电工电子设计

题目____简易声控延时照明灯电路______班级_____________学号_____________姓名____________________指导___________时间_____________电工电子技术课程设计任务书姓名班级指导老师设计课题：简易声控延时照明灯电路设计任务与要求查找一个感兴趣的电工电子技术应用电路，要求电子元件超过30~50个或以上，根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：1、分析电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；2、对电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；3、用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；4、对整体电路原理进行完整功能描述；5、列出标准的元件清单；设计步骤1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；4、列出标准的元件清单；5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。参考文献[1]童诗白；模拟电子技术基础；高等教育出版社；2006年5月[2]阎石；数字电子技术基础；高等教育出版社；2006年5月[3]李银华；电子线路设计指导；北京航天航空大学出版社；2005年6月[4]闫胜利；AltinumDesigner6.x；电子工业出版社；2007年6月[5]刘天旺；PROTEL99SE电路设计应用教程；电子工业出版社；2007年6月[6]姚福安；电子电路设计与实践；山东科技技术出版社；2001年6月[7]严飞；妙用电子模块222例；中国电力出版社；2006年6月[8]赵家贵；电子电路设计，中国计量出版社；2005年6月目录1、总体方案与原理说明.................................12、单元电路一——声强监测电路和声强信号处理电路....................23、单元电路二——延时控制电路和照明灯开关电路...................34、单元电路三——电源电路............................55、总体电路原理相关说明....................................66、总体电路原理图......................................77、元件清单.........................................88、参考文献...........................................99、设计心得体会......................................1011、总体方案与原理说明总体方案1、查阅相关资料，了解简易声控延时照明灯电路的原理与作用。2、通过文献了解各种简易声控延时照明灯电路设计方案。3、自行设计一种简易声控延时照明灯电路。4、使用protel画图软件画出电路图。5、列出元件清单。原理说明图1简易声控延时照明灯电路的总体框图简易声控延时照明灯电路的总体框图如图1所示。它是由声强监测电路、声强信号处理电路、延时控制电路、照明灯开关电路和电源电路5部分构成的。声强监测电路的功能是利用MIC（麦克风）的特性，即当MIC接收到足够的声强时，在该电路产生谐振后输出一个微弱脉冲，从而将声音信号转换为电信号。声强信号处理电路的处理电路的功能是将声强监测电路输出的电信号进行放大和整流，从而得到一个电平信号，为控制电路作准备。延时控制电路的功能是利用555集成电路构成可重复触发的单稳态电路，从而实现照明灯的延时控制。照明灯开关电路的功能是实现控制电路和照明灯电路的强弱电转换。电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电源。声强监测电路声强信号处理电路延时控制电路照明灯开关电路电源电路22、单元电路一——声强监测电路和声强信号处理电路如图2所示声强监测电路实际上就是一个MIC，即当MIC接收到足够的声强时，电路产生谐振并输出一个微弱脉冲，从而将声音信号转换为电信号。图中所示声强信号处理电路包含两个部分，分别为信号放大电路和整流电路。MIC的输出信号是一个十分微弱的信号，为了后续电路能够对声强信号进行处理，因此必须加入信号放大电路。图中所示信号放大电路是有电阻R1~R4、T1、T2和C1~C3构成，电路中采用了双三极管构成放大电路，这样就可以使得电路的放大倍数比单管放大电路的放大倍数增加β倍，从而得到更合适的信号。R2和R3为放大电路的集电极偏置电阻，C1和C2为放大电路的滤波电容。R1和R4为放大电路的反馈电阻，它们的功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压，C3的作用是减少电路中加入反馈电阻对放大倍数的影响。电路中的延时控制电路一般采用电平信号触发，因此有必要对放大的交流信号进行整流。如图2所示电路中采用了由C4、D1和D4构成的倍压整流电路，倍压整流电路不但能够完成整流的任务，同时还可以将输出电压值增大一倍。这样当MIC接收到了足够大的声强后，声强信号处理电路通过放大和整流就输出了一个高电平信号V。MIC4.7uFC110uFC210uFC310uFC4300KR1.4KR24KR34KR4T1T2D1D2V+12图2声强监测电路和声强信号处理电路33、单元电路二——延时控制电路和照明灯开关电路如图3电路所示，延时控制电路的核心部分是555集成电路，555集成电路是一种非常有用的，并且应用十分灵活的集成电路。555集成电路的引脚图如图4所示。集成电路共有8个引脚，引脚1为接地端，引脚8为电源端，引脚2为出发电平端，引脚3为输出端，引脚4为清零端，引脚5为控制电平端，引脚6为阀值输入端，引脚7为放电端。如图3电路所示，延时控制电路包含两部分：第一部分是由三极管构成的触发信号产生电路；第二部分是由NE555集成电路构成的重复触发的单稳态电路。首先，声强信号处理电路的输出信号V1接入三极管T1的基极。因为MIC接收到了足够大声强后，V1为高电平，则三极管T1饱和，使T1集电极和发射极之间的电压VCE约为0.3V，VCE接入555集成电路的TRIG端作为触发电平。如图3电路所示，555集成电路构成的可重复触发的单稳态电路处于稳态时，VVCCTHR3/2，VVCCTRIG3/1，0Q，放电管导通。当VVVCETRIG3.0时，电路进入暂稳态，此时1Q，放电管截止。同时直流电源通过可变电阻R2对电容C1进行充电，使得VTHR值慢慢升高，当VTHR值升高到VVCCTHR3/2时，电路重新进入稳态，0Q，放电管导通。电路暂稳态的持续时间，即C1的充电时间取决于可变电阻R2和电容C1的数值，其计算公式为（设可变电阻12R）：sFtCRTW55501.11.110106612（1）当MIC持续接收到足够大的声强时，那么V1一直为高电平，T1始终饱和导通，VCE持续为0.3V，这样使得T2始终导通，电容C1就可以通过T2进行放电，电路将无法对电容C1进行充电。这样电路将一直保持为暂稳态，直到声强信号消失，电路才可能重新进入稳态，从而可以满足设计要求。由于照明灯通过的是大电流，直流电源一般无法提供大电流和大功率，因此照明灯需要交流供电，从而电路中的开关需要采用继电器电路。而一般555集成电路的输出电流无法驱动继电器，因此需要加入电流放大电路。如图3电路所示，三极管T3构成的电流放大电路是一种比较典型和简单的电路。其中R3为限电流电阻，防止输入电流过大烧毁三极管。T3接成共集电极电路，当输入电压为高电平时，三极管导通并饱和，将输入电流放大β倍；当输入电压为低电平时，三极管截止，无电流通过。继电器连接T3的发射极，当有电流驱动时，开关吸合，4照明灯通电；当无电流驱动时，开关断开，照明灯不通电，同时在继电器两端并联二极管以利保护。1TRIG2DIS7THR68R4Q35U1NE55547uFC50.01uFC64KR5T3T4D310KR71KR8K1T5R6GND+12图3延时控制电路和照明灯开关电路1TRIG2DIS7THR68R4Q35U1NE555图4555集成电路的引脚图54、单元电路三——电源电路电源电路的设计可以采用两种方法来实现：第一种方法是采用电池供电，需要注意的问题是选择合适电池的指标参数与电路相匹配。第二种方法是采用如图5所示电路，直接从电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳态电路将电网的220V的交流电转化为+12V直流电压。电路中变压器采用常规的铁心变压器，整流电路采用二极管桥式整流电路，C1、C2、C3、和C4完成滤波功能，稳态电路采用三端稳压集成电路来实现。470uFC7TTrans1DBridge10.1uFC80.1uFC1047uFC9VinVoutGNDU2MC78L12CPGND220V12V图5电源电路65、总体电路原理相关说明简易声控延时照明灯电路的总电路图如图6所示，它是由声强监测电路、声强信号处理电路、延时控制电路、照明灯开关电路和电源电路5部分构成的。声控作为智能化电路的一部分是一可缺少的；然而要实现声控也不是一件容易的事，因为声音是一模拟量且非电信号无法在数字电路中使用，所以我们在设计声控电路时就面临怎样把模拟量转化为数字量，把声音信号转化为电信号的问题。要解决这个问题我们可以设计一个类似于‘窃听器’的接收设备专门用来接听声音信号并将声音信号转化为电信号转送到下一级电路。但是作为声控电路对声音信号的要求既不能太强也不能太弱，太强声控难以实现；而太弱电路结构复杂也难以实现，所以最好是能接收到如人的讲话声，脚踏地板声。当这类信号转化为电信号时，电信号一般较弱，必须对其进行放大对此可选择功放电路，运放电路，差分电路等，根据电路对信号的要求一般选择运放电路较好，提高信号输出电压。经过这一步实现了声音信号到电信号的转换。有了电信号实现声控就容易了，我们可以让产生的电信号去触发触发器使电路导通。对于这样的电路设计对外加电源的要求必须稳定，不断电，故最好再为其设计一个稳压电路这样才能使电路稳定工作。而对元器件的要求也较高，特别是半导体器件必须保证灵敏度高，各电参数精确稳定，这样电路才能高效地工作。如今对于这样的电路设计我们以不必为其烦恼，因为有了声音传感器，可以直接将声音信号转换为电信号，大简化了电路结构，使声控电路的设计显得更加容易。下面就运用声音传感器设计的声控照明电路加以分析：声控照明电路的主要原理是利用了声学和电子学的原理即用声音传感器将声音信号转换成电信号从而推动触发器触发使电路导通工作。作为一个智能化声控照明电路应具有以下功能：①能在声音的控制下实现电路的导通与截止。②声音的发出应是多方面的如脚步声，物体打击声等。③响应时间应越短越好。为此在选择电路元器件时应选择灵敏度较高的声音传感器组成声控照明电路控制电路的前端，同时我们还要为该传感器设置传感条件如声音响度必须在20DB以上才能响应等。中间端采用触发器构成，利用触发器不触不发，一触即发的特点去推动照明电路工作，触发器的选择也应选择灵敏度高，响应时间短的触发器如D触发器，JK触发器等。76、总体电路原理图图6简易声控延时照明灯电路的总电路图1TRIG2DIS7THR68R4Q35U1NE555MIC4.7uFC110uFC210uFC310uFC447uFC50.01uFC6470uFC7300KR1.4KR24KR34KR44KR5T1T2T3T4D1D2D310KR71KR8K1T5R6GND+12TTrans1DBridge10.1uFC80.1uFC1047uFC9VinVoutGNDU2MC78L12CPGND220V12V姓名：程维翔学号：200810330221班级:08电子（2）班V87、元件清单表1简