1、電子基礎課程設計報告 項目：SGK10型聲光控延時開關 學院： 專業： 班級： 姓名： 2012年 1月 SGK10型聲光控延時開關的設計與制作摘要：公共場所照明用電的管理始終困擾著我們，普通開關控制不僅在黑暗中使用不便，而且由于沒有及時關閉易造成浪費，尤其在教室等公共場所長明燈現象十分普遍，這造成了能源的極大浪費。本項目研究的是一種利用聲、光雙重控制且具有定時功能的無觸點開關。開關控制電路有聲控部分和光控部分組成，白天光控電路對外界光亮程度進行檢測，輸出與光亮程度相對應的電壓信號，無論多大的聲音干擾也不能開燈，從而實現白天燈泡不亮；晚上或遇到陰天，光敏電阻感受光強度并輸出相對應的電壓信號，遇

2、到聲響時，通過聲控電路使燈泡自動點亮，并延時一段時間后熄滅，從而實現自動控制，而且對于聲音感知的靈敏度和對光感知的靈敏度以及延時時間能夠調節，也可以人為設定延時時間。它特別適用于住宅樓、辦公樓樓道、走廊、倉庫、地下室，廁所等公共場所的照明自動控制，是一種集聲、光、延時、定時與一體的既節電又方便的自控開關。關鍵詞：聲光控、 靈敏度、 定時控制測試與光電工程學院電子基礎課程設計報告 系 班 學生： 課題名稱： SGK10型聲光控延時開關 課題要求：一、具有以下功能：1、開關220V交流供電。2、白天或光線較強的場合，有較大的聲響也能控制燈泡不亮。 3、晚上或光線較暗時遇到聲響（如說話聲、腳步聲等）

3、后燈自 動點亮。經約30s（時間可設定）自動熄滅。 4、直接取代普通照明開關而不必更改原有照明線路可驅動220V 交流負載100W，適用于樓梯，走廊等只需短時照明的地方。 二、完成原理圖、PCB圖設計三、完成安裝及調試。四、寫出設計報告。課題內容：第一周：查找相關資料；方案設計。 第二周：設計原理圖、PCB圖。第三周：完成安裝及調試，撰寫報告。 系負責人： 指導教師： 時間： 年 月 日電子基礎課程設計評分標準平時表現評分：（20%）優秀：（90-100）遵守紀律，尊敬老師，愛護設備，工作量飽滿，動手能力強，無缺勤,很好按課題進度進行。良好：（80-89）遵守紀律，愛護設備，工作量飽滿，動手能

4、力較強，考勤情況良好，較好按課題進度進行。中等：（70-79）遵守紀律，愛護設備一般，工作量一般，動手能力一般，偶爾缺勤，基本按課題進度進行。及格：（60-69）遵守紀律一般，人為因素損壞設備，工作量一般，動手能力差，偶爾缺勤，能按課題進度進行。不及格：（59以下）不遵守紀律，人為因素損壞設備，有技術安全事故，工作量不飽滿，動手能力很差，經常遲到，早退，缺勤。課題完成情況評分：（50%）優秀：（90-100）全部完成任務書要求，完成質量優良、結果正確，所完成的設計有一定的獨立見解。良好：（80-89）全部完成任務書要求，完成情況良好，所完成的設計正確，解決了一些實際問題，結果正確。中等：（70

5、-79）基本完成任務書要求，完成質量尚好，所完成的設計基本正確，但存在一些不足。及格：（60-69）基本完成任務書要求，完成質量尚好，所完成的設計基本正確，但有小錯誤。不及格：（59以下）未完成任務書要求，所作的設計有嚴重錯誤，基本概念不清。電子基礎課程設計報告質量評分（30%）1、文獻資料收集、整理、分析；對課題研究意義的闡述；文字精練、流暢、繪圖整潔、符合標準規范、字體工整；2、基本概念、基本理論及專業知識掌握扎實，運用靈活；設計思路、設計內容、計算方法及結果、計算機運用正確無誤；3、試驗數據的獲取（軟件調試方法及過程）試驗過程（調試過程）的正確性；4、電子基礎課程設計的結論，存在的問題，

6、研究結果的創新性；15 / 20文檔可自由編輯打印目錄1 引言 （1）2 SGK10型聲光控延時開關電路計 （1） 2.1電路工作原理（1） 2.2聲光控制結構（2）3 各部電路及原理分析 （3） 3.1 整流電路 （3） 3.2 聲控電路結構原理（3） 3.3 光控結構原理 （4） 3.4 延時電路 （4）4 元器件簡介及選型 （5） 4.1 光敏電阻 （5） 4.2 駐極體 （6） 4.3 三極管 （6） 4.4 單向可控硅（9） 4.5 元器件選型 （9）5 制作過程（10） 5.1 元器件的插裝（10） 5.2 焊接（10） 5.3 其他部分安裝（11） 5.4 測試（11）6 總結（

7、11）7 參考文獻（11）8 致謝（11）9 附錄 （12） 9.1 SGK10型聲光控延時開關的元件清單（12） 9.2 SGK10型聲光控延時開關的成品圖（12） 9.3 電路原理圖及PCB圖 （13） 1引言隨著科學技術的發展，公共場所照明控制手段也將逐步更新，除現在已有的聲光控開關外，還有微波感應開關和熱釋遠紅外感應開關目前，微波感應墻壁開關的抗干擾性能尚不理想，紅外感應開關在性能上較為理想，但安裝復雜，比較嬌氣，價格也偏高，比較適合在一些管理完善的場所如賓館、大飯店樓道及居家庭走廊應用，在普通住宅樓、辦公樓道等場所的照明控制考慮到價格、管理及安裝方便等因素，根據我國國情，可以預計在相

8、當一段時期內，聲光控延時開關將是公共場所照明控制手段首選的主流產品。另一方面，伴隨著科技的飛速發展，地球的環境也在不斷地惡化，生態自然資源日益貧乏，而我國的電力來源仍然主要是依靠能耗大、污染大的火力發電。在不可再生的煤炭資源消耗殆盡的今天，在大型水力發電還備受爭議就連三峽還前途未卜的今天，在新型能源的使用還沒有取得突破性進展的今天，節能對于我們現代每一個人來說，已經被提到前所未有的高度，那么科技的發展能夠為我們的地球做些什么？聲光控延時開關就是一個很好的例子，它作為科技的產物正在為保衛我們的生活環境盡著它的努力。金融危機以來，國家圍繞“保增長、調結構”采取了一系列調控政策，為我國聲光控開關行業

9、提供了較為寬松的國內發展環境，使聲光控開關行業從2008年下半年以來的困境中得到了緩解和恢復。我國聲光控開關行業也在加快產業結構調整、轉變發展方式，為行業持續發展提供了動力和支撐。在全球經濟不景氣、國際市場持續低迷的情況下，我國聲光控開關行業仍然呈現出了企穩回升、發展逐漸向好的良好局面，其發展前景頗為廣闊。聲光控延時開關雖不是什么新鮮的東西，但是自從它誕生以來，魅力始終不減。可以想象，在黑暗之中，拍拍手掌，或是跺跺腳，就會帶來光明，而且還不需要觸碰或是按壓，只需一點聲響即可，這是很有趣的。2SGK10型聲光控延時開關電路計2.1 電路工作原理聲光控延時開關的電路原理圖如圖2-1所示。電路中的主

10、要元器件是使用了數字集成電路CD4011，其內部含有4個獨立的與非門D1D4，使電路結構簡單，工作可靠性高。 圖2-1 聲光控延時開關控制電路原理圖聲音信號被駐極體話筒BM接收并轉換成電信號，經C1耦合到VT的基極進行電壓放大，放大的信號送到與非門(VD1)的2腳，R4、R7是VT的偏置電阻，C2是電源濾波電容。為了使聲光控開關在白天開關斷開，即燈不亮，由光敏電阻RG等元件組成光控電路，R5和RG組成串聯分壓電路，夜晚環境無光時，光敏電阻的阻值很大，RG兩端的電壓高，即為高電平期間t=2R8C3，改變R8或C3的值，可改變延時時間，滿足不同目的。D3和D4構成兩級整形電路，將方波信號進行整形。

11、當C3充電到一定電平時，信號經與非門D3、D4后輸出為高電平，使單向可控硅導通，電子開關閉合；C3充滿電后只向R8放電，當放電到一定電平時，經與非門D3、D4輸出為低電平，使單向可控硅截止，電子開關斷開，完成一次完整的電子開關由開到關的過程。二極管VD1VD4將220V交流進行橋式整流，變成脈動直流電，又經R1降壓，C2濾波后即為電路的直流電源，為BM、VT、IC芯片等供電。2.2 聲光控制結構聲光控延時開關，顧名思義，就是用聲音來控制開關的“開啟，經過若干秒后延時開關“自動關閉。因此，整個電路的功能就是將聲音信號處理后，變為電子開關的開動作。明確了電路的信號流程方向后，即可依據主要元器件將電

12、路劃分為若干個單元，由此可畫出如圖2-2所示的方框圖。 圖2-2 聲光控延時開關控制電路方框圖 3各部電路及原理分析3.1 整流電路單向橋式整流電路是由電源變壓器，4只整流二極管VD1VD4和負載RL組成。電路圖如3-1圖所示。圖3-1 橋式整流電路原理圖工作原理：利用4個二極管接成電橋使在U2的正負半周的電壓經過兩只二極管交替導通，即在負載上形成了單方向的全波脈沖電壓。3.2 聲控電路結構原理如圖3-2所示聲控電路由傳聲器BM，電阻器R2、R4，三極管VT、電容C1和CD4011中的D1組成。工作原理：話筒BM將聲音信號轉化為負極性的電信號，但接收到的微弱信號經C2濾波，通過由三極管VT組成

13、的放大器把微弱的信號進行放大，其集電極輸出正極性的電信號送到CD4011的2腳，并通過R4給基極提供導通電壓。 圖3-2 聲控電路3.3 光控結構原理在光線較暗時，光敏電阻呈高阻態；在光線較亮時，光敏電阻呈低阻態，光敏電阻通常都工作于直流或低頻狀態下。如圖3-3所示光控電路由光敏電阻器RG，電阻器R5和CD4011中的D1組成。 圖3-3 光控電路工作原理如下：在黑暗狀態下光敏電阻RG呈高阻態，電路通過R5在光敏電阻RG形成高電平。當同時有聲音信號時，經過CD4011的一個與非門D1使后級電路工作。當有足夠的光通量照射在光敏電阻上時，其電阻值突然降得很低，既光敏電阻兩邊就的電壓就很小，即不能形

14、成高電平，使其后級電路不能工作。3.4 延時電路如圖3-4所示延時電子開關電路由二極管VD5、電容C3、電阻R8、單向可控硅T和集成芯片CD4011組成。工作原理如下：延時電路的設計主要由C3和R8組成。當夜晚有響聲并能夠引起空氣振動時，駐極體話筒BM會接收到信號并通過三極管VT對其進行放大之后送到CD4011的1腳，同時光敏電阻這時也呈高阻態并送入CD4011的2腳，經與非關系后3腳輸出低電平，（集成芯片引腳的連接方式如圖3-4所示）芯片4腳輸出高電平使二極管VD5導通對C3充電。最終芯片11腳輸出高電平去控制單 圖3-4 延時電子開關電路 向可控硅使其導通并點亮燈泡L。在此期間同時通過VD

15、5對C3快速充電，充電電流大，充電時間很短，快速將C3上電壓充滿，C3上所得的電壓經R8對單向可控硅的T、K級慢慢放電，此時就算沒有響聲燈泡仍然點亮，直到C3上的電放完，可控硅截止燈泡熄滅，等待下一次觸發。元器件簡介4. 1 光敏電阻光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達110M歐,在強光條件（1

16、00LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數千歐姆。 圖4-1光敏電阻實物圖 光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.40.76）m的響應很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設計光控電路時，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設計大為簡化。4.2 駐極體1. 原理 將電介質放在電場中就會被極化。許多電介質的極化是與外電場同時存在同時消失的 。也有一些電介質，受強外電場作用后其極化現象不隨外電場去除而完全消失，出現極化電荷“永久”存在于電介質表面和體內的現象。這種在強外電場等因素作用下，極化并能“永久”保持極化狀態的電介質，稱為駐極體，又叫永電體。 它是一

17、種具有持久性極化的固體電介質。早在1922年左右就為日本物理學家江口元太郎發現；當蠟和松香的混合物在外加強電場中從融熔態固化后，再除去外電場時，混合物固體會長期保持極化狀態。駐極體可以在周圍空間產生電場，因此可以類比于永磁體的一種帶電體。駐極體中存在著大量微觀的電偶極子，它們通常混亂取向而顯不出宏觀的極化。這些偶極子可以在高溫及外電場作用下取向,冷卻后再去掉電場,取向被凍結下來而保留某個方向上占優勢的宏觀極化。駐極體的極化強度遠小于其中所有偶極子都排列一致時所產生的飽和強度。但是在一些駐極體中還能得到大約10-2C/m2的極化強度。駐極體是弛豫時間較長的處于亞穩態極化了的電介質。當去掉外加電場

18、時，其極化強度會逐漸減小，它的表面電荷就按指數規律或接近指數規律逐漸衰減。室溫下駐極體的極化狀態可以長期保存，但在高溫下則衰減得很快。2. 特性 駐極體具有體電荷特性，即它的電荷不同于摩擦起電，既出現在駐極體表面，也存在于其內部。若把駐極體表面去掉一層，新表面仍有電荷存在；若把它切成兩半，就成為兩塊駐極體。這一點可與永久磁體相類比，因此駐極體又稱永電體。4.3 三極管 1. 原理半導體三極管也稱為晶體三極管，可以說它是電子電路中最重要的器件。它最主要的功能是電流放大和開關作用。三極管顧名思義具有三個電極。二極管是由一個PN結構成的，而三極管由兩個PN結構成，共用的一個電極成為三極管的基極(用字

19、母b表示)。其他的兩個電極成為集電極(用字母c表示)和發射極(用字母e表示)。由于不同的組合方式，形成了一種是NPN型的三極管，另一種是PNP型的三極管。 三極管的種類很多，并且不同型號各有不同的用途。三極管大都是塑料封裝或金屬封裝，常見三極管的外觀，有一個箭頭的電極是發射極，箭頭朝外的是NPN型三極管，而箭頭朝內的是PNP型。實際上箭頭所指的方向是電流的方向。 電子制作中常用的三極管有90系列，包括低頻小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP)，低噪聲管9014(NPN)，高頻小功率管9018(NPN)等。它們的型號一般都標在塑殼上，而樣子都一樣，都是TO-92標準封裝。在老式的電子產

20、品中還能見到3DG6(低頻小功率硅管)、3AX31(低頻小功率鍺管)等，它們的型號也都印在金屬的外殼上。我國生產的晶體管有一套命名規則： 符號的第一部分“3”表示三極管。符號的第二部分表示器件的材料和結構：APNP型鍺材料；BNPN型鍺材料；CPNP型硅材料；DNPN型硅材料。符號的第三部分表示功能：U光電管；K開關管；X低頻小功率管；G高頻小功率管；D低頻大功率管；A高頻大功率管。另外，3DJ型為場效應管，BT打頭的表示半導體特殊元件。 圖4-3 常用三極管的管腳排列 三極管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的電信號變成一定強度的信號，當然這種轉換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉換成

21、信號的能量罷了。三極管有一個重要參數就是電流放大系數 b。當三極管的基極上加一個微小的電流時，在集電極上可以得到一個是注入電流b 倍的電流，即集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而變化，并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化，這就是三極管的放大作用。 三極管還可以作電子開關，配合其它元件還可以構成振蕩器。 2. 三極管電極和管型的判別（1） 目測法 一般來說，管型是NPN還是PNP應從管殼上標注的型號來辨別。依照部頒標準，三極管型號的第二位(字母)，A、C表示PNP管，B、D表示NPN管。 例如：3AX 為PNP型低頻小功率管 3BX 為NPN型低頻小功率管 3CG 為PNP型高

22、頻小功率管 3DG 為NPN型高頻小功率管 3AD 為PNP型低頻大功率管 3DD 為NPN型低頻大功率管 3CA 為PNP型高頻大功率管 3DA 為NPN型高頻大功率管 此外有國際流行的90119018系列高頻小功率管，除9012和9015為PNP管外，其余均為NPN型管。 （2） 管極的判別 用萬用表電阻檔判別 三極管內部有兩個PN結，可用萬用表電阻檔分辨e、b、c三個極。在型號標注模糊的情況下，也可用此法判別管型。 基極的判別 判別管極時應首先確認基極。對于NPN管，用黑表筆接假定的基極，用紅表筆分別接觸另外兩個極，若測得電阻都小，約為幾百歐幾千歐；而將黑、紅兩表筆對調，測得電阻均較大，

23、在幾百千歐以上，此時黑表筆接的就是基極。PNP管，情況正相反，測量時兩個PN結都正偏的情況下，紅表筆接基極。實際上，小功率管的基極一般排列在三個管腳的中間，可用上述方法，分別將黑、紅表筆接基極，既可測定三極管的兩個PN結是否完好(與二極管PN結的測量方法一樣)，又可確認管型。 集電極和發射極的判別 確定基極后，假設余下管腳之一為集電極c，另一為發射極e，用手指分別捏住c極與b極(即用手指代替基極電阻Rb)。同時，將萬用表兩表筆分別與c、e接觸，若被測管為NPN，則用黑表筆接觸c極、用紅表筆接e極(PNP管相反)，觀察指針偏轉角度；然后再設另一管腳為c極，重復以上過程，比較兩次測量指針的偏轉角度

24、，大的一次表明IC大，管子處于放大狀態，相應假設的c、e極正確。 （3）三極管性能的簡易測量 用萬用表電阻檔測ICEO和 基極開路，萬用表黑表筆接NPN管的集電極c、紅表筆接發射極e(PNP管相反)，此時c、e間電阻值大則表明ICEO小，電阻值小則表明ICEO大。用手指代替基極電阻Rb，用上法測c、e間電阻，若阻值比基極開路時小得多則表明 值大。 用萬用表hFE檔測 有的萬用表有hFE檔，按表上規定的極型插入三極管即可測得電流放大系數，若很小或為零，表明三極管己損壞，可用電阻檔分別測兩個PN結，確認是否有擊穿或斷路。4.4 單向可控硅單向可控硅是一種可控整流電子元件，能在外部控制信號作用 下由

25、關斷變為導通，但一旦導通，外部信號就無法使其關斷，只能靠去除負載或降低其兩端電壓使其關斷。單向可控硅是由三個PN結PNPN組成的四層三端半導體器件與具有一個PN結的二極管相比，單向可控硅正向導通受控制極電流控制；與具有兩個PN結的三極管相比，差別在于可控硅對控制極電流沒有放大作用。 可控硅導通條件：一是可控硅陽極與陰極間必須加正向電壓，二是控制極也要加正向電壓。以上兩個條件必須同時具備，可控硅才會處于導通狀態。另外，可控硅一旦導通后，即使降低控制極電壓或去掉控制極電壓，可控硅仍然導通。 可控硅關斷條件：降低或去掉加在可控硅陽極至陰極之間的正向電壓，使陽極電流小于最小維持4.5元器件選型 IC選

26、用CMOS數字集成電路CD4011，其里面含有四個獨立的與非門電路，內部結構見右圖，VSS是電源的負極，VDD是電源的正極。可控硅T選用1 A/400V的進口單向可控硅100-6型，如負載電流大可選用3A、6A、10A等規格的單向可控硅，單向可控硅的測量方法是：用R1檔，將紅表筆接可控硅的負極，黑表筆接正極(如印制板圖所示)，這時表針無讀數，然后用黑表筆觸一下控制極K，這時表針有讀數，黑表筆馬上離開控制極K這時表針仍有讀數(注意觸控制極時正負表筆是始終連接說明該可控硅是完好的。 駐極體選用的是一般收錄機用的小話筒，它的測量方法是：用R100檔將紅表筆 圖4-5 CD4011內部結構接外殼的S、

27、黑表筆接D，這時用口對著駐極體吹氣，若表針有擺動說明該駐極體完好，擺動越大靈敏度越高。光敏電阻選用的是625A型，有光照射時電阻為20K以下，無光時電阻值大于100M，說明該元件是完好的。二極管采用普通的整流二極管1N40011N4007。總之，元件的選擇可靈活掌握，參數可在一定范圍內選用。其它元件按圖2-1所示的標注即可。5 制作過程5.1 元器件的插裝5.1.1 IC插座的安裝盡管插座本身在電氣上并無極性可言，但錯誤的安裝方向將對以后IC的插入形成誤導。另外特別要注意每個引腳的焊接質量，因為IC插座的引腳的可焊性差，容易出現虛焊，焊接時可以適當采用活性較強的焊劑，焊后應加強清洗。5.1.2

28、 晶體管的安裝各種晶體管在安裝時要注意分辨它們的型號、出腳次序和正負極性；要注意防止在安裝焊接的過程中對它們造成損傷。小功率的三極管、場效應管和可控硅，封裝外形有時完全相同，有些微型封裝的器件，表面只能印一、兩個標注字，容易混淆，應該盡量與它們的原包裝一道拿取，一時用不完的要及時地放回原包裝中去。有時即使是同一種型號的器件，由于生產廠家不同、其出腳的次序也有變化，一定要認準其排列不要相互插錯。二極管的引出腳也有陰陽極之分，不能插反。5.1.3 電阻的安裝安裝電阻時要注意區分同一電路中阻值相同而功率不同、類型不同的電阻，不要相互插錯。小功率電阻大多采用臥式安裝，并且要緊貼底板安裝，以減少引線形成

29、的分布電感。5.1.4 電容的安裝瓷片電容安裝時要注意其耐壓級別和溫度系數。鋁質電解電容、鉭電解電容的正極所接電位一定要高于負極所接，否則將會增大損耗，尤其是鋁質電解電容，極性接反工作時將會急劇發熱，引起鼓泡、爆炸。5.2 焊接焊接時烙鐵頭和焊錫靠近被元器件并認準位置，將烙鐵頭放在工件上進行加熱，將焊錫絲放在工件上，熔化適量的焊錫，在送焊錫過程中，先將焊錫接觸烙鐵頭，然后移動焊錫至與烙鐵頭相對的位置，這樣做有利于焊錫的熔化和熱量的傳導。此時注意焊錫一定要潤濕被焊工件表面和整個焊盤。待焊錫充滿焊盤后，迅速拿開焊錫絲。焊接完成后，檢查一下焊點的質量看看有沒有是否有錯焊、漏焊、虛焊，再用手指觸摸元器件有無松動、焊接不牢的現象，用鑷子輕輕撥動焊接部或夾住元器件引線，輕輕拉動觀察有無松動現象，確保在焊接這道工藝上不出錯誤。5.3 其他部分安裝把焊接好的開關裝上外殼，連上燈泡，準備測試。5.4 測試把連接好的聲光控開關和燈泡連上電源，將開關放置在黑暗處，發出聲響，電燈被點亮，一會兒，又自動熄滅，開關起效。6 總結通過這次課程設計，鍛煉了我們實驗操作與動手能力，同時也檢驗了我們以前所學的知識理論扎實。這次課設，雖然時間短暫，課設難度不大，但這一過程不僅提高了我們個人的動手能力，更增強了我們團隊意識，相互配合，動手實踐，順利完成課程設計。的確，收益匪