光敏蜂鸣器及双色闪光灯

光敏蜂鸣器及双色闪光灯 名称 光敏蜂鸣器及双色闪光灯 2010年6月 12日至 2010年6月18日共1周 院 系 电子信息工程系 班 级 08电气3 姓 名 范海祥 学 号 087301312 系 主 任 曹丰文 教研室主任 邓建平 指导教师 张愉 目录 第一章 绪论 ................................................................................................................................................... 2 1.1 电路简略介绍 ................................................................................................................................. 2 1.1.1 双色闪光灯 ......................................................................................................................... 2 1.1.2 光敏百鸣鸟 ......................................................................................................................... 2 1.2.1 双色闪光灯电路及其原理 ................................................................................................. 2 1.2.2 光敏百鸣鸟电路及其原理 ................................................................................................. 3 第二章 元器件介绍以及测试 ....................................................................................................................... 4 2.1 电阻的测试 ..................................................................................................................................... 4 2.1.1 碳膜电阻 ............................................................................................................................. 4 2.1.2 光敏电阻 ........................................................................................................................... 4 2.2 电容的测试 ..................................................................................................................................... 5 2.2.1 陶瓷电容 ............................................................................................................................. 5 2.2.2 电解电容 ............................................................................................................................. 6 2.3 三极管的测试 ............................................................................................................................... 7 2.4 发光二极管 ..................................................................................................................................... 9 2.5 555芯片 ........................................................................................................................................ 10 第三章 制作与调试 ..................................................................................................................................... 12 3.1 双色闪灯的制作与调试 ............................................................................................................... 12 3.2 光敏百鸣鸟的制作与调试 ........................................................................................................... 12 第四章 个人小结 ......................................................................................................................................... 13 参考文献 ....................................................................................................................................................... 14 1 1.1 电路简略介绍 1.1.1 双色闪光灯 本电路可以有很多变通应用,例如LED可以是串,并联的多只发光二极管,适当减小R4,R5的阻值,就可以组成闪与彩灯链.还可以自制成青少年假性近视预防治疗仪:将两管放置在一个长0.5m长的纸筒里,LED1放置在纸筒最里面,LED2放置在纸筒中间,单眼从纸筒端向里看,眼睛注视着灯的闪与,可以有效调节眼肌,每天使用10分钟,可以预防和治疗青少年的假性近视. 1.1.2 光敏百鸣鸟 如果手拿实验板移动，扬声器就会随着移动时光照强弱的变化，发出多边的鸣叫声。 如果将本电路放置在电视机屏幕前，则扬声器会随着图像的变化发出变换无穷的音色。 1.2.1 双色闪光灯电路及其原理 2 电路如图所示.本电路可以实现红、绿两只发光二极管交替闪烁，电路刚接通瞬间， 由于电容C1还不及充电，因此555的2脚为低电平，输出端的3脚为高电平，发光二极管LED1截止，不点亮，LED2两端加有正向电压点亮。随着电源VCC经过R1、R3对C1充电，C1两端电压逐渐升高，当达到2/3VCC的阀值电平时，555的3 脚翻转,输出低电平，从而使LED1点亮、LED2熄灭。此时，C1通过R3和555内部的放电管放电，当C1放电至1/3Vcc触发电平时，555的3脚再次翻转，LED1熄灭，LED2重新点亮。因此，红绿两只发光二极管就这样轮流导通与截止，闪烁不停。改变R1和C1可以改变LED 的频率。 1.2.2 光敏百鸣鸟电路及其原理 电路如图所示.本电路可以在不同光照下，发出忽高忽低，变幻莫测的鸣叫声，非 常有趣。电路中，555和R1、RG1、C1等组成多谐振荡器，光敏电阻RG1是利用光致导电的特性，它的阻值会随照射光的强度而变化，当光照射时阻值小，光照弱时阻值大。 本电路利用这一光敏特性，来改变振荡器的充放电的时间的常数，从而改变多谐振荡器 的频率，本电路的振荡频率为： f=1.44(R1+RG1)C1 555输出的可变频率信号经过R2限流后，驱动三极管VT1带动扬声器发出多变的鸣叫声。 3 2.1 电阻的测试 2.1.1 碳膜电阻 碳膜电阻器是膜式电阻器(Film Resistors)中的一种。它是采用高温真空镀膜技术 将碳紧密附在瓷棒表面形成碳膜，然后加适当接头切割，并在其表面涂上环氧树脂密封 保护而成的。其表面常涂以绿色保护漆。碳膜的厚度决定阻值的大小，通常用控制膜的 厚度和刻槽来控制电阻器。碳膜电阻器常用符号RT作标志，R代表电阻器，T代表材料是碳膜，例如，一只电子枪外壳上标有RT47kI的字样，就表示这是一只阻值为 47kΩ，允许偏差为?5%的碳膜电阻器。碳膜电阻器的阻值范围为1Ω~10MΩ。额定功率有0.125W、0.25W、0.5W、1W、2W、5W、10W等。 阻值标示方法：色标法：用不同颜色的带或点在电阻器表面标出标称阻值和允 许偏差。国外电阻大部分采用色标法。 黑-0、棕-1、红-2、橙-3、黄-4、绿-5、蓝-6、紫-7、灰-8、白-9、金-?5%、银-?10%、无色-?20% 当电阻为四环时，最 后一环必为金色或银色，前两位为有效数字， 第三位为乘方数，第四位为偏差。 当电阻为五环时，最後一环与前面四环距离较大。前三位为有效数字， 第四位为乘方数， 第五位为偏差。 2.1.2 光敏电阻 光敏电阻器又叫光感电阻，是利用半导体和光电效应制成的一种电阻值随入射 光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电 阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。 4 原理：用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导 体。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体 材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价 带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强， 阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。 主要参数:光敏电阻的主要参数有：亮电阻，暗电阻，光电特性 光谱特性，频 率特性，温度特性。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通 过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电 转换。没有极性，纯粹是个电阻器件，使用时可加直流也可以加交流。 2.2 电容的测试 2.2.1 陶瓷电容 用高介电常数的电容器陶瓷〈钛酸钡一氧化钛〉挤压成圆管、圆片或圆盘作为 介质，并用烧渗法将银镀在陶瓷上作为电极制成。它又分高频瓷介和低频瓷介两种。 具有小的正电容温度系数的电容器，用于高稳定振荡回路中，作为回路电容器及垫 整电容器。低频瓷介电容器限于在工作频率较低的回路中作旁路或隔直流用，或对 稳定性和损耗要求不高的场合〈包括高频在内〉。这种电容器不宜使用在脉冲电路 中，因为它们易于被脉冲电压击穿。 5 分类：它又分高频瓷介和低频瓷介两种。具有小的正电容温度系数的电容器， 用于高稳定振荡回路中，作为回路电容器及垫整电容器。低频瓷介电容器限于在工 作频率较低的回路中作旁路或隔直流用，或对稳定性和损耗要求不高的场合〈包括 高频在内〉。这种电容器不宜使用在脉冲电路中，因为它们易于被脉冲电压击穿。 优缺点：优点：稳定，绝缘性好，耐高压。 缺点：容量比较小。 2.2.2 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。电容由两 个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。 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。由于 均以电解质作为负电极（注意和电介质区分），电解电容器因而得名。 特点：电解电容器特点一：单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几 十到数百倍。 电解电容器特点二：额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万 6 μf甚至几f（但不能和双电层电容比）。 电解电容器特点三：价格比其它种类具有压倒性优势，因为电解电容 的组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。制造电解电容的设备也都是普通的 工业设备，可以大规模生产，成本相对比较低。 2.3 三极管的测试 1．中、小功率三极管的 A已知型号和管脚排列的三极管，可按下述方法来判断其性能好坏 (a)测量极间电阻。将万用表置于R×100或R×1K挡，按照红、黑表笔的六种不 同接法进行测试。其中，发射结和集电结的正向电阻值比较低，其他四种接法测得的电 阻值都很高，约为几百千欧至无穷大。但不管是低阻还是高阻，硅材料三极管的极间电 阻要比锗材料三极管的极间电阻大得多。 (b)三极管的穿透电流ICEO的数值近似等于管子的倍数β和集电结的反向电流ICBO的乘积。ICBO随着环境温度的升高而增长很快，ICBO的增加必然造成ICEO的增大。而ICEO的增大将直接影响管子工作的稳定性，所以在使用中应尽量选用ICEO小的管子。 通过用万用表电阻直接测量三极管e－c极之间的电阻方法，可间接估计ICEO的大小，具体方法如下： 万用表电阻的量程一般选用R×100或R×1K挡，对于PNP管，黑表管接e极，红表笔接c极，对于NPN型三极管，黑表笔接c极，红表笔接e极。要求测得的电阻越大越好。e－c间的阻值越大，说明管子的ICEO越小；反之，所测阻值越小，说明被测 7 管的ICEO越大。一般说来，中、小功率硅管、锗材料低频管，其阻值应分别在几百千 欧、几十千欧及十几千欧以上，如果阻值很小或测试时万用表指针来回晃动，则表明ICEO 很大，管子的性能不稳定。 (c)测量放大能力(β)。目前有些型号的万用表具有测量三极管hFE的刻度线及 其测试插座，可以很方便地测量三极管的放大倍数。先将万用表功能开关拨至挡，量 程开关拨到ADJ位置，把红、黑表笔短接，调整调零旋钮，使万用表指针指示为零，然 后将量程开关拨到hFE位置，并使两短接的表笔分开，把被测三极管插入测试插座，即 可从hFE刻度线上读出管子的放大倍数。 B检测判别电极 (a)判定基极。用万用表R×100或R×1k挡测量三极管三个电极中每两个极之间 的正、反向电阻值。当用第一根表笔接某一电极，而第二表笔先后接触另外两个电极均 测得低阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。这时，要注意万用表表笔的极性，如果红表笔接的是基极b。黑表笔分别接在其他两极时，测得的阻值都较小，则 可判定被测三极管为PNP型管；如果黑表笔接的是基极b，红表笔分别接触其他两极时，测得的阻值较小，则被测三极管为NPN型管。 (b)判定集电极c和发射极e。(以PNP为例)将万用表置于R×100或R×1K挡，红表笔基极b，用黑表笔分别接触另外两个管脚时，所测得的两个电阻值会是一个大一 些，一个小一些。在阻值小的一次测量中，黑表笔所接管脚为集电极；在阻值较大的一 次测量中，黑表笔所接管脚为发射极。 C判别高频管与低频管 高频管的截止频率大于3MHz，而低频管的截止频率则小于3MHz，一般情况下， 二者是不能互换的。 D在路电压检测判断法 在实际应用中、小功率三极管多直接焊接在印刷电路板上，由于元件的安装密度 大，拆卸比较麻烦，所以在检测时常常通过用万用表直流电压挡，去测量被测三极管各 引脚的电压值，来推断其工作是否正常，进而判断其好坏。 2．大功率晶体三极管的检测 利用万用表检测中、小功率三极管的极性、管型及性能的各种方法，对检测大功 8 率三极管来说基本上适用。但是，由于大功率三极管的工作电流比较大，因而其PN结 的面积也较大。PN结较大，其反向饱和电流也必然增大。所以，若像测量中、小功率三 极管极间电阻那样，使用万用表的R×1k挡测量，必然测得的电阻值很小，好像极间短 路一样，所以通常使用R×10或R×1挡检测大功率三极管。 2.4 发光二极管 发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中 作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光， 碳化硅二极管发黄光。 它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电 压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和 空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量 越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。 发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串 联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算： R＝（E－UF）／IF 式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应按电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长， 但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。 发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零 9 点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流 强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中 用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。把它的管心做成条状，用7条条状的发光管组成7段式半导体数码管，每个数码管可显示0～9十个数目字。 发光二极管分类:发光二极管还可分为普通单色发光二极管、高亮度发光二极 管、超高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、 红外发光二极管和负阻发光二极管等。 2.5 555芯片 555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制 作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、 单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪 器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。 555内部结构及原理：555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器 的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3， 10 同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触 发器置 0，使输出为 0 电平。 11 3.1 双色闪灯的制作与调试 操作步骤：1、配齐元件和其他附件，并对元件进行检测。 2、根据电路图合理安排元件安装位置和走线。工艺要求 3、安装元件，检查无误后下焊。工艺要求 4、按图接线。 调试：当自己检查过一遍后，接通电源，然后观察两个二极管的闪烁情况，如果没 有看到两个二极管交替闪烁，说明出错。自己要回过头来认真检查错误，只到达到预期 的效果。如果两个二极管交替闪烁，证明达到了实验要求。 3.2 光敏百鸣鸟的制作与调试 操作步骤：1、配齐元件和其他附件，并对元件进行检测。 2、根据电路图合理安排元件安装位置和走线。工艺要求 3、安装元件，检查无误后下焊。工艺要求 4、按图接线。 调试：当用手或用其他不透光物体遮挡光敏电阻，随着光敏电阻所受光多少，蜂鸣 器发出不同频率的声音，像鸟的叫声，即达到了设计要求。如果没有出现预期的效果， 那就要回过头仔细检查错误。一直到达到设计要求为止。 12 经过了几天紧锣密鼓的准备制作及调试，终于到最后要总结此次的课程设计。可以 说感慨万分，悲喜交加。最重要的是感谢张愉老师的细心指导。 本次课程设计要做的是光敏百鸣鸟和双色闪光灯。其实没有想象中的那么难搞，细 细想来这些知识我们在过去的学习中都已经学过。所以不一会我们就搞懂了其中的原 理，接下来就是布线和焊接，这也是关键的一步，因为很好的布线会省去跳线的麻烦。 我花了大约一个多小时才搞定，接下来我很快的就焊好了。调试的时候，我很幸运，两 个板子都一次性成功了。我感到很满意。 经过这次课程设计，不仅加深了我对所学理论只是的理解，培养我更好地将所学的 理论应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜 自己，独自解决困难的能力。我将老师教我们的知识不断改进，比如这次的用交流调光 电路，经过不断改善，使之功能不断完善，成为自己能懂的东西。这个过程中，我们花 费了大量的时间和精力，更重要的是，我们在学会创新的基础上，同时还懂得合作精神 的重要性，学会了与他人合作。 13 1、王元庆 新型传感器原理及应用 北京 机械工业出版社 2002 2、王庆友 图像传感器应用技术 北京 电子工业出版社 2003 3、梁森 王侃夫 黄杭美 自动检测与转换技术 北京 机械工业出版社 2005 4、杨志忠 数字电子技术 北京 高等教育出版社 2003 5、张福学 传感器应用及其电路精选（上、下册） 北京 电子工业出版社 2000 14