1、 中 国 地 质 大 学 长 城 学 院本 科 结 课 设 计题 目 : 警笛音响器院 别 工程技术学院学 生 姓 名 楠 哥专 业 电 气 工 程 及 其 自 动 化学 号 04314XXXX指 导 教 师 XXX职 称 正 高 级 工 程 师2017 年 05 月 04 日摘 要通过自身掌握的理论知识，进行电子电路的初步设计，学会了电子元器件的基本使用方法，以及集成数字芯片的一般应用。通过仿真软件对设计原理图进行了调试仿真，并满足了设计警笛电路的要求，在调试过程中不断合理了电路中存在的不足。关键词：Proteus； 晶闸管； 面包板ABSTRACTThrough their own gra
2、sp of the theory knowledge, carries on the preliminary design of the electronic circuit, learned to electronic components of the basic method of use, and integrated digital chip of general application. Through the simulation software to design principle diagram has been debugged simulation, and meet
3、 the design requirements of siren circuit, in debugging process continuously reasonable of the insufficiency in the circuit.Key words: Proteus; Thyristor; Bread Board目 录1 绪论 .11.1 课题背景及意义 .11.2 国内研究现状 .12 电路图设计及工作原理 .13 组装器件的选择 .23.1 面包板的介绍 .23.1.1 名称及使用 .33.1.2 构造 .33.1.3 内部结构 .33.2 元器件的选择 .43.2.1
4、二极管 .43.2.2 电解电容 .53.2.3 电阻 .53.2.4 三极管 .63.2.5 电位器 .63.3 主要元器件 .74 面包板的组装工作 .74.1 组装过程中的注意事项 .74.2 面包板成功率不高的原因 .74.3 元器件及导线的裁剪和安装 .84.4 连接完成 .85 系统的硬件调试 .85.1 电源电路的调试 .85.2 面包板设计的后期延伸 .8结 论 9致 谢 .10参考文献 .11中国地质大学长城学院 2018 届课程设计第 1 页 共 11 页1 绪论1.1 课题背景及意义在当今 21 世纪飞速发展的今天，贫富差距越来越大，治安问题尤为重要，对平常百姓来说，警察
5、的存在就是他们进行正常生活的基本保障！对警察来说，警笛就是一个重要的警示并震慑坏人的工具。警察工作条例里规定,在执法过程中,对于秘密侦察阶段的,按照情况和上级指示使用警灯警笛,而处于公开捉捕的时候必须开启警灯警笛示警. 使用警灯警报器的作用有两个，一是开道、二是震慑。警务车在处置突发事件的过程中绝对要鸣笛，这除了为自己开道以便在第一时间赶到案发现场之外、另一个重要的作用就是对犯罪嫌疑人起到震慑作用，也就是你说的打草惊蛇突发事件时没有任何先兆的，警察对这样的事件只有应急预案、不可能有具体的行动部署。说白了就是慌慌张张的赶去救急，那么目的就是尽量把事件造成的损失降到最小，而不是一味的追求一举抓获嫌
6、疑人。警笛一响嫌疑人会因为心虚而逃跑，这么一来嫌疑人的犯罪行为就停止了、受害者的生命财产安全就得到了保护。这里我们介绍一款多谐振荡器电路来发出模拟的警笛声音。我们在日常生活中经常听到一些警车发出的警笛声响，通过分析不难看出，一般的警笛声的声音强弱基本不变，而是振荡频率发生变化，也没有混合多种信号，音调是连续重复改变，音调的频率的改变规律也近似于锯齿波。这增加了我们的动手能力并考验了对事物的了解程度。1.2 国内研究现状目前国内外工业化的产品气动警报器，但原理却非常古老，最早的警报器就是这种。工作原理：转子挡片并不单薄，而是有一定厚度，并在旋转方向上做斜切割面处理。转子转动时镂空孔不断做封闭、开
7、放的循环动作，而每次挡片经过镂空孔时切割空气并向内部挤压，使震动腔内的气压做升高、释放的循环动作。随着转子转速的提高，压力差也在增加。大家都知道声音是驻波，无论是人的声带还是常见的纸盆喇叭都是靠挤压空气来发声的。现代的警报器：现代的警报器延续了老式气动警报的音调、节律，但车载的警报器一般都使用电磁振动式了，也就是与纸盆喇叭相同原理的喇叭，只是材质不同以适应更强功率、更集中频率的发声。不得不说的，为了降低维护成本和提高系统的稳定性，今天的防空警报系统仍在使用气动警报。现代警报器区别：电磁振动：结构简单、体积小、适应性强。气动警报：音量大、传播距离远、一次性安放完好后不易损坏。2 电路图设计及工作
8、原理如果我们用电路来模拟警笛声，就需要设计成三部分，分别为锯齿波发生器、多谐振荡器和音频放大器。电路原理图如图 1 所示。中国地质大学长城学院 2018 届课程设计第 2 页 共 11 页在原理图中，V1 和 V2 是直接耦合的两级放大器。V2 的集电极向 V1 的基极通过 C2 电容器施加正反馈，就形成了锯齿波振荡电路，电路的振荡周期大约有 3 秒钟。振荡器通过 V2 的发射极输出，在发射极还并联了 R6 和 C5，此电阻、电容构成了充、放电电路。在 V2 导通时，C5 充电，形成锯齿波波形的上升部分，在 V2 截止时，锯齿波电压达到最高点，C5 通过 R6 放电，锯齿波电压开始下降，这样反
9、复进行充、放电过程就形成了一系列的锯齿波。如果施加正反馈的 C2 容量增大，则振荡周期变长，减小 R2 的阻值，也将引起振荡周期变长，但 R2 的阻值过小，振荡电路可能会停止振荡。V3 和 V4 及其外围阻容元件构成多谐振荡器，两只三极管的集电极和集电极电阻对另一只管的基极耦合电容产生充、放电作用，改变加在另一只管的基极电压，使其导通或者截止。两只三极管构成了左、右相对称的振荡电路，且工作状态相反，一只管导通时，另一只管就处于截止状态。因此两只三极管分别输出矩形脉冲波形。但是在这里，V3 和 V4 的基极还连接有电阻 R5 和 R7，不是直接接向电源电压，而是共同经过充、放电电阻 R6 和电容
10、 C5，再接到零电位。这样，随着锯齿波变化就改变了加在 V3、V4 基极的电压，也就是随着锯齿波电压高低变化，也就改变了 V3、V4 集电极输出的矩形脉冲的周期，即多谐振荡器矩形波的重复频率发生改变，我们听到的警笛声声调周期性的发生改变。V5 构成一级音频放大器，它是将 V4 输出的脉冲信号进行放大，然后再去驱动扬声器 BP 发出声音。由于放大器处于零偏置状态，在没有信号输入时 V5 基本上不流过电流，从而节约了电能的消耗。当V4 输出一定幅度的脉冲信号，经过电容 C6 耦合，滤除直流成分后送入 RP1，调整可变电阻 RP1 的阻值，可调节扬声器的音量大小。3 组装器件的选择3.1 面包板的介
11、绍图 1 警笛音响器原理图中国地质大学长城学院 2018 届课程设计第 3 页 共 11 页3.1.1 名称及使用面包板的得名可以追溯到真空管电路的年代，当时的电路元器件大都体积较大， 人们通常通过螺丝和钉子将他们固定在一块切面包用的木板上进行连接，后来电路元器件体积越来越小，但面包板的名称沿用了下来。使用时不用焊接和手动接线，将元件插入孔中就可测试电路及元件，使用方便。使用前应确定哪些元件的引脚应连在一起，再将要连接在一起的引脚插入同一组的 5 个小孔中。3.1.2 构造整板使用热固性酚醛树脂制造，板底有金属条，在板上对应位置打孔使得。元件插入孔中时能够与金属条接触，从而达到导电目的。一般将
12、每 5 个孔板用一条金属条连接。板子中央一般有一条凹槽，这是针对需要集成电路、芯片试验而设计的。板子两侧有两排竖着的插孔，也是 5 个一组。这两组插孔是用于给板子上的元件提供电源。母板使用带铜箔导电层的玻璃纤维板，作用是把无焊面包板固定，并且引出电源接线柱。3.1.3 内部结构面包板上下部分内部连线和中间部分不同，如图 3 和图 4：图 2 面包板中国地质大学长城学院 2018 届课程设计第 4 页 共 11 页3.2 元器件的选择3.2.1 二极管二极管又称晶体二极管,简称二极管，如图 5 所示。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，具备单向电流的转
13、导性。大部分二极管所具备的电流方向性图 5 二极管图 3 面包板上半部分结构图图 4 面包板中间部分结构图中国地质大学长城学院 2018 届课程设计第 5 页 共 11 页我们通常称之为“整流”功能。二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过，反向时阻断。晶体二极管是一个由 p 型半导体和 n 型半导体烧结形成的 p-n 结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于 p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。3.2.2 电解电容图 6 所示为电解电容。在安装电解电容时要求电容的管脚长度要
14、适中，要正确判断管脚的正，负极，否则不能完成实现收音功能。并且电解电容要紧贴电路板立式安装焊接，太高就会影响后盖的安装。作用：隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。旁路（去藕）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路。滤波：将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波，接近于直流。储能：储存电能，用于必须要的时候释放。3.2.3 电阻电阻（Resistance，通常用“R”表示）是所有电路中使用最多的元件之一。在物理学中，用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，图 6 电解电容图
15、 7 电阻中国地质大学长城学院 2018 届课程设计第 6 页 共 11 页电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件。因为物质对电流产生的阻碍作用，所以称其该作用下的电阻物质。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。3.2.4 三极管 图 8 为三极管。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 Ic/Ib 的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“”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
16、有一定的改变。3.2.5 电位器 电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。电位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可视作一可变电阻器，由于它在电路中的作用是获得与输入电压（外加电压）成一定关系得输出电压，因此称之为电位器。电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触点之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。它大多是用作分压器，这
17、时电位器是一个四端元件。电位器基本上就是滑动变阻器，有几种样式，一般用在音箱音量开关和激光头功率大小调节，电位器是一种可调的电子元件。图 8 三极管图 9 电位器中国地质大学长城学院 2018 届课程设计第 7 页 共 11 页3.3 主要元器件表 1 电路元器件列表元器件类型 型号 数量电阻 470、1k、4.7k、470k 各 1 只电阻 10k、27k 各 2 只电容 103 2 只电解电容 1u、220u 各 1 只电解电容 4.7u 2 只三极管 9013 5 只其他配件 面包板 一块其他配件 喇叭、电位器 各一个其他配件 导线 若干根4 面包板的组装工作4.1 组装过程中的注意事项
18、面包板在进行电路实验时，可以根据电路连接要求，在相应孔内插入电子元器件的引脚以及导线等，使其与孔内弹性接触簧片接触，由此连接成所需的实验电路。图 1 为 SYB118 型面包板示意图，为 4 行 59 列，每条金属簧片上有 5 个插孔，因此插入这 5 个孔内的导线就被金属簧片连接在一起。簧片之间在电气上彼此绝缘。插孔间及簧片间的距离均与双列直插式（DIP）集成电路管脚的标准间距2.54mm 相同，因而适于插入各种数字集成电路。插入面包板上孔内引脚或导线铜芯直径为 0.40.6mm，即比大头针的直径略微细一点。元器件引脚或导线头要沿面包板的板面垂直方向插入方孔，应能感觉到有轻微、均匀的摩擦阻力，
19、在面包板倒置时，元器件应能被簧片夹住而不脱落。面包板应该在通风、干燥处存放，特别要避免被电池漏出的电解液所腐蚀。要保持面包板清洁，焊接过的元器件不要插在面包板上。4.2 面包板成功率不高的原因面包板设计成功的基础是：（1）导线连接性能良好；中国地质大学长城学院 2018 届课程设计第 8 页 共 11 页（2）板内导线夹槽光亮且有一定的韧性；（3）电子元器件的完好性。造成面包板成功率不高的常见原因是：导线连接不紧，导线夹槽积尘生锈导电性下降，元器件规格不对应不能完成导通。4.3 元器件及导线的裁剪和安装元器件选好以后按照对应的孔位插入，然后拔出来用剪刀把引脚剪短，方便面包板的接线工作，保持面包
20、板的整洁。到接线步骤时，利用镊子更好的连接到面包板内部的金属板上。4.4 连接完成5 系统的硬件调试5.1 电源电路的调试将面包板接入装着电池的电池盒，本系统使用 4 节 5 号电池供电，装上之后应立即听到警笛声，用一字螺丝刀调节电位器来调节电压大小，可以明显听到警笛声的大小变化，表示此面包板设计成功达到预期目标。5.2 面包板设计的后期延伸正常达到目标之后，在喇叭那条电路上串联了一个发光二极管，可以看到灯光渐变效果。图 10 连接完成中国地质大学长城学院 2018 届课程设计第 9 页 共 11 页结 论这次的课程设计是我大学以来第一次接触面包板和仿真软件，虽然原件是现成的，但是电路的设计和
21、面包板的制作过程还是让我学到了很多东西。虽然这次课程设计困难重重但在我们小组的团结努力之下都一一克服了让我体会到了成功的喜悦，并且让我们对电子产品有了更深得了解，特别是对电路的分析以及调试工作，在电路组装调试过程中显得特别重要，通过调试可以更直接的找出故障的原因，对电路的一些基本工艺技术标准也有更进步的了解，把电路的设计工作做得更好，在今后的学习中我会不断努力，创造出更多的更有特色的电子产品。在这次课程设计中让我明白了学习模电的重要性，学习好模电知识并且能为自己所用是多么不容易的一件事，通过这次的课程设计会激励我更加努力地学习模电课程。中国地质大学长城学院 2018 届课程设计第 10 页 共
22、 11 页致 谢在此我要感谢工程技术学院的所有老师，尤其是李主任，是你们无私的奉献精神和爱岗敬业的治学态度，不仅使我对电气专业知识有了更进一步的理解，将理论和自己的实践互相验证，受益匪浅。而且使我能够将所学理论应用于对现实问题的分析和解决，继而提高自己的管理水平。感谢我的各位同学，是你们的无私帮助让我感受到校园的温暖，在我的论文写作过程当中，多位同学为我提供了信息支持，在此一并表示感谢。最后再次感谢 xx 大学为我提供了宝贵的学习机会，使我能够走上一个新的平台，幵始一段新的人生！中国地质大学长城学院 2018 届课程设计第 11 页 共 11 页参考文献1 555 多谐振荡器在温控报警电路中的应用J.王全宇.大学物理实验.2012 年 10 期2 多谐振荡器电路集锦J.姚彬.家庭电子.2003 年 06 期3 关于数字音频功率放大器原理及实现研究J.王志辉.数字技术与应用.2016 年 08 期4 单片机控制多功能信号发生器D.江明.吉林大学.2004 年 09 期5 运算放大器电路的噪声分析和设计J.何峥嵘.微电子学.2006 年 04 期6 基于 555 定时器的高精度锯齿波发生器设计J.唐娟;行鸿彦.中国高校科技与产业化.2006 年 12 期
