电子技术实习报告
实习题目： 声光控制灯 专业班级：学生姓名： 学生学号： 指导教师：
年 月 日
声光控制灯
一、设计目的
1. 掌握三极管的概念及相关物理量。
2. 认识声光控开关电路的结构和原理
3. 熟练掌握三极管的参数、作用及测量方法。
4. 了解效应管、可控硅等元件的作用及测量方法。
5. 掌握放大电路的简单分析。
6. 培养独立分析电路的能力
7. 熟练运用Protel 99SE 绘制原理图及PCB板制作
二、设计要求
整个电路由电源电路，放大电路，处理电路（声控电路、光控电路）及延时电路等部分组成。电源由家用220伏交流电源供电，光敏控电路对外界光亮程度的感应相对应的电压信号。从而实现白天灯泡不亮晚上遇到声响时，通过声控电路使灯泡自动点亮，声控电路主要将声音信号转变为电信号，从而要实现自动控制，延时电路声音消失后延长一段光照时间。以增强电路的实用性。
1）电路稳定性和可靠性要高。这是控制电路性能的最基本要求，否则自控能力弱，严重时会失去自动控制功能。
2）功耗要小。控制电路一直接于交流220伏电路上，若功耗特别是静态功耗大，则不利于节能，甚至还会大大缩短控制电路的寿命。
3）灵敏度要能调节。这是控制电路正常工作时，对声光控制信息信号的最低要求，控制信号的灵敏度应满足不同的环境要求。
4）带负载能力要强。被控灯的功率不尽相同，因此要求控制电路的一定范围的驱动能力。
5）触发延时时间要能按要求调节。延时时间至少在1分钟内可以调节。
三、方案设计与论证
设计的方案有以下三种：
方案一：含555定时器、光敏三极管、双向可控硅的声光控电路
简要分析其优点：此声、光同时控制的新式照明灯用光敏三极管的输出端控制555的触发控制端，用音频放大电路控制555的复位端。555定时器接成单稳态触发器，控制双向可控硅，简单易制、成本低、节电又方便。
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原理图设计：设计中考虑到光敏电阻的阻值随电压升高有规律的下降，而蜂鸣器则用驻极体话筒代替。具体原理如图:
555定时器接成单稳态触发器，控制双向可控硅，当555定时器输出高电平，触发可控硅导通，灯泡亮，当555定时器输出低电平时，可控硅未导通，灯泡灭。电路由l0V稳压直流电源供电。为使声光同时控制，将光敏三极管的输出端控制555的触发复位端，音频放大电路控制555的触发端。
缺点：在：该电路在声强>50dB时，对照明灯的有效控制率高于94％，过于敏感。很小的声音也会促使灯发光，会造成能源的浪费。
方案二：运用ＹＱ－Ｉ制成声光控电
简要分析其优点：声光控延时开关的电路原理图见图２－１所示。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路ＹＱ－Ｉ，其内部含有4个独立的与非门vd 1～vd4，使电路结构简单，工作可靠性高。
图２－２为设计原理图
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陶瓷压电蜂呜片B把声音变成直流控制电压。通过光敏电阻的改变，使电位发生改变，从而控制晶闸管的通断，从而达到使灯自动熄灭的目的。
缺点：降压功能不强，对晶闸管的冲击电流大，对灯泡的寿命有影响。
方案三：声光控开关 IC CD4011应用电路
简要分析其优点：其采用集成块IC CD4011，制作起来成本低、并且节电又方便。同时，对声音的灵敏度适中，并且原件容易设计。
小结：在综合了以上三种电路的优缺点后，我们决定采用第三种方案。
四、设计原理及电路图
1．设计原理
220V的市电经过灯泡和全桥整流后一路加在单向可控硅MCR 100-6上，另一路经
R8限流后给本电路供电。由于一开始可控硅无触发信号，呈关断状态，灯不亮。C3为主滤波电容，四个二极管整流桥给本电路提供稳定的工作电压。Q1、R2、R3组成前级电压放大电路，对话筒MIC送来的微弱信号进行放大，然后再送入四输入与非门CD4011芯片进一步放大，经C2的正极给其充电，很快C2上就充到了门电路的翻转电压，无光时，当有声音信号时，芯片1高电平，2高电平，则通过R6输出信号为高电平使可控硅导通，电灯点亮。在这个过程中，声音信号只需一个瞬时即可，这是因为，当声音信号来时，C2上的电压很快就充到了电源电压，而这时即使声音信号消失， C2只能通过R6进行放电，所以C3上将维持一段时间的高电平，这个高电平将维持单向可控硅导通，这就是延时的效果，灯亮后所能延时的长短取决于C2上维持高电平的时间长短，所以选择C2的大小，可以控制延时的长短。当C2上的电压低时，3Y输出高电平，4Y输出低电平，单向可控硅的控制端没了触发信号截止，灯熄灭。 有光时，1B输入为低电平，不论1A为高低电平，最后4Y输出都是低电平，即可控硅MRC100-6都截止，则灯不亮。
2、电路图、
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③驱动模块和声光控开关模块
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本电路图在通过放大时也需要驱动电路并且和声光控开关同事运用，因此采用CD4011，即一举两得。
CD4011功能:
四2输入与非门CMOS芯片
逻辑表达式：Y = A.B
A=Y.B
CD4011引脚图及引脚
:
管脚功能：
1A 数据输入端、2A 数据输入端、3A 数据输入端、4A 数据输入端、1B 数据输入端、2B 数据输入端、3B 数据输入端、4B 数据输入端、VDD 电源正、VSS 地、1Y 数据输出端、2Y 数据输出端、3Y 数据输出端、4Y 数据输出端
④延时模块
当声音消失后需要灯泡延时亮一定时间，在本电路中采用RC延时电路
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数据分析：
UR7=R7/(R7+R8)*220V=195.8V
UR8=R8/(R7+R8)*220V=24.2V
UC3=UR7=24.2V
所以由电源滤波电路原理可得:
电桥两边电压U2=UC3/0.9= 26.9V U灯=220-U2=193.1V 控制电路晶体管静态分析:
UCEQ.V`CC通过测量的出:
IBQ=(V`CC-UBEQ)/R2 ICQ=ΒIBQ
UCEQ=V`CC-ICQR3 得R3=(V`CC-UCEQ)/ICQ 无光时,要使2处于高电平 则:
URL≥UOH URL=RL/(RL+R4)*V`CC≥UON ∴R4≤(V`CC-UOH)/UOH*RL
声音来时,得满足使1为高电平,即需要使晶体管处于截止区. ∴UBE≤UOH
设麦克CM-18W的阻值为RCM,由仪器测得:
RCM/(R+RCM)*V`CC≤UON
得: R≥(V`CC-UON)/UON*RCM. 其中R=R1//R2=R1*R2/(R1+R2) 即:R1*R2/(R1+R2)≥(V`CC-UON)*RCM/UON ---------① 无声音时.得满足1为低电平,即晶体管导通. 测RBE 由网孔电流法得:UBE＞UON
UBE={RBE*[1-RBE/(RCM+RBE)]*V`CC}/[(R2+RBE-R2?/(RCM+RBE)] -----------②
由①②得:R1 R2的取值范围.
T=RC 可计算时间 此实验为15.51s
- 6 - )/(R1+R2)-RBE?
测量的晶体管放大倍数A=318
五、设计原理及电路图
PCB板的制作过程
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BRIDGE LAMP
2. 电气法则测试
在原理图编辑器中，执行菜单命令Tools/ERC，按OK键生成测试结果，如下图所示：
报告中显示没有错误，说明我们并没违反电气法则。
3. 创建元器件报表清单
在原理图编辑器中，执行菜单命令Reports/Bill of Material，选择sheet，并Next,Next,Next，将三个全选中，再次Next，Finish后，生成三个报表如下所示：
Sheet1.Bom
Sheet1.CSV
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Sheet1.XLS
并将它们保存。
4. 创作网络表文件
在原理图编辑器中，执行菜单命令Design/Create Netlist，按OK键生成网络表文件。
5. 载入网络表和元器件封装
新建一个PCB1.PCB（PCB设计文件）文件，在PCB编辑器中，执行菜单命令Design/Lode Nets，导入网络表，如下图所示：
确认无误。
6. 制作PCB板
按下Execute后，经过规划PCB,放置螺丝孔和电源接线铜柱,从原理图加载网络表和元件到PCB,通过Room空间移动元件,手工布局调整(通过旋转元件进行，注意减少飞线的交叉),覆铜等一系列处理后，等到如下图所示：
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并将其保存。
六、元器件清单
表1-1元件清单
七、硬件制作与调试
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硬件选择: MIC 用驻极体话筒， RG 用一般光敏电阻即可，YFA-YFD 用一片低工耗COMS四与非门电路 TC4011，T1用9014低频管，放大倍数越大灵敏度越高，D1用IN4148，D2是
7.5v的稳压管，C2、C3用电解电容、SCR可选用 MCR100-6 1A的单向可控硅，电阻均为 1/8w 炭膜电阻，阻值按图。D4-D7用IN4007，反向漏电必须小。电灯的功率不能超过60W。
各种芯片的介绍
MIC驻极体话筒
独石电容
独石电容器是多层陶瓷电容器的别称，根据所使用的材料，可分为三类
A、温度补偿类NPO电介质
这种电容器电气性能最稳定，基本上不随温度、电压、时间的改变，属超稳定型、低损耗电容材料类型，适用在对稳定性、可靠性要求较高的高频、特高频、甚高频电路中。
B、高介电常数类X7R电介质
。由于X7R是一种强电介质，因而能制造出容量比NPO介质更大的电容器。这种电容器性能较稳定，随温度、电压时间的改变，其特有的性能变化并不显著，属稳定电容材料类型，使用在隔直、耦合、傍路、滤波电路及可靠性要求较高的中高频电路中。
C、半导体类Y5V电介质
。这种电容器具有较高的介电常数，常用于生产比容较大、标称容量较高的大容量电容器产品。但其容量稳定性较X7R差，容量、损耗对温度、电压等测试条件较敏感，主要用在电子整机中的振荡、耦合、滤波及傍路电路中。
在本次设计中我们只需要进行对耦合的独石电容并且电路的频率并不高，因此只需选择第三种就可以。
电解电容
电解电容是电容的一种，介质有电解液，涂层有极性，分正负，不可接错。电容(Electric capacity)，由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。
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原理：
电解电容器通常是由金属箔（铝/钽）作为正电极，金属箔的绝缘氧化层（氧化铝/钽五氧化物）作为电介质，电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器。铝电解电容器的负电极由浸过电解质液（液态电解质）的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成；钽电解电容器的负电极通常采用二氧化锰，均以电解质作为负电极。并且分为有极性电解电容和无极性电解电容，有极性电解电容器通常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、退耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用，无极性电解电容器通常用于音箱分频器电路、电视机S校正电路及单相电动机的起动电路。因此在本电路主要应用于时间常数的设定，因此选用有极性电解电容。
9014 三极管：NPN
集电极-发射极电压 45V
集电极-基电压 50V
射极-基极电压 5V
集电极电流 0.1A
耗散功率 0.4W
结温 150℃
特怔频率 最小 150MHZ
放大倍数：A60-150 B100-300 C200-600 D400-1000
CD4011四输入与非门
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CD4011功能
:
四2输入与非门CMOS芯片
逻辑表达式：Y = A.B
A=Y.B
1. 测试与调试前的准备工作及有关电压测试
1）灯与控制电路一块接上220V电源，如原理图示；
2）二极管桥整流两端一般为20V左右，否则电路不正常；
3）CD4011集成块两端大小应为+5V左右，否则电路不正常；
4）用小块黑布盖住光敏电阻，拍手发声音，使灯亮，再测C8两端电压应为20V左右，正常，否则不正常；
2.灵敏度的调节
1）盖住光敏电阻，使之不被光照射；
2）整个电路接上220V交流电源；
3）延时电路的电容决定了灯亮的时间
调试:将焊好的电路板对照电路图认真核对一遍,不要有错焊 漏焊 短路等现象发生.通电,人体不允许接触电路板的任一部分,防止触电,注意安全,如用万用表检测是将万用表两表笔接触电路板相应处即可.
在调试的过程中，刚开始不能实现控制，仔细检查时在独石电容上的问题，我们在耦合阶段的电容采用了瓷片电容来取代了独石电容，于是我们更换成了瓷片电容，再检查还是不能实现，再仔细检查，原来发现CD4011是直接接再电路中的，不需要单独供电，于是我们改接到电路中，于是再一次试验终于达到了目的。对于光敏电阻，在打开电源开关，虽然蒙上了光敏电阻，但是不能达到声光控制，经过自习检查和查阅资料，了解到光敏电阻对光线很敏感，于是我们试着去严格控制光敏电阻的光线，在改变后，试验达到了目的。
八、结论与心得
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略。
九、参考文献 略。 - 14 -
第二篇：声光控延时开关课程设计报告
青岛农业大学
理学与信息科学学院
传感器原理及应用
课程设计报告
设 计 题 目 声光控延时开关课程设计
学生专业班级 电子信息工程
学生姓名（学号）
指 导 教 师
完 成 时 间
实 习（设计）地点
2011 年 10 月 22 日
一、实验目的和任务
1．要求电路能够通过照明灯开关对光线强弱的感应和通过照明灯开关对声强的感应设置两级开关，控制照明灯的亮灭。
2．要求电路能够实现有光线时灭，无光线时有声亮，并且照明灯点亮一段后自动关断。
3．要求电路如果在照明灯点亮期间又有新的声源出现，照明灯应重新开启。
4．根据上述要求选定设计方案，画出系统框图，写出详细的设计过程。
5．学习掌握焊接技术以及电路元件的装配。熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理。
6.针对原理电路，通过计算参数，选择合适的元器件，搭建电路，并调试通过。
二、分析与设计
1.设计任务分析：顾名思义，声光控延时开关就是用声音和光来控制开关的“开启"，若干分钟后延时开关“自动关闭"。因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元，由此可画出图2所示的方框图。
2.实验原理及原理图：声光控延时开关的电路原理图见图1所示。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路CD4011，其内部含有4个独立的与非门VD1 1～VD4，使电路结构简单，工作可靠性高。
色标法的颜色意义：
b.光敏电阻 光线越暗，电阻越大
原理图
结合图2来分析图1。声音信号(脚步声、掌声等)由驻极体话筒BM接收并转换成电信号，经C1耦合到VT的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门(D1)的2脚，R4、R7是VT偏置电阻，c2是电源滤波电容。
为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻RG等元件组成光控电路，R5和RG组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，RG 两端的电压高，即为高电平间t=2πR8C3，改变R8或C3的值，可改变延时时间，满足不同目的。D3和D4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。当C3充电到一定电平时，信号经与非门D3、D4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；C3充满电后只向r8放电，当放电到一定电平时，经与非门D3、D4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。
二极管VD11～VD44将交流220v进行桥式整流，变成脉动直流电，又经R1降压，C2滤波后即为电路的直流电源，为BM、VT、IC等供电。
3.原器件清单
（1） IC选用CMOS数字集成电路CD4011，其里面含有四个独立的与非门电路。内部结构见图3，VSS是电源的负极，VDD是电源的正极。
（2）可控硅T选用单向可控硅100-8型，单向可控硅的外形如图4所示，它的测量方法是：用r×1档，将红表笔接可控硅的负极，黑表笔接正极(如印制板图所示)，这时表针无读数，然后用黑表笔触一下控制极k，这时表针有读数，黑表笔马上离开控制极k这时表针仍有读数(注意触控制极时正负表笔是始终连接说明该可控硅是完好的。
（3）驻极体BM选用的测量方法是：用r×100档将红表笔接外壳的s、黑表笔接d，这时用口对着驻极体吹气，若表针有摆动说明该驻极体完好，摆动越大灵敏度越高.当外界无声响时，BM处于高电平,若有声响则变成低电平。
（4）光敏电阻RG选用的是625a型，有光照射时电阻为20k以下，无光时电阻值大于100mq，说明该元件是完好的。
（5）二极管采用四个普通的整流二极管1n4007。将万用表拨至R×100Ω或×1k档，当所测的电阻值较小时，所测的是正向电阻，黑表笔接的是二极管的正极，红表笔接的是负极。
（6）三极管VT采用9014型号。用万用表的档分别测管子每两极间的正反向电阻。当用一表笔接一电极，另一表笔分别接余下两极所测得阻值较小时，则表笔固定接的那极为基极b。如果是黑表笔接b，则此管·为NPN管；反之即为PNP管。在余下的两极中先假定一极为集电极c，另一极为e，如果是NPN管，黑笔接c，红笔接e；若是PNP管则相反。测试放大作用，并记住表针偏转位置；然后把假定的c，e极对换，再测试其放大作用，比较两次结果，其中偏转角度大（电阻小）的那次假设是正确的，这样c，e极也缺别出来了。
三、实验步骤
第一，准备好全套元件后，用万用表粗略地(因出厂前已测量过)测量一下各元件的质量，做到心中有数。这里的CD对4011可选用任何国家生产的双排14脚类似的集成块：可控硅选用的是1A单向进口的可控硅，若所需负载电流大则可选3A、6A、10A、12A等，它的测量方法：用R1档，将红表笔接可控硅的负极，黑表笔接正极，这时表笔无读数，然后用黑表笔触一下可控极的K，这是表笔有读数，黑表笔马上离开这时表针仍有读数说明可控硅是完好的：驻极体选用的是一般收录机用的小话筒，它的测量方法是：用RX100档将红表笔接外壳的S、黑表笔接D，这时用口对着驻极吹气，若表针有摆动则说明驻极完好，摆动越大灵敏度越高；光敏电阻选用的是625A型，有光照时电阻为20K以下，无光时电阻大于100M、说明该元件是完好的。二极管采用的是整流二极管1N4007。总之元件的选择可灵活掌握，参数可在一定范围内选用。
第二，焊接时注意先焊接无极性的阻容元件，电阻采用卧装，电容采用直立装，紧贴电路板，焊接有极性的元件如电解电容、话筒、整流二极管、三极管、单向可控硅等元件时千万不要装反，注意极性的正确（电解电容:管脚长的为正，短的则为负.二极管：有白色圈的一边为负，没有的一边为正），否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件。
第三，调试前，先将焊好的电路板对照印刷电路图认真核对一遍，不要有错焊、漏焊、短路、元件相碰等现象发生。通电后，人体不允许接触电路板的任一部分，防止触电，注意安全。如用万用表检测时，只用将万用表两表笔接触电路板相应处即可。
调试时应先将光敏电阻的光挡住，将ab分别接在电灯的开关位上，在驻极体附近轻拍双手发出声音，这时灯亮，隔一段时间，在无其他声响发出的情况下，灯自动熄灭。若用光照射光敏电阻，再用双手在驻极体附近重拍发出声音，这时灯不亮。说明光敏电阻完好，本人实验成功。若不成功请仔细检查有无虚假错焊和拖锡短路现象。
四、总结与心得体会
在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量、浪费了资金，我们花了一个星期的时间进行传感器原理及应用的课程设计，而我设计的课题是声光控延时开关的设计，可以有效解决上述问题。
在本设计中介绍了声光控路灯控制器的组成、性能，适用范围及工作原理，给出各电路原理图及元件参数选择，节电效果十分明显，同时也大大减少了维修量、节约了资金，使用效果良好。白天光照好，不管过路者发出多大声音，都不会是灯泡发亮。夜晚光暗，电路的拾音器只要检测到有碎发声响，就会自动亮为行人照明，过几分钟后又自动熄灭，节能节点。
回顾起此次传感器课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到模拟实践，学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
这次课程设计将我们学到知识应用到实践，深化了对传感器设计的认识，是我们从实践中获得新知。本次设计还有很多的不足，做得比较辛苦效果也许不好，很多东西平时学得也不透彻，我觉得这次课程设计从每一个细节都在锻炼着我们。我希望我们都能从中收获很多，能把知识变成自己的东西。
在设计过程中，通过查阅资料，阅读文献，我学到了很多切实有用的分析方法和技巧，这对于我以后的学习有很大的帮助。这更使我认识到，学习学的是方法，设计学的是思想。因此，要多总结别人的方法，来形成自己的思想，这样学到的东西才实实在在。
五、参考书目
1.强锡富，《传感器》，机械工业出版社
2.徐同举，《新型传感器基础》，机械工业出版社
3.刘亮等，《先进传感器及其应用》，化学工业出版社
4.吴建平.《传感器原理及应用》. 机械工业出版社
课程设计成绩评定表
