基于晶体三极管的简易声控灯设计报告

大庆师范学院

电子技术课程设计报告

设计课题:基于晶体管的简易声控灯的设计

学院:物电学院

专业:物理教育

班级: 08级物理教育

姓名: 武士非姜珊薄小庆高金雪宋美晶日期: 2012月10年11月27日2010年12月27日指导教师:付保红

目录

1绪论 (1)

2设计内容及要求 (1)

2.1设计目的及主要任务 (1)

2.1.1设计目的 (1)

2.1.2设计任务及要求 (1)

2.2设计思想 (2)

3声控灯的工作与设计原理……………………………………………错误！未定义书签。

3.1放大电路的原理 (3)

3.2单稳态电路的原理 (3)

3.3继电器电路的原理 (4)

3.4整机电路原理 (5)

4设计总结……………………………………………………………错误！未定义书签。

参考文献 (7)

附录A：元器件清单 (8)

附录B: 成绩单 (9)

1绪论

晶体管（transistor）是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管作为一种可变开关，基于输入的电压，控制流出的电流，因此晶体管可做为电流的开关，和一般机械开关（如Relay、switch）不同处在于晶体管是利用电讯号来控制，而且开关速度可以非常之快，在实验室中的切换速度可达100GHz以上。

晶体管，本名是半导体三极管，是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。它对电信号有放大和开关等作用，应用十分广泛。输入级和输出级都采用晶体管的逻辑电路，叫做晶体管－晶体管逻辑电路，书刊和实用中都简称为TTL电路，它属于半导体集成电路的一种，其中用得最普遍的是TTL与非门。TTL与非门是将若干个晶体管和电阻元件组成的电路系统集中制造在一块很小的硅片上，封装成一个独立的元件.晶体管是半导体三极管中应用最广泛的器件之一，在电路中用“V”或“VT”（旧文字符号为“Q”、“GB”等）表示。本文介绍了基于晶体管的简易声控灯设计。

声控灯已经广泛应用在居民楼的楼道中，它给人民的生活带来很多的方便。这些声控灯电路中几乎都使用了集成电路，并且直接使用220V的交流电源。虽然这样做简化了电路，但对于初学者来说他们理解电路有一定的困难,调试电路也具有一定的危险性。这里介绍一个简单的声控灯电路，采用了三极管等分立元件和低压电源，不仅适合初学者的学习，而且通过电路中的继电器也可以控制其它电器进行工作。当你对着声控电路拍手或喊叫时，电路中的继电器会动作,如果用它控制小灯，可以使小灯工作几秒钟,然后自动关闭。

2设计内容及要求

2.1设计目的及主要任务

2.1.1设计目的

提高电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；学习晶体管电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测；使用适当的软件进行仿真和制作PCB 板图。

2.1.2设计任务及要求

根据已知条件，完成通过基于晶体管的声控灯的设计、连接与仿真。须符合以下要求：

1.采用晶体管设计电路完成一个简易声控灯的设计；

2.通过声音震动使灯发光，并且延迟10秒左右后熄灭；

3.利用仿真软件Pspice或Multisim仿真电路，并学习PROTEL软件，并用其绘制电路的原理图和PCB图，要求图纸绘制清晰，布线合理，符合绘图规范；

4.完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。

2.2设计思想

本次设计要求完成基于晶体管的声控灯的设计、连接与仿真，选择适合三极管。而整个设计的核心部分就在采用了三极管等分立元件和低压电源,通过电路中的继电器也可以控制其它电器进行工作的设计，当你对着声控电路拍手或喊叫时，电路中的继电器会动作,如果用它控制小灯,可以使小灯工作几秒钟，然后自动关闭。该模块完成的功能主要包括放大电路和单稳态电路以及继电器控制电路。随后运用Multisim10中的仿真功能对其予以仿真，从仿真的结果中分析程序的正确性。然后运用Protel画出电路图待所有模块的功能正确之后，然后制作相应的PCB板。最后照着原理图进行整机电路的连接。

3声控灯的控制及设计原理

3.1放大电路的原理

如下图所示，在本次设计电路中使用了一只φ20的压电陶瓷片，它的符号和外形见图 3.1所示，压电陶瓷片所转换的电信号很微弱，只有通过由三极管VT1组成的放大器把微弱的信号进行放大后，才能去触发单稳态电路。所以要设置一个简单的放大电路，将微弱的信号放大，才能触发后边的电路。

图3.1 压电陶瓷片的符号和外形

图3.2所示为放大电路的组成，将信号放大。

图3.2 放大电路部分

由R1和R2比例控制放大的倍数。图中Vo输出了放大的信号。

3.2单稳态电路的原理

图3.3中三极管VT2、VT3及其电阻器、电容器组成了单稳态电路。电阻器R3为三极管VT2提供了基极电流；而三极管VT3的基极电流则是从三极管VT2的集电极电阻R4上得到的。三极管VT2集电极与三极管VT3基极之间是直接耦合的；而三极管VT3集电极与三极管VT2基极之间的耦合则是由电容器C2来完成的。电阻器R4是三极管VT2的集电极负载，三极管VT3的集电极负载是电阻器R5。

图3.3 单稳态电路部分

单稳态电路的特点是它只有一个稳定状态。电路在没有信号输入时，选择合理的R3使三极管VT2稳定在饱和状态，此时它的集电极电压约为0.3V以下。这

样使三极管VT3稳定在截止状态。这就是单稳态电路的稳定状态。

当一个负脉冲通过C1到达三极管VT2的基极时，三极管VT2开始趋向截止，它的集电极电流减小，集电极电压升高；经过直接耦合，使三极管VT3的基极电压升高，三极管VT3开始导通，它的集电极电压下降；经电容C2的藕合又使三极管VT2的基极电压进一步下降(虽然这时负脉冲已经不再存在)，形成一个正反馈，很快达到一个新的状态。此时三极管VT2截止，三极管VT3饱和导通。这就是单稳态电路的暂稳态现象。

单稳态电路的暂稳态是不能持久的。在暂稳态的期间，电容器C2通过电阻器R3进行放电,随着放电的进行,三极管VT2的基极电压逐渐升高，当它达到0.5V以上时，三极管VT2开始导通,正反馈现象再次发生,整个电路很快又回到VT2饱和导通，VT3截止的稳定状态。电容C2通过电阻R3的放电过程决定了电路暂稳态的维持时间。根据计算，这个时间t =0.7×R3×C2。在本电路中电阻R3为330K，电容C2为47μF,所以t=0.7×330×103×47×10-6=1ls.根据这个公式改变电阻R3或电容C2的参数,可以延长或缩短电路的延迟时间。

电路复原后,电容器C2通过电阻器R5和三极管VT2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。

3.3继电器电路的原理

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。