电子设计(终稿)

题目：高保真警报模拟发声器专业：电气工程及其自动化班级：电气工程072班组别：第八组指导教师：任丽苗2009年7月10日高保真警报模拟发声器一、引言1、选题意义随着我国市场经济制度的建立，科学技术的发展，我国安防产业不断向前推进，因为随着我国经济的转轨，社会转型的变革向纵深发展和知识经济、信息时代的到来，社会生活产业化，经济活动全球化，信息传播网络化，高科技运用普及化趋势，智能犯罪、新类型犯罪等比重不断加大，手段更加隐蔽，破坏性将更加严重，影响更加广泛。近年市场上报警器报警信号失真严重，装置电磁兼容性差，对人们的正常生活造成了许多不必要的损失。随着电子报警装置便携化，易操作化，我们的设计将克服以上缺点，实现报警信号的高保真，反应迅速等传统警报信号所不具有的优点。2、设计目标本装置运用三极管非稳态调谐振荡模拟出高清晰的警报声，力求做到体积最小化、低耗能和消除电磁兼容的基本要求。改进了传统电机型发声器体积庞大，工作效率低下以及高耗能的缺点。其应用范围将更加广泛，简单便携容易控制，响应迅速。在控制方面，增加了可动开关以适应人们不同情况下的使用，还使用滑动变阻器满足声音高低的可控性。电路的优点得到了充分的展现，功能更加多样化,能够满足不同群体不同情况中的使用推广。值得一提的是该设计还可以通过限流和降压装置进一步嵌入到高压系统中，提高其利用效率。3、小组成员及分工小组构成学号姓名分工组长200708830魏念龙电路组装与焊接、市场调研成员200708819杨玉琦电路作图、市场调研、校对200708820何晨龙电路设计、原理分析、市场调研200708845曹婵市场调研、元件采购、电路设计二、基本原理电路原理:图中晶体管Tr1和Tr2构成两级放大器。通过10uF电容器，第二级的集电极向第一级的基级之间施加正反馈构成振荡回路，该回路的震荡周期约为0.3s。从第二级发射极取出，由与10kΩ并联的10uF电容器充放电，输出锯齿形波。晶体管Tr3和Tr4构成非稳态多谐振荡器，图中两个三极管在“Tr3饱和／Tr4截止”和“Tr3截止／Tr4饱和”，二种状态周期性的互换，其工作原理如下：(1)如图1当Vcc接上瞬间，Tr3、Tr4分别由RB1、RB2获得正向偏压，同时C1、C2亦分别经RC1、RC2充电。图1当VCC通电瞬间图2C2放电，C1充电回路图3C1放电，C2充电回路(2)由于Tr3、Tr4的特性无法百分之百相同，假设某一三极管Tr3之电流增益比另一个三极管Tr4高，Tr3则Q会比Tr4先进入饱和(ON)状态，而当Tr3饱和时，C2由Q1CE极经VCC、RB2放电，在Tr4BE极形成一逆向偏压，促使Tr3截止。同时C1经Rc2及Tr3的BE极于短时间内完成充电至VCC，如图2所示。(3)Tr3ON、Tr4OFF的情形并不是固定的，当C2放电完后(T2=0.7RB2C2秒)，C2由VCC经RB2、Tr3C-E极反向充电，当充到0.7V时，此时Tr4获得偏压而进入饱和(ON)，C1由Tr4CE极，Vcc、RB1放电，同样地，造成Tr3BE极逆偏压。Tr3截止(OFF)，C2经RC1及Tr4B-E极于短时间充至VCC，如图3所示。(4)同理，C1放完电后(T=0.7秒)，Tr3经RB1获得偏压而导通，Tr4OFF如此反覆循环下去。如图所示波形。然后从Tr4的CE端取出的振荡信号通过3.3uF的电容器及电位器施加到Tr5上，经过Tr5的功率放大作用，将放大的信号加到扬声器两端模拟警报发声。3V的直流电压源在运行过程中为Tr1、Tr2、Tr3、Tr4和Tr5提供偏置电压，并为扬声器施加驱动电压，保障电路功能的正常实现，提高电路反应的灵敏度。图4非稳态振荡输出波形图5电路原理图三、主要元器件介绍1、元件清单表1名称规格大小单价（元）数量实验电路板1CB-884.01块涤纶电容器0.03uF1.04个铝电解电容1uF0.52个3.3uF0.52个10uF0.52个100uF0.54个滑动变阻器10K2.01个1W碳膜电阻390Ω0.102个1.2K0.101个3.3K0.101个10K0.104个15K0.102个22K0.102个470K0.102个锁子开关1.51个发光二极管0.52个晶体管2SC1815-Y0.54个2SC2120-Y0.51个电池盒5号*22.51个电池搭扣006P1.01套电池5号2.52个扬声器0.25W8Ω2.01个导线4.53m总价：32.3+40+2=73.3元2、主要元器件介绍(一般为核心器件介绍)(1)2SC1815-Y型的普通晶体管(2)2SC2120-Y型的功率放大晶体管(3)10K滑动变阻器(4)8Ω，0.25W的扬声器(5)涤纶电容器和铝电解电容器(6)碳膜电阻四、元件的市场调研与选择元器件调研情况表2名称符号规格型号价格（元）调研地点是否选用1W碳膜电阻R390Ω0.10西北电子城是1.2K0.10西北电子城是3.3K0.10西北电子城是10K0.10西北电子城是15K0.10西北电子城是22K0.10西北电子城是470K0.10西北电子城是三极管Tr2SC1815-Y0.5南关电子城否2SC2120-Y0.5南关电子城否铝电解电容器C1uF0.5西北电子城是3.3uF0.5西北电子城是10uF0.5西北电子城是100uF0.5西北电子城是滑动变阻器Rw10K2.0南关电子城是发光二极管0.52个南关电子城是涤纶电容器0.03uF1.04个南关电子城是电路板1CB-884.0南关电子城是电池盒5号*22.5南关电子城是电池搭扣006P1.0南关电子城是电池5号2.5南关电子城是导线3m1.5南关电子城是扬声器8Ω0.25W2.0南关电子城是锁子开关1.5南关电子城是五、制作与调试1、焊接顺序（1）焊接三极管，按照电路原理图，将三极管按顺序（注意三级管的管脚排列）及间隔焊接在电路板上；（2）焊接电阻，将电阻按照原理图顺序焊接；（3）焊接电容，将电容按照原理图顺序焊接（电容管脚长为正，短为负）；（4）焊接其它元件及跳线。2、调试、检查电路（1）焊接完毕，接通电源，但没有结果。仔细检查发现有两处等电位点未联结，线将其连接，解决上述问题；（2）在调试时，没有预期的结果出现，经检查发现时将一电容正负极反接（正确的是管脚长的一端是正极，另一端是负极），将其调整继续调试；（3）再调试仍然没有结果。检查时发现电路正确，用万用表检查时扬声器两端没有电压，小组成员集体讨论认定是晶体管管脚排列的问题，其正确的排列应该是：将晶体管平面朝上（即有参数一面），管脚朝向自己，从左到右按顺序为ECB排列。3、焊接实物图图6焊接实物图4、调试结果设计的最后结果基本达到了预前的设想，声音的高保真体现得最为明显。为了完善功能我们还特意增加了视觉可感知信号，作为在特殊群体中的推广。在控制方面，增加了可动开关以适应人们不同情况下的使用，还使用滑动变阻器满足声音高低的可控性。经过完善后，电路的优点得到了充分的展现，功能更加多样化,能够满足不同群体不同情况中的使用推广。为了凸显本设计在声音保真方面的优点，专门和市场上音乐片的波形做了对比。(a)(b)(c)(d)图7装置声音波形与音乐片声音波形比较(a)(c)装置声音波形(b)(d)音乐片声音波形通过以上波形显示，装置波形频率和振幅明显大于音乐片的，物理声学告诉我们频率代表音调，就是波形图与横轴交点的疏密代表音调;振幅代表响度，就是波形图上一个周期内最高点与最低点之间的差距越大，响度越高,由此装置在音调和响度方面优于音乐片。5、改进方向本电路仅容许在低压系统中使用，信号频率和开关智能控制不理想，所以从以下几个方面进行改进与完善。（1）功率放大电路采用了甲类功放，其在工作时效率太低，且没有收到信号时电源仍提供功率，这些功率转化为无用的管耗，所以在改进中可以采用OTL互补对称功率放大电路来克服上述缺点。（2）三极管非稳态振荡回路中的定值电阻改为滑动可控变阻器，来模拟不同频率的警报声，提高设备的实用性。（3）为了实现开关控制的可操控性，可以尝试用光敏电阻、热敏电阻、湿度传感器等智能开关代替，一方面增加了电路的应运范围，另一方面也增强了电路的智能化操作。六、设计总结1、设计小结这次设计课程之中遇到了许多未曾意料到的问题，比如三极管的管脚接法、晶体管振荡回路的工作过程、家用电的安全使用……不管问题有多队友们都认真仔细地分析集体讨论解决。我们在设计初始阶段，同意以实用、节能、便携、易于推广为基本出发点。经过几天的分头行动，最终从四套方案中选出了大家都认为是最优的——高保真电子警报模拟发声器，几次激烈的争论后，确定了电路所要实现的基本功能以及电路的基本模块。在接下来的两天中我们细化、优化了模块，但对于信号振荡部分还存有争议，分别提出了555芯片振荡模型和三极管非稳态振荡模型，通过比较其他组的设计和本次设计所要求的体现理论价值的宗旨，决定采用三极管非稳态振荡模型。对电路所需元器件的具体参数一一核对之后，确定了元件购买方案，力求做到花费最省、性能最优。不过由于方案的疏忽，以致元件没有达到理论要求，部分元件又重新购买了一次。纵观整个过程，最重要最难实现的是焊接阶段，这一阶段不仅需要扎实的理论基础更需要比较高的焊接技术，幸亏有焊接万用表和收音机的基础，才进行得比较顺利。出乎所有人的意料，花费时间最多的竟是电路调试阶段，反复多次失败以后全组队友信心受到严重挫伤。冷静地试验几次后，我们一一找到了问题的所在，逐一加以解决，感觉在这个过程中受益最多，好多以前从未想过的问题竟然能被我们成功解决，那种美滋滋的成就感只能意会。当电路发出清晰的警报声时，全组队员都跳了起来“我们成功了！”来之不易的成功值得每一个人永远的记忆。2、设计体会今年的电子课程设计终于接近尾声，真的很庆幸自己有机会焊接自己设计的电路。虽然几次的失败的结果让人感到无比遗憾，但正如老师所说的，这几周的技能学习对知识，心态的锻炼才是我们最大的收获，我们会朝着自己所爱坚定走下去。这个小学期里，在焊接实验里的一幕幕依然仿佛在眼前，这将是令人难忘的，令人永远怀念的一段时光，因为在这段日子里，我们不懈地努力，全身心地投入。一个闷热，单调的夏天，却是充满回忆，收益匪浅的收获的季节。时间过得好快，依然很怀念曾经一起努力的日子。和老师，队友们的相互调侃，请教师兄，听老师说教，一起讨论设计，一起焊电路，近乎争吵的讨论，为找器件走遍整个电子市场，被师兄笑菜鸟，……这一幕幕仿佛在昨天。一路走过来，从只知道些课本的理论知识之外一无所知的菜鸟开始，请教老师、师兄，上网查资料，自己动手实践、摸索，到激动地喊出“我搞出来啦！”这是一个美妙的过程。在六人小组里，我的角色是电路设计，在刚开始时遇到很大困难，特别是特殊元件的应用有很多不明白的地方，但在指导老师还有队友的帮助下，查参考资料，自己尝试，一点点地深入了解了其工作原理。我真诚地感激帮助我的老师和师兄们，在认真观察了他们的设计、焊接和调试的过程后，我真正感叹自己确是菜鸟一个，我简直难以抑制自己的兴奋—--这些经验我像是在信手拈来！我常常参予到硬件的选择和焊接中去，和队友一起沟通讨论其工作原理以便及时修改电路，遇到问题时同队友们由理论和焊接实物两个方向推敲，从而找到问题所在。我愰然发觉，一些在课本上看起来很容易的内容其实一点不简单，同样地，一些很难的理论知识应用起来其实也不是那么难。学习是个艰难的过程，厌烦过，沮丧过，但同时也是充满着激情和快乐的。当解决一个困扰多时的问题或者想到好主意时，你会兴奋得跳起来，想狠狠地大喊一声。经过几周的锻炼，我感到电子设计让自己更加成熟起来，在这个过程中不仅是在知识技能、学习能力上，还是心态、意识上自己都有了一个长足的进步。我学到的不仅是如何学习，如何解决问题，还有如何与人合作，如何与人沟通。这一次参与，让我对自己的专业方向有了计划，我将努力地加深和拓宽相关的知识，把握更多的实践机遇，不断提高自己。[1]参考文献[2]全新实用电路集萃编辑委员会.ISBN7-111-18105-0全新实用电路集萃[S]北京：