1、目 錄引言- 1 -1 設計任務和設計要求- 1 - 1.1設計目的- 1 - 1.2設計要求- 1 - 1.3 設計任務- 2 -2 設計的具體實現- 3 - 2.1 設計結構- 3 - 結構圖- 3 - 2.1.2結構圖說明- 3 - 2.2 設計電路- 4 - 2.2.1電路原理圖- 4 - 2.2.2 電源部分- 5 - 2.2.3 感應部分- 5 - 2.2.4 控制部分- 6 - 2.2.5元件及元件參數及計算- 6 - 2.3電路原理- 17 - 2.4 PCB版電路制作過程- 18 -3 設計總結及其體會- 18 - 4 附錄- 19 -參考文獻- 24 -引言電路通過使用模擬

2、電子元件和數字電子元件構成一個臺燈自動開關盒的設計。采用熱釋電紅外傳感專用控制模塊制作而成的紅外感應自動燈，真正做到有人燈亮，人走燈滅。同時，裝置還設置了光控電路，白天電路自動封閉，無論有人否，電燈都不會亮。1 設計任務和設計要求1.1 設計目的 電子設計及其制作課程設計是電子技術基礎課程的實踐性教學環節，通過該教學環節，要求達到以下目的：(1） 掌握臺燈自動開關盒的工作原理。(2） 學會安裝與調試由分立器件與集成電路組成的多級電子電路小系統。（3）掌握模擬電子技術的理論知識，培養學生工程能力和綜合分析問題，解決問題的能力。（4）掌握常用電子電路的一般設計方法，提高電子電路的設計和實驗能力。（

3、5）學會選用電子元件，為以后從事一些生產和科研工作打下一定的基礎。1.2 設計要求（1）合理的設計硬件電路，說明工作原理及設計過程，畫出相關的電路原理圖（運用PROTEL電路設計軟件）；（2）選擇常用的電器元件（說明電器元件選擇的過程和依據）； (3) 進行PCB（印制電路板）設計（用PROTEL等電路設計軟件）；（4）按照規范要求，按時提交課程設計報告（打印或手寫），并完成相應答辯。1.3 設計任務（設計一個臺燈自動開關盒，具體要求如下： （1）設計并制作一個臺燈自動開關盒，以實現“人來燈亮，人走燈滅、光照燈滅”等節電功能；（2）臺燈盒有交流電源輸入線和交流電源輸出插座，輸出可接額定電壓22

4、0V、功耗不大于60W的臺燈；（3）具有兩個傳感器，即： 光敏傳感器。將其安裝在適當的地方，作為光照檢測； 對人體敏感的傳感器，感應人體接近；（4）自動開關盒做好后，將臺燈的電源插頭插入開關盒的電源輸出插座，便可實現如下功能： 在晚上，當沒有足夠的光源照到光敏元件上時，若有人靠近臺燈，它便自動接通電源發光，人離開臺燈后，能自動斷開電源； 在白天有足夠強的光線（以適合閱讀為標準）照射到光敏元件上時，無論是否有人靠近臺燈，它都不會亮；（5）除220V交流電源外，不允許接其他電源。2 設計的具體實現2.1 設計結構 根據人日常生活的習慣，考慮實用性和可行性而設計2.1.1 結構圖（見圖1）人移動信號

5、臺燈控制單元微波感應器 光信號光敏感應器 （圖1）2.1.2結構圖說明 圖1中有三個主要部分：（1）光敏傳感器，其作用就是將感覺到的光信號的強弱轉化為電阻的大小，并實時告訴控制元件；（2）微波感應器，其作用是感覺近距離內有沒有人靠近，并實時告訴控制元件；（3）控制元件，其作用是根據臺燈周圍的光線和是否有人靠近來控制燈的亮與滅。2.2 設計電路2.2.1 電路原理圖（見圖2）圖2a PCB原理圖 圖2b PCB原理圖2.2.2 電源部分在圖2中圖2.1為電源部分，由變壓器，整流橋，電容C1，C2，三端穩壓器組成。使用變壓器將交流220V電降至10V左右，經單相整流電橋D1整流和電容C1濾波后，由

6、三端固定穩壓器7809輸出穩定的9V直流電壓。電容C2用于抑制7809可能產生的自激。2.2.3 感應部分（1）微波感應器。微波感應器TX982，它利用微波技術，在一個小的空間里建立微電場，當有人進入電場時就會反射回波，經過電子線路的檢測，測出有微弱的移頻信號，這種信號再經智能化的處理后就可以輸出控制信號了。（2）光敏傳感器。光敏電阻GM感知光線的強度，它是電阻值隨光線強弱的變化而變化，光強時阻值變小，光弱時阻值變大。2.2.4 控制部分 由555多諧振蕩器，三極管Q1、Q2，可控制硅97A6，電阻R1、R2、R3、R4、R5，電容C3，共同組成。C3的作用是釋放斷電后三極管的能量。555的1

7、、2、3、4、6、8端分別為接地端、低電平觸發輸出復位端、高電平觸發端、電源端。為了防止光線在一定的范圍內發生微小的變化而使得臺燈時陰時暗，在555的2端（低電平觸發端）接一個三極管T2，以鎖定臺燈的工作狀態。這是一個應用模擬電子和數字電子技術設計的自動開關盒，電路簡單，實踐方便，能給我們的生活帶來一定的便利。元件及元件參數及計算微波傳感器  微波傳感器： 又稱多譜勒雷達，是一種多普勒收發模塊。它是通過發射連續微波并接受反射波從而探測移動目標的組件。它的特點是：低功耗 ，連續/脈沖波操作模式對各種可以反射微波的物體都很敏感，而且不受溫度的影響。 當人接近的時候，微波傳感器發

8、出的微波被反射回來，微波感應器接收到反射回來的信號，就會輸出一個低電平，接受不不到的時候就會發出高電平，利用這個特性，用微波感應器做感應裝置。微波傳感器的種類：（1）平面微帶介質諧振傳感器（planar Microstrip)：它由三部分組成，傳感器模塊，多譜勒信號調理電路，決策控制部分。（2） 波導諧振型（waveguide),諧振體是金屬空腔，腔體尺寸與微波波長相關。（3） 同軸諧振型（coaxial）,諧振體也是金屬空腔。光敏電阻 結構通常由光敏層、玻璃基片（或樹枝防潮膜）和電極等組成的。特性光敏電阻器是利用半導體光電導效應制成的一種特殊電阻器，對光線十分敏感，它的電

9、阻值能隨著外界光照強弱（明暗）變化而變化。它在無光照射時，呈高阻狀態；當有光照射時，其電阻值迅速減小。這次選擇的是LXD3526。 三端集成穩壓器的電路結構及主要特性參數 三端集成穩壓器大多采用串聯穩壓方式。從圖所示方框圖中可以看出，它由啟動電路、基準電路、誤差放大器、調整管、取樣電阻及保護電路等組成。它與分立元件的串聯調整穩壓器電路工作原理完全相同。1.穩壓器的主要參數(1)輸出電壓V。 輸出電壓是指穩壓器的各工作參數符合規定時的輸出電壓值。對于固定輸出穩壓器，它是常數;對于可調式輸出穩壓器，它是輸出電壓范圍。(2)輸出電壓偏差 對于固定輸出穩壓器，實際輸出的電壓值和規定的輸出電壓Vo之間往

10、往有一定的偏差。這個偏差值一般用百分比表示，也可以用電壓值表示。(3)最大輸出電壓ICM 最大輸出電流指穩壓器能夠保持輸出電壓不變的最大電流。(4)最小輸入電壓Vimin 輸人電壓值在低于最小輸入電壓值時，穩壓器將不能正常工作。(5)最大輸人電壓Vimax 最大輸入電壓是指穩壓器安全工作時允許外加的最大電壓值。 說明:(4)、(5)兩項也常用輸人電壓的范圍來表示。(6)最小輸入、輸出電壓差(Vi-Vo) 它是指穩壓器能正常工作時的輸入電壓U與輸出電壓八是壓差值。(7)電壓調整率SV 電壓調整率是指當穩壓器負載不變而輸入的直流電壓變化時，所引的 輸出電壓的相對變化量。SV常用下式表示:（公式1）

11、式中:AVo輸出電壓變化量;Ai輸入電壓變化量。電壓調整率有時也用某一輸入電壓變化范圍內的輸出電壓變化量表示。電壓調整車用來表征穩壓器維持輸出電壓不變的能力。(8)電流調整率SI 電流調整車是指，當輸入電壓保持不變而輸出電流在規定范圍內變化時，穩壓 器輸出電壓相對變化的百分比，可用下式表示:（公式2）電流調整率有時也用負載電流變化時輸出電壓的變化量來表示。(9)輸出電壓溫漂ST輸出電壓溫漂也稱輸出電壓的溫度系數。其定義為，在規定的溫度范圍內，當輸入電壓和輸出電流不變時，單位溫度變化引起的輸出電壓變化量，用公式表達為:（公式3）式中:T溫度變化量。(10)輸出阻抗Z。輸出阻抗指，在規定的輸入電壓

12、和輸出電流的條件下，在輸出端上所測得的交流電壓與交流電流之比，即（公式4）輸出阻抗反映了在動態負載狀態下，穩壓器的電流調整率。(11)輸出噪聲電壓VN它是指當穩壓器輸入端無噪聲電壓進入時，在其輸出端所測得的噪聲電壓值。輸出噪聲電壓是由穩壓器內部產生的，它對許多負載是有害。半導體三極管雙極型三極管（BJT）是半導體三極管的一種類型，由于它有空穴和電子兩種載流子參與導電，故稱為雙極型。它又稱為雙極型晶體管，通常稱為半導體三極管，三極管。晶體管等。它的種類很多，按制造材料分，有硅管和鍺管；按功率大小分，有大、中、小功率管；按工作頻率分，有高頻管和低頻管等。橋式整流電路輸出電壓平均值UO(AV) (a

13、) (b)（圖4） 單相全波橋式整流電路 由圖4的波形圖可知，橋式整流電路的輸出電壓波形與全波整流電路一樣，所以其輸出電壓平均值 (公式5)輸出電壓的脈動系數S (公式6)整流二極管正向平均電流ID(AV) 在橋式整流電路中，整流二極管D1、D3和D2、D4是兩兩輪流導通的，因此，流過每個整流二極管的平均電流是電路輸出電流平均值的一半， (公式7)最大反向電壓URM 橋式整流電路因其變壓器只有一個副邊繞組，在U2正半周時，D1、D3導通，D2、D4截止，此時D2、D4所承受的最大反向電壓為U2的最大值，即 (公式8)同理，在U2負半周時，D1、D3也承受同樣大小的反向電壓。變壓器副邊

14、電流的有效值I2流過變壓器副邊繞組的電流正半周是半個正弦波，負半周是另一半正弦波，所以副邊電流中無直流分量，變壓器副邊電流的有效值 (公式9)橋式整流電路與單相半波整流電路和單相全波整流電路相比，其明顯的優點是輸出電壓較高，紋波電壓較小，整流二極管所承受的最大反向電壓較低，并且因為電源變壓器在正負半周內都有電流流過，所以變壓器繞組中流過的是交流，變壓器的利用率高。在同樣輸出直流功率的條件下，橋式整流電路可以使用小的變壓器，因此，這種電路在整流電路中得到廣泛應用。555定時器構成多諧振蕩器555 定時器的電路結構及其功能     圖 5為 555 定時器的

15、內部邏輯電路和外引腳圖，從結構上看， 555 電路由 2 個比較器、 1 個基本 RS 觸發器、 1 個反相緩沖器、 1 個集電極開路的放電晶體管和 3 個 5k 電阻組成分壓器組成。 （圖 5）555 邏輯電路圖和引腳圖如圖6，由555定時器和外接元件R1、R2、C構成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩態，僅存在兩個暫穩態，電路亦不需要外接觸發信號，利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過R2向放電端放電，使電路產生振蕩。電容C在2/3Vcc和1/3Vcc之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對應的波形如圖7所示。 （圖6）555構成多諧振蕩器 （圖7）多諧振蕩器的波形圖

16、輸出信號的時間參數是： T= =0.7（R1+R2）C =0.7R2C 其中，為VC由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的時間，為電容C放電所需的時間。555電路要求R1與R2均應不小于1K，但兩者之和應不大于3.3M。外部元件的穩定性決定了多諧振蕩器的穩定性，555定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強的功率輸出能力。因此，這種形式的多諧振蕩器應用很廣。可控硅元件的工作原理及基本特性1、工作原理可控硅是P1N1P2N2四層三端結構元件，共有三個PN結，分析原理時，可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成，其等效圖解如圖1所示（圖8） 可控硅等效圖解圖當陽極A加上正向電

17、壓時，BG1和BG2管均處于放大狀態。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發信號，BG2便有基流ib2流過，經BG2放大，其集電極電流ic2=2ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic2。此時，電流ic2再經BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=1ib1=12ib2。這個電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環的結果，兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導通。由于BG1和BG2所構成的正反饋作用，所以一旦可控硅導通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導通狀態，由于觸發信號只起觸發作用，沒有關斷功能，所以這種可控硅是不可關斷的。由

18、于可控硅只有導通和關斷兩種工作狀態，所以它具有開關特性，這種特性需要一定的條件才能轉化，此條件見表1表1 可控硅導通和關斷條件狀態條件說明從關斷到導通1、陽極電位高于是陰極電位2、控制極有足夠的正向電壓和電流兩者缺一不可維持導通1、陽極電位高于陰極電位2、陽極電流大于維持電流 兩者缺一不可從導通到關斷1、陽極電位低于陰極電位2、陽極電流小于維持電流任一條件即可 2基本伏安特性（1）反向特性 當控制極開路，陽極加上反向電壓時（見圖9），J2結正偏，但J1、J2結反偏。此時只能流過很小的反向飽和電流，當電壓進一步提高到J1結的雪崩擊穿電壓后，接差J3結也擊穿，電流迅速增加，圖3

19、的特性開始彎曲，如特性OR段所示，彎曲處的電壓URO叫“反向轉折電壓”。此時，可控硅會發生永久性反向擊穿。（圖9）陽極加反向電壓（2） 正向特性 當控制極開路，陽極上加上正向電壓時（見圖10），J1、J3結正偏，但J2結反偏，這與普通PN結的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻斷狀態，當電壓增加，圖3的特性發生了彎曲，如特性OA段所示，彎曲處的是UBO叫：正向轉折電壓 （圖10） 陽極加正向電壓由于電壓升高到J2結的雪崩擊穿電壓后，J2結發生雪崩倍增效應，在結區產生大量的電子和空穴，電子時入N1區，空穴時入P2區。進入N1區的電子與由P1區通過J1結注入N1區的空穴復合，同樣

20、，進入P2區的空穴與由N2區通過J3結注入P2區的電子復合，雪崩擊穿，進入N1區的電子與進入P2區的空穴各自不能全部復合掉，這樣，在N1區就有電子積累，在P2區就有空穴積累，結果使P2區的電位升高，N1區的電位下降，J2結變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現所謂負阻特性，見圖3的虛線AB段。這時J1、J2、J3三個結均處于正偏，可控硅便進入正向導電狀態-通態，此時，它的特性與普通的PN結正向特性相似，見圖2中的BC段3、觸發導通在控制極G上加入正向電壓時（見圖11）因J3正偏，P2區的空穴時入N2區，N2區的電子進入P2區，形成觸發電流IGT。在可控硅的內部正反饋作用的基礎上，加上I

21、GT的作用，使可控硅提前導通，導致伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。（圖11）陽極和控制極均加正向電壓 2.3電路原理 當光線不夠強，且有人靠近的時候，微波感應器檢測到人活動時的移頻信號，感應器的控制電路將輸出一個低電平，這個低電平加在了T1管的基極，三極管T1截止，從而使得T1的集電極處于高電平，由555定時器構成的多諧震蕩器便開始工作。由于光線比較弱，光敏電阻阻值較大，此時RGI與R3的分壓點的電壓低于1/3*VCC，555電路的輸出端輸出高電平，使得可控硅97A6導通，臺燈點亮。同時這個高電平通過R5加在了三極管T2的基極，使T2管導通，T2管的集電極則處于低電平，從而鎖定此

22、種工作。當人離開后臺燈一定距離時，微波感應器的輸出端將輸出高電平，T1管經R2偏置導通，T1管的基電極便處于低電平，555多諧震蕩器不工作。所以即使光線暗燈也不會亮。當光線比較強時，光敏電阻的阻值就比較小，GM與R1的分壓點的電壓高于1/3*VCC，555電路的輸出端輸出低電平，則可控硅截止，此時，即使有人靠近燈也不會亮。2.4 PCB版電路制作過程 (1)在PCB版制作前應先在Schematic Document上繪制原理圖，并且將所有元件的封裝查出并標上，對于找不到的元件可選用相同管腳的元件進行代替。檢查整個電路是否有錯，并生成對應的網絡表格。（2） 手動更改網絡表，將一些原理圖和PCB封

23、裝庫中引腳名稱不一致的器件引腳名稱改成和PCB封裝庫中一致。（3） 進入PCB系統先設置PCB設計環境，包括格點大小和類型，半層參數，布線參數（這里選擇1mm）。點Place-Keepout-Track繪制電路版地邊框.后點Design-Load Nets-Browse-.NET-下方的OK-Execute（4） 然后進行PCB自動布線（重點是網絡表），只有將網絡表裝入后才能進行電路版的布線。點擊Auto Route-All，等待電腦進行自動布線。有時布線不全面需要進行人工手動布線。（5） 制作PCB印刷圖點擊File-New-PCB Printer,出現一個框圖，選擇需要制作印刷圖的電路圖后

24、點擊OK，即可生成PCB印刷圖。PCB版電路見附錄。3 設計總結及其體會 經過這次課程設計，我從中學到了很多東西! 第一，對我在大學所學的知識進行了一次系統的檢測和鞏固，讓我更加好的理解和掌握這些知識！第二，對所學知識進行運用的考驗，理論聯系實際，經過這次使我對知識的運用能力得到了一定提高！第三，要學會查找和收集資料，并合理有效的利用這些資料！提高我收集處理資料的能力。第四，深深體會了團隊合作的重要性，我和搭檔在相互幫助，相互討論，一起努力，一起奮斗，盡管課題完成的不是很好，但是我學到很多東西，對我以后的學習，生活都有非常大的幫助！讓我懂得了僅僅學習知識，掌握知識是遠遠不夠的，還要懂得如何把所學到的東西進行運用而且要運用好。4 附錄PCB版（圖12a）PCB制版(圖12b)PCB制版 （圖13） PCB元件封裝列表元件列表名稱類型封裝電阻（C1，C2,3，C4，C5）普通 10KAXIAL0.3光明電阻RG1LXD3526RAD0.1電解電容（C1，C2，）100uFRB.2/.4磁片電容C3,C40.1uF,0.01uFRAD0.2整流橋D1RS102FLY4變壓器T1110:5TO-72三端穩壓器U1LM7809TO-126晶體三極管Q1NPNTO-92A