模拟电子线路课程设计之声控开关与声响器的研究与制作

1模拟电子线路课程设计学院班级姓名学号成绩指导老师22010年1月22日声控开关与声响器的研究与制作一、实验目的1.学会使用Multisim进行电路仿真；2.学习声控开关与声响器的电路及其工作原理；3.学习焊接的具体工程并根据电路图进行实际焊接；4.学习焊接后的调试，学会根据具体现象分析错误；二、实验器材1.声控开关元件：电源+9V，三极管，发光二极管（红/绿），稳压二极管，电阻（1K、1.5K、2K、3K、4.7K、22K、33K、68K、750K等），电容（0.01uF、0.022uF、4.7uF、10uF等），驻极体话筒。2.声响器元件：电源+/-12V，运放集成块741，功放集成块386，喇叭，电阻（10Ω/1.2K/10K/12K/15K等），电位器(10K/100K),电容（0.1uF/0.1uF/10uF/47uF/470uF等）。三、实验原理（一）声控开关原理3图一、声控开关原理图声控开关电路原理图如图一所示。该电路主要由两部分组成，前半部分是三极管二级阻容耦合放大电路，后半部分是RS触发器。三极管二级阻容耦合放大电路用来将信号进行放大，RS触发器则接受放大后的信号并进行相应的处理。三极管二级阻容耦合放大电路第一级是一个三极管共射放大电路，将信号放大一定的倍数，第二级是三极管分压式静态工作点稳定电路，将信号进一步放大，并有避免温度变化影响，稳定静态工作点的作用。RS触发器作为对输入信号的响应。如图一所示，当三极管T3的导通时，即T3的基极为高电平，则T5的基极也相应地为高电平，T5饱和，则T6的基极为低电平，T6截止；反之，若T6处于导通状态，则T3处于截止状态，即T3和T6只能一个导通，另一个截止。如图一所示，假设三极管T3刚开始为导通状态，且输入信号使T3的基极电位降低时，即Ub3下降，则Ub5降低，Uc5升高，Ub4升高，而Ub4的升高又导致Ub3的下降，因此这是一个正反馈，最终的结果是是T3迅速截止，而T6迅速导通，实现两种状态在两个三极管之间切换。电路完成之后实现的主要功能是：红绿灯作开关通断显示（红亮绿灭/红灭绿亮），显示状态可保持，每拍掌一次，改变通断显示一次。（二）声响器原理4图二、声响器电路原理图声响器电路原理图如图二所示，该电路由两部分组成，前半部分是一个波形发生器，作用是产生一个一个频率可调的矩形波，后半部分的主要功能是实现调节输出信号的大小。以集成运放741为核心组成的电路为波形发生器，集成运放与电阻R2、R3组成滞回比较器，电位器W1和电阻R1和电容C1组成充放电回路，稳压管D1、D2及电阻R4的作用是使输出电压限制在稳压管的稳定电压值。当输出为高电平时，电容充电使2脚（反向输入端）电位升高，当2脚电位高于3脚（同向输入端）时，输出变为低电平，则电容放电，当2脚电位低于3脚时，输出变为高电平，如此反复，则产生一个矩形波，通过改变电位器的电阻改变时间常数，从而改变输出波形的频率。四、理论分析（一）.二级三极管放大电路理论分析1.静态工作点的计算如图一所示：Ibq1=(Vcc-Ubeq1)/R2=11uA;Icq1=Ibq1*β=11mA;Uceq1=Vcc-Icq1*R3=5.7V;Ubq2=Vcc*R5/(R4+R5)=2.2V;Ieq2=(Ubq2-Ubeq2)/R7=1mA=Icq2;Uceq2=Vcc-Icq2*(R6+R7)=4.5V;Ibq2=Icq2/β=10mA;2.放大倍数rbe1=300+(1+β)*Ut/Ieq1=2.7K;rbe2=300+(1+β)*Ut/Ieq2=2.9K;Ri2=R4//R5//rbe2=2.5K;5C1R=R3//Ri2=1.36K;A1=-β*C1R/rbe1=-50.37;A2=-β*R6/rbe2=-103.45;A=A1*A2=5210.8;（二）.波形发生器理论分析输出波形周期及频率范围最大周期：T1=2*(R1+W1)*C1*ln(1+2*R2/R3)=21ms;最小频率：f1=1/T1=47.6Hz;最小周期：T2=2*R1*C1*ln(1+2*R2/R3)=2ms;最大频率：f2=1/T2=500Hz;周期范围为2ms至21ms，频率范围为47.6Hz至500Hz;五．声控开关与声响器的实际制作(一)multisim仿真电路图以及仿真结果1.三极管二级阻容耦合放大电路图三、三极管二级阻容耦合放大电路仿真电路图6仿真电路图如图三所示，以下是静态工作点及输入输出波形Ibq1Ubq1Icq1Uceq1Ibq2Ubq2Icq2Uceq27输入输出波形对比2.波形发生器8波形发生器仿真电路图如上图所示，以下是输入输出波形对比（二）作品实物图9图四.声控开关实物图在万用板上焊接的声控开关电路如图四所示图五、声响器实物图声响器电路实物图如图五所示（三）调试过程简述1.声控开关完成电路后，接通9V直流电源，绿灯亮，红灯不亮，击掌后发现没反应，推断是放大电路信号传输问题。用万用表测量三极管T1的基极与发射极电压，显示为0V，检查背后电路发现是发射极接地接触不良，重新焊接。焊接后接通电源，击掌后红绿灯可以相互切换，可实现声控。2.声响器完成电路后，接上喇叭，接通正负12V电源，喇叭可以发声，调节电位器W1，可以听到音调高低变化，调节电位器W2，声音大小可以变化，直至调制无声，声响器可以正常工作。10（四）测量数据及与理论值的对比表一二级放大电路静态工作点理论值测量值理论值测量值Ibq111uA11.1uAUbq10.7v0.67vIcq11.1mA1.5mAUceq15.7v4.51VIbq210uA11uAUbq22.2v2.11vIcq21mA1.1mAUceq24.5v4.06v表二波形发生器频率理论值测量值最低频率47.6Hz40.2Hz最高频率500Hz500.3Hz六、课程设计总结本次课程设计的内容是声控开关和声响器，学习了声控开关的声响器的具体原理，并通过Multisim软件进行仿真，再进行实际的焊接和调试，最终完成作品。通过学习声控开关的原理并进行理论值的计算，进一步加深了对三极管多级放大电路的理解，并学习了RS触发器的原理，进一步积累了具体电路的知识，同时也锻炼了分析电路的能力和技巧。声响器加深了对波形发生器的理解，了解到相关芯片的知识。通过使用Multisim软件对原理图电路进行仿真和测试，不仅加深了对原电路图的理解，更掌握了十分使用的软件工具，方便以后电路方面的学习与应用。对电路进行实际的焊接，了解到了焊接的具体过程，锻炼了自己的动手能力，通过实践将原理电路做成实物，加深了理论知识的理解，学习调试并分析电路故障的方法。本次课程设计对理论和动手实践能力都有较大的帮助，对以后在电路方面的进一步学习与应用具有积极意义。