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1、模拟电子技术课程设计 题 目：声控延时电动机 专 业：自动化班 级：110303姓 名：云祥飞学 号：20110940 指导教师：刘帅师 课设时间：2013年7月8日2013年 7月16日 声控延时电动机一、 实验目的1. 了解多谐振荡器的原理。2. 掌握多谐振荡器的应用设计。二、 设计要求（1）对着话筒拍手或叫喊时，电动机M会转动，几秒以后又会停止工作，再次拍手，又重新转动，实现声控延时的作用；三、 声控原理是一种声控元件，声音是震动产生的，声波在空气中传播，如果遇到固体则会把这种震动传播到固体上。声控元件就是这种对震动敏感的物质，有声音时就接通（电阻变小），没有声音时就断开（电阻变的很大）
2、。再通过电路和芯片做个延时，就可以使有声音时电路接通一段时间。不管是声控灯也好还是什么也好，都是一个原理，只是最后接的负载不同罢了。四、 设计方案及方案论证1. 设计方案（1）声控的实现话筒将声信号转换为电信号，此信号可能很小，可以通过一个基本共射放大电路将其放大，形成一个脉冲。（2）延时的实现话筒形成的脉冲宽度是不定的，而单稳态多谐振荡电路的输出脉冲宽度与触发脉冲无关，可以将任意宽度的脉冲转换成一定宽度的脉冲。并由于输出脉冲宽度一定，因此可以用来作为时间延时电路。（3）电机的驱动由单稳态多谐振荡电路产生的一定宽度的脉冲实际上是高低电平的转换，而晶体三极管可以因其基极电压升降而导通或截止，从而
3、控制电机的工作与否。2. 方案论证（1） 小信号放大基本共射放大电路如右图所示。话筒发出的信号可能很小，需要经过一个基本共射放大电路对其进行放大，输出一个负脉冲。（2） 单稳态多谐振荡电路单稳态多谐振荡电路如右图所示。三极管T2的集电极和三极管T3的基极之间是直接耦合的。而三极管T3的集电极与三极管T2基极之间通过电容C进行耦合。电路在没有信号输入时，选择合理的R4，使三极管T2稳定在饱和状态，此时它的集电极电压约为0.3V以下。这样，三极管T3稳定在截止状态。这就是单稳态电路的稳定状态。当一个负脉冲到达三极管T2的基极时，三极管T2开始趋向截止，它的集电极电流减少，集电极电压升高。经过直接耦
4、合，使T3的基极电压升高，T3开始导通，它的集电极电压下降，形成一个负反馈，很快达到一个新的状态，此时三极管T2截止，T3饱和导通。这就是单稳态电路的暂态过程。单稳态电路的暂态过程不能持久。在此期间，电容C通过电阻R进行放电，随着放电的进行，三极管T2的基极电压逐渐升高，当它达到开启电压0.5V以上时，三极管T2开始导通，正反馈现象再次发生，整个电路很快回到三极管T2饱和导通、T3截止的稳定状态，即暂态结束。这个暂态期的时间即为电路的延时时长。电路恢复稳态后，电容C通过T2的发射结进行充电，充电完成后电路才可以接收下一次的触发。（3） 驱动电路单稳态电路处于稳态时，三极管T2饱和导通，T3截止
5、。T3的集电极为高电平。接在T3集电极上面的T3是PNP型三极管，所以三极管T4没有导通，电机不工作。当单稳态电路处于暂态时，三极管T3饱和导通，集电极电压下降，导致与之连接的三极管T4也导通，电机开始工作。于是几秒后单稳态电路自动恢复到稳态过程，于是电机停止工作。五、 具体分析单稳态多谐振荡器电动机1. 系统原理框图小信号放大驱动电路声音信号2. 电路图初步确定由于整个电路只有一个3V电源，所以各三极管基极电压需选用合适的电阻为其提供。三极管T1和三极管T2的工作状态是相互独立的，所以三极管T1的集电极与三极管T2的基极之间通过电容进行耦合。为滤除三极管T3基极上的高频杂波，应使用电容将基极
6、接地，防止三极管T3的误动作。由于电机工作时电流较大，会对电路产生一定的干扰，为了保证电路能稳定工作，防止干扰信号对音频放大电路的影响，应使用电容为电源进行退耦滤波。由此，可基本确定总电路图如下：3. 主要元件参数值的分析和计算 （1） 电阻的估算电路处于稳态时，三极管T2饱和导通，三极管T3、T4截止，下面设置静态工作点。NPN三极管工作在饱和区时，集电极电压约为0.1V0.3V。不妨令UCEQ=0.2V，即UC=0.2V。则集电极负载两端电压为URC=VCC-UC=VCC-UCEQ=2.8V。而Rc=URC/ICQ，ICQ通常为几毫安。结合工程经验,并考虑规格因素，确定集电极负载为Rc=2
7、.7K。三极管导通时基极电压约为0.6V0.8V。不妨令UBEQ=0.7V，即UB=0.7V。又因为，UBEQ=VCC-IBQRb ，UCEQ=VCC-ICQRc=VCC-IBQRc 。三极管工作在放大区时，UCEQUBEQ,所以RbRc。三极管工作在饱和区时，UCEQUBEQ，所以RbRc。结合工程经验,并考虑规格因素，确定：R2=1M，R3=2.7K,R4=2.7K,R5=220K,R6=2.7K。PNP型三极管工作在饱和区时的情况，参照NPN型三极管，不妨令基极电位UB=2.3V，则其基极负载R7两端电压UR7=2.3V，为使此负载分流不至于太大，并考虑规格因素，选取R7=94。R1为话
8、筒提供提供工作电压，定R1=100K。（2） 电容的估算C1、C2、C4为耦合电容，且C4与R5共同决定延时时长，C3用来滤除三极管T3基极上的高频杂波，C5为电源进行退耦滤波。结合工程经验,并考虑规格因素，确定：C1=10F,C2=10F,C3=33nF,C4=47F,C5=220F。（3） 三极管的选择应选用小功率三极管。NPN型三极管选用S9014，PNP型三极管选用S9012。（4） 暂态期时长振荡周期 T=0.69 R5C44. 总电路图如下：六、 元器件清单电阻：R1=100K，R2=1M，R3=2.7K,R4=2.7K,R5=220K,R6=2.7K，R7=68。额定功率均为0.
9、25W。单价均为1分。电容：C1=10F,C2=10F,C3=33nF,C4=47F,C5=220F。其中C1、C2、C4、C5为电解电容，单价2角；C3 瓷片电容，单价1角。三极管：T1、T2、T3为NPN型三极管S9014， 功耗0.6W，集电极电流IC：Max=150mA。T4为PNP型三极管S9012，功耗0.4W，集电极电流IC：Max=-500mA。单价均为1角。电机：为小功率直流电动机，额定电压3V。单价4元。话筒一个。单价1元导线若干。单价1元/米。万能电路板一个。单价5.5元。1.5V干电池两节。单价1元。三极管： 晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，晶体三
10、极管有三种工作状态;截止状态：基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数Ic/Ib，这时三极管处放大状态。饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发
11、射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态七、 制作要求及注意事项话筒的正负级一定要接对，电阻的阻值要明确，每个电阻一定要接对，三接管的三个管脚一定要先辨别清楚后再接。电解电容的极性不能接反。八、调试方法接通电源后，对着话筒发出声音，看电动机是否转动。若不转动，检查电路中各个器件是否接对。若都接对还转动，就再检查各个器件是否损坏，参数是否如图中所标注。九、 设计总结单稳态多谐振荡器可以用来进行脉冲波的整形和延时。1.整形：单稳态的特点是输出脉冲的宽度与外触发脉冲无关。因此可以用来将任意宽度的脉冲转换成一定宽度的脉冲。2.延时：单稳态电路由
12、于产生一定宽度的脉冲，因此常用来作为脉冲的时间延时电路。十、 故障排除输入触发信号，电动机无反应，检查电路连接无误后，使用直流电压表测试各个三极管的基极、集电极和发射极电压发现T4损坏，将其更正，电路正常运行。 电动机运转时间与理论值不同，实际运转时间略长。十一、 实际应用及其远景展望现在的声控技术早已走进我们的生活，而且延时的技术也得到很好的应用，如楼道里的声控灯，在灯亮的时间里足够你找到钥匙打开自己的家门，这种声控灯还节约了能源。如今，人们更是对声控技术越来越熟悉，对手机说出要拨打电话的姓名，手机会自动接通相应的电话号码。荷兰飞利浦公司最近还研制出一种新型音响设备，如果您想听音乐，不用走到
13、音响前找按钮，也用不找遥控器，只要喊一声“开始放音乐吧”，音响就能自动开启，再说出歌曲的名字，音响就能在几秒钟之内找到这首歌并自动播放。更为神奇的是，如果你想不起来歌曲的名字，只要哼几句歌曲的旋律，音响就能辨别出是哪首歌，然后播放给你听。可见，声控设备还可以成为人们的贴心朋友和助手。在电路中加入加入电铃后，可以做为报警器发生危险被困而又无法去按求救铃时，通过高声呼喊即可报警，有利于最大限度的减少损失。但由于当前对人的听觉和理解系统还有很多地方没有完全研究清楚，所以声控技术还有很大的发展空间。十二、 心得体会本次课程设计是我在大学第一次感到得到锻炼的实验，作为组长，我深知自己责任的重大，从第一天
14、开始我就精心准备，争取做到最好。老师分完课题之后我就组织组员开始讨论计划，包括电路图及其原理的认真思考，最终定下实施方案。随后便是购买元器件、安装元件、焊接电路板以及调试，每个环节我都亲自跟随，争取把错误降到最低，最终完成成品。 在实践中我们将理论与实际相结合，是我对三极管等原件有了更深的了解。在课设中我第一次买元器件、第一次安装元件、第一次焊接元件、第一次做成成品、第一次组织任务，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了
15、宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。与队友的合作更是一件快乐的事情，只有彼此都付出，彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。 我认为，实验中在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。 总之，我增长了见识，同时也感受到那一个个小小元器件的神奇作用，使我对其产生浓厚兴趣，尤其是成功时那种难以表达的喜悦之情。今后我还会参加电子设计大赛不断锻炼自己，是自己变得更强。十三、 参考书目1.模拟电子技术基础华成英 童诗白 北京 高等教育出版社 2006.52.电
