模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)----聲控延時(shí)電動(dòng)機(jī)

1、<p>　　模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題 目：聲控延時(shí)電動(dòng)機(jī)</p><p>　　專 業(yè)：自動(dòng)化</p><p><b>　　聲控延時(shí)電動(dòng)機(jī)</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　了解多諧振蕩器的原理。

2、</p><p>　　掌握多諧振蕩器的應(yīng)用設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)</b></p><p><b>　　1.技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　?。?）電機(jī)額定工作電壓為2V～3V的直流低速電動(dòng)機(jī)；</p><p>　?。?）供電電源為直流3V。

3、</p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　（1）對著話筒拍手或叫喊時(shí)，電動(dòng)機(jī)M會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，幾秒以后又會(huì)停止工作，再次拍手，又重新轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)聲控延時(shí)的作用；</p><p>　?。?）擬定測試方案和設(shè)計(jì)步驟；</p><p>　?。?）根據(jù)性能指標(biāo)，選好元件，設(shè)計(jì)電路并畫出電路圖；</p&g

4、t;<p>　?。?）在面包板上或萬能板上安裝電路；</p><p>　　（5）寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案及方案論證</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　?。?）聲控的實(shí)現(xiàn)</b></p&

5、gt;<p>　　話筒將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，此信號可能很小，可以通過一個(gè)基本共射放大電路將其放大，形成一個(gè)脈沖。</p><p><b>　?。?）延時(shí)的實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　話筒形成的脈沖寬度是不定的，而單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路的輸出脈沖寬度與觸發(fā)脈沖無關(guān)，可以將任意寬度的脈沖轉(zhuǎn)換成一定寬度的脈沖。并由于輸出脈沖寬度一定，因此可以用來作為時(shí)間延時(shí)

6、電路。</p><p><b>　?。?）電機(jī)的驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　由單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路產(chǎn)生的一定寬度的脈沖實(shí)際上是高低電平的轉(zhuǎn)換，而晶體三極管可以因其基極電壓升降而導(dǎo)通或截止，從而控制電機(jī)的工作與否。</p><p><b>　　方案論證</b></p><p><b>　

7、　小信號放大</b></p><p>　　基本共射放大電路如右圖所示。</p><p>　　話筒發(fā)出的信號可能很小，需要經(jīng)過一個(gè)基本共射放大電路對其進(jìn)行放大，輸出一個(gè)負(fù)脈沖。</p><p><b>　　單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路</b></p><p>　　單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路如右圖所示。</p>&l

8、t;p>　　三極管T2的集電極和三極管T3的基極之間是直接耦合的。而三極管T3的集電極與三極管T2基極之間通過電容C進(jìn)行耦合。</p><p>　　電路在沒有信號輸入時(shí)，選擇合理的R4，使三極管T2穩(wěn)定在飽和狀態(tài)，此時(shí)它的集電極電壓約為0.3V以下。這樣，三極管T3穩(wěn)定在截止?fàn)顟B(tài)。這就是單穩(wěn)態(tài)電路的穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)一個(gè)負(fù)脈沖到達(dá)三極管T2的基極時(shí)，三極管T2開始趨向

9、截止，它的集電極電流減少，集電極電壓升高。經(jīng)過直接耦合，使T3的基極電壓升高，T3開始導(dǎo)通，它的集電極電壓下降，形成一個(gè)負(fù)反饋，很快達(dá)到一個(gè)新的狀態(tài)，此時(shí)三極管T2截止，T3飽和導(dǎo)通。這就是單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)過程。</p><p>　　單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)過程不能持久。在此期間，電容C通過電阻R進(jìn)行放電，隨著放電的進(jìn)行，三極管T2的基極電壓逐漸升高，當(dāng)它達(dá)到開啟電壓0.5V以上時(shí)，三極管T2開始導(dǎo)通，正反饋現(xiàn)象再次發(fā)生

10、，整個(gè)電路很快回到三極管T2飽和導(dǎo)通、T3截止的穩(wěn)定狀態(tài)，即暫態(tài)結(jié)束。</p><p>　　這個(gè)暫態(tài)期的時(shí)間即為電路的延時(shí)時(shí)長。</p><p>　　電路恢復(fù)穩(wěn)態(tài)后，電容C通過T2的發(fā)射結(jié)進(jìn)行充電，充電完成后電路才可以接收下一次的觸發(fā)。</p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)

11、時(shí)，三極管T2飽和導(dǎo)通，T3截止。T3的集電極為高電平。接在T3集電極上面的T3是PNP型三極管，所以三極管T4沒有導(dǎo)通，電機(jī)不工作。當(dāng)單穩(wěn)態(tài)電路處于暫態(tài)時(shí)，三極管T3飽和導(dǎo)通，集電極電壓下降，導(dǎo)致與之連接的三極管T4也導(dǎo)通，電機(jī)開始工作。于是幾秒后單穩(wěn)態(tài)電路自動(dòng)恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)過程，于是電機(jī)停止工作。</p><p><b>　　具體分析</b></p><p><

12、b>　　系統(tǒng)原理框圖</b></p><p><b>　　聲音信號</b></p><p><b>　　電路圖初步確定</b></p><p>　　由于整個(gè)電路只有一個(gè)3V電源，所以各三極管基極電壓需選用合適的電阻為其提供。</p><p>　　三極管T1和三極管T2的工作狀態(tài)是相

13、互獨(dú)立的，所以三極管T1的集電極與三極管T2的基極之間通過電容進(jìn)行耦合。</p><p>　　為濾除三極管T3基極上的高頻雜波，應(yīng)使用電容將基極接地，防止三極管T3的誤動(dòng)作。</p><p>　　由于電機(jī)工作時(shí)電流較大，會(huì)對電路產(chǎn)生一定的干擾，為了保證電路能穩(wěn)定工作，防止干擾信號對音頻放大電路的影響，應(yīng)使用電容為電源進(jìn)行退耦濾波。</p><p>　　由此，可基本確

14、定總電路圖如下：</p><p>　　主要元件參數(shù)值的分析和計(jì)算 </p><p><b>　　電阻的估算</b></p><p>　　電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，三極管T2飽和導(dǎo)通，三極管T3、T4截止，下面設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)。</p><p>　　NPN三極管工作在飽和區(qū)時(shí)，集電極電壓約為0.1V～0.3V。不妨令UCEQ=0.2V

15、，即UC=0.2V。則集電極負(fù)載兩端電壓為URC=VCC-UC=VCC-UCEQ=2.8V。而Rc=URC/ICQ，ICQ通常為幾毫安。</p><p>　　結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn),并考慮規(guī)格因素，確定集電極負(fù)載為Rc=2.7KΩ。</p><p>　　三極管導(dǎo)通時(shí)基極電壓約為0.6V～0.8V。不妨令UBEQ=0.7V，即UB=0.7V。又因?yàn)?，UBEQ=VCC-IBQRb ，UCEQ=VCC-I

16、CQRc=VCC-βIBQRc 。</p><p>　　三極管工作在放大區(qū)時(shí)，UCEQ﹥UBEQ,所以Rb﹤βRc。</p><p>　　三極管工作在飽和區(qū)時(shí)，UCEQ﹤UBEQ，所以Rb﹥?chǔ)翿c。</p><p>　　結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn),并考慮規(guī)格因素，確定：</p><p>　　R2=1MΩ，R3=2.7KΩ,R4=2.7KΩ,R5=220KΩ

17、,R6=2.7KΩ。</p><p>　　PNP型三極管工作在飽和區(qū)時(shí)的情況，參照NPN型三極管，不妨令基極電位UB=2.3V，則其基極負(fù)載R7兩端電壓UR7=2.3V，為使此負(fù)載分流不至于太大，并考慮規(guī)格因素，選取R7=94Ω。</p><p>　　R1為話筒提供提供工作電壓，定R1=100KΩ。</p><p><b>　　電容的估算</b>

18、;</p><p>　　C1、C2、C4為耦合電容，且C4與R5共同決定延時(shí)時(shí)長，C3用來濾除三極管T3基極上的高頻雜波，C5為電源進(jìn)行退耦濾波。</p><p>　　結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn),并考慮規(guī)格因素，確定：</p><p>　　C1=10μF,C2=10μF,C3=33nF,C4=47μF,C5=220μF。</p><p><b>

19、　　三極管的選擇</b></p><p>　　應(yīng)選用小功率三極管。</p><p>　　NPN型三極管選用S9014，PNP型三極管選用S9012。</p><p><b>　　暫態(tài)期時(shí)長</b></p><p>　　振蕩周期 T=0.69 ×R5×C4</p><p&

20、gt;<b>　　總電路圖如下：</b></p><p><b>　　故障排除</b></p><p>　　輸入觸發(fā)信號，電動(dòng)機(jī)無反應(yīng)，檢查電路連接無誤后，使用直流電壓表測試各三極管的基極、集電極和發(fā)射極電壓，發(fā)現(xiàn)PNP型三極管T4損壞，將其更換，電路正常運(yùn)行。</p><p>　　另外，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間與理論計(jì)算不符，實(shí)

21、際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比理論時(shí)間略長。</p><p><b>　　元器件清單</b></p><p>　　電阻：R1=100KΩ，R2=1MΩ，R3=2.7KΩ,R4=2.7KΩ,R5=220KΩ,R6=2.7KΩ，R7=94Ω。額定功率均為0.25W。單價(jià)均為1分。</p><p>　　電容：C1=10μF,C2=10μF,C3=33nF,C4=47μ

22、F,C5=220μF。其中C1、C2、C4、C5為電解電容，單價(jià)2角；C3 瓷片電容，單價(jià)1角。</p><p>　　三極管：T1、T2、T3為NPN型三極管S9014， 功耗0.6W，集電極電流IC：Max=150mA。T4為PNP型三極管S9012，功耗0.4W，集電極電流IC：Max=-500mA。單價(jià)均為1角。</p><p>　　電機(jī)：為小功率直流電動(dòng)機(jī)，額定電壓2V。單價(jià)4元。

23、</p><p><b>　　話筒一個(gè)。單價(jià)1元</b></p><p>　　導(dǎo)線若干。單價(jià)1元/米。</p><p>　　萬能電路板一個(gè)。單價(jià)4元。</p><p>　　1.5V干電池兩節(jié)。單價(jià)1元。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p>&l

24、t;p>　　單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器可以用來進(jìn)行脈沖波的整形和延時(shí)。</p><p>　　1.整形：單穩(wěn)態(tài)的特點(diǎn)是輸出脈沖的寬度與外觸發(fā)脈沖無關(guān)。因此可以用來將任意寬度的脈沖轉(zhuǎn)換成一定寬度的脈沖。</p><p>　　2.延時(shí)：單穩(wěn)態(tài)電路由于產(chǎn)生一定寬度的脈沖，因此常用來作為脈沖的時(shí)間延時(shí)電路。</p><p>　　實(shí)際應(yīng)用及其遠(yuǎn)景展望</p><

25、p>　　現(xiàn)在的聲控技術(shù)早已走進(jìn)我們的生活，而且延時(shí)的技術(shù)也得到很好的應(yīng)用，如樓道里的聲控?zé)?，在燈亮的時(shí)間里足夠你找到鑰匙打開自己的家門，這種聲控?zé)暨€節(jié)約了能源。</p><p>　　如今，人們更是對聲控技術(shù)越來越熟悉，對手機(jī)說出要撥打電話的姓名，手機(jī)會(huì)自動(dòng)接通相應(yīng)的電話號碼。荷蘭飛利浦公司最近還研制出一種新型音響設(shè)備，如果您想聽音樂，不用走到音響前找按鈕，也用不找遙控器，只要喊一聲“開始放音樂吧”，音響就能

26、自動(dòng)開啟，再說出歌曲的名字，音響就能在幾秒鐘之內(nèi)找到這首歌并自動(dòng)播放。更為神奇的是，如果你想不起來歌曲的名字，只要哼幾句歌曲的旋律，音響就能辨別出是哪首歌，然后播放給你聽?？梢姡暱卦O(shè)備還可以成為人們的貼心朋友和助手。</p><p>　　但由于當(dāng)前對人的聽覺和理解系統(tǒng)還有很多地方?jīng)]有完全研究清楚，所以聲控技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。</p><p><b>　　參考書目</b

27、></p><p>　　1.《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》∕華成英 童詩白</p><p>　　北京 高等教育出版社 2006.5</p><p>　　2.《電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)》∕何元清</p><p>　　北京 北京大學(xué)出版社 2006.8</p><p>　　3.《電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教程》∕楊碧石</p>