一、设计任务。
1)根据从稳定性、可靠性、实用性、经济性选择电子线路和电子器件,找到适合的功能电路。
2)通过网络查阅和图书馆资料,培养独立分析问题和解决实际问题的能力。
3)了解常用电子器件的类型和特性。
4)学会电子电路的焊接、安装与调试技能。
5)进一步熟悉电子仪器的使用方法。
6)学会撰写课程设计总结报告。
7)培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
二、电路原理图。
原电路原理图如下图(遥控开关电路原理图(1))
遥控开关电路原理图(1)
通过观察分析电路原理图,为了课程设计是容易布线,将其电路原理图转化为:
遥控开关电路原理图(2)
三、工作原理。
工作原理分析。
本课程设计遥控开关分为遥控发射头和接收电路两部分组成。其中遥控头为一开有小孔的球形橡胶气囊,挤压气囊可以发出频率为16~20khz的亚超声波作为控制源,为接收电路提供发生频率。
本设计以常见的交流电源作为输入电源,220v的交流电压经过电容c8降低电压后,c8作为电源变压器,稳压二极管d4、d5、d6、d7组成桥式整流电路,电容c7组成滤波电路,得到大约12v直流电压,为整个遥控接收电路提供电源。c8并联的r12为c8的放电电阻。(作为电路稳定,在电源波动时,电容器c8会随着电源充放电。
如果不并联放电电阻,充放电电流从电容器一端出发经工作回路回到电容器的另一端,严重干扰电路稳定工作。,并联放电电阻,使充放电电流从电阻流过)
压电陶瓷片yd,利用压电效应,将接收到的亚超声振动能转化为对应频率的电能。经过以q1为核心的固定偏置共射极放大电路放大,并经并联谐振回路电感l1、电容c1进行选频,以排除其它声音频率的干扰,防止干扰动作。
按图示参数,选频频率约为20khz。该脉冲经电容c2耦合,由共射极放大电路q2放大。电容d1是为防止q2发射结反向击穿而设的保护二极管。
三极管q2放大输出的信号,经电阻r3、电容c3积分电路延时后,作为控制计数器翻转的脉冲。以三极管q3、q4为核心,加上电阻r4、r6、r7、r5、r9、r10、电容c5、c6、稳压二极管d2、d3组成双稳态计数器,每经r3过来一个脉冲,计数器翻转一次,使三极管q4的集电极输出轮流为高低电平状态。当三极管q4集电极为高电平时,三极管q5饱和导通,继电器j通过发光管led接通。
led点亮,j常开触点j1吸合,输出端通电,用电器可工作。
当再次按动遥控头后,三极管q3、q4组成的双稳态电路翻转,三极管q4集电极电位变低,三极管q5截止,led熄灭,继电器j工作线圈失去电流,触点j1释放,开关输出端断电。
继电器图(3)
如上图,为继电器的原理图。
四、设计和计算。
选择此课程设计的思路:此遥控开关具有控制可靠性高、辐射干扰小、操作便捷等优点。亚超声遥控电路设计简洁、工作稳定、功耗低、制作成本低。
并且使用观察方便,直接利用220v交流电压即可,随时水滴便于观察。
电路元器件的取值不必太受限制,由于本电路工作频率低,总增益又不是太大,不易发生自激或其他异常现象。对元件要求不高,比如二极管选用较为常见的1n4007或1n4001,pnp三极管可以选用9012或9015,npn三极管可以选用9013或9014等。电解电容、电阻的选用范围也比较宽。
此设计运用了模拟电子技术上的滤波电路、整流桥稳压电路、共射极放大电路、双稳态计数器、积分电路等电路知识,一方面提高动手操作能力,另一方面也对模拟电子知识进行复习,加深知识的综合性,都起到很好的作用。
五、元器件明细表。
六、 调试**现的问题及处理方法。
组装注意事项。
由于本电路工作频率低,总增益又不是太大,不易发生自激或其他异常现象。对元器件的选择要求不高,比如二极管选用较为常见的1n4007或1n4001,pnp三极管可以选用9012或9015,npn三极管可以选用9013或9014等。
调试注意事项。
在通电测试前,首先按照电路原理图认真核对,看是否有漏焊、虚焊、错接、短路的地方。由于此设计的控制电源经电容降压取自220v的交流电压,而设计却没有严格意义的电隔离,所以此电路的各个部分都具有危险性。为了安全起见,先在电容c7两端接入12v的直流电源进行调试,检测用气囊能否使继电器j动作,如能正常开与关,便可进行交流调试,将插座插入220v的交流电源上,把需要遥控的负载电器插到遥控开关的插头中,使用气囊进行控制。
焊接**现的问题:
1)r9与r8之间线路没有与三极管q4发射极共接。
2)发光二极管led接反了。
3)继电器刚开始没正确理解,接错了。
4)三极管q2发射极、基极、射极弄反了,与9014弄混了。
5)输入电压与输出电压的接触点错误。
6)电路出现短路地方。
调试**现的问题及处理方法:
1)第一次调试时,二极管不亮,设计失败。开始根据电路原理图进行检查,看看是否有漏焊、短接虚焊等常见的错误,发现很多地方有不正确,便把短接、漏焊的地方改正,又反复核对。
2)第二次调试时,还是不成功。便开始对是否有元器件接错的地方,用万用表进行测量,检查出三极管连接错误,使我们粗心导致,把三极管9012与9014的发射极、基极、集电极当成一样,进行改正。
3)第三次调试时,二极管亮,但控制气囊是却没有变化,还是失败。经过耐心核对,一遍遍的反复检查,最终发现r5、r8、r9、r10四个电阻应该共接,而我们却没有。
4)第四次调试时,气囊可以控制,但却出现发光二极管亮而用电器不工作,发光二极管灭而用电器工作。又一次核对电路元器件的焊接问题,发现没错误,通过在网上查询资料及咨询老师,最终发现没有理解继电器的使用方法,继电器的常闭开关位置可能接错,于是便用万用表进行电压测量,发现(如上图继电器原理图)中的d、e接法不正确,测量发现发光二极管亮时d点电势为0v,而e点电势为220v左右。接错误改正。
5)第五次调试时,成功达到遥控开关所能起到的功能作用。
七、 实验数据处理。
图形观察。通过multisim对电路原理图(图2)进行分析,便于形象观察各点于地线之间的电压波形。首先在multisin中绘出图形,如图4
图(4)首先用示波器观察为遥控提供的稳定电源,为观察方便首先建立整流桥整流电路分析。
用示波器观察波形,现将示波器接在电源两端得到输入交流电源的波形,如图(5),图5为输入200v交流电压电压un=220v,图6为降压电路后观察波形读出有效值(u’)大约为30v,图7整流桥电路和滤波电路后为整个装置提供电源,u≈0.45×u’=0.45×30≈13.
5v。输入电源波形(5)
降压后波形(6)
桥式整流、滤波电路后波形(7)
八、 收获体会。
时间流逝,一个月的课程设计时间结束了,我已经成功完成课程设计,制作出一个遥控开关,此次课程设计让我收获到其中的制作调试的艰辛以及制作成功后的愉悦心情。
因为自己已在电子兴趣小组待过一段时间,刚开始还以为会很快完成,对于自己过于自信,也导致后来的调试受困重重。首先进行电路图的选择,确定好想制作一个什么东西,于是便在网上搜索和去图书馆查询,最终确定制作遥控开关,刚开始认为就是按照电路原理图焊接,没对其原理进行深入了解,便去准备元器件。接下来就是是元器件焊接阶段,之前的电工实习都是按照印制板图进行焊接,不用过多考虑元器件布置,但这次完全不同,要自己对焊板上元件进行布置和焊接电路元件连线,而且元件比较多,增加了很大的困难。
由于使用电路板,为了使布线美观、简洁,费了我们不少的精力,经过不断的修改与讨论,最终布线结果还比较满意。
接下来进行焊接,由于已有一定的焊接技术,焊接过程进行的比较快。但焊接完成后,令我们失望的事出现了---失败,不成功。便开始焦虑起来,冷静下来,按照电路原理图进行核对,检查电路,看看是否有漏焊、虚焊、短路、错焊的地方,检查第一遍后,发现错误真不少:
电容c1没有接到正极;r9与r8之间线路没有与三极管q4发射极共接;三极管q2发射极、基极、射极弄反了;输入电压与输出电压的接触点错误等,开始发觉做事必须要细心,有些地方完全可以避免,由于自己粗心导致。便对着电路原理图反复检查了几遍,把一些显而易见的地方改正过来。第二次接通电源,还是失败,我以为是由于上次焊接时有很多处错误可能导致发光二极管烧坏所致,便检测发光二极管是否烧坏,发现发光二极管正常。
又一次受到打击,怎么回事,这无疑增加了我们的困难,而且困难随着一次次的失败而加剧。只能还得在进行检查,可一遍遍检查之后,都没有发现错误,反而费了我们很多精力,一遍遍的检查核对,一次次的元件进行测量,可还是失败,便开始对电路图产生质疑,是不是电路原理图错了?
失望后,受挫后,难道真要换别的电路,换一个简单点的,那我们以前做出的努力都将化为泡影,但我们没有放弃,开始变的乐观起来,笑着对自己说这样更增加了挑战意义。于是继续努力,找出出错的原因。
经过一番不断的检查测量,终于发现导致失败的根源---最终发现r5、r8、r9、r10四个电阻应该共接,而我们没有。改正后终于成功了,气囊可以控制电路,我们的心情简直无法形容,体会到成功的喜悦,把先前的焦虑郁闷心情,艰辛心酸过程全都忘记了。
但世事难料,由于当时调试时没有用电器,没想到还没算成功。气囊可以控制,但却出现发光二极管亮而用电器不工作,发光二极管灭而用电器工作,正与想要达到的设计任务相反。困难有一次降临,但这次我们对自己充满信心,耐心的检查,通过网上查询及咨询老师,最终发现可能是继电器的接发不正确,常闭点可能解法不对,便接通电源用玩万用表测量,发现发光二极管亮时d点电势为0v,而e点电势为220v左右,便进行改正。
改正后成功达到设计所能实现的功能。
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