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1、物理与电子技术学院电子技术基础（一）课程设计（2014级本科）姓名:题目声控拍手开关专业班级：电子科学与技术 5班29号学号：29 号院：物理与电子技术学院指导老师：张华邱红张卓完成时间：2016年7月4日目录1 课程设计的目的 12 课程设计的任务与要求 12.1 设计任务及要求 12.2 设计意义 33 设计方案与论证 13.1 方案选择与论证 13.2 报警器的原理方框图 14 设计原理与功能说明 24.1 元器件选用原理 34.2 总体电路图 45 单元电路设计 55.1 双稳态电路 55.2 电源及输出 66 硬件的制作与调试 76.1 电烙铁的使用 76.2 电子产品的调试及实验数
2、据 87 总结 9附录一：实物图 9附录二：总体电路原理图 9附录三：元器件清单 101 课程设计的目的通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在模拟电子技 术中所学的理论知识和实验技能，掌握常用模拟电路的一般设计方法， 提高设 计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。1、 学习声控拍手开关的设计方法；2、 研究声控拍手开关的设计方案；3、 掌握三极管管脚极性的判断方法；4、 熟悉电烙铁的使用方法。2 课程设计的任务与要求2.1 设计任务设计一个声控拍手开关电路2.2 设计要求该设计主要应用音频放大电路，所有元器件据采用直插式排列法。该装置了用于楼
3、梯里，仓库内，以今卫生间内部。晚上只要进入卫生间一拍手 就会使灯发光，再次拍手就会使灯灭掉。适用于黑暗的环境以及人们不常进入到 的空间内部。拍手开关电路为人们提供了方便，黑暗中寻找开关的位置会导致人们因为看不见道路发生意外。将拍手电路装置制作完成之后安装在家里或者仓库 内，当人们进去的时候只需要拍手即可是灯光亮起。离开时再次拍手就会是灯光 灭点，不但方便而且节 能。3 设计方案与论证3.1 方案选择与论证拍手电路的设计主要是应用音频放大电路。有三极管放大电路的设计部分将 麦克风收集到的音频信号进行放大处理，使LED 灯发光。以下是拍手设计电路的方案：麦克风收集到的音频信号（即拍手的声音）经过阻
4、容耦合电路送到三极管 内，三极管通过其放大功能将音频信号放大。通过R1, C1 将信号控制在高灵敏度的范围内，通过整流滤波稳压等电路将声音信号变成平稳的直流信号， 然后输出到二极管使二极管发光。 D1 、 D2 与电阻电容配合实现翻转电压的作用，当电 源接通的时候， LED 不会发光，当麦克风接收到音频信号的时候， D1 导通，使得电源电压快速翻转， D3 发光。同理，当再次接收到拍手的声音的时候电路再次发生翻转使 D3 灭。该设计方案在实现功能的成功率及电路元器件的配置都很方便我们学习低频 电子线路，设计成本相对较低，所以决定采用该方案防盗报警器的关键部分是报警控制电路， 由控制电路控制声、
5、光报警信号的 产生。下面列出设计方案：4 设计原理与功能说明4.1 元器件选用原理1. 麦克麦克是驻极体传声器，其作用是感应空气中的微弱振动。 麦克内部存在一个垫片和极板组成的一个电容器，膜片上充有电荷并且是一个塑料膜，因此当膜 片受到声压强的作用，膜片要产生振动，从而改变了膜片与极板之间的距离。进行声电的转换。（麦克有正负极之分，通常和外壳相通的是负极） 电阻电阻，即对电流有阻碍作用的电学元件。在声控拍手开关中选用的电阻都是一般电阻。电阻的主要物理特征是变电能为热能，用导体制成具有一定阻值的元 件，即是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压分流 的作用，能量 降低。 电解
6、电容电解电容是电容的一种，通常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、 退耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用。一般不能用于交流电源电路， 在直流电源电路中作滤波电容使用时， 其阳极（正极）应与电源电压的正极端相 连接，阴极（负极）与电源电压的负极端相连接，不能接反，否则会损坏电容器。 瓷片电容瓷片电容是一种用陶瓷材料作介质， 在陶瓷表面涂覆一层金属薄膜，再经高 温烧结后作为电极而成的电容器。通常用于高稳定振荡回路中，作为回路、旁路 电容器及垫整电容器。适用于高频电路，振荡、交联、和退偶、滤波，最小 3P, 最大 0.68葭 电源插座用来接通电源，导通电流使开关正常工作 三极管 （ 硅管
7、）三极管是半导体基本元器件之一， 具有电流放大作用。它是在一块半导体基片上制作两个相距很近的 PN 结，两个 PN 结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区。 发光二极管在电路及仪器中作为指示灯。它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成 光能。发光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，产生自 发辐射的荧光。正负极不可接反，因为其具有单向导电性。2. 元器件选择三极管：三极管选用了 9013N
8、PN 型硅管，它的主要用途是：作为音频放大和 收音机1W 推挽输出以及开关等。而我们做的声控开关正需要用到此三极管的音 频放大功能。晶体管是由两个相距很近、有一定联系的背靠背的 PN 结，外加电极、管壳封装而成。由于两个PN 结在一定条件下，它们之间的载流子运动是相 互影响的，因而它具有电流放大作用。其引脚图如下显示。hMttb发射根ZBasc基极玄CdlAor集电极三极管的引脚参数：参数：结构 NPN集电极-发射极电压25V集电极基极电压45V发射极基极电压0.7V集电极电流Ic Max 0.5A耗散功率0.625W工作温度-55 C? +150 C特征频率150MHz放大倍数 D64-91
9、 E78-122 F96-135 G122-166 H144-220 I190-300主要用途放大电路。本声控开关选用4个NPN型硅管9013,制作时需判断三极管管脚的极性。 NPN型 管判断管脚极性的方法是：(1)先判断基极的极性：假设晶体管的某一管脚为基极，将万用表转换开 关置于电阻档“ RX1KQ ”或“ RX100Q”，用万用表黑笔接触该极，用红笔分 别 触及剩下的两个管脚。若两次测量的电阻值都很小，则说明表内电源对晶体三极管的两个PN结是正偏，假设的管脚为基极，且该管为NPN型管。要想进一步确定两个PN结的质量，可用红笔接触该管脚，用黑笔分别触及另外两管脚，两 次测 得的电阻均很大(
10、几十千欧至几百千欧)，则可确认前面的判断是正确的。(2)集电极与发射极的判别：将万用表的红、黑表笔分别接触基极以外的 两管脚，并准备一支100KQ的固定电阻。若被检测的是 NPN型管，假设基极之 外 的任一管脚为集电极，用万用表的黑表笔接触该极，用红表笔触及剩余管脚，同时用100KQ电阻跨接于黑表笔与基极之间，如图 2-5所示。观察表针的读数，可获得一电阻值R1 o然后交换表笔，100KQ电阻仍然跨接于黑表笔与基极之间，同样得到又一电阻值R2o比较两次测得的阻值，若 R1v R2,则假设的管脚为集 电极。若R1R2 则假设的管脚不是集电极而是发射集。由此可推出第三个管脚的极性。总之，用上述方法
11、辨别(100KQ电阻一直跨接于黑表笔与基极之间)管脚，测得的阻值较小的一 次，黑表笔对应的是集电极c,红表笔对应的则是发射极e。在测试中，如果检测者身边没有 100KQ的电阻，也可以用潮湿的手指捏住集电极与基极之间，利用人体电阻代替100KQ电阻的作用，也可作出相应的判断。图4-2用万用表测三极管的极性连接三极管时，必须满足三极管的放大条件：Je正偏味0, Jc反偏UbcLba。电容：瓷片电容分高频瓷介和低频瓷介两种。 高频：具有小的正电容温度系数的电 容 器，用于高稳定振荡回路中，作为回路电容器及垫整电容器。低频瓷介电容器 限于在工作频率较低的回路中作旁路或隔直流用，或对稳定性和损耗要求不高
12、的场合。这种电容器不宜使用在脉冲电路中，因为它们易于被脉冲电压击穿。按瓷介电容电介质又分：1类电介质(NP0,C0G),2类电介质(X7R,2X1)和3类 电 介质(Y5V,2F4)瓷介电容器。EIA RS-198。本声控开关中选择了低频瓷片电容，其优点是微型化，高比容，中高压，无极 性，高可靠，耐高温，低ESR低成本.主要应用于中，低频电路中作隔直，耦合，旁 路 和 滤波等电容器使用。识别方法：电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，分直标法、色标法 和数标法3种。电容的基本单位用法拉(F)表示，其它单位还有：毫法(mF)、微法(口 F)/mju:/、 纳法(nF)、皮法(pF)。其中：1法
13、拉=1000毫法(mF), 1毫法=1000微法(RF) , 1微 法=1000纳法(nF) , 1纳法=1000皮法(pF)容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如 10 P F/16V容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示字母表示法：1m=1000 P F 1P2=1.2PF 1n=1000PF数字表示法：三位数字的表示法也称电容量的数码表示法。三位数字的前两 位数字为标称容量的有效数字，第三位数字表示有效数字后面零的个数，它们的 单位都是pFo女口： 102表示标称容量为1000pF。221表示标称容量为220pF。224表示标称容量为22x10 (4)pFo在这种表示法中有一
14、个特殊情况，就是当第三位数字用9表示时，是用有效数字乘上10的-1次方来表示容量大小。4.2 总体电路图Q1和Q2组成二级音频放大电路，由MK1接受的音频信号经C1耦合至Q1的基 极，放大后由集电极直接馈至 Q2的基极，在Q2的集电极得到一负方波，用来 触发双 稳态电路。R1、C1将电路频响限制在3kHz左右为高灵敏度范围。电源接 通时，双稳 态电路的状态为Q4截止，Q3饱和，D3不亮。当MK1接到控制信号， 经过两级放大 后输出一负方波，经过微分处理后负尖脉冲通过 D1加至Q3的基极， 使电路迅速翻 转，D3被点亮。当MK1再次接到控制信号，电路又发生翻转， D3熄灭。R75单元电路设计5.
15、1双稳态电路图5-1双稳态电路电源接通时，双稳态电路的状态为 Q4截止，Q3饱和，D3不亮。当MK1接 到控制 信号，经过两级放大后输出一负方波，经过微分处理后负脉冲通过D1加之Q3的基极，使电路快速翻转，D3被点亮。当MK1再次接到控制信号时，电 路又 发生翻转，D3熄灭。 工作原理：在没有外来触发信号的作用下，电路始终处于原来的稳定状态。在外加输入触发信号作用下，双稳态电路从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。晶体管PNP型Q3,Q4是二个反相器。交叉耦合构成双稳态电路，每个反 相器的 输出端通过 电阻分别耦合到另一个反相器的输入端。由于反相器的输入和输出信号是反相的，很容易形成二个稳定状态： Q3截止,Q4导通
