《声控与触摸灯控制电路设计制作》开放实验指导书高玄怡编写信息与电子学院二零一六年一月- 1 -实验项目：声控与触摸灯控制电路设计与制作一、实验目的1.学习电子元器件的识别方法2.掌握面包板制作电路的方法3.培养学生的电子线路读图能力及画电路图的方法4.培养学生电路连接的动手能力5.掌握基本电子仪器：万用表、信号源、示波器的使用方法6.掌握电路制作中电子线路故障排查能力二、实验原理1.学习电路常用元器件的性能参数和特性1.1电阻1）电阻的分类：电阻按材料分一般有：碳膜电阻、金属膜电阻、水泥电阻、线饶电阻等。

一般的机电产品中的测控电路使用碳膜电阻较多，因为它成本低廉，满足测控的精度要求。

金属膜电阻精度高，使用在要求较高的放大器电路，测试仪器电路，测控系统设备上。

水泥电阻是能够承受比较大功率的，常用在较大的电器产品中。

线饶电阻的精度比较高，常用在要求很高的测量仪器上实现调节电压。

2）电阻值的表示：电阻的阻值和误差用色环表示。

在电阻上有三道或者四道色环。

电阻端的是第一道色环，其余顺次是二、三、四道色环，如图 1.1所示。

第一道色环表示阻值的最大一位数字，第二道色环表示第二位数字，第三道色环表示阻值位应该有几个零。

第四道色环表示阻值的误差。

可这样记忆：棕1，红2，橙3，黄4，绿5，蓝6，紫7，灰8，白9，黑0。

电阻值最小0.01欧姆，电阻值的最大是1000000000欧姆，电阻分档根据使用要求选择不同的电阻值。

电阻值的误差是10%，5%，1%，0.5%，0.1%，0.5%，0.01%。

图1.1 电阻色环表示图3）光敏电阻器光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值，随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。

型号是2DU,3DU.光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm 的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。

设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。

通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。

当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内光敏电阻外形图和电路符号,如图1.2所示。

就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。

为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成。

图1.2 光敏电阻外形图 图1.3光敏电阻结构图光敏电阻结构图如图1.3所示，光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10M 欧,在强光条件（100LX ）下，它的阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。

亮阻小于5K ，暗阻大于5M 。

四色环读数五色环读数1.2电容1）电解电容：多数在 1 μ F以上,直接用数字表示。

如：4.7 μ F 、100 μ F 、220 μ F等。

这种电容的两极有正负之分,长脚为正极，短脚为负极。

2）瓷片电容：电容多数在 1 μ F以下,直接用数字表示。

如：10 、22、0.047μ F、0.1μF 等等,这里要注意的是单位。

凡用整数表示的,单位默认 pF ;凡用小数表示的,单位默认μ F 。

如以上例子中,分别是10P 、22P 、0.047 μ F 、0.1 μ F等。

现在国际上流行另一种类似色环电阻的表示方法（单位默认 pF ）：如：“ 473 ”即 47 000 pF=0.047 μ F “ 103 ”即 10 000 pF=0.01 μ F 等等“ XXX”第一、二个数字是有效数字,第三个数字代表后面添加 0 的个数。

1.3二极管1）结构和符号：二极管具有两个电极，在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的传导性。

如图1.4所示。

图1.4 二极管结构图2）理想二极管的等效电路：（1）对二极管加的正向电压稍大于零，二极管处于正向导通状态，相当于开关闭合。

（2）对二极管加反向电压时，二极管处于反向截止状态，相当于开关断开。

1.4稳压二极管1） 稳压管符号：稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管。

其表示符号为图1.5所示，稳压管的工作特性如图1.6所示。

图1.5 稳压管符号图 图1.6稳压管工作特性图2）稳压管的特性：稳压管工作于反向击穿区。

当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然剧增，稳压管反向击穿。

此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小。

利用这一特性，稳压管在电路中能起到稳压的作用。

1.5可控硅1）可控硅结构图1.8和符号图1.7所示，它是N-P-N-P-N 五层三端半导体器件，也有三个电极，但它没有阴、阳极之分，而统称为主电极T1和T2，另一个电极 G 也称控制门极。

图1.7 可控硅符号图 图1.8可控硅结构图2） 管脚判别：G 与T1之间正反向电阻都很小，因此在用万用表的R ×1挡测量晶闸管任意两引出脚间的电阻值时，正常时有一组为几十欧，另两组为无穷大，阻值为几十欧时表笔所接触的两管脚为T1和G ，剩余的引出脚是T2。

判别出T2后，可以进一步区分T1和G 。

假定T1和G 两电极中的任意一脚为T1,用黒表笔D 正极 负极接T1，红表笔接T2，将T2与假定的G 瞬间短路，如果万用表的读数由无穷大变为几十欧，说明晶闸管能被触发并维持导通。

调换两表笔重复上面操作，结果相同时，说明假设正确。

如果调换表笔操作时，万用表指示为几十欧又指示为无穷大，说明晶闸管没有维持导通，说明原来的假定是错误的，原假定的T1极实际是G极，假定的G极实际上是T1极。

3）工作特点:它的主电极T1和T2无论加正向电压还是反向电压，其门极G的触发信号无论是正向还是反向，它都能被“触发”导通，实现导通。

a） u2为正半周时，晶闸管VT承受正向电压，此时没有加触发电压，则晶闸管处于正向阻断状态，负载电压uL=0；如图1.8所示。

图1.8 工作输出特性图b）当ωt= 0 时，门极加有触发电压ug，晶闸管具备了导通条件，由于晶闸管正向压降很小，电源电压几乎全部加到负载上，uL≈ u2；c）在0 ＜ωt＜∏期间，尽管ug在晶闸管导通后即已消失，但是晶闸管仍然保持导通，因此，在这期间，负载电压uL依然和次级电压u2保持基本相等；d）当ωt=∏时，u2=0，晶闸管自行关断，uL=0。

e）当∏＜ωt＜2 ∏时，u2进入负半周后，晶闸管承受反压，呈反向阻断状态，负载电压uL=0。

在u2的第二个周期里，电路将重复第一周期的变化。

如此不断重复，负载RL上就得到单向脉动电压。

改变触发延迟角的大小，即改变触发脉冲在每周期内触发的时刻，负载电压的波形不同。

1.6三极管全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种电流控制电流的半导体器件·其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号，具有电流放大作用，也用作无触点开关，是电子电路的核心元件。

三极管符号1）三极管工作原理：晶体三极管(以下简称三极管)按材料分有两种：锗管和硅管。

而每一种又有NPN 和PNP 两种结构形式，但使用最多的是硅NPN 和锗PNP 两种三极管，(其中，N 表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而p 是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电)。

2）电流放大原理：下面的分析仅对于NPN 型硅三极管.我们把从基极B 流至发射极E 的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C 流至发射极E 的电流叫做集电极电流 Ic.这两个电流的方向都是流出发射极的,所以发射极E 上就用了一个箭头来表示电流的方向.三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制(假设电源 能够提供给集电极足够大的电流的话),并且基极电流很小的变化,会引起集电极电流很大的变化,且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变 化量的β倍,即电流变化被放大了β倍,所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1,例如几十,几百).如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射 极之间,这就会引起基极电流Ib 的变化,Ib 的变化被放大后,导致了Ic 很大的变化.如果集电极电流Ic 是流过一个电阻R 的,那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得,这电阻上电压就会发生很大的变化.我们将这个电阻上的电压取出来,就得到了放大后的电压信号了。

晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。

这是三极管最基本的和最重要的特性。

我们将ΔIc/ΔIb 的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。

电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。

1.7集成芯片性能特点和应用方法1）555集成芯片从左倒右依次是E 、B 、C EC B T（1）各引脚的功能如图1.9所示。

图1.9 555集成芯片各引脚的功能图（2）555集成芯片定时器的电路原理结构如图1.10所示。

图1.10 555集成芯片定时器的电路原理结构2）驻极体话筒驻极体话筒是一个电容式传感器，有一只引脚和外壳连接的那个是负极，另一个是正极，通过与接口电路实现声波信号的测试。

如图1.11所示。

图1.11 驻极体电容式传感器二．电路设计制作1．用555芯片实现触摸开关电路设计制作。

（1）根据电路图2.1所示，选择器件制作。

图2.1 触摸开和关的电路原理图（2）工作原理是：触摸A一次灯亮，再触摸B一次灯灭。

当人手碰一下金属触片A，人体上的杂波信号便通过C3加到时基电路的②脚，②脚被触发，整个触发器翻转，③脚输出高电平，输出经限流电阻R加到可控硅控制极，可控硅VS导通，ZD灯被点亮。

需要关灯时，用手碰一下金属片B，感应信号经C4加到时基电路的⑥脚，⑥脚被触发，③脚输出低电平，可控硅失去触发电流而截止，电灯熄灭。

2．采用芯片TT6061A实现四档灯泡的亮度控制电路设计制作1）根据图2.2电路原理图选择器件，设计制作电路图2.2四档控制灯泡的亮度电路原理图3）电路工作原理用专用芯片TT6061A完成四档控制灯泡的亮度：通电后台灯不亮，当人手触摸金属片时（IC第4脚为触摸端，金属片可以与台灯外部金属外壳连接），人体感应的杂波信号经过C加至到IC的第4脚（TI），该芯片经过内部处理后，从第8脚（AT）输出控制信号，使双向可控硅导通，灯泡点亮。

第一次导通角度小，灯泡发光亮度较弱；第二次用手触摸金属片时，IC8脚输出相应的控制信号，从而使可控硅的导通角度增大，灯泡亮度增强；第三次用手触摸金属片时，IC8脚输出相应的控制信号使可控硅的导通角度为最大，灯泡为最亮；当人手第四次触摸时，IC8脚的控制信号消失，可控硅在交流电过零位时截止，灯泡熄灭。