声光报警电路设计说明

声光报警电路设计说明
1．简述
随着当今社会各个方面的发展，人们的安全意识也逐步提高，防盗一次也广受人们的关注，很多产品上都装有防盗装置，而声光报警在防盗方面上应用的比较多。

由此，关于声光报警电路的设计就具有一定的实用价值。

当然，声光报警也不仅仅是限于防盗方面，在防火等方面都有一定的应用。

2．设计任务、设计指标要求
设计的声光报警电路能在特定的情况下发出光和声音，实现报警的目的。

设计技术指标要求：
（1）、指示灯的闪光频率为1~2Hz；
（2）、扬声器发出与指示灯闪光频率同步的断续音响，音响的频率为1000Hz左右；
（3）、扬声器发出音响的功率不小于0.5W。

3．设计方案
1）、设计原理
（1）、电路组成
根据设计设计指标和要求，要实现其指标，那么在设计的电路中应该包含为指示灯闪光提供电能的振荡电路部分、为扬声器发声提供电能的音频振荡电路部分、实现闪光与发声同步的控制部分、音频振荡电路与扬声器之间的功率放大部分。

然后根据逻辑关系把各个部分连接起来，这样就从大体上设计出了声光报警电路。

声光报警电路的功能框架图如图1所示。

图1 声光报警电路功能框架图
（2）各个部分的作用
①．闪光振荡电路部分
闪光振荡电路时为了给指示灯提供电能，同时也为它提供闪光的频率。

其主要作用还是为指示灯提供闪光频率，即能使是指示灯亮灭交替。

在这个实验的设计方案中采用的是一个方波振荡电路（如图2所示），方波发生器的产生的波的频率就是指示灯的闪光频率。

方波发生器的频率计算公式为：
31111121
1f=2()ln(1)p R R C R R C R =++ 式中1p R 是在实际工作中是通过调节使输出的方波的占空比为50%，在理论上应该使其与R1相等，而在实际中它们之间的大小相差不是太大。

图2 方波发生器
②、音频振荡电路部分
音频振荡电路是为后面的扬声器提供电能，更重要的是为后面扬声器发声提供发声的频率。

一般情况下，我们是使扬声器在正弦电下工作。

因此，音频振荡电路在这个实验中就是一个正弦波振荡电路发生器。

正弦波振荡电路，可以通过RC 正弦波振荡电路和LC 正弦波振荡电路来实现。

RC 正弦波振荡电路有桥式振荡电路、双T 网络式和移相式振荡电路等类型，LC 正弦波振荡电路有LC 选频放大电路、变压器反馈式LC 振荡电路、三点式LC 振荡电路和石英晶体振荡电路等类型。

它们的部分原理图如图3所示。

（a ） 桥式振荡电路
（b ） 移相式正弦波振荡电路（见课本441 图9.6.4）
（c ） LC 选频放大电路（见课本444 图9.7.3）
（d ） 变压器反馈式LC 振荡电路（见课本445 图9.7.4）
（e ） 三点式LC 振荡电路（见课本449 图9.7.8）（电容三点式）
（f ） 石英晶体振荡（见课本453 图9.7.12）（并联晶体）
图3 正弦波振荡电路
RC 正弦波振荡电路与LC 正弦波振荡电路的适用范围是有区别的。

一般情况下，LC 正弦波振荡电路是用来产生高频正弦信号的，在1MHz 以上；RC 正弦波振荡电路是低频正弦信号，在1Hz~1MHz 左右。

而在在实验室中一般都是用的低频正弦信号，所以，在这个设计方案中采用的是RC 正弦波振荡电路。

在实验中，一般用的多的是桥式振荡电路，因此，最终选择桥式振荡电路作为音频振荡电路。

桥式振荡电路产生的波形的频率的计算公式为：
52
12f R C π= ③指示灯及控制电路部分
本部分是整个实验设计中的重要部分，它是实现振荡电路控制振荡电路的关键，换言之，实现扬声器与指示灯闪光频率同步的断续音响这个目的的关键。

指示灯在这个实验中选用的是发光二极管。

它的闪光频率是通过方波来控制的，即其频率与方波的频率相同。

因此，得把指示灯与方波发生器联系在一起。

根据方波发生器产生方波的原理，我们不可以把指示灯与方波发生器的输出端直接连在一起（因为指示灯是一种二极管，在理论上，若把它直接连在发生器的输出端，那么输出的就应该是在0.7V 左右的直流电，便不能产生方波了）。

因此，得在他们之间引用一个元件，可以选择电压比较器。

电压比较器有可以分为单门限电压比较、迟滞比较器和集成电压比较器等，其结构图如图4所示。

对于就单门限电压比较器而言，当输入电压在门限电压上下变化的时候，其输出电压
将相应的输出运算放大器的正负极限电压，它的灵敏度比较高。

迟滞比较器具有双门限值，它的灵敏度相对要低，其抗干扰能力高。

而集成电压比较器相对于用集成运放构成的比较器的灵敏度低。

而根据实际情况来看，我们需要的是一个灵敏度相对高的比较器，因此，在这个实验的实际中选用单门限电压比较器。

（a ） 单门限电压比较（见课本455 图9.8.1）
（b ） 迟滞比较器（见课本457 图9.8.5）
（c ） 集成电压比较器（见课本461 图9.8.8）
图4 电压比较器
根据运算放大器的工作条件，可以知道运算放大器需要在为内部提供等大异的直流电才能使其正常工作。

这就实现控制的关键点。

因此我们可以将有比较器输出的电压加在运算放大器的内部电源输入端，在另一个输入端加上一个异号的电压，从而实现控制。

为了使产生的正弦波与闪光同步，就得使此时的电压加在运算放大器上能让它正常工作。

而指示灯是用的发光二极管，闪光时输出的电压只有0.7V 左右，远远低于另一端的输入电压，因此需要在其中要有一个放大电路。

放大电路有同相放大电路和反相放大电路，其结构图如图5所示。

对于放大电路的选用，区别不大，都能够实现放大的目的。

本实验的设计选用的是同相放大电路。

（a ） 同相放大电路（见课本28 图2.3.1）
（b ） 反相放大电路（见课本32 图2.3.5）
图5 放大电路
同相放大电路的输入电压与输出电压的关系为： 204(1)p i R v v R =+
最终指示灯及控制电路部分的电路图如图6所示
图6 指示灯与控制电路
④功率输出电路部分
功率输出部分是为了使最终波形能够使扬声器在不失真的情况下，满足实验的要求。

一般是
通过集成功率放大电路器来实现，常用的集成功率放大器有LA4100、LM386等，它们的放大电路如图7所示，本实验选用的是LM386集成功率放大电路。

（a）LA4100功率放大器电路（报告37）
（b）LM386功率放大器电路（报告38）
图7 功率放大电路
2）、所用元器件参数的设置
（1）、闪光频率振荡电路中元器件的设置
（2）、指示灯及控制电路中元器件的设置
（3）、音频振荡电路中元器件的设置
（运用相关公式计算去主要元件的大小，同时也得进行说明）
3）、总体电路图的确定
总的设计原理图见图8（在我给你的仿真图的正弦波发生器后面加上一个功放）
图8 总体电路图
4、实验仿真
（就是将实验仿真得出的波形图贴上去）
我贴的图是：
5、所用仪器型号参数
（这部分时对所用的器件列个清单，要包括器件的参数大小以及数目）
6、实际调试
仿真过后，就是调试阶段了。

仿真过程是发现设计方案的纰漏的过程，而调试过程就是将理论与实际联系起来的过程，根据所给的设计原理图、所给的元器件，来连接电路，进行调试，验证其实际可行。

在调试过程中，采用的是先各个部分进行调试，在整体进行调试的方案，以便于在出现问题后能够及时找到问题所在。

在调试中，主要是运用示波器以及万用表来检验实际设计出来的指标是否符合要求。

在调试的开始阶段，应该检查各个元器件是否正常，万用表与示波器是否能用。

这是调试阶段的关键的一步。

当然，实际调试的过程并不是一帆风顺的。

在调试中或多或少会出现一些问题。

我在实际调试中就出现了这样一个问题，方波发生器在设置其产生方波的频率为1Hz后，在示波器上根本发现不了方波图像，只能观察到一条直线或者是一个移动的点。

而在产生的方波为500Hz，1000Hz时，却能够发现很好的方波图像。

刚开始自己一直以为是线路或者器件的选择原因，经过检查分析后，发现这一切都无误，想到应该是产生波的频率太小，以至于扫描出来时这种情况，仔细观察点和直线的运动轨迹，发现是方波。

把二极管接在上面能够发现二极管闪光，能够明显的观察到它的间隔。

之后自己一切进展的比较顺利，没有发现什么问题了。

最终实验调试结束后，能够看到指示灯一闪一闪，而扬声器也相应的出现了断断续续的蜂鸣声，而且各项实验指标都在要求的指标上下。

7、体会与改进
一周的课程设计下来，的确给了我不少的体会，主要在于以下两点：
1、理论应该与实际联系在一起，研究问题要透。

在最初的设计中，我因为一直想不到如何
实现闪光电路控制音响电路，就用了一个EWB中的压控开关开关来实现控制过程，而忽视了一个个为简洁的方案，就是通过控制运算放大器内部的正常工作来实现控制，经过老师点拨，自己仔细分析后，明白到了这点。

这也让我明白了，在分析问题时应该将
理论与实际联系起来，当然这便需要将问题研究透彻。

2、遇到问题要冷静。

在实际调试过程遇到了一个问题（就是上面提到的那个），在上午的
时候，由于刚开始不能够冷静，一直都不能分析出问题所在，时间都耗在装装拆拆上。

下午仔细想想，发现根本不是线路和元件的问题，换言之就是没有问题。

由于在开始达不到预期的效果，不能够静下心来仔细考虑，所以怀疑是有问题的。

总之，这次的课程设计确实是给了我很大的启发，让我明白到了在对待这些实验问题的时候，需要有充足的准备，在遇到问题时，要冷静思考，运用理论知识来分析实际问题，解决问题。

由于在整个课程设计的过程中，自己是局限在一个环节一个坏节的设计与实现而忽视了它的整体情况，在课程设计结束后发现，自己的原理图还可以精简，经过自己仿真和事后调试，发现它也能达到设计要求。

特将它补充在下面（如图15）。

还需要在上图中的正弦波波发生器里加个功放(实验报告指导书上的38页)。