1、實 驗 報 告電子測量與電子電路綜合設計型實驗 實驗名稱：聲控報警電路設計 實驗學生：_XXX_ 學生學號：_XXXXXXXXXX_所屬班級：_XXXXXXXXXX_班內(nèi)序號：_XX_所屬學院：_電子工程學院_電子測量與電子電路綜合設計型實驗實驗報告 2016年4月1 摘要 我們生活中最常見的聲控電路就是樓道里的聲控節(jié)能燈。用聲響是它點亮，然后延時熄滅。本實驗設計雖為聲控報警電路，但其原理與其它聲控電路相似。由于聲控報警器體積小，靈敏度高具有很強的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應用。此外，其價格低廉、技術性能穩(wěn)定等特點也受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。以此電路為依據(jù)，只

2、需更換相應的報警顯示元件即可改裝成不同類型的報警器，如紅外報警器, 紅外線聲先報警器等。本課程主要進行了簡易的聲控報警器的電路設計并實現(xiàn)了報警功能。本設計利用麥克風模擬異常響動,信號經(jīng)過運算放大器LM358放大，再經(jīng)過延時電路進行延時，隨后通過比較器輸出，輸出的直流經(jīng)過方波振蕩器產(chǎn)生一個方波使蜂鳴器工作。 關鍵詞：LM358，延時電路，比較器，方波振蕩器。二設計任務要求 1.基本要求：在麥克風近處擊掌（模擬異常響動），電路能發(fā)出報警聲，持續(xù)時間大于5秒。聲音傳感器用駐極體式咪頭，蜂鳴器用無源壓電式蜂鳴器。 2.提高要求： A：增加報警燈，使其閃爍報警。 B：增加輸出功率，提高報警音量

3、，加強威懾力。三.設計思路及總體結構框圖總體結構框圖延時電路麥克蜂鳴器方波振蕩器比較器放大器設計思路 在麥克風近處擊掌模擬異常響動，將聲信號轉化為交流電信號，此交流電信號經(jīng)過LM358集成運放放大，放大的信號經(jīng)過RC延時電路使其放大輸出的高電位能夠維持一段時間，隨后經(jīng)過一個比較器使輸出的電位高于某一值時能夠被輸送給至方波振蕩器，此時方波振蕩器接受的是一個直流，此直流使其起振，輸出一個方波，此時可以再加一級LM358集成運放把方波放大，再輸送給蜂鳴器使其工作，達到報警的效果。4. 分塊電路和總體電路的設計1、 駐極體麥克電路設計參數(shù)分析：麥克風中的場效應管的UDS一般在1.5V4.5V之間，而I

4、DS一般在0.1mA1mA之間。若供電電壓VCC在6V8V時，可知RD約在2.2K5.1K之間。實驗電路可預取2.8K。C為隔直電容，可采用22uF的電解電容。2、兩級放大電路的設計及其輸出波形仿真電路：輸出波形：參數(shù)分析:由于LM358內(nèi)集成運放放大倍數(shù)有限，過大的倍數(shù)會引起波形的失真，所以我通過兩級放大實現(xiàn)功能。前置放大兩級都采用反相比例電路完成。第一級和第二級放大都通過一個可變電阻實現(xiàn)負反饋來調節(jié)放大倍數(shù)，放大倍數(shù)表達是Av=Rf /R1R1為信號輸入端的限流電阻經(jīng)過實際電路的調試，第一級放大20倍左右為最佳，第二級放大20倍。第一級放大設置電阻為2k和40k，第二級放大設置電阻為2k和

5、40k，兩級共放大了400倍左右，可以滿足電路需求。3、電壓比較器及其輸出波形仿真電路：輸出波形： 設置一個電位器來調節(jié)閾值電壓，電路中采用的是無滯回同相電壓比較器，若直流偏置設置為5V，則閾值電壓應調節(jié)在0.1974V左右。4、 RC延時單元仿真電路:輸出波形：用開關來控制信號輸入，開關閉合時信號輸入，電容迅速充電，開關斷開電容緩慢放電，通過電容的快充慢放達到延時效果5. 方波振蕩單元仿真電路:輸出波形：向方波振蕩器輸入高電平，輸出方波。經(jīng)過CD4011組成的振蕩器，便可將高電平轉化成方波輸入蜂鳴器，使蜂鳴器發(fā)聲。參數(shù)分析：門3和門4組成了振蕩器，它能不能振蕩要受到門2的輸出電平控制。當門2

6、輸出為低電平“0”時，門3有一個輸入端為“0”，它的輸出端電位就被鎖定在高電平“1”上，門4的輸出就是低電平“0”，不會跟隨門3另一個輸入端E的變化而改變了。這就是說，門3和門4組成的多諧振蕩器不能產(chǎn)生振蕩，從而使蜂鳴器也不發(fā)聲。只有當門2輸出高電平“1”時，振蕩器產(chǎn)生自激振蕩，蜂鳴器發(fā)出聲響。 6、總電路圖5. 所實現(xiàn)的功能說明1.基本功能：在麥克風近處擊掌，蜂鳴器能發(fā)出警報聲，能夠持續(xù)8秒鐘時間。2.擴展功能：設置了LED燈，在報警的同時會發(fā)出紅色的燈光警告。并且在輸出去部分附加以及放大以增大輸出功率。在方波振蕩器后面接入一個由LM358構成的放大輸出級，進行同向放大，實現(xiàn)功率的增大。3.

7、主要測試數(shù)據(jù)：輸入端接入方波信號電壓幅度：200mV頻率：1kHz比較器參考電壓：4.5V比較器輸出高電平：8V比較器輸出低電平：-0.7V方波輸出幅度：7V報警時長：8s4.調試方法和過程：1.面包板按照仿真原理圖事先搭建好，到了實驗室以后檢查布線是否合理，電路搭建有無錯誤。2.逐級接上示波器觀察波形并調測，消除直流偏置及自激現(xiàn)象。3.先不接入駐極體麥克，用函數(shù)發(fā)生器驅動蜂鳴器，看其是否正常發(fā)聲。4.接入駐極體麥克，擊掌，看其是否正常發(fā)聲，調節(jié)放大電路電位器以增強電路靈敏度，并調節(jié)RC電路的阻值和電容值，使蜂鳴器持續(xù)發(fā)聲超過5秒。5.實際電路圖：6、 故障及問題分析問題檢驗方法步驟：(1)

8、首先檢查電路連接，是否有無斷點或可以點；(2) 用萬用表測試所有線路，確保都為正常電路；(3) 調節(jié)電源為6伏，用萬用表測試電壓，保證電壓正常能使芯片工作；(4) 正確連接電路，接上駐極體麥克，擊掌看是否報警，報警為發(fā)聲和發(fā)光，如果發(fā)光二極管不亮并且蜂鳴器不響，說明比較器之前的電路存在問題。如果發(fā)光二極管亮而蜂鳴器不響，說明方波振蕩器存在問題，可以用示波器去檢測方波振蕩器的輸出波形。故障分析：(1) 兩級放大的輸出失真嚴重:在調試兩級放大的過程中，發(fā)現(xiàn)輸出電壓失真嚴重，分析原因是阻容耦合的不適當，在調節(jié)級聯(lián)之間電阻和電容的匹配之后，兩級放大輸出波形得以恢復。(2) 同時發(fā)現(xiàn)有些元件是多余的，甚

9、至會有反作用，在電路中一些沒有必要的電容反而會影響電路的性能，從而導致一些失真。(3) 電容使用不當，造成電路自激，接通電源就會報警，但是與正常的報警聲存在區(qū)別，頻率較低，經(jīng)驗證和調試，調節(jié)耦合電容或者去掉一些不必要的電容（保證電路穩(wěn)定性的前提下），電路能夠正常工作(4) 延時電路的選擇上，剛開始延時電路是加在方波振蕩器的前端，發(fā)現(xiàn)電路的延時功能不是特別好，對方波振蕩器也有影響。之后調試放在比較器的輸入前端，調節(jié)RC之間的大小，來改變時間常數(shù)，從而控制延時時長。(5) 在電路實現(xiàn)的過程中，通過RC之后的比較器輸入應該是直流高電平，出現(xiàn)發(fā)光二極管亮，但是蜂鳴器不響的情況時，說明方波振蕩器沒有發(fā)生

10、振蕩。(6) 蜂鳴器的聲音不是特別響，但是方波振蕩器的輸出電壓有5V，通過一個耦合電容使其與蜂鳴器匹配，效果比之前要好，再通過一級放大器使其功率得到提高。七總結和結論一、 實驗總結：通過這次實驗，我對駐極體麥克以及延時電路和方波振蕩器有了更深的了解，對模擬電路設計過程和方法有了基本的了解和認識，學習和加強了multisim的使用，對知識點有了更深的理解。同時在上學期的基本實驗的基礎上，去實現(xiàn)一個多模塊化的系統(tǒng)電路設計對自身的協(xié)調解決問題能力是個很好的鍛煉。二、 實驗結論：實驗雖然原理和結構不難，但是在調試的過程中還是有很多問題暴露出來，這要求我們不僅僅停留在課本的知識上，還需要去拓展知識，耐心

11、的尋找和改正錯誤，使我們解決問題的能力得到很大的提高。在實驗的過程中，必須特別嚴謹，尤其是在模電實驗中，可能讀數(shù)的一點點誤差都會很難得出正確的實驗結論，所以在模電實驗中，我們必須認真對待實驗的每一個步驟，來不得半點馬虎，而這種精神不僅是在實驗中，在我們以后的工作中都是很重要的。8 實驗元件與儀器資料8.1駐極體式咪頭8.1.1駐極體咪頭簡介 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。 8.1

12、.2極性判斷它的電路的接法有兩種：源極輸出和漏極輸出。源極輸出有三根引出線，漏極D接電源正極，源極S經(jīng)電阻接地，再經(jīng)一電容作信號輸出；漏極輸出有兩根引出線，漏極D經(jīng)一電阻接至電源正極，再經(jīng)一電容作信號輸出，源極S直接接地。所以，在使用駐極體話筒之前首先要對其進行極性的判別。在場效應管的柵極與源極之間接有一只二極管，因而可利用二極管的正反向電阻特性來判別駐極體話筒的漏極D和源極S。將萬用表撥至R×1k檔，黑表筆接任一極，紅表筆接另一極。再對調兩表筆，比較兩次測量結果，阻值較小時，黑表筆接的是源極，紅表筆接的是漏極。8.1.3靈敏度檢測 在收錄機、電話機等電器中廣泛應用的駐極體話筒，其靈

13、敏度直接影響送話和錄放效果。這類話筒靈敏度的高低可用萬用表進行簡單測試。將萬用表撥至R×100檔，兩表筆分別接話筒兩電極（注意不能錯接到話筒的接地極），待萬用表顯示一定讀數(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，送話、錄音效果就越好。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。對于三根引腳駐極體電容式話筒檢測方法同上，只是黑表棒接輸出引腳2腳，紅表棒接引腳3腳。8.1.5電路接法 接法1：源極輸出源極輸出類似晶體三極管的射極輸出。需用三根引出線。漏極D接電源正極。源極S與地之間接一電阻R

14、s來提供源極電壓，信號由源極經(jīng)電容C輸出。編織線接地起屏蔽作用。源極輸出的輸出阻抗小于2k，電路比較穩(wěn)定，動態(tài)范圍大。但輸出信號比漏極輸出小。接法2：漏極輸出漏極輸出類似晶體三極管的共發(fā)射極放入。只需兩根引出線。漏極D與電源正極間接一漏極電阻RD，信號由漏極D經(jīng)電容C輸出。源極S與編織線一起接地。漏極輸出有電壓增益，因而話筒靈敏度比源極輸出時要高，但電路動態(tài)范圍略小。8.2集成運放芯片LM3588.2.1 LM358引腳圖8.2.2 LM358簡介 LM358是雙運算放大器。內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式。6

15、.2.3 LM358特性 直流電壓增益高(約100dB) 。單位增益頻帶寬(約1MHz) 。電源電壓范圍寬：單電源(330V)；雙電源(±1.5一±15V) 。低功耗電流，適合于電池供電。 低輸入失調電壓和失調電流。 共模輸入電壓范圍寬，包括接地。差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍。輸出電壓擺幅大（0至Vcc-1.5V) 。8.2.4 LM358參數(shù) 輸入偏置電流45 nA 輸入失調電流50 nA 輸入失調電壓2.9mV 輸入共模電壓最大值VCC1.5 V 共模抑制比80dB 電源抑制比100dB8.3與非門芯片CD40011 8.3.1 CD4011芯片引腳圖CD401

16、1是集成了四個與非門的芯片，即可采用單電源供電，又可采用雙電源供電。8.3無源式蜂鳴器與發(fā)光二極管無源蜂鳴器 無源蜂鳴器內(nèi)部沒有自帶的振蕩源，需要由前級輸出的頻率在2K-5K的方波來驅動。試驗中加一晶體管放大再接蜂鳴器增加蜂鳴器的輸入功率，以保證更好的實驗效果。發(fā)光二極管它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時

17、釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過二極管的電流。限流電阻R可用下式計算：R=（EUF）/IF。式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的正常工作電流。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。8.5實驗儀器 試驗所使用的測量和輔助儀器主要包括：萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、DSO-X2022A示波器、SS1793D直流穩(wěn)定電源。 下列根絕個人實驗列出幾點注意： 萬用表測電阻不可以在電路中測量，需要單獨取出測量。 函數(shù)信號發(fā)生器和直流穩(wěn)壓電源別忘OUTPUT。 示