1、模擬電子技術課程設計報告現(xiàn)代測試技術課程課外作業(yè)設計說明書LED旋律燈院 系 ：機電工程學院專 業(yè) ：電子信息工程年級（班級）：2班姓 名：黃晨溦學 號:201540821015指導教師：完成日期： 2016年 9月 23日成 績 ： 目 錄摘要2引言31、方案論證51.1、控制方法選擇51.2、放大電路選擇51.3、設計框圖62、電路原理63、器件選型73.1、聲音傳感器選型73.2、三極管的選型83.3、 器件校驗94、制作與調(diào)試94.1、確定參數(shù)94.2、PROTEUS仿真方法94.3、焊接方法94.4、元件清單104.5、制作結果105、使用說明11參考文獻12摘要LED旋律燈是各種公

2、眾場合渲染氣氛的常用的一種輔助工具，它通過感受外界聲音的變化而產(chǎn)生光強的變換，人身在其中自然而然的就能享受到光帶給人的美感，因而廣受人們的青睞。本LED旋律燈設計采用駐極體話筒作為聲音傳感器，通過模擬電子技術直接用三極管和電解電容等硬件實現(xiàn)LED燈的亮度控制，無需加入單片機之類的控制器，大大節(jié)約了成本，也不需要復雜的軟件編程，并能很好的實現(xiàn)所要求的功能，真正做到了簡單實用、成本低的效果。駐極體話筒具有體積小、結構簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中，屬于最常用的電容式話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設置一個場效應管作為阻抗轉換器，為此駐

3、極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。關鍵字：駐極體話筒、 三極管、 電解電容引言隨著人們的生活水平的不斷提高，人們越來越希望生活中的各種物質(zhì)都能為我們所享受，聲音與光就是其中的兩種。而使聲音與光結合起來，則更能給人們帶來無窮的美妙享受。為了實現(xiàn)聲音與光的有機結合，就必須要有中間連接載體，傳感器就是這些載體中最常用的一種。人類為了從外界獲取信息, 必須借助于感覺器官。 人類依靠這些器官接受來自外界的刺激,再通過大腦分析判斷, 發(fā)出命令而動作。 隨著科學技術的發(fā)展和人類社會的進步, 人類為了進一步認識自然和改造自然, 只靠這些感覺器官就顯得很不夠了。 于是, 一系列代替、 補充、 延伸人的感覺

4、器官功能的各種手段就應運而生, 從而出現(xiàn)了各種用途的傳感器。以電量作為輸出的傳感器， 其發(fā)展歷史最短, 但是隨著真空管和半導體等有源元件的可靠性的提高,這種傳感器得到飛速發(fā)展。目前只要提到傳感器, 一般是指具有電輸出的裝置。 由于集成電路技術和半導體應用技術的發(fā)展, 研究開發(fā)了性能更好的傳感器。 隨著電子設備水平不斷提高以及功能不斷加強, 傳感器也越來越顯得重要。 世界各國都將傳感器技術列為重點發(fā)展的高新技術, 傳感器技術已成為高新技術競爭的核心技術之一, 并且發(fā)展十分迅速。展望未來, 傳感器將向著小型化、 集成化、 多功能化、 智能化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展, 由微傳感器、 微執(zhí)行器及信號和數(shù)據(jù)處

5、理器總裝集成的系統(tǒng)越來越引起人們的廣泛關注。 傳感器市場將會迅速發(fā)展, 并會加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。國家標準GB 7665-87對傳感器下的定義是: “能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置, 通常由敏感元件和轉換元件組成”。敏感元件, 是指傳感器中能直接感受或響應被測量（輸入量）的部分; 轉換元件, 是指傳感器中能將敏感元件感受的或響應的被探測量轉換成適于傳輸和（或）測量的電信號的部分。傳感器種類繁多, 功能各異。 由于同一被測量可用不同轉換原理實現(xiàn)探測, 利用同一種物理法則、 化學反應或生物效應可設計制作出檢測不同被測量的傳感器, 而功能大同小異的同一類

6、傳感器可用于不同的技術領域, 故傳感器有不同的分類法。具體的分類方法如下表所示： 續(xù)表本次的LED旋律燈設計使用的就是其中的聲音傳感器。聲音傳感器就如同人的耳朵一樣能感受外界的聲音，從而將收到的信息輸入到處理電路進行處理，以使執(zhí)行機構執(zhí)行相應的動作。在聲音傳感器中，駐極體話筒是比較實惠的，在網(wǎng)上購買只需要幾毛錢一個。而且駐極體話筒具有體積小、結構簡單、電聲性能好的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中，屬于最常用的電容式話筒。本次設計的LED旋律燈的功能要求如下：通過駐極體話筒（聲音傳感器）檢測外界的聲音變化，控制LED燈的亮度隨著外界聲音的大小變化而變化。將之放在喇叭旁，然后讓音樂

7、響起，可以看到LED燈隨著音樂的節(jié)奏閃動，使您感受到音樂與燈光的美妙結合，從而得到更舒適的享受。1、方案論證1.1、控制方法選擇本設計有兩種控制方法，其一是使用電容、電阻以及三極管用模擬電路的方式控制，其二是使用單片機的數(shù)字電路的方式控制。1.1.1 使用電容、電阻以及三極管用模擬電路的方式控制。這種控制方法電路簡單，只需要三個電阻、兩個電解電容及兩個三極管就可以簡單的實現(xiàn)控制。由于使用的元器件少，所以焊接容易。最重要的還是經(jīng)濟實惠，一個三極管只需要一毛錢就能買到，而單片機卻需要五塊錢一個。但缺點是需要仔細計算電路中使用的電阻電容及三極管的參數(shù)以使之符合預期的要求。1.1.2 使用單片機的數(shù)字

8、電路的方式控制這種控制方法電路也簡單，因為在單片機中本身就集成有各種放大等實用的電路，故只需要一個單片機主控制就能實現(xiàn)預期目標，并且還能在目標條件不變的情況下，通過寫入單片機的程序來增加LED燈的多種花樣。不需要復雜的參數(shù)計算，只要用軟件的方法即可輕松控制。缺點主要就是前面提到的成本高，其次焊接難度較大，因為使用單片機必須要制作單片機最小系統(tǒng)，且需要編寫軟件。綜上所述，從經(jīng)濟和簡易的角度出發(fā)，本次設計選擇用模擬電路的方式來控制。1.2、放大電路選擇由于駐極體話筒的輸出信號非常微弱，為方便后級電路處理要先行放大。放大電路可以選擇三極管放大，也可以選擇運算放大器。三極管單管的放大效果對于后級負載較

9、重的情況不是很明顯，這時候就需要多級放大，但其中的耦合問題是比較困難度的。而運算放大器則沒有這個顧慮，但運算放大器的引腳較多，焊接難度稍大一些，且價格也高出三極管很多，一個音頻專用的 NE5532AN NE5532 運算放大器的價格居然要13.5元。本次設計的后級電路簡單，只有三個LED燈，最大只需要將駐極體話筒的輸出電壓放大到3V即可，故選用三極管放大既經(jīng)濟又能滿足要求。1.3、設計框圖LED亮度顯示信號放大聲音強度檢測電源驅(qū)動整個系統(tǒng)分為四個部分，電源電源驅(qū)動電路、聲音信號檢測電路、信號放大電路以及顯示電路。電源驅(qū)動電路將+3V的直流電源輸入到系統(tǒng)中給系統(tǒng)供電，由聲音信號檢測電路檢測到外界

10、聲音信號的變化經(jīng)轉換成電壓信號從而輸出到信號放大電路部分，將放大了的信號用來驅(qū)動后級負載，即三個LED燈顯示。由于駐極體話筒受外界環(huán)境，如溫度，濕度等的影響較小，故不需要加補償電路。2、電路原理該電路由電源電路、聲音傳感器放大電路、LED發(fā)光顯示電路組成。電源輸入后經(jīng)電解電容C1濾波，提供給電路；聲音傳感器將聲音信號轉化為電壓信號，經(jīng)電解電容C2耦合，再由9014型的三極管Q1放大，再將放大后的信號送到9014型三極管Q2的基極，控制其集電極的電壓大小，從而達到控制加在LED燈上的電壓的大小，進而控制其亮度。聲音越大，LED燈就越亮。LED旋律燈電路原理圖注：圖中以2K的電位器代替聲音傳感器（

11、萬用表測得聲音傳感器的阻值最大不超過2K）3、器件選型3.1、聲音傳感器選型本設計中聲音傳感器選擇兩個引腳的駐極體電容式話筒。3.1.1概述這種話筒沒有型號之分，相同引腳數(shù)的話筒可以代替，只是存在性能上的差別。駐極體話筒具有體積小、結構簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中，屬于最常用的電容式話筒。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設置一個場效應管作為阻抗轉換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。3.1.2 工作原理高分子極化膜上生產(chǎn)時就注入了一定的永久電荷(Q)，由于沒有放電回路，這個電荷量是不變的，在聲波的作用下，極化膜隨著聲音震

12、動，因此和背極的距離也跟著變化，也就是鎖極化膜和背極間的電容是隨聲波變化的。電容上電荷的公式是Q=C·U，反之U=Q/C也是成立的。駐極體總的電荷量是不變，當極板在聲波壓力下后退時，電容量C減小，電容兩極間的電壓就會成反比的升高，反之電容量增加時電容兩極間的電壓就會成反比的降低。最后再通過阻抗非常高的場效應將電容兩端的電壓取出來，同時進行放大，我們就可以得到和聲音對應的電壓了。3.1.3 靈敏度檢測在本設計中應用的駐極體話筒，其靈敏度直接影響LED燈的顯示效果。這類話筒靈敏度的高低可用萬用表進行簡單測試。將模擬式萬用表撥至R×2K檔，兩表筆分別接話筒兩電極，待萬用表顯示一定

13、讀數(shù)后，用嘴對準話筒輕輕吹氣（吹氣速度慢而均勻），邊吹氣邊觀察表針的擺動幅度。吹氣瞬間表針擺動幅度越大，話筒靈敏度就越高，LED燈顯示效果就越好。若擺動幅度不大（微動）或根本不擺動，說明此話筒性能差，不宜應用在電路設計中。3.1.4 駐極體話筒的特性參數(shù)工作電壓Uds 1.512V，常用的有1.5V，3V，4.5V三種，本設計選用3V的。工作電流Ids 0.11mA之間輸出阻抗 一般小于2K（歐姆）靈敏度 單位：伏/帕，國產(chǎn)的分為4檔，紅點（靈敏度最高）黃點，藍點，白點（靈敏度最低）頻率響應 一般較為平坦指向性 全向等效噪聲級 小于35分貝注意：駐極體話筒有正負極之分，與外殼相連的一極為負極。

14、3.2、三極管的選型本設計選用9014三極管（TO-92封裝），它是NPN型小功率三極管 。3.2.1 三極管的放大作用集電極電流受基極電流的控制，并且基極電流很小的變化，會引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關系：集電極電流的變化量是基極電流變 化量的倍，即電流變化被放大了倍，所以把叫做三極管的放大倍數(shù)（一般遠大于1，例如幾十，幾百）。3.2.2 9014三極管參數(shù)集電極最大耗散功率PCM=0.4W（Tamb=25）集電極最大允許電流ICM=0.1A集電極基極擊穿電壓BVCBO=50V集電極發(fā)射極擊穿電壓BVCEO=45V發(fā)射極基極擊穿電壓BVEBO=5V集電極發(fā)射極飽和壓降VCE

15、(sat)=0.3V (IC=100mA; IB=5mA)基極發(fā)射極飽和壓降VBE(sat)=1V (IC=100mA; IB=5mA)特征頻率f T=150MHzHFE： A=60150; B=100300; C=200600; D=40010003.3、 器件校驗經(jīng)過實驗驗證，當使用+3V直流電源時，在駐極體話筒之前加一個4.7K的限流電阻之后，駐極體話筒的輸出電壓在0150mv之間，本次選用的9014型的三極管的值，即放大倍數(shù)能達到250左右，完全能將駐極體話筒輸出的電壓放大到預期的13V，所以這兩個器件組合在一起是可以達到要求的。4、制作與調(diào)試4.1、確定參數(shù)通過用直流穩(wěn)壓電源進行實驗

16、測試可以得到設計中所用到的LED最大可以承受的電壓為直流2V。駐極體話筒的輸出阻抗為02K。使用+3V直流電源時，在駐極體話筒之前加一個4.7K的限流電阻之后，駐極體話筒的輸出電壓在0150mv之間。用PROTEUS軟件仿真配合硬件電路的試驗可以得到合適的參數(shù)如下：R1=4.7K，R2=1M，R3=10KC1=47uf，C2=1u4.2、PROTEUS仿真方法1、 打開PROTEUS軟件；2、 保存為LED.DSN;3、 在元件庫里找到所需要的元器件；4、 在原理圖編輯界面把相應的電路圖連接完成；5、 配合硬件電路試驗，不斷的改變各個元器件的參數(shù)，使之達到預期要求。4.3、焊接方法4.3.1

17、元件裝接1、要求 先低后高、先易后難、先一般后特殊、同一器件高度相同。2、次序 電阻（緊貼） 二極管（12mm）小功率三極管(57mm)電解電容(緊貼)其他原件（3-5mm）。3、 有極性的元件，要注意極性。4.3.2 焊接1、準備工具：電烙鐵（320左右）、尖嘴鉗、偏口鉗、焊錫絲、松香。2、三步操作法：左手拿錫絲右手拿烙鐵；同時加熱加焊料；同時移開注意：焊接時間、焊料適量等3、 焊點要求：(1) 表面光潔度(2) 錫量的大小（圓錐形）(3）不準出現(xiàn)虛焊假焊(4) 不準拖尾、拉尖(5) 不準出現(xiàn)結晶(6) 不準有氣泡4、剪管腳（12mm）4.4、元件清單名稱規(guī)格數(shù)量金屬氧化膜電阻4.7K、10

18、K、1M各一只電解電容1uf、47uf各一只三極管9014兩只聲音傳感器駐極體話筒1個發(fā)光二極管3個直流電源1.5V南孚電池2粒4.5、制作結果設計的最終結果是使LED旋律燈能隨著外界聲音的變化而顯示不同的亮度。主要通過駐極體話筒傳感器可靠感受外界聲音的變化并將聲音信號轉化成可供電路使用的電壓信號，并利用9014三極管做為信號放大器將從傳感器輸出的電壓信號放大并送至LED燈的負極控制加在LED上的電壓的大小，從而實現(xiàn)三個LED燈隨著外界聲音的大小的變化而改變其亮度。它的硬件電路的設計主要包括系統(tǒng)電源、傳感器系統(tǒng)及顯示電路、信號放大電路四部分。系統(tǒng)由+3V直流電源輸入，駐極體話筒傳感器感受外界聲音的變化，將聲音信號轉換成電壓信號輸出，經(jīng)信號放大電路（三極管Q1）放大后的信號，由三極管Q2控制其集電極的電壓大小，從而達到控制加在LED燈上的電壓的大小，以實現(xiàn)對LED燈的亮度的控制。經(jīng)過實驗表明，這套系統(tǒng)硬件設計合理、抗干擾能力強、實