光控開關電路設計模擬電子技術

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1、 成績 課程設計說明書（論文） 題目： 光控開關電路設計 課程名稱： 模擬電子技術 學 院： 電子信息與電氣工程學院 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師：

2、 2014年06月06日 課 程 設 計 任 務 書 設計題目 光控開關電路設計 學生姓名 所在學院 電子信息與電氣工程學院 專業(yè)、年級、班 設計要求： 1、設計制作一個光控開關電路； 2、 用光敏二極管作為感光元件； 3、 通過電位器調節(jié)感光靈敏度； 4、當光線低于設定值時，輸出繼電器動作，LED燈亮。 主要元件：光敏二極管、電位器、5V固態(tài)繼電器、8050、μA741、1N 4007 學生應完成的任務： 掌握模擬電路的一般設計方法和步驟；掌握Multisim、proteus等電路仿真軟件的應用；運用PCB設計軟件設計符合要求

3、的印刷電路板；掌握模擬電路的安裝與調試的一般方法；掌握設計說明書的撰寫方法 設計一個光控開關電路，并利用Multisim軟件進行電路仿真。利用DXP軟件繪制電路原理圖，并設計制作電路的PCB板。根據設計原理對電路進行安裝調試，完成課程設計工作，并提交課程設計報告。 參考文獻： 【1】童詩白,華成英.模擬電子技術[M].北京:高等教育出版社,2006 【2】陳大欽.電子技術基礎實驗-電子電路實驗、設計、仿真[M].北京:高等教育出版社,2006 【3】彭介華.電子技術課程設計指導[M].北京:高等教育出版社,2010 【4】邱關源,羅先決.電路(第五版)[M].北京:北京大學

4、出版社,2006 工作計劃： 5月26日—28日完成原理圖的設計；5月28日—30日進行PCB設計；6月3日號—4日制作PCB板；6月5日—6日電路板安裝與調試，提交課程設計報告。 任務下達日期： 2014 年 5 月 26 日 任務完成日期： 2014 年 6 月 6 日 指導教師（簽名）： 學生（簽名）： 光控開關電路設計 摘 要：此光控燈電路是基于光電傳感器特性的基礎上而設計的。該光控開關由光控部分，

5、開關部分， LED燈三部分組成。當自然光的亮度（或人為亮度）發(fā)生改變時，光控燈將隨著“開”和“關”。適合作為街道、宿舍走廊或其它公共場所照明燈，起到日熄夜亮的控制作用，以節(jié)約用電。它具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點，適合于各種樓房走廊的照明設備，降低能耗，節(jié)約能源。 關鍵詞：光敏二極管；電壓比較器；繼電器；晶體三極管 目 錄 1.設計背景………………………………………………………………1 1.1滿足現實生活需求…………………………………………………1 1.2適應

6、現代科技發(fā)展…………………………………………………1 2.設計方案………………………………………………………………1 2.1可供選擇方案. ………………………………………………………1 2.2方案論證………………………………………………………2 3.方案的實施……………………………………………………………2 3.1原理圖的設計………………………………………………………2 3.2PCB板的設計和制作…………………………………………………4 3.3元器件的組裝與焊接……………………………………………6 3.4光控開關的調試…………………………………………………6

7、 4.結果與結論……………………………………………………………6 4.1.光控開關設計結果………………………………………………6 4.2.結論………………………………………………………………6 5.收獲與致謝……………………………………………………………7 6.參考文獻………………………………………………………………8 7.附件……………………………………………………………………8 . . . 1. 設計背景 1.1滿足現實生活需求 在現代社會現實生活中我們無時無刻不在使用這電燈，現在市場上出現了各種各樣的燈，比如：白熾燈，節(jié)能燈，彩燈等等，但是不論如何

8、都少不了控制這些燈的開關。因此，設計一個可行性的開關顯的尤為的重要。本次設計就是為了滿足現實生活的需求而設計的光控開關。 1.2適應現代科技發(fā)展 隨著現代科學技術的發(fā)展傳統(tǒng)式開關已經不能滿足現代生活。在現代社會很多地方夜晚需要長明燈，比如一些公共場所，一些生產車間。如果這些地方使用傳統(tǒng)的開關很可能產生夜晚開燈之后，等到白天的時候就會忘記關燈而造成嚴重的能源浪費。還有在一些生產過程中，我們能把這些光控開關當做報警裝置的一部分。當人手觸碰到那些危險區(qū)域之前，由于人手的遮光而使得光線變暗而觸發(fā)開關產生報警。因此我們的光控開關的設計是很有必要很有意義的一件事。 2.設計方案 2.1可供選取方案

9、： 方案一： 用A741光敏二極管構成光控部分 通過改變A741正向與反向輸入電壓的不同使A741的輸出端輸出穩(wěn)定的高電平或低電平從而使8050晶體三極管導通或截止來控制繼電器的錫合與斷開。 方案二： 用555定時器構建單穩(wěn)態(tài)電路與光敏二極管夠成光控部分 用555定時器構建的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器同樣能輸出穩(wěn)定的高電平或低電平從而使8050晶體三極管導通或截止來控制繼電器的錫合與斷開。 2.2方案的論證和選?。? 用A741與光敏二極管構成的光控電路部分，電路結構更加簡單可行，現實情況更容易制作。因此，通過比較最終方案選用方案一。 3. 方案實施 3.1原理圖的設計： 設計原理：

10、光敏二極管也叫光電二極管，光敏二極管與半導體二極管在結構上是類似的，其管芯是一個具有光敏特征的PN結，具有單向導電性，因此工作時需加上反向電壓。無光照時，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流，此時光敏二極管截止。當受到光照時，飽和反向漏電流大大增加，形成光電流，它隨入射光強度的變化而變化，此時光敏二極管導通。因此可以通過改變光照的強度來控制A741正向和反向輸入端電壓的變化使正向和反向輸入電壓產生電壓差，從而使A741輸出一個穩(wěn)定的高電平或低電平，使8050晶體三極管導通或截止，既而使繼電器錫合和斷開，而控制LED燈的亮與滅。 元器件的選取 通過對設計原理的分析可以選取以下元器件 Photo

11、 sen 1個 電阻 10k 4個 繼電器 1個 小電位器 1個 Ua741cn 1個 Led

12、1個 Diode in4007 1個 Npn 1個 Header 1個 光控開關 1個 用Mltisim仿真軟件仿真原理圖及分析如下： 圖3.1 無光照時LED燈變亮 圖3.2 有光時LED燈滅 上面圖1，圖2分別用Multisim仿真軟件模擬了有光

13、和無光時LED燈的變化情況。由于仿真軟件無法模擬出光照強度的變化，我們選用滑動變阻器R2來代替光敏二極管。 上圖3.1與圖3.2中由電阻R1和滑動變阻器R2共同分得VCC的5V電壓，電阻R4和滑動變阻器R3共同分得VCC的5V電壓。A741的正向輸入電壓取自滑動變阻器R3，反向輸入電壓取自電阻R1。通過調節(jié)滑動變阻器R3能改變此光控開關的靈敏度。從A741的輸出端接一個保護電阻R5再接入到8050晶體三極管的基極。8050晶體三極管的發(fā)射極接地，集電極通過整流二極管1N4007與電源VCC相連構成通路。5V固態(tài)繼電器的一端與8050晶體三極管的集電極和VCC相連，另一端與LED燈相連。 當

14、無光照時，由于光敏二極管反向接在電路中，因為光敏二極管具有單向導電性，無光照時光敏二極管處于截止狀態(tài)，用滑動變阻器代替光敏二極管時，即通過調節(jié)滑動變阻器使電阻變大，使滑動變阻器分得的VCC的電壓變多，從而使得R1上分得的電壓變少，既而使得A741反向輸入端的電壓變小。當反向輸入端的電壓變的小于正向輸入端的電壓時，當有光照時，光敏二極管由于受到光照產生光電流，用滑動變阻器反映出來即是滑動變阻器R2的阻值變小。即可通過滑動滑動變阻器的滑片使其阻值變小，便能模擬出光敏二極管受光照時的變化。當滑動變阻器R2電阻變小時， R2上分得的電壓變小，即固體電阻R1上分得的電壓變大，即A741的反向輸入端的電壓

15、變大。當A741反向輸入端的電壓比正向輸入端的電壓大，由于從A741輸出的低電平不足以使8050晶體三極管導通。因此不能使得5V固態(tài)繼電器錫合，相當于開關斷開而不能使LED燈導通，所以LED燈變滅。 3.2ＰＣＢ板的設計和制作 PCB元原理圖的繪制 首先根據multisim軟件的仿真原理圖用Altium designer09軟件繪制出制作PCB板的原理圖3.3如下： 圖3.3 PCB板的原理圖 PCB板原理圖的導入 用Altium designer09軟件將PCB原理圖導入到PCB如下圖3.4： PCB設計規(guī)格見，附件表 PCB板的轉印、腐蝕、打孔 在PCB轉印和腐蝕

16、的時候切記不能把上邊的油墨線碰掉，否則會造成銅線的斷開而導致PCB的制作失敗。在打孔的過程中要把握打孔的大小和方位，稍有錯誤就能導致制版的失敗。 3.3元器件的組裝與焊接 在元器件的組裝過程中要分清楚各個電阻的阻值大小， 1N4007整流二極管的組裝方向，以及A741芯片的安裝方向要安裝正確，光敏二極管和LED燈的安裝要分清楚正負極。 在焊接元器件的時候要注意不要產生虛焊，由于某些元器件的焊盤之間的距離過小，在焊接的過程中要小心焊接不能讓兩個焊盤連接產生短路。 3.4光控開關的調試 元器件的安裝和焊接完成以后要對所設計產品進行調試，在調試的過程中，要注意電源電壓不能太高（電壓在5V到

17、6V之間），電壓過高會導致晶體三極管的擊穿而使整個設計的產品報廢。調試過程中通過調節(jié)滑動變阻器R3的阻值來調節(jié)光控開關的靈敏度。如果滑動變阻器R3的阻值過大可能導致光控開關的靈敏度過低，而使光控開關不能工作。通過調試要找到一個合適的臨界點，使所設計的光控開關工作恰到好處。 4. 結果與結論 4.1光控開關設計結果 本次課程設計，成功設計出光控開關，并且成功組裝和焊接，通過調試，能使 所設計光控開關工作。但是，工作狀態(tài)不是太穩(wěn)定，出現了有時不會工作的情況。 4.2結論 本次設計通過Multisim仿真軟件，仿真出在理想狀態(tài)下所設計的電路能正常的工作，在仿真軟件上能夠通過改變滑動電阻器

18、R2的阻值來模擬光電二極管在有光照和無光照的情況下的工作狀態(tài)，來控制LED燈的亮與滅。但是在現實情況下所設計的產品卻不能正常工作。所以可以看到電子元件在理想狀態(tài)和現實狀態(tài)下工作是有很大的差別的。 5. 收獲與致謝 本次課程設計，我們歷時兩周，在這次課程設計之前我們老師就給我們說過讓我們提前為這次課程設計做準備，所以在這次課程設計開始之前我們就想好了自己要設計的課題，也為此做了相應的準備。本次設計開始之前準備的時候感覺設計的課題沒有多大的難度，因為自己心想著各種元器件的功能自己已經了解，設計光控開關的原理自己在心里也很清楚，想到這次的課程設計應該不會有太大的困難。但是當課程設計開始之后發(fā)現事

19、實情況并沒有自己想象的那么容易。 首先，在用Multisim仿真軟件進行電路仿真的時候我們就遇到了困難。在用Multisim軟件仿真的時候我們無法模擬出光照強度的變化，也就是說我們無法用光敏二極管來進行電路的仿真，最后在楊欣老師的幫助下我們選擇了用滑動變阻器來代替光敏二極管，從而解決了這個問題。其次我們在進行PCB板制作的時候，我們也遇到了困難，在進行轉印的時候我們總是轉印失敗，失敗一次就得請老師打印一次電路圖。最終我們在失敗了兩次的情況下成功的制作出了一個光控電路的PCB板子。 本次課程設計，我最大的收獲就是通過自己反復的查閱資料，反復的翻看課本對各個以前自己自認為已經掌握的知識有了更深

20、層次的認識，對各種元器件的用法有了更深的了解。而且通過電路的仿真與PCB板的制作我對Multisim仿真軟件和Altium Designer軟件的功能和操作有了更加熟悉的掌握。今天我已明白課程設計對我來說的意義，它不僅僅是讓我們把所學的理論知識與實踐相結合起來，提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力，更重要的是同學間的團結合作精神才能更好的克服困難。 這本次課程設計過程中，我首先要向要向我們的指導老師，楊欣老師表示感謝，沒有他認真負責的指導我們不可能那么順利的完成本次課程設計。再者我要感謝我的隊友，沒有我們的共同合作就沒有我們的設計成果。還有要感謝學校給我們提供了這次課程設計的機會，放心的給

21、我們提供了那么多的實驗設備以及設計所需的各種元器件和材料，讓我們來完成這次課程設計。 6. 參考文獻 [1]童詩白.模擬電子技術基礎 [M].北京：高等教育出版社， 2005. [2]秦長海，張?zhí)禊i，翟亞芳.數字電子技術 [M].北京：北京大學出版社， 2012. [3]邱關源，羅先覺.電路（第五版） [M].北京：高等教育出版社， 2006. [4]閻石.數字電子技術（第五版） [M].北京：高等教育出版社， 2005. [5]谷樹忠，劉文洲，姜航Altium Designer教程 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2010. 7. 附件 設計原理圖

22、 Altium designere 09原理圖 Altium designere 09PCB圖 指導教師評語： 課程設計報告成績： ，占總成績比例： 40％ 課程設計其它環(huán)節(jié)成績： 環(huán)節(jié)名稱： 原理設計 ，成績： ，占總成績比例： 20％ 環(huán)節(jié)名稱： PCB設計 ，成績： ，占總成績比例： 20％ 環(huán)節(jié)名稱： 安裝調試 ，成績： ，占總成績比例： 20％ 總 成 績： 指導教師簽字： 年 月 日 本次課程設計負責人意見： 負責人簽字： 年 月 日 11