題目：高保真警報(bào)模擬發(fā)聲器專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：電氣工程072班組別：指導(dǎo)教師：2009年7月10日高保真警報(bào)模擬發(fā)聲器一、引言1、選題意義隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)制度的建立，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)安防產(chǎn)業(yè)不斷向前推進(jìn)，因?yàn)殡S著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)軌，社會(huì)轉(zhuǎn)型的變革向縱深發(fā)展和知識(shí)經(jīng)濟(jì)、信息時(shí)代的到來(lái)，社會(huì)生活產(chǎn)業(yè)化，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)全球化，信息傳播網(wǎng)絡(luò)化，高科技運(yùn)用普及化趨勢(shì)，智能犯罪、新類型犯罪等比重不斷加大，手段更加隱蔽，破壞性將更加嚴(yán)重，影響更加廣泛。近年市場(chǎng)上報(bào)警器報(bào)警信號(hào)失真嚴(yán)重，裝置電磁兼容性差，對(duì)人們的正常生活造成了許多不必要的損失。隨著電子報(bào)警裝置便攜化，易操作化，我們的設(shè)計(jì)將克服以上缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)的高保真，反應(yīng)迅速等傳統(tǒng)警報(bào)信號(hào)所不具有的優(yōu)點(diǎn)。2、設(shè)計(jì)目標(biāo)本裝置運(yùn)用三極管非穩(wěn)態(tài)調(diào)諧振蕩模擬出高清晰的警報(bào)聲，力求做到體積最小化、低耗能和消除電磁兼容的基本要求。改進(jìn)了傳統(tǒng)電機(jī)型發(fā)聲器體積龐大，工作效率低下以及高耗能的缺點(diǎn)。其應(yīng)用范圍將更加廣泛，簡(jiǎn)單便攜容易控制，響應(yīng)迅速。在控制方面，增加了可動(dòng)開(kāi)關(guān)以適應(yīng)人們不同情況下的使用，還使用滑動(dòng)變阻器滿足聲音高低的可控性。電路的優(yōu)點(diǎn)得到了充分的展現(xiàn)，功能更加多樣化,能夠滿足不同群體不同情況中的使用推廣。值得一提的是該設(shè)計(jì)還可以通過(guò)限流和降壓裝置進(jìn)一步嵌入到高壓系統(tǒng)中，提高其利用效率。3、小組成員及分工小組構(gòu)成學(xué)號(hào)姓名分工組長(zhǎng)電路組裝與焊接、市場(chǎng)調(diào)研成員電路作圖、市場(chǎng)調(diào)研、校對(duì)電路設(shè)計(jì)、原理分析、市場(chǎng)調(diào)研市場(chǎng)調(diào)研、元件采購(gòu)、電路設(shè)計(jì)二、基本原理電路原理:圖中晶體管Tr1和Tr2構(gòu)成兩級(jí)放大器。通過(guò)10uF電容器，第二級(jí)的集電極向第一級(jí)的基級(jí)之間施加正反饋構(gòu)成振蕩回路，該回路的震蕩周期約為0.3s。從第二級(jí)發(fā)射極取出，由與10k并聯(lián)的10uF電容器充放電，輸出鋸齒形波。晶體管Tr3和Tr4構(gòu)成非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，圖中兩個(gè)三極管在“Tr3飽和Tr4截止”和“Tr3截止Tr4飽和”，二種狀態(tài)周期性的互換，其工作原理如下：(1)如圖1當(dāng)Vcc接上瞬間，Tr3、Tr4分別由RB1、RB2獲得正向偏壓，同時(shí)C1、C2亦分別經(jīng)RC1、RC2充電。圖1當(dāng)VCC通電瞬間圖2C2放電，C1充電回路圖3C1放電，C2充電回路(2)由于Tr3、Tr4的特性無(wú)法百分之百相同，假設(shè)某一三極管Tr3之電流增益比另一個(gè)三極管Tr4高，Tr3則Q會(huì)比Tr4先進(jìn)入飽和(ON)狀態(tài)，而當(dāng)Tr3飽和時(shí)，C2由Q1CE極經(jīng)VCC、RB2放電，在Tr4BE極形成一逆向偏壓，促使Tr3截止。同時(shí)C1經(jīng)Rc2及Tr3的BE極于短時(shí)間內(nèi)完成充電至VCC，如圖2所示。(3)Tr3ON、Tr4OFF的情形并不是固定的，當(dāng)C2放電完后(T2=0.7RB2C2秒)，C2由VCC經(jīng)RB2、Tr3C-E極反向充電，當(dāng)充到0.7V時(shí)，此時(shí)Tr4獲得偏壓而進(jìn)入飽和(ON)，C1由Tr4CE極，Vcc、RB1放電，同樣地，造成Tr3BE極逆偏壓。Tr3截止(OFF)，C2經(jīng)RC1及Tr4B-E極于短時(shí)間充至VCC，如圖3所示。(4)同理，C1放完電后(T=0.7秒)，Tr3經(jīng)RB1獲得偏壓而導(dǎo)通，Tr4OFF如此反覆循環(huán)下去。如圖所示波形。然后從Tr4的CE端取出的振蕩信號(hào)通過(guò)3.3uF的電容器及電位器施加到Tr5上，經(jīng)過(guò)Tr5的功率放大作用，將放大的信號(hào)加到揚(yáng)聲器兩端模擬警報(bào)發(fā)聲。3V的直流電壓源在運(yùn)行過(guò)程中為Tr1、Tr2、Tr3、Tr4和Tr5提供偏置電壓，并為揚(yáng)聲器施加驅(qū)動(dòng)電壓，保障電路功能的正常實(shí)現(xiàn)，提高電路反應(yīng)的靈敏度。圖4非穩(wěn)態(tài)振蕩輸出波形圖5電路原理圖三、主要元器件介紹1、元件清單表1名稱規(guī)格大小單價(jià)（元）數(shù)量實(shí)驗(yàn)電路板1CB-884.01塊滌綸電容器0.03uF1.04個(gè)鋁電解電容1uF0.52個(gè)3.3uF0.52個(gè)10uF0.52個(gè)100uF0.54個(gè)滑動(dòng)變阻器10K2.01個(gè)1W碳膜電阻3900.102個(gè)1.2K0.101個(gè)3.3K0.101個(gè)10K0.104個(gè)15K0.102個(gè)22K0.102個(gè)470K0.102個(gè)鎖子開(kāi)關(guān)1.51個(gè)發(fā)光二極管0.52個(gè)晶體管2SC1815-Y0.54個(gè)2SC2120-Y0.51個(gè)電池盒5號(hào)*22.51個(gè)電池搭扣006P1.01套電池5號(hào)2.52個(gè)揚(yáng)聲器0.25W82.01個(gè)導(dǎo)線4.53m總價(jià)：32.3+40+2=73.3元2、主要元器件介紹(一般為核心器件介紹)(1)2SC1815-Y型的普通晶體管(2)2SC2120-Y型的功率放大晶體管(3)10K滑動(dòng)變阻器(4)8，0.25W的揚(yáng)聲器(5)滌綸電容器和鋁電解電容器(6)碳膜電阻四、元件的市場(chǎng)調(diào)研與選擇元器件調(diào)研情況表2名稱符號(hào)規(guī)格型號(hào)價(jià)格（元）調(diào)研地點(diǎn)是否選用1W碳膜電阻R3900.10西北電子城是1.2K0.10西北電子城是3.3K0.10西北電子城是10K0.10西北電子城是15K0.10西北電子城是22K0.10西北電子城是470K0.10西北電子城是三極管Tr2SC1815-Y0.5南關(guān)電子城否2SC2120-Y0.5南關(guān)電子城否鋁電解電容器C1uF0.5西北電子城是3.3uF0.5西北電子城是10uF0.5西北電子城是100uF0.5西北電子城是滑動(dòng)變阻器Rw10K2.0南關(guān)電子城是發(fā)光二極管0.52個(gè)南關(guān)電子城是滌綸電容器0.03uF1.04個(gè)南關(guān)電子城是電路板1CB-884.0南關(guān)電子城是電池盒5號(hào)*22.5南關(guān)電子城是電池搭扣006P1.0南關(guān)電子城是電池5號(hào)2.5南關(guān)電子城是導(dǎo)線3m1.5南關(guān)電子城是揚(yáng)聲器80.25W2.0南關(guān)電子城是鎖子開(kāi)關(guān)1.5南關(guān)電子城是五、制作與調(diào)試1、焊接順序（1）焊接三極管，按照電路原理圖，將三極管按順序（注意三級(jí)管的管腳排列）及間隔焊接在電路板上；（2）焊接電阻，將電阻按照原理圖順序焊接；（3）焊接電容，將電容按照原理圖順序焊接（電容管腳長(zhǎng)為正，短為負(fù)）；（4）焊接其它元件及跳線。2、調(diào)試、檢查電路（1）焊接完畢，接通電源，但沒(méi)有結(jié)果。仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)有兩處等電位點(diǎn)未聯(lián)結(jié)，線將其連接，解決上述問(wèn)題；（2）在調(diào)試時(shí)，沒(méi)有預(yù)期的結(jié)果出現(xiàn)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)時(shí)將一電容正負(fù)極反接（正確的是管腳長(zhǎng)的一端是正極，另一端是負(fù)極），將其調(diào)整繼續(xù)調(diào)試；（3）再調(diào)試仍然沒(méi)有結(jié)果。檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)電路正確，用萬(wàn)用表檢查時(shí)揚(yáng)聲器兩端沒(méi)有電壓，小組成員集體討論認(rèn)定是晶體管管腳排列的問(wèn)題，其正確的排列應(yīng)該是：將晶體管平面朝上（即有參數(shù)一面），管腳朝向自己，從左到右按順序?yàn)镋CB排列。3、焊接實(shí)物圖圖6焊接實(shí)物圖4、調(diào)試結(jié)果設(shè)計(jì)的最后結(jié)果基本達(dá)到了預(yù)前的設(shè)想，聲音的高保真體現(xiàn)得最為明顯。為了完善功能我們還特意增加了視覺(jué)可感知信號(hào)，作為在特殊群體中的推廣。在控制方面，增加了可動(dòng)開(kāi)關(guān)以適應(yīng)人們不同情況下的使用，還使用滑動(dòng)變阻器滿足聲音高低的可控性。經(jīng)過(guò)完善后，電路的優(yōu)點(diǎn)得到了充分的展現(xiàn)，功能更加多樣化,能夠滿足不同群體不同情況中的使用推廣。為了凸顯本設(shè)計(jì)在聲音保真方面的優(yōu)點(diǎn)，專門和市場(chǎng)上音樂(lè)片的波形做了對(duì)比。(a)(b)(c)(d)圖7裝置聲音波形與音樂(lè)片聲音波形比較(a)(c)裝置聲音波形(b)(d)音樂(lè)片聲音波形通過(guò)以上波形顯示，裝置波形頻率和振幅明顯大于音樂(lè)片的，物理聲學(xué)告訴我們頻率代表音調(diào)，就是波形圖與橫軸交點(diǎn)的疏密代表音調(diào)；振幅代表響度，就是波形圖上一個(gè)周期內(nèi)最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的差距越大，響度越高,由此裝置在音調(diào)和響度方面優(yōu)于音樂(lè)片。5、改進(jìn)方向本電路僅容許在低壓系統(tǒng)中使用，信號(hào)頻率和開(kāi)關(guān)智能控制不理想，所以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)與完善。（1）功率放大電路采用了甲類功放，其在工作時(shí)效率太低，且沒(méi)有收到信號(hào)時(shí)電源仍提供功率，這些功率轉(zhuǎn)化為無(wú)用的管耗，所以在改進(jìn)中可以采用OTL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路來(lái)克服上述缺點(diǎn)。（2）三極管非穩(wěn)態(tài)振蕩回路中的定值電阻改為滑動(dòng)可控變阻器，來(lái)模擬不同頻率的警報(bào)聲，提高設(shè)備的實(shí)用性。（3）為了實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制的可操控性，可以嘗試用光敏電阻、熱敏電阻、濕度傳感器等智能開(kāi)關(guān)代替，一方面增加了電路的應(yīng)運(yùn)范圍，另一方面也增強(qiáng)了電路的智能化操作。六、設(shè)計(jì)總結(jié)1、設(shè)計(jì)小結(jié)這次設(shè)計(jì)課程之中遇