012 三极管导通，让 LED 灯通电点亮。并且随着光线的增强，使 LED 的亮度不同。 3 电路设计原理电路设计原理 电路由两节 1.5V 电池充当电源供

12、电，电源正极连接 9012 三极管发射极，连接 9014 三 极管集电极， 在9014三极管处采用基极分压式射极偏置电路， 使9012三极管受光敏电阻 （R3） 的电阻值控制。电路利用了光敏电阻对光的敏感性，使其影响三极管的导通与关断。当光照 强度增加时，光敏电阻阻值逐渐接近 50K，三极管 9014 的基极电压小于导通电压值，由 于 9014 三极管为 NPN 型三极管，基极电压减小则不导通。使 9012PNP 三极管的基极电压增 加，使 9012 三极管基极电压大于导通电压，使 9012 三极管不导通。所以导致连接在 9012 三极管的 LED 灯不亮。当光照强度达到一定的程度时光敏电阻阻

13、值增加至 5M，使 9014 三光照光照光敏电阻光敏电阻9012 基极电压降基极电压降 低低9012 三极管导通三极管导通LED 亮亮黑暗黑暗9014 三级管导三级管导 通通YN6极管导通，接着使 9012 三极管导通，让 LED 灯通电点亮。并且随着光线的增强，使 LED 的 亮度逐渐变亮。图 3-1 用 multisim 绘制的原理图 4 电路组装与调试电路组装与调试 4.1 电路焊接与组装 1)焊接：使用工具剥线钳、直热式电烙铁。 a）接触：用电烙铁加热被焊元件时，电烙铁头上一定要粘有适量的焊锡，为使电烙 铁传热迅速，要用电烙铁的侧面接触被焊元件。 b）加热方法：首先要在电烙铁头表面挂有

14、一层焊锡，然后用电烙铁的侧面加热待焊 元件，同时应尽量使电烙铁头同时接触印制板上的焊盘和元件引线。 2)电烙铁的握法：手握法正确握法握笔法 图 4-3 电烙铁的握法73)焊接步骤 a）准备施焊：烙铁头和焊锡靠近被焊元件并认准位置，处于随时可以焊接的状态， 此时电烙铁干净可粘上焊锡。 b）加热焊件：将电烙铁头放在元件上进行加热。 c）溶化焊锡：将焊锡丝放在元件上，溶化适量的焊锡这样有利于焊锡的溶化和热 量的传导。 d)移开焊锡丝：待焊锡充满焊盘后，迅速拿开焊锡丝，带焊锡用量达到要求后立即 移开焊锡丝，引线方向向上提起焊锡。 e）移开烙铁：焊锡的扩展范围到达要求后拿开烙铁，注意速度要快。沿着引线方

15、 向向上提起。(a)(b)(c)(d)(e)图 4-4 焊接步骤 4.2 电路调试与结果分析 4.2.1 电路的调试 1）调节直流稳压电源，使其输出为+5V 的电压，先不要打开电源开关，将输出端接到电 路板上； 2）连接好后检查线路的正负端有没有接错，然后打开电源开关；观察二极管的发光情况， 看其是否在有光的情况下不发光，在没有光照的情况下发光（可以用障碍物遮住光敏电阻）。 4.2.2 电路的结果8图 4-1 强光照射光敏电阻时 当电路接在 5V 的电源时，将强光源接近光敏电阻时，LED 灯不亮。由图 4-1 可知。并 且随着光源的减弱，LED 灯的亮度逐渐增加。直至光源变暗的时候，LED 灯

16、的亮度最亮。 由图 4-2 可知。图 4-2 当光线较弱时图 4-3 正常光照下 电源电压为 4.8V有光照无光照光敏电阻电压0.2V3.64V9012 三极管 UB 端0V3.4V9012 三极管 Uc 端4.8V4.8V9012 三极管 Ue 端0V2.7V灯灭亮表 4-3 测试结果5 心得体会心得体会 在今天这个社会高速发展的时期， 长明灯的现象十分普遍， 这照成了能源的极大浪费。 另外，由于经常开关或者人为因素，墙壁开关容易损坏，增大了维修量、浪费资金，我们用 一周的时间进行电子技术课程设计，我设计的是光控灯。可以有效的解决这些问题。 现在介绍光控灯的组成、性能及工作原理，给出了各电路原理图及元件参数选择，达 到的节电节能，夜晚光暗，就会自动亮，为路人照明。白天光照好，灯不会亮。 回想这次课程设计，我仍然感慨颇多，从选题到定稿，从理论懂啊模拟实践。学到很 多很多的东西， 同时不仅可以巩固了以前所学过的知识， 而且学到了很多在书本上所没有学 到的知识。我懂得了理论与实际相结合起来，从理论中得出结论，才能为社会服务，从而提 高自己的实际