模拟电子课程设计声控灯开关

模电课程设计声控灯开关目录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=22uf4.3 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=0.2uAI 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=35ΩI= 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。

图5 桥式二极管整流电路和波形参数计算：二极管桥式整流电路输入、输出之间的数量关系及二极管选择的条件：输出电压V O、输出电流I O与输入电压V2的关系：V O=2×0.45V2=0.9V2I O=0.9×(V O/R L）二极管所承受的电流及耐压值I V=I O/2=0.45×(V O/R L）V RM=V2m单向桥式整流电路二极管选择条件：I VZ≥I O/2=0.45×(V O/R L）V RM≥V2m4.5 电容滤波电路滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。

电容C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。

电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应该与负载串联。

经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可以滤掉一部分交流分量，改变了直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。

滤波电路常有电容滤波，电感滤波和RC滤波等，本系统设计在单相桥式整流电路直接接并联电容构成电容滤波电路，经过此电容滤波电路去整流输出电压纹波。

电容滤波电路如图5所示。

滤波原理：若电路处于正半周，二极管D2、D4导通，变压器次端电压V2给电容C充电。

此时C相当于并联在V2上，所以输出波形同V2，是正弦形。

所以，在t1到t2时刻，二极管导电，C充电，V C=V L按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，V C=V L按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。

图6 电容滤波电路当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，二极管关断时间加长，导通角减小，见图7中的曲线；反之，RLC减少时，导通角增加。

显然当RL很小，即1L很大时，电容滤波的效果不好，见图7中的曲线。

反之，当RL很大，即1L很小时，尽管C较小，RLC 仍很大，电容滤波的效果也很好，见图7中曲线。

4.6 晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理分析：晶闸管可用两个不同极性（P-N-P和N-P-N）晶体管来模拟，如图8所示。

当晶闸管的栅极悬空时，BG1和BG2都处于截止状态，此时电路基本上没有电流流过负载电阻RL，当栅极输入一个正脉冲电压时BG2导通，使BG1的基极电位下降，BG1因此开始导通，BG1导通使得BG2的基极电位进一步升高，BG1的基极电位进一步下降，经过这一个正反馈过程使BG1和BG2进入饱和导通状态。

电路很快从截止状态进入导通状态，这是栅极就算没有触发脉冲电路由于正反馈的作用将保持导通状态不变。

如果此时在阳极和阴极加上反向电压，由于BG1和BG2均处于反向偏置状态所以电路很快截止，另外如果加大负载电阻RL的阻值使电路电流减少，BG1和BG2的基极电流也将减少，当减少到某一个值时由于电路的正反馈作用，电路将很快从导通状态翻转为截止状态，我们称这个电流为维持电流。

在实际应用中，我们可通过一个开关来短路晶闸管的阳极和阴极从而达到晶闸管的关断。

等效图如下：图8 晶闸管的工作原理华南理工大学广州学院课程设计报告五总原理图本设计声光双控电子开关的总电路图如下图：图9 总原理图六元件清单华南理工大学广州学院课程设计报告七总结经过这为期一周的模拟电子技术基础课程设计，在设计“声光控开关”的过程中，我终于知道了在做这样的一个课程设计的时候，应该从什么地方着手，应该怎么样构造自己的思路，怎样利用自己所学的知识来实现自己的设计方案，并通过不断的查找资料来实现他的功能。

在此过程中，不但让我体会到了设计的繁琐与艰辛，同时也让我更好的巩固了以前所学的知识。

通过本课程设计，我进一步熟悉了各元器件的工作原理及功能，比如驻极体话筒和可控硅的管脚分布、参数及工作原理，进一步掌握了原理图的设计。

在这次课程设计完毕之后，我体会颇多。

同时，在完成课程设计的过程中，培养了自己严谨的做学态度，。

所以在这次设计中我学到了很多对我的学习和成长有帮助的东西。

八参考文献[1]康华光,《电子技术基础》数字部分（第五版），高等教育出版社出版[2]彭介华,《电子技术课程设计指导》，高等教育出版社[3]华成英,童诗白.《模拟电子技术基础》（第三版）清华大学电子学教研组编, 高等教育出版社,2004[4]杨旭东,刘行景,杨兴瑶.《实用电子电路精选》.化学工业出版社,1999[5]华成英.《电子技术》北京.中央广播电视大学出版社,199611。