模拟电子课程设计声控灯开关[11页].doc

模电课程设计声控灯开关

一设计的目的和任务 (3)

二设计要求 (3)

三总体框图设计 (3)

四功能设计 (3)

4.1 VCC值的确定 (5)

4.2 延迟的确定 (5)

4.3 与非门的高低电平的输入确定 (5)

4.4 整流电路的设计 (6)

4.5 电容滤波电路 (7)

4.6 晶闸管的工作原理 (9)

五总原理图 (10)

六元件清单 (10)

七总结 (11)

八参考文献 (11)

一设计的目的和任务

1、巩固加深对模拟电子技术基础的理解，提高综合运用所学知识的能力，培养学生独立分析问题、解决问题的能力。

2、通过查找资料、选方案、设计电路、写报告等环节的训练，熟悉设计过程、步骤。为今后从事电子线路的设计、研制电子产品打下良好的基础。

3、设计模拟和数字电子混合电路，实现特定功能。学习这一技能，积累这方面的经验。二设计要求

1、办公楼或居民楼应用的声控开关；

2、白天光线充足时，灯不亮；

3、晚上光线暗，若无人声，灯不亮；若有人声，则灯亮。

三总体框图设计

根据技术要求，此声控灯开关可由以下几个单元组成：

图1 整体框图

四功能设计

本设计主要由桥式整流电路、降压滤波电路、声音信号输入电路、光信号输入电路、延时控制电路以及外接电路6部分组成。

图2 声光控制电路图

根据图2 电路，原理如下：

由四个二极管组成的桥式整流电路将输入电路的220V 50Hz交流电压变换成脉动直流。该脉动直流电压一路有R3和R1、C3分压并滤波后得到传感及逻辑控制电路所用的电压VCC；另一路接到晶闸管BT169的阳极。

当BT169的控制级（栅极）为高电平且输入的交流信号V i=COS(wt+Φ) 处于正半周期时，电流由D2→地→D4→灯流过而将灯点亮。当V i处于负半周期时，电流由灯→D3→地→D1而将灯点亮。当BT169的控制级为低电平时，晶闸管截止，此时不会产生驱动灯的电流，此时灯是熄灭的。由此可见，灯的亮灭是由晶闸管的控制级电平决定的。因此，关键问题是如何控制其栅极电平的高低。

有光时灯灭；无光无声时灯灭；无光有声时灯亮。参考图2，对光敏电阻R W而言，当有光时，R W<2kΩ，此时HD14011的1脚即第一个与非门的一个输入端为低电平（地），所以3脚为高电平、4脚为低电平，10脚为高电平，11脚为低电平，则此时晶闸管截止，灯泡是灭的。相反，如果无光时，R W>2MΩ，此时HD14011的1脚是高电平，此时第一个与非门的输出取决于2脚的状态，而2脚的状态将由噪声传感器来决定，当没有声音时，

2脚为低电平，因此A为高电平，B为低电平，C为高电平，D为低电平，此时晶闸管截止，灯泡灭。当有声音产生时，在麦克风两端产生一个交流信号，经过电容而将2脚置为高电平，此时A为低电平，B为高电平，C为低电平，D为高电平，从而将晶闸管触发导通，灯泡点亮，同时由于B为高电平，可对电容C2充电，这样，当声音消失后，由于C2和R7的存在，使C点维持在低电平直到C2放电结束，在此过程中，灯泡将会一直保持在亮的状态直至此过程结束。

4.1 VCC值的确定

可由R3、R1的分压作用将家用电压经整流后所得电压V0=220x1.414=311V，输入电压的表达式为：V cc=R1*V0/(R1+R3)，算的V CC=5V。

4.2 延迟的确定

图3 延迟电路部分

由R7、C2组成延迟电路，要求延迟时间为1min，与非门工作高低电平为3.4V，0.3V，延迟T计算公式：T= R7 C2ln(V t+/V t-)，算得R7=1.1MΩ，C2=22uf

4.3 与非门的高低电平的输入确定

如果无光时，R W>2 MΩ,与非门有一脚是高电平，此时第一个与非门的输出取决于另脚的状态，此脚的状态将由噪声传感器来决定。

当没有声音时：

灯不亮，要求第一个与非门的一脚为低电平，即使三极管工作在饱和区满足条件且输入的电压为0.3V。此时A为高电平，B为低电平，C为高电平，D为低电平，此时晶闸管截止，灯泡为暗。

由三极管的工作参数得:I bs=(V cc-V ce)/R8β=0.2uA

I b=( V cc-V ce)/R2=1.4uA 在饱和工作区不满足I C=βI b 且I b> I bs

令I b=10 I bs

由此可得R8=510KΩR2=3 MΩ

当有声音时：

灯亮，要求第一个与非门的一脚为高电平，三极管工作在放大区且输出高电平3.4V。在麦克风两端产生一个交流信号，经过电容而将脚置成高电平，此时A为低电平，B为高电平，C为低电平，D为高电平，从而将晶闸管触发导通，灯泡点亮。

R=R6//R2算得R=35Ω

I= I b+V ce/R 算得I=20mA

满足声音传感器的额定电流I=20mA 电压1~12V。

4.4 整流电路的设计

整流电路有单相桥式整流电路，单相半波整流电路，单相全波整流电路等，本系统选用单相桥式整流电路。

整流电路的工作原理：桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，如图4所示。整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图4的桥式二极管整流电路和图5的整流波形图可知：

当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。

当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。

在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。