光控开关电路设计模拟电子技术.docx

.-成绩课程设计说明书论文题目：光控开关电路设计课程名称：模拟电子技术学 院： 电子信息与电气工程学院学生：学 号： 专业班级： 指导教师：2023 年 06 月 06 日.可修编-课 程 设 计 任 务 书设计题目光控开关电路设计学生所在学院设计要求：1、设计制作一个光控开关电路；电子信息与电气工程学院专业、年级、班2、 用光敏二极管作为感光元件；3、 通过电位器调整感光灵敏度；4、当光线低于设定值时，输出继电器动作，LED 灯亮。主要元件：光敏二极管、电位器、5V 固态继电器、8050、A741、1N 4007学生应完成的任务：把握模拟电路的一般设计方法和步骤；把握 Multisim、proteus 等电路仿真软件的应用；运用PCB 设计软件设计符合要求的印刷电路板；把握模拟电路的安装与调试的一般方法；把握设计说明书的撰写方法设计一个光控开关电路，并利用 Multisim 软件进展电路仿真。利用 DXP 软件绘制电路原理图， 并设计制作电路的 PCB 板。依据设计原理对电路进展安装调试，完成课程设计工作，并提交课程设计报告。参考文献：【1】童诗白,华成英.模拟电子技术M.:高等教育,2023【2】大钦.电子技术根底试验-电子电路试验、设计、仿真M.:高等教育,2023【3】介华.电子技术课程设计指导M.:高等教育,2023【4】邱关源,罗先决.电路(第五版)M.:大学,2023工作打算：5 月 26 日28 日完成原理图的设计；5 月 28 日30 日进展 PCB 设计；6 月 3 日号4 日制作PCB 板；6 月 5 日6 日电路板安装与调试，提交课程设计报告。.-指导教师签名：学生签名：任务下达日期：2023年5月26日任务完成日期：2023年6月6日.可修编-光控开关电路设计摘要：此光控灯电路是基于光电传感器特性的根底上而设计的。该光控开关由光控局部，开关局部， LED 灯三局部组成。当自然光的亮度或人为亮度发生转变时，光控灯将随着“开”和“关”。适合作为街道、宿舍走廊或其它公共场所照明灯，起到日熄夜亮的掌握作用，以节约用电。它具有体积小、外形美观、制作简洁、工作牢靠等优点，适合于各种楼房走廊的照明设备，降低能耗，节约能源。关键词：光敏二极管；电压比较器；继电器；晶体三极管目录1. 设计背景11.1 满足现实生活需求11.2 适应现代科技进展12. 设计方案12.1 可供选择方案12.2 方案论证23. 方案的实施23.1 原理图的设计23.2 PCB 板的设计和制作43.3 元器件的组装与焊接63.4 光控开关的调试64. 结果与结论64.1.光控开关设计结果64.2.结论65. 收获与致76. 参考文献87.附件8.-1. 设计背景1.1 满足现实生活需求在现代社会现实生活中我们无时无刻不在使用这电灯，现在市场上消灭了各种各样的灯，比方：白炽灯，节能灯，彩灯等等，但是不管如何都少不了掌握这些灯的开关。因此，设计一个可行性的开关显的尤为的重要。本次设计就是为了满足现实生活的需求而设计的光控开关。1.2 适应现代科技进展随着现代科学技术的进展传统式开关已经不能满足现代生活。在现代社会很多地方夜晚需要长明灯，比方一些公共场所，一些生产车间。假设这些地方使用传统的开关很可能产生夜晚开灯之后，等到白天的时候就会遗忘关灯而造成严峻的能源铺张。还有在一些生产过程中，我们能把这些光控开关当做报警装置的一局部。当人手触遇到那些危急区域之前，由于人手的遮光而使得光线变暗而触发开关产生报警。因此我们的光控开关的设计是很有必要很有意义的一件事。2. 设计方案2.1 可供选取方案：方案一：用 µA741 光敏二极管构成光控局部通过转变µA741 正向与反向输入电压的不同使µA741 的输出端输出稳定的高电平或低电平从而使 8050 晶体三极管导通或截止来掌握继电器的锡合与断开。方案二：用 555 定时器构建单稳态电路与光敏二极管够成光控局部用 555 定时器构建的单稳态触发器同样能输出稳定的高电平或低电平从而使.可修编-8050 晶体三极管导通或截止来掌握继电器的锡合与断开。2.2 方案的论证和选取：用 µA741 与光敏二极管构成的光控电路局部，电路构造更加简洁可行，现实状况更简洁制作。因此，通过比较最终方案选用方案一。3. 方案实施3.1 原理图的设计：设计原理：光敏二极管也叫光电二极管，光敏二极管与半导体二极管在构造上是类似的， 其管芯是一个具有光敏特征的 PN 结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时间敏二极管截止。当受到光照时，饱和反向漏电流大大增加，形成光电流，它随入射光强度的变化而变化， 此时间敏二极管导通。因此可以通过转变光照的强度来掌握 µA741 正向和反向输入端电压的变化使正向和反向输入电压产生电压差，从而使 µA741 输出一个稳定的高电平或低电平，使 8050 晶体三极管导通或截止，既而使继电器锡合和断开，而掌握 LED 灯的亮与灭。元器件的选取通过对设计原理的分析可以选取以下元器件Photo sen1 个电阻 10k4 个继电器1 个小电位器1 个Ua7411 个.-Led1 个Diode in40071 个Npn1 个Header1 个光控开关1 个用 Mltisim 仿真软件仿真原理图及分析如下：图 3.1 无光照时 LED 灯变亮.可修编-图 3.2 有光时 LED 灯灭上面图 1，图 2 分别用 Multisim 仿真软件模拟了有光和无光时 LED 灯的变化状况。由于仿真软件无法模拟出光照强度的变化，我们选用滑动变阻器 R2 来代替光敏二极管。上图 3.1 与图 3.2 中由电阻 R1 和滑动变阻器 R2 共同分得 VCC 的 5V 电压，电阻 R4 和滑动变阻器 R3 共同分得 VCC 的 5V 电压。µA741 的正向输入电压取自滑动变阻器 R3，反向输入电压取自电阻 R1。通过调整滑动变阻器 R3 能转变此光控开关的灵敏度。从 µA741 的输出端接一个保护电阻 R5 再接入到 8050 晶体三极管的基极。8050 晶体三极管的放射极接地，集电极通过整流二极管 1N4007 与电源 VCC 相连构成通路。5V 固态继电器的一端与 8050 晶体三极管的集电极和 VCC 相连，另一端与LED 灯相连。当无光照时，由于光敏二极管反向接在电路中，由于光敏二极管具有单向导电性，无光照时间敏二极管处于截止状态，用滑动变阻器代替光敏二极管时，即通过调整滑动变阻器使电阻变大，使滑动变阻器分得的 VCC 的电压变多，从而使得 R1 上分得的电压变少，既而使得µA741 反向输入端的电压变小。当反向输入端的电压变的小于正向输入端的电压时，当有光照时，光敏二极管由于受到光照产生光电流， 用滑动变阻器反映出来即是滑动变阻器 R2 的阻值变小。即可通过滑动滑动变阻器的滑片使其阻值变小，便能模拟出光敏二极管受光照时的变化。当滑动变阻器R2 电阻变小时， R2 上分得的电压变小，即固体电阻 R1 上分得的电压变大，即 µA741 的反向输入端的电压变大。当µA741 反向输入端的电压比正向输入端的电压大，由于从 µA741 输出的低电平缺乏以使 8050 晶体三极管导通。因此不能使得 5V 固态继电器锡合，相当于开关断开而不能使 LED 灯导通，所以 LED 灯变灭。.-3.2 板的设计和制作PCB 元原理图的绘制首先依据 multisim 软件的仿真原理图用 Altium designer09 软件绘制出制作 PCB 板的原理图 3.3 如下：图 3.3 PCB 板的原理图PCB 板原理图的导入用 Altium designer09 软件将 PCB 原理图导入到 PCB 如以下图 3.4：.可修编-PCB 设计规格见，附件表PCB 板的转印、腐蚀、打孔在 PCB 转印和腐蚀的时候切记不能把上边的油墨线碰掉，否则会造成铜线的断开而导致 PCB 的制作失败。在打孔的过程中要把握打孔的大小和方位，稍有错误就能导致制版的失败。3.3 元器件的组装与焊接在元器件的组装过程中要分清楚各个电阻的阻值大小，1N4007 整流二极管的组装方向，以及 µA741 芯片的安装方向要安装正确，光敏二极管和 LED 灯的安装要分清楚正负极。在焊接元器件的时候要留意不要产生虚焊，由于某些元器件的焊盘之间的距离.-过小，在焊接的过程中要留神焊接不能让两个焊盘连接产生短路。3.4 光控开关的调试元器件的安装和焊接完成以后要对所设计产品进展调试，在调试的过程中，要留意电源电压不能太高电压在 5V 到 6V 之间，电压过高会导致晶体三极管的击穿而使整个设计的产品报废。调试过程过调整滑动变阻器 R3 的阻值来调整光控开关的灵敏度。假设滑动变阻器 R3 的阻值过大可能导致光控开关的灵敏度过低，而使光控开关不能工作。通过调试要找到一个适宜的临界点，使所设计的光控开关工.可修编-作恰到好处。4. 结果与结论4.1 光控开关设计结果本次课程设计，成功设计出光控开关，并且成功组装和焊接，通过调试，能使所设计光控开关工作。但是，工作状态不是太稳定，消灭了有时不会工作的状况。4.2 结论本次设计通过 Multisim 仿真软件，仿真出在抱负状态下所设计的电路能正常的工作，在仿真软件上能够通过转变滑动电阻器 R2 的阻值来模拟光电二极管在有光照和无光照的状况下的工作状态，来掌握LED 灯的亮与灭。但是在现实状况下所设计的产品却不能正常工作。所以可以看到电子元件在抱负状态和现实状态下工作是有很大的差异的。5. 收获与致本次课程设计，我们历时两周，在这次课程设计之前我们教师就给我们说过让我们提前为这次课程设计做预备，所以在这次课程设计开头之前我们就想好了自己要设计的课题，也为此做了相应的预备。本次设计开头之前预备的时候感觉设计的课题没有多大的难度，由于自己心想着各种元器件的功能自己已经了解，设计光控开关的原理自己在心里也很清楚，想到这次的课程设计应当不会有太大的困难。但是当课程设计开头之后觉察事实状况并没有自己想象的那么简洁。首先，在用 Multisim 仿真软件进展电路仿真的时候我们就遇到了困难。在用 Multisim 软件仿真的时候我们无法模拟出光照强度的变化，也就是说我们无法用光敏二极管来进展电路的仿真，最终在欣教师的帮助下我们选择了用滑动变阻器来代替光敏二极管，从而解决了这个问题。其次我们在进展PCB 板制作的时候，我们也遇到了困难，在进展转印的时候我们总是转印失败，失败一次就得请教师打印一次电路图。最终我们在失败了两次的状况下成功的制作出了一个光控电路的 PCB 板子。本次课程设计，我最大的收获就是通过自己反复的查阅资料，反复的翻看课本对各个以前自己自认为已经把握的学问有了更深层次的生疏，对各种元器件的用法有了更深的了解。而且通过电路的仿真与 PCB 板的制作我对 Multisim 仿真软件和Altium Designer 软件的功能和操作有了更加生疏的把握。今日我已明白课程设计对我来说的意义，它不仅仅是让我们把所学的理论学问与实践相结合起来，提高自己的实际动手力量和独立思考的力量，更重要的是同学间的团结合作精神才能更好的抑制困难。这本次课程设计过程中，我首先要向要向我们的指导教师，欣教师表示感，没有他认真负责的指导我们不行能那么顺当的完本钱次课程设计。再者我要感我的队友，没有我们的共同合作就没有我们的设计成果。还有要感学校给我们供给了这次课程设计的时机，放心的给我们供给了那么多的试验设备以及设计所需的各种元器件和材料，让我们来完成这次课程设计。6. 参考文献.-1 童诗白.模拟电子技术根底 M.：高等教育， 2023.2 长海，天鹏，翟亚芳.数字电子技术 M.：大学， 2023.3 邱关源，罗先觉.电路第五版 M.：高等教育， 2023.4 阎石.数字电子技术第五版 M.：高等教育， 2023.5 谷树忠，文洲，航 Altium Designer 教程 M.：电子工业， 2023.7. 附件.可修编-设计原理图Altium designere 09 原理图Altium designere 09PCB 图.-.可修编-指导教师评语：课程设计报告成绩：，占总成绩比例：40课程设计其它环节成绩：环节名称：原理设计，成绩：，占总成绩比例： 20环节名称：PCB 设计，成绩：，占总成绩比例： 20环节名称：安装调试，成绩：，占总成绩比例： 20总成绩：本次课程设计负责人意见：指导教师签字：年月日负责人签字：年月日