南昌理工学院本科生毕业论文
三、 单元电路设计与分析
3.1电源电路的设计
电路工作是否稳定，电路功能是否能实现，不仅仅取决于电路元器件，还和外加电源有关。 3.1.1电源结构设计
电源电路的种类繁多，如端稳压器稳压；LC、RC滤波；桥式整流全波整流；变压器降压等。具体采用什么电路合适，则根据主体电路及执行机构不同和有效益、价廉、可靠等要求进行选用。
根据本文廉价、实用、安全的特点，其电源的设计结构如下图3-1所示：
降压 整流 滤波 稳压 图3-1 电源电路的设计结构图
3.1.2 结构原理说明
因为IC555的供电电压为直流4.5~16V，而作者用家用的交流220V供电。所以需要降压、整流。因为整流后的波形纹波很大，所以需要滤波[5]。滤波后得到较平滑的直流，给IC555供电不稳定，需进一步稳压。此电源比一般简单的稳压电路更实用，成本更低，使用寿命更长。
（1）整流桥简介
整流桥就是将整流管封在一个壳内了，分全桥和半桥。全桥是将连接好的桥式整流电路的四个二极管封在一起。半桥是将两个二极管桥式整流的一半封在一起，用两个半桥可组成一个桥式整流电路，一个半桥也可以组成变压器带中心抽头的全波整流电路。选择整流桥要考虑整流电路和工作电压。
整流桥堆一般用在全波整流电路中，它又分为全桥与半桥。全桥是由4只整流二极管按桥式全波整流电路的形式连接并封装为一体构成的。 全桥的正向电流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A、35A、50A等多种规格，耐压值（最高反向电压）有25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多种规格。
（2）电路图及原理
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根据电源结构图设计出具体的电源电路，如图3.1..2所示：
图3-2 电源电路结构图
降压稳流部分由R3C1、整流桥D2,D3,D4,D5和滤波电容C2组成，交流220V输入，经R3(220KΩ)降压，经D2,D3,D4,D5整流桥全波整流[6]，C6（220μF）大电解电容滤波，滤波后得到纹波较大的直流信号，然后D7与C8对此信号进行稳压，稳压后得到+9V的电压，为电灯控制电路提供了工作电压。
3.2声控部分电路设计
作为声控部分的设计，必然少不了一个在无光照和拾取到声音时把电路导通，从而达到点亮灯起到照明作用的电子元件。这个电子元件就是驻极体话筒MIC。
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3.2.1驻极体话筒
（1）驻极体话筒的工作原理
驻极体话筒一般由结型场效应与驻极体管组合而成。驻极体是由进行特殊处理的高分子材料组成，这些高分子材料表面具有永久电荷（Q）。驻极体结构有空隙、背极、振膜三部分，这样在背极与振膜间形成一个具有定量电荷的电容结构。当说话时，会引起背极与振膜间的距离(D)变化，据C=εS/D可知，将使电容(C)变化，据U=Q/C可知，极板间电压会变化，从而引起结型场效应管的G、S间电压变化，在D、 S间产生放大的电信号。
（2）驻极体话筒的结构
话筒的基本结构是由一个上面有若干小孔的金属电极（背称为背电极）与一片单面涂有金属的驻极体薄膜构成。背电极与驻极体面相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以驻极体和空气隙作绝缘介质，以驻极体和背电极上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。电容的两极之间有输出电极。由于驻极体薄膜上分布有自由电荷。当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式：Q=CU 所以当C变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号，实现声—电的变换[7]。驻极体话筒具有结构简单，电声性能好，价格低廉，体积小，应用非常广泛的特点。驻极体话筒的内部结构如图3.2.1所示。由声电转换系统和场效应管两部分组成。它的电路的接法有两种：漏极输出和源极输出。源极输出有三根引出线，源极S经电阻接地，漏极D接电源正极，再经一电容作信号输出；漏极输出有两根引出线，漏极D经一电阻接至电源正极，再经一电容作信号输出，源极S直接接地。因此，在使用驻极体话筒之前首先要对其进行极性的判别。
（3）驻极体话筒的检测方法
方法一：因为在场效应管的栅极与源极之间接有一只二极管，因而可利用二极管的正反向电阻特性来判别驻极体话筒的漏极D和源极S。将万用表拨至R×1kΩ档，黑表笔接任一极，红表笔接另一极。再对调两表笔，比较两次测量结果，阻值较小时黑表笔接的是源极，红表笔接的是漏极。
方法二：将驻极体话筒加上正常的偏置电压，将万用表拨到Rx100档，用两表笔分别接两芯线，相当于给内部漏极、源极间加电压，此时，万用表指针应在一定的刻度上。然后对话筒吹气，如果指针有一定幅度的摆动，说明驻极体话筒完好，如果阻
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值为零，则话筒内部短路。如果直接测试话筒引线无电阻，说明话筒内部可能开路。 如果无反映，则该话筒漏电。
图3-3 驻极话筒的结构图
3.2.2声控部分电路工作原理及电路图
白天，因为光控电路阻断，所以，无论多大声，灯都不会亮。到夜晚，光控电路导通，当人走动的脚步声传到传声器MIC时，声波转换为电信号，经三极管Q3放大，使灯亮。若声控灵敏度偏低，可增大R10阻值，或换高放大倍数的三极管。本系统放大整形电路设计结构如图3-4所示。
3.3光控部分电路的设计
3.3.1光敏三极管简介
以接受光的信号而将其变换为电气信号为目的而制成之晶体管称为光敏三极管,也叫光电三极管,英文名是Photo Transister。
光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。 通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用[8]。
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图 3-4 放大整形电路设计结构图
当具有光敏特性的PN 结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的信号电流。不同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度。
发射区和基区之间的PN结叫发射极，集电区和基区之间的PN结叫集电极。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区\发射\的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区\发射\的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN
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