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1、Protel课程设计任务书题 目 ：声光控制路灯电路的原理图设计初始条件：熟练使用Protel 99se(或Protel DXP) 印制板设计系统，使用PROTEL软件，新建和加载原理图项目文件及原理图设计环境的设置，熟练掌握如何进行原理图设计、原理图仿真的方法，设计原理图并生成网表。要求具有较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力，对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备电子电路的基本设计能力及基本调试能力。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、完成用声光控制路灯电路的设计。2、画出完整的声光控制路灯电路的原理图。3、分析声光控制路灯
2、电路的原理。4、完成Protel课程设计报告（应包含电路原理图，原理分析，元件清单、设计总结）。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 目录一、课题的设计要求及意义1二、设计思路21. 电路构成21.1直流供电电路21.2控制电路分析22. 元件及其在电路中组成的单元电路3三、需备元件清单7四、电路原理图及分析91.电路设计原理图92. 电路分析102.1整流桥整流电路102.2控制电路102.3光控电路112.4声控电路122.5延时电路12五、使用99SE绘制原理图141. 原理图设计、绘制的过程142. 绘制电路图143.生成网络表19六、PCB（印刷电路板）制作2
3、11.创建PCB文件21七、心得体会25附录一26附录二27附录三28参考文献29 一、课题的设计要求及意义此次我们组需要设计的电路是声光控制路灯电路，在此电路中，我们希望达到的目的是，使电路能根据声音和光线的作用自动发光，并且自动熄灭。在白天强光照射时，电路中灯泡不发光；而晚上无灯光或被遮光，并且有声响时灯泡发光，且延续秒后熄灭。 此电路图的设计主要是基于用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目
4、的。声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，用途非常。 二、设计思路1. 电路构成设计该电路主要由四与非门CD4011集成块构成，电路由直流供电电路、控制电路、延时电路三部分组成。控制电路采用基本数字逻辑单元进行设计。 图1.电路构成图1.1直流供电电路四只整流二极管D1D4J接成电桥的形式，固有桥式镇流之称。整流桥的D1D2连接处称共阴极，用“+”标记，即电流从此处流出,D3D4连接处称为共阳极，用“-”标记。1.2控制电路分析控制电路由四与非门CD4011、光敏器件、接收声音器件、声控器件等元器件组成。 白天，要使光敏器件在阳光照射或光线较亮的情况
5、下控制灯不亮；夜晚，由于光敏电阻没有受到阳光照射，这时声控器件开始起开关控制作用，当有声音信号被接收声音器件接收到后，灯亮。 1.3延时电路 由电容器件和电阻器件组成，通过电容的充放电来维持灯泡的点亮状态，延时的时间由电容的容量及电阻的阻值来决定。2. 元件及其在电路中组成的单元电路2.1电容 在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的问题。加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压，电容器就会被击穿损坏。电阻与电容在电路中组成延时电路 。 2.2二极管 二极管最明显的性质就是它的单向导电特性，就是说
6、电流只能从一边过去，却不能从另一边过来（从正极流向负极）。二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。四个二极管可组成整流桥整流电路。 2.3光敏二极管 光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空
7、穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。光敏二极管可组成光控电路。 2.4可控硅 可控硅也称作晶闸管，它是由PNPN四层半导体构成的元件，有三个电极，阳极a，阴极k和控制极g 。可控硅在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，并且不象继电器那样控制时有火花产生，而且动作快、寿命长、可靠性好。在调速、调光、调压、调温以及其他各种控制电路中都有它的身影。可控硅分为单向的和双向的，符号也不同。单向可控硅有三个PN结，由最外层的P极和N极引出两个电极，分别称为阳极和阴极，由中间的P极引出一个控制极。单向可控硅有其独
8、特的特性：当阳极接反向电压，或者阳极接正向电压但控制极不加电压时，它都不导通，而阳极和控制极同时接正向电压时，它就会变成导通状态。一旦导通，控制电压便失去了对它的控制作用，不论有没有控制电压，也不论控制电压的极性如何，将一直处于导通状态。要想关断，只有把阳极电压降低到某一临界值或者反向。 普通晶闸管的阳极与阴极之间具有单向导电的性能，其内部可以等效为由一只PNP晶闸管和一只NPN晶闸管组成的组合管。 晶闸管在该设计电路中可组成控制电路。 2.5声控元件 本电路中采用驻极体话筒，驻极体话筒也称驻极体传声器，它是利用驻极体材料制成的一种特殊电容式“声电”转换器件。驻极话筒内部结构及与原理： 图2.
9、驻极话筒内部结构驻极体话筒的工作原理：当驻极体膜片遇到声波振动时，就会引起与金属极板间距离的变化，也就是驻极体振动膜片与金属极板之间的电容随着声波变化，进而引起电容两端固有的电场发生变化（UQ/C），从而产生随声波变化而变化的交变电压。由于驻极体膜片与金属极板之间所形成的“电容”容量比较小（一般为几十波法），因而它的输出阻抗值（XC=1/2fC）很高，约在几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与一般音频放大器的输入端相匹配的，所以在话筒内接入了一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。通过输入阻抗非常高的场效应管将“电容”两端的电压取出来，并同时进行放大，就得到了和声波相对应的输出电压信号。驻极体
10、话筒内部的场效应管为低噪声专用管，它的栅极G和源极S之间复合有二极管VD，主要起“抗阻塞”作用。由于场效应管必须工作在合适的外加直流电压下，所以驻极体话筒属于有源器件，即在使用时必须给驻极体话筒加上合适的直流偏置电压，才能保证它正常工作。驻极体可组成声控单元电路。 2.6 CD4011 CD4011是CMOS电路，内部是四个与非门，14个引脚，工作电压318V，频率约5MHz，输入/输出为CMOS电平。 图3. D4011引脚图 三、需备元件清单元件号元件序号元件规格元件类型元件数量元件封装BRIDGE1D14007整流桥VD1VD41FLY4DIODEVD54181二极管DIODE1DIOD
11、E0.4RES2R1180K180K1AXIAL0.4RES2R224K24K1AXIAL0.4RES2R3、R62M2M2AXIAL0.4RES2R4120K120K1AXIAL0.4RES2R568K68K1AXIAL0.4RES2R76.2M6.2K1AXIAL0.4RES2R830K30K1AXIAL0.4POT2R910050100501VR1ELECTRO1C1100uF/25V100uF/25V1RB.2./.4ELECTRO1C2100uF/25V100uF/25V1RB.2./.4CAPC31521521RAD0.1CAPC43331233331231RAD0.1CAPC56
12、816811RAD0.1Component-1A1CD40111DIP14MICROPHONE2MK声控器件1AXIAL0.3SCRQ1可控硅SCR1TO-92BPHOTOD2光敏二极管PHOTO1DIODE0.4LAMPDS11525W白炽灯1525W1SIP2 四、电路原理图及分析1.电路设计原理图 图4.电路原理图2. 电路分析2.1整流桥整流电路 图5.四个二极管组成的硅整流桥整流电路2.2控制电路 图6.晶闸管控制电路单向可控硅可通过控制极G的电位的高低来控制它的导通与截止，起到开关控制的作用。2.3光控电路 图7.光敏二极管组成的光控电路白天，由于光敏二极管PHOTO两端电压低，C
13、D4011的一脚为低电平， 3脚即变成高电平，导致11脚为低电平，即单向可控硅控制极G为低电平，单向可控硅SCR截止，灯泡不亮；夜晚，由于光敏电阻没有受到阳光照射，其阻值很高，两端电压较高，即1脚变成高电平，此时3脚的状态受1、2脚控制，若2脚为高电平，则3脚为低电平，若2脚为低电平，则3脚位高电平。2.4声控电路 图8.含MK元件声控电路当驻极体接收到声音信号后，经C4的滤波，送一个信号到5、6脚，而4脚变为低电平，使得13脚变为低电平，11脚输出高电平，单向可控硅控制极变成高电平，单向可控硅导通，灯泡点亮；当驻极体没有接收到声音信号时， 11脚为低电平，灯泡不亮，工作原理类同白天情况。2.5延时电路 图9.C2、R7组成的延时电路延时电路由C2、R7组成，通过C2的充放电来维持灯泡的点亮状态，延时的时间由C2的容量及R7的阻值来决定。 五、使用99SE绘制原理图1. 原理图设计、绘制的过程 图10.原理图设计流程图2. 绘制电路图1) 新建ddb.设计，并修改文件名。
