急求模拟电子技术课程设计报告：声控延时电动机

Question

报告内容：1，要求 2，总体设计方案（框图 ） 3，单元电路设计 4，总体设计 5，上机 6，改进设计方案，问题解答 7，参考资料

Answer 1

模拟电子技术课程设计

声控延时电动机
一、 实验目的
1. 了解多谐振荡器的原理。
2. 掌握多谐振荡器的应用设计。

二、 设计要求和技术指标
1.技术指标
（1）电机额定工作电压为2V～3V的直流低速电动机；
（2）供电电源为直流3V。
2.设计要求
（1）对着话筒拍手或叫喊时，电动机M会转动，几秒以后又会停止工作，再次拍手，又重新转动，实现声控延时的作用；
（2）拟定测试方案和设计步骤；
（3）根据性能指标，选好元件，设计电路并画出电路图；
（4）在面包板上或万能板上安装电路；
（5）写出设计报告。

三、 设计方案及方案论证
1. 设计方案
（1）声控的实现
话筒将声信号转换为电信号，此信号可能很小，可以通过一个基本共射放大电路将其放大，形成一个脉冲。
（2）延时的实现
话筒形成的脉冲宽度是不定的，而单稳态多谐振荡电路的输出脉冲宽度与触发脉冲无关，可以将任意宽度的脉冲转换成一定宽度的脉冲。并由于输出脉冲宽度一定，因此可以用来作为时间延时电路。
（3）电机的驱动
由单稳态多谐振荡电路产生的一定宽度的脉冲实际上是高低电平的转换，而晶体三极管可以因其基极电压升降而导通或截止，从而控制电机的工作与否。
2. 方案论证
（1） 小信号放大
基本共射放大电路如右图所示。
话筒发出的信号可能很小，需要经过一个基本共射放大电路对其进行放大，输出一个负脉冲。

（2） 单稳态多谐振荡电路
单稳态多谐振荡电路如右图所示。
三极管T2的集电极和三极管T3的基极之间是直接耦合的。而三极管T3的集电极与三极管T2基极之间通过电容C进行耦合。
电路在没有信号输入时，选择合理的R4，使三极管T2稳定在饱和状态，此时它的集电极电压约为0.3V以下。这样，三极管T3稳定在截止状态。这就是单稳态电路的稳定状态。
当一个负脉冲到达三极管T2的基极时，三极管T2开始趋向截止，它的集电极电流减少，集电极电压升高。经过直接耦合，使T3的基极电压升高，T3开始导通，它的集电极电压下降，形成一个负反馈，很快达到一个新的状态，此时三极管T2截止，T3饱和导通。这就是单稳态电路的暂态过程。
单稳态电路的暂态过程不能持久。在此期间，电容C通过电阻R进行放电，随着放电的进行，三极管T2的基极电压逐渐升高，当它达到开启电压0.5V以上时，三极管T2开始导通，正反馈现象再次发生，整个电路很快回到三极管T2饱和导通、T3截止的稳定状态，即暂态结束。
这个暂态期的时间即为电路的延时时长。
电路恢复稳态后，电容C通过T2的发射结进行充电，充电完成后电路才可以接收下一次的触发。
（3） 驱动电路
单稳态电路处于稳态时，三极管T2饱和导通，T3截止。T3的集电极为高电平。接在T3集电极上面的T3是PNP型三极管，所以三极管T4没有导通，电机不工作。当单稳态电路处于暂态时，三极管T3饱和导通，集电极电压下降，导致与之连接的三极管T4也导通，电机开始工作。于是几秒后单稳态电路自动恢复到稳态过程，于是电机停止工作。
四、 具体分析
1. 系统原理框图
声音信号

2. 电路图初步确定
由于整个电路只有一个3V电源，所以各三极管基极电压需选用合适的电阻为其提供。
三极管T1和三极管T2的工作状态是相互独立的，所以三极管T1的集电极与三极管T2的基极之间通过电容进行耦合。
为滤除三极管T3基极上的高频杂波，应使用电容将基极接地，防止三极管T3的误动作。
由于电机工作时电流较大，会对电路产生一定的干扰，为了保证电路能稳定工作，防止干扰信号对音频放大电路的影响，应使用电容为电源进行退耦滤波。
由此，可基本确定总电路图如下：

3. 主要元件参数值的分析和计算
（1） 电阻的估算
电路处于稳态时，三极管T2饱和导通，三极管T3、T4截止，下面设置静态工作点。
NPN三极管工作在饱和区时，集电极电压约为0.1V～0.3V。不妨令UCEQ=0.2V，即UC=0.2V。则集电极负载两端电压为URC=VCC-UC=VCC-UCEQ=2.8V。而Rc=URC/ICQ，ICQ通常为几毫安。
结合工程经验,并考虑规格因素，确定集电极负载为Rc=2.7KΩ。
三极管导通时基极电压约为0.6V～0.8V。不妨令UBEQ=0.7V，即UB=0.7V。又因为，UBEQ=VCC-IBQRb ，UCEQ=VCC-ICQRc=VCC-βIBQRc 。
三极管工作在放大区时，UCEQ＞UBEQ,所以Rb＜βRc。
三极管工作在饱和区时，UCEQ＜UBEQ，所以Rb＞βRc。
结合工程经验,并考虑规格因素，确定：
R2=1MΩ，R3=2.7KΩ,R4=2.7KΩ,R5=220KΩ,R6=2.7KΩ。
PNP型三极管工作在饱和区时的情况，参照NPN型三极管，不妨令基极电位UB=2.3V，则其基极负载R7两端电压UR7=2.3V，为使此负载分流不至于太大，并考虑规格因素，选取R7=94Ω。
R1为话筒提供提供工作电压，定R1=100KΩ。
（2） 电容的估算
C1、C2、C4为耦合电容，且C4与R5共同决定延时时长，C3用来滤除三极管T3基极上的高频杂波，C5为电源进行退耦滤波。
结合工程经验,并考虑规格因素，确定：
C1=10μF,C2=10μF,C3=33nF,C4=47μF,C5=220μF。
（3） 三极管的选择
应选用小功率三极管。
NPN型三极管选用S9014，PNP型三极管选用S9012。
（4） 暂态期时长
振荡周期 T=0.69 ×R5×C4
4. 总电路图如下：

五、 故障排除
输入触发信号，电动机无反应，检查电路连接无误后，使用直流电压表测试各三极管的基极、集电极和发射极电压，发现PNP型三极管T4损坏，将其更换，电路正常运行。
另外，电动机运转的时间与理论计算不符，实际运转时间比理论时间略长。
六、 元器件清单
电阻：R1=100KΩ，R2=1MΩ，R3=2.7KΩ,R4=2.7KΩ,R5=220KΩ,R6=2.7KΩ，R7=94Ω。额定功率均为0.25W。单价均为1分。
电容：C1=10μF,C2=10μF,C3=33nF,C4=47μF,C5=220μF。其中C1、C2、C4、C5为电解电容，单价2角；C3 瓷片电容，单价1角。
三极管：T1、T2、T3为NPN型三极管S9014， 功耗0.6W，集电极电流IC：Max=150mA。T4为PNP型三极管S9012，功耗0.4W，集电极电流IC：Max=-500mA。单价均为1角。
电机：为小功率直流电动机，额定电压2V。单价4元。
话筒一个。单价1元
导线若干。单价1元/米。
万能电路板一个。单价4元。
1.5V干电池两节。单价1元。

七、 设计总结
单稳态多谐振荡器可以用来进行脉冲波的整形和延时。
1.整形：单稳态的特点是输出脉冲的宽度与外触发脉冲无关。因此可以用来将任意宽度的脉冲转换成一定宽度的脉冲。
2.延时：单稳态电路由于产生一定宽度的脉冲，因此常用来作为脉冲的时间延时电路。

八、 实际应用及其远景展望
现在的声控技术早已走进我们的生活，而且延时的技术也得到很好的应用，如楼道里的声控灯，在灯亮的时间里足够你找到钥匙打开自己的家门，这种声控灯还节约了能源。
如今，人们更是对声控技术越来越熟悉，对手机说出要拨打电话的姓名，手机会自动接通相应的电话号码。荷兰飞利浦公司最近还研制出一种新型音响设备，如果您想听音乐，不用走到音响前找按钮，也用不找遥控器，只要喊一声“开始放音乐吧”，音响就能自动开启，再说出歌曲的名字，音响就能在几秒钟之内找到这首歌并自动播放。更为神奇的是，如果你想不起来歌曲的名字，只要哼几句歌曲的旋律，音响就能辨别出是哪首歌，然后播放给你听。可见，声控设备还可以成为人们的贴心朋友和助手。
但由于当前对人的听觉和理解系统还有很多地方没有完全研究清楚，所以声控技术还有很大的发展空间。

九、 参考书目
1.《模拟电子技术基础》∕华成英 童诗白
北京 高等教育出版社 2006.5
2.《电子产品设计》∕何元清
北京 北京大学出版社 2006.8
3.《电子技术实训教程》∕杨碧石
北京 电子工业出版社 2005.3
4.《电工学自我测验500题》/张大恒
北京 高等教育出版设 1989.3

Answer 2

这主要是用于舞台灯具机电控制，根据音乐的节奏和音量，控制玻璃球的转动速度和方向，20年前的自费练习，现在世博会德国馆才采用，德国人落后啦。
要求控制电动机的瞬时驱动力矩矢量。因为下岗失业，无心久谈。