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1、西安航空西安航空职业职业技技术术学院学院 毕毕 业业 设设 计计( (论论 文)文) 论论文文题题目:目: 所属系部:所属系部: 电电子工程学院子工程学院 指指导导老老师师: : 张张玉玉莲莲 职职 称:称: 教授教授 学生姓名:学生姓名: 班班级级、学号、学号: 专专 业业: : 西安航空西安航空职业职业技技术术学院制学院制 年 月 日 西安航空西安航空职业职业技技术术学院学院 毕业设计毕业设计( (论论文)任文)任务书务书 题题目:目: 任任务务与要求:与要求: 时间时间: : 年 月 日至 年 月 日 共 12 周 所属系部:所属系部: 学生姓名:学生姓名: 学学 号:号: 专业专业:
2、: 指指导单导单位或教研室:位或教研室: 电电子教研室子教研室 指指导导教教师师: : 职职 称:称: 西安航空西安航空职业职业技技术术学院制学院制 年 月 日 毕业设计毕业设计(论论文文)进进度度计计划表划表 日日 期期工工 作作 内内 容容执执 行行 情情 况况 指指导导教教师师 签签 字字 教教师对进师对进 度度计计划划实实 施情况施情况总总 评评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。 Comment A1: 字体字号 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 - 4 - 【摘 要】 本系统采用了热释电红外传感器,它的制作简单、成本低、安装比较方便, 而且防盗性能比较稳定,抗干
3、扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安 装隐蔽,不易被盗贼发现。当人进入报警器的监视区域内,即可发出报警声, 适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。本设计电路主 要包括信号放大电路、比较电路、音响报警电路、开机延时电路和 12V 电源电 路组成。分析人体红外线感应报警器的各部分功能电路原理,运用 Protel dxp2004 完成了原理图的绘制,并运用 Multisim 10 仿真调试得出电路报警的 相关参数。概述了红外线辐射的知识、热释电红外传感器的结构和工作原理。 利用热释电红外传感器设计了一种被动式红外报警电路,分析了该电路的功能 和工作原理。热释电红外传感器具有很
4、多的优点,在防盗、警戒等装置中应用 较广。 关键词:关键词:红外线,热释电效应,菲涅尔透镜 Comment A2: 题目翻译 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 - 5 - 题目:(英文) Abstract: The system uses a pyroelectric infrared sensor, making it a simple, low cost, the installation more convenient, more stable performance and security, anti-interference ability, high sensitivity,
5、safety and reliability. The hidden anti-theft devices installed, thieves can not easily be found. When people enter the surveillance zone alarm can sound an alarm for homes, offices, warehouses, laboratories and other more important occasions, anti-theft alarm .The design circuit includes a signal a
6、mplification circuit, comparator circuit, sound the alarm circuit, delay circuit and the 12V power supply circuits. Analysis of human infrared sensor alarm functions of each part of the circuit, the use of Protel dxp2004 completed the schematic drawing, and simulation using Multisim 10 alarm circuit
7、 debugging of the relevant parameters obtained. An overview of the knowledge of infrared radiation, pyroelectric infrared sensor structure and working principle. Using pyroelectric infrared sensor designed a passive infrared alarm circuit of the circuit function and work. Pyroelectric infrared senso
8、r has many advantages in security, vigilance wider application of such devices. Key words: Infrared,Pyroelectric effect,Fresnel lens 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 - 6 - 目目 录录 1 1 绪论绪论1 1.1 设计概述1 1.21.2 设计背景设计背景1 1.31.3 设计要求设计要求1 1.41.4 设计意义设计意义1 2 2 方案设计与选定方案设计与选定3 2.12.1 方案设计方案设计3 2.22.2 选定方案选定方案3 3 3 热释电红外传感器
9、的概述热释电红外传感器的概述4 3.13.1 热释电红外传感器热释电红外传感器4 3.1.13.1.1 热释电效应及传感器结构热释电效应及传感器结构.4 3.1.23.1.2 热释电红外传感器原理热释电红外传感器原理.5 3.1.3.1.3 热释电红外信号采集及调理电路热释电红外信号采集及调理电路.5 3.1.43.1.4 热释电红外线传感器的优缺点热释电红外线传感器的优缺点.7 3.23.2 菲涅尔透镜菲涅尔透镜7 3.2.13.2.1 菲涅尔透镜的原理菲涅尔透镜的原理.7 3.2.23.2.2 菲涅尔透镜作用菲涅尔透镜作用.8 3.2.33.2.3 菲涅尔透镜的主要技术指标菲涅尔透镜的主要
10、技术指标.8 4 4 热释电红外报警器的结构原理热释电红外报警器的结构原理9 4.14.1 热释电红外报警器的总体结构热释电红外报警器的总体结构9 4.24.2 信号放大电路信号放大电路9 4.2.14.2.1 放大电路的概述放大电路的概述.9 4.2.24.2.2 放大电路的分析放大电路的分析.10 4.2.34.2.3 集成运放的概述集成运放的概述.10 4.2.44.2.4 集成运放的特点集成运放的特点.10 4.2.54.2.5 集成运放的传输特性集成运放的传输特性.10 4.2.64.2.6 芯片介绍芯片介绍.10 4.34.3 电压比较器电压比较器12 4.3.14.3.1 电压比
11、较器的概述电压比较器的概述.12 4.3.24.3.2 比较器的主要指标比较器的主要指标.13 4.3.34.3.3 LM393LM393 芯片介绍芯片介绍13 4.44.4 音响报警电路音响报警电路14 4.54.5 开机延时电路开机延时电路15 4.64.6 12V12V 电源电路电源电路.16 4.6.14.6.1 直流稳压电源的原理直流稳压电源的原理.16 4.6.24.6.2 三端稳压源三端稳压源.16 4.74.7 总电路分析总电路分析17 5 5 电路的仿真电路的仿真18 5.15.1 仿真电压和波形仿真电压和波形18 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 - 7 - 5.1.15
12、.1.1 感应信号波形感应信号波形.18 5.1.25.1.2 第一级放大波形及电压第一级放大波形及电压.18 5.1.35.1.3 第二级放大波形及电压第二级放大波形及电压.19 5.1.45.1.4 第一级比较波形第一级比较波形.20 5.1.55.1.5 第二级比较波形及电压第二级比较波形及电压.21 5.1.65.1.6 基准电压一、二电压基准电压一、二电压.22 5.1.75.1.7 开机延时开机延时.22 5.1.85.1.8 报警延时报警延时.23 5.25.2 仿真结果分析仿真结果分析24 5.2.15.2.1 三极管的放大倍数三极管的放大倍数.24 5.2.25.2.2 运放
13、的放大倍数运放的放大倍数.25 5.2.35.2.3 基准电压一基准电压一.25 5.2.45.2.4 基准电压二基准电压二.25 5.2.55.2.5 两比较波形对比分析两比较波形对比分析.25 5.2.65.2.6 开机延时开机延时.25 5.2.75.2.7 报警延时报警延时.25 参考文献参考文献27 附录附录 1 1 元件清单元件清单.28 附录附录 2 2 电路仿真图电路仿真图.29 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 1 1 绪论 1.1 设计概述 随着电子技术的发展,人类不断研究,不断创新纪录,人们自身的安防意 识也在逐渐增强。红外线具有隐蔽性,在露天防护的地方设计一束红外线可
14、以 方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点:其一是能有效判断是否有 人员进入;其二是尽可能大地增加防护范围。 该报警器能探测人体发出的红外线,当人进入报警器的监视区域内,即可 发出报警声,适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。 本设计是利用热释电红外线传感器探测人体辐射出的红外线信号原理设计出来 的人体红外线感应报警器。内容广泛,灵活应用。 1.21.2 设计背景设计背景 随着时代的不断进步,人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求, 尤其是在家居安全方面,不得不时刻留意那些不速之客。这里所设计的被动式 红外报警器则采用了美国的传感元件热释电红外传感器。这种热释电红外
15、 传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号,同 时,它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。热释电红外传感器既可用于防盗 报警装置,也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。用它制作的防盗报 警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比,具有如下特点: 不需要用红外线或电磁波等发射源; 灵敏度高、控制范围大; 隐蔽性好,可流动安装。 1.31.3 设计要求设计要求 熟悉电路的工作原理。 掌握该电路中元器件的识别方法。 掌握电路的调试方法。 熟悉电路简单的故障分析方法。 论文符合其格式、字数的基本要求,内容要求充实、作图严谨规范等。 详细说明设计方案,并计算元件参数。 1.41
16、.4 设计意义设计意义 掌握红外探测防盗器的原理及设计制作与仿真调试,熟悉实用电路设计的 一般过程。训练及提高学生综合运用所学知识进行电路设计的原理仿真能力。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 2 加强对一些无人场所的防盗报警,以及对一些危险地带生命迹象的探测。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 3 2 2 方案设计与选定方案设计与选定 2.12.1 方案设计方案设计 方案一:利用模拟电子电路构成被动红外线感应报警器。系统主要有红外 线传感器、信号放大电路、电压比较器、开机延时、音响报警延时和 12V 电源 电路组成。 被动红外线感应报警器的红外感应源通常采用热释电元件,这种元件在接 收到
17、人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,后续电 路经检测处理后就能产生报警信号。 方案二:利用模拟电子电路构成主动红外入侵报警器。主要由发射机和接 收机组成,发射机是由电源、发光源和光学系统组成。接收机是由光学系统、 光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。 主动红外报警器是当有人入侵该警戒线时,红外光束被遮挡,接收机收到 的红外信号发生变化,提取这一变化,经放大和适当处理,控制器发出的报警 信号。目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。一般应用 在周界防范居多,最大的优点就是防范距离远。 2.22.2 选定方案选定方案 方案二的主动式红外线报警器的硬件电路相
18、比于方案一较为复杂。 由于是毕业设计,在设计过程中要以电路原理为主题,因此在电路元件和 模块的选择上尽量采用通用、基础的元器件,避免采用大规模的集成电路来设 计电路。 综上所述选择方案一:由模拟电子电路构成热释电红外报警器电路。主要 由电路由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、开机延时、音响报警延 时和 12V 电源电路组成。组成框图如 2-1 所示。 红外线 传感器 信号放大延时电路 音响报警 电压比较 开机延时电源电路 图 2-1 热释电红外报警器组成框图 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 4 3 3 热释电红外传感器的概述热释电红外传感器的概述 3.13.1 热释电红外传感器热释电
19、红外传感器 3.1.13.1.1 热释电热释电效应及传感器结效应及传感器结构构 热释电红外传感器(Pyroelectric Infrared Detector,PIR)就是利用热 释电效应的原理,将红外辐射转换为电能的一种元件,是一种温度敏感传感器。 它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成,元件两个表面做成电极而构成响应元。 它通常由两个极性相反的传感元件串联连接,并于一个高阻和一个场效应晶体 管组装在一起。其内部结构如图 3-1 所示。当传感器监测范围内温度有变化时, 因热释电效应会在两个电极上产生电荷,即在两电极之间产生一微弱电压。由 于它的输出阻抗极高,所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。
20、热释电效 应所产生的电荷会跟空气中的离子结合而消失,当环境温度稳定不变时,传感 器无输出。与所有热传感器一样,热释电传感器的工作原理可以用 3 个过程来 描述:由辐射转化为热的吸收过程:由热转化为温度的加热过程:由温度转化 电的测温过程。 图 3-1 热释电红外传感器内部结构 图 3-2 热释电传感器 LHI778 外形图 红外辐射在自然界中无处不在,任何高于绝对零度(273)的物体都 会有红外线向周围空间辐射,其本质是热辐射。物体温度越高,则辐射的红外 线越多,红外辐射能量就越强。而人体都有恒定的体温,一般在 37 度,根据维 恩位移定律:T = 2897.8umK,所以会发出波长约 10u
21、m 左右的红外线, m 被动式红外探头就是靠探测人体发射的 10um 左右的红外线而进行工作的。人体 发射的 10um 左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。根据 热释电效应,当一些晶体受热时,在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 5 电荷,而红外感应源采用热释电元件,这种元件在接收到人体红外辐射温度发 生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,后续电路经检测处理后就能产生 报警信号。 近年来热释电红外传感器除了用于遥感、制导、夜视、主动雷达、热成像、 气体分析、辐射计、测温等军事和工业场合外,它在消费电子电器产品中的应 用正迅速增长。目前应
22、用最多的是检测人的传感器,比如用于防盗报警系统。 3.1.23.1.2 热释电红外传感器原理热释电红外传感器原理 本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及 设计电路如图 3-3 所示。在 VCC 电源端利用 C1 和 R2 来稳定工作电压,同样 输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时,电荷信号经 过 FET 放大后,经过 C2,R1 的稳压后使输出变为高电位,再经过 NPN 的转化, 输出 OUT 为低电位。 图 3-3 热释电红外传感器原理图 3.1.3.1.3 热释电红外信号采集及调理电路热释电红外信号采集及调理电路 本设计选用 PerkinElmer
23、 公司的 LHI778 热释电红外传感器,它是双元传感 器,由硅窗、敏感材料、高值电阻 Rg、场效应管以及为增强抗干扰能力而并的 一个电容组成。其外形结构如图 3-2 所示。D 脚和 S 脚分别为内部场效应管的 漏极和源极的引出端,G 脚为内部敏感元接地引出端。因 S 和 G 之间悬空,故 使用时在这两个引脚之间应接入一个输出电阻 Ro,才能输出传感信号。 热释电红外传感器是一种高阻抗的器件,容易引入噪声,所以与它相连的 第一级前置放大电路必须采用高输入阻抗、低噪声的场效应晶体管,并把它封 装在热释电探测器管壳内。这样可以有效地降低干扰、防止外界干扰及机械振 动的影响。高值电阻 Rg 的作用是
24、释放栅极电荷,使场效应管安全正常工作。 RS Y2 Y1 R1 R2 C2 C1 R3 R4 Q2 NPN Q1 FET VccVCC 3v12v OUT 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 6 热释电红外传感器输出的信号很微弱,容易受到噪声的干扰,甚至有效信 号被淹没在噪声中。研究发现传感器上输出信号的干扰源主要来自传感器的热 噪声、固有噪声、放大器的电压和电流噪声等。热噪声是由探测器材料中的电 荷载流子的随机热运动而产生的。要减小热噪声带来的影响,应尽量缩短热释 电传感器和前置放大电路之间的距离,减少外界热干扰,并在前置放大电路中 串入低通滤波电路,限制噪声带宽。传感器的固有噪声电压峰峰值
25、约为 50uv, 室外热空气流动能够产生接近 250uV 的噪声,在室内也接近 180uV。其他可能 存在的干扰,如空间电磁波干扰和机械振动等,噪声幅值接近 100uV,三种噪 声叠加最大幅值接近 300uV。所以需要对其进行放大处理,同时还要滤波以去 除干扰和噪声。因此,本设计采用的信号调理电路包括两级增益放大、带通滤 波、比较电路组成,其电路如图 3-4 所示。 图 3-4 中传感器 D 端和 5V 电源之间串联一个 10K 的电阻,用于降低射频干 扰。G 端接地,S 端接 47K 的负载电阻。传感器输出直接耦合至低噪声运放 (LM324)构成的带通滤波和第一级放大电路的反向输入端,然后再
26、经过电阻 R7、电容 C4 耦合至第二级放大电路进行进一步滤波放大。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 7 图 3-4 热释电红外传感器信号调理电路 根据滤波器的特点,其截止频率公式为: RC f 2 1 可得在本设计带通滤波电路中,上限截止频率为 15.9Hz,下限截止频率为 0.07Hz;在放大电路中第一级放大增益为 100,第二级放大增益大约为 20,因 此经过两级放大后电路总增益可达到 66dB。双限电压比较器由四运放(LM324) 的另两个放大器构成。由于噪声源最大幅值接近 300uV,经两级放大电路后, 最大噪声幅值达到 600 mV。第二级放大电路偏置在 VCC2,即 2.5
27、V,因此, 双限电压比较器的高低阈值应设置为 3.1 V 和 1.9 V 时才能有效抗噪声干扰, 即当放大器输出信号电平大于 3.1 V 或者小于 1.9V 时,比较器输出高电平,表 示探测到移动人体。 所以,必须对红外辐射进行调制,使恒定的辐射变为交变辐射。设法使红 外辐射不断变化,这样才能使传感器不断有信号输出。为了满足这一要求,通 常在热释电传感器的使用中,总是要在它的前面加装一个菲涅尔透镜。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 8 3.1.43.1.4 热释电红外线传感器的优缺点热释电红外线传感器的优缺点 优点: 本身不发任何类型的辐射 器件功耗很小,隐蔽性好,流动安装 价格低廉 缺点
28、: 容易受各种热源、光源干扰 被动红外穿透力差,人体的红外辐射容易被遮挡,不易被探头接收 环境温度和人体温度接近时,探测和灵敏度明显下降,有时造成短时失灵 3.23.2 菲涅尔透镜菲涅尔透镜 菲涅尔透镜 (Fresnel lens) 多是由聚烯烃材料注压而成的薄片,也有玻 璃制作的,镜片表面一面为光面,另一面刻录了由小到大的同心圆,它的纹理 是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的,透镜的要 求很高,一片优质的透镜必须是表面光洁,纹理清晰,其厚度随用途而变,多 在 1mm 左右,特性为面积较大,厚度薄及侦测距离远。 3.2.13.2.1 菲涅尔透镜的原理菲涅尔透镜的原理 菲涅
29、尔镜片是根据法国光物理学家 FRESNEL 发明的原理采用电镀模具工艺 和 PE(聚乙烯)材料压制而成。镜片(0.5mm 厚)表面刻录了一圈圈由小到大, 向外由浅至深的同心圆,从剖面看似锯齿。圆环线多而密感应角度大,焦距远; 圆环线刻录的深感应距离远,焦距近。红外光线越是靠进同心环光线越集中而 且越强。同一行的数个同心环组成一个垂直感应区,同心环之间组成一个水平 感应段。垂直感应区越多垂直感应角度越大;镜片越长感应段越多水平感应角 度就越大。区段数量多被感应人体移动幅度就小,区段数量少被感应人体移动 幅度就要大。不同区的同心圆之间相互交错,减少区段之间的盲区。区与区之 间,段与段之间,区段之间
30、形成盲区。由于镜片受到红外探头视场角度的制约, 垂直和水平感应角度有限,镜片面积也有限。镜片从外观分类为:长形、方形、 圆形,从功能分类为:单区多段、双区多段、多区多段。当人进入感应范围, 人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离 A 区或中距离 B 区或近距离 C 区的 某个段的同心环上,同心环与红外线探头有一个适当的焦距,红外光正好被探 头接收,探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收人体 红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器。 3.2.23.2.2 菲涅尔透镜作用菲涅尔透镜作用 作用:一是聚焦作用,即将热释红外信号折射(反射)在 PIR 上,第二个 西安航空职业技术
31、学院 毕业设计论文 9 作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区,使进入探测区域的移动物体能以 温度变化的形式在 PIR 上产生变化热释红外信号 3.2.33.2.3 菲涅尔透镜的主要技术指标菲涅尔透镜的主要技术指标 外形尺寸,根据传感器和探测摘要来设计和生产不同尺寸的透镜。 水平视角和垂直视角,它表明透镜的可监视范围。 焦距,它表明镜片与传感器的安装距离。 4 4 热释电红外报警器的结构原理热释电红外报警器的结构原理 4.14.1 热释电红外报警器的总体结构热释电红外报警器的总体结构 热释电人体红外报警器主要由信号放大电路、电压比较器、音响报警电路、 开机延时电路、电源电路等几部分组成。菲涅尔
32、透镜可以将人体辐射的红外线 聚焦到热释电红外探测元上,同时也产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区, 以适应热释电探测元要求信号不断变化的特性;热释电红外传感器是报警器设 计中的核心器件,它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使 用;信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较, 为报警功能的实现打下基础。 4.24.2 信号放大电路信号放大电路 信号放大电路如图 4-1,VT1 和运算放大器 LM358 等组成放大电路,由 IC1 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 10 的脚输出微弱的电信号,经三极管 VT1 组成的共发射极放大电路进行第一级 放大,再通过 C
33、2 耦合到运算放大器 IC2A 中进行高增益、低噪声的同相比例放 大,此时由 IC2A脚输出的信号已足够强,输入电压比较电路。 图 4-1 信号放大电路图 4.2.14.2.1 放大电路的概述放大电路的概述 “放大”的本质是实现能量的控制,即能量的转换:用能量比较小的输入 信号来控制另一个能源,使输出端的负载上得到能量比较大的信号。放大的对 象是变化量,放大的前提是传输不失真。放大电路的基本形式有 3 种:共发射 极放大电路,共基极放大电路和共集电极放大电路。在构成多级放大器时,这 几种电路常常需要相互组合使用。 4.2.24.2.2 放大电路的分析放大电路的分析 反馈指将系统的输出返回到输入
34、端并以某种方式改变输入,进而影响系统 功能的过程。反馈可分为负反馈和正反馈。前者使输出起到与输入相反的作用, 使系统输出与系统目标的误差减小,系统趋于稳定;后者使输出起到与输入相 似的作用,使系统偏差不断增大,使系统振荡,可以放大控制作用。本电路采 用的是由 R2 构成了电压并联负反馈电路,此电路还是共发射极放大电路。 共发射极放大电路具有以下特点: 输入信号与输出信号反相; 无电压放大作用; 有电流放大作用; 功率增益最高(与共集电极、共基极比较) ; 适用于电压放大与功率放大电路。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 11 4.2.34.2.3 集成运放的概述集成运放的概述 集成运算放大器
35、简称集成运放,是由多级直接耦合放大电路组成的高增益 模拟集成电路。它的增益高,输入电阻大,输出电阻低,共模抑制比高,失调 与飘移小,而且还具有输入电压为零时输出电压亦为零的特点,适用于正,负 两种极性信号的输入和输出。运算放大器除具有十、一输人端和输出端外,还 有十、一电源供电端、外接补偿电路端、调零端、相位补偿端、公共接地端及 其他附加端等。它的放大倍数取决于外接反馈电阻,这给使用带来很大方便。 4.2.44.2.4 集成运放的特点集成运放的特点 集成运放采用直接耦合放大器,对直流信号和交流信号都有放大作用; 为克服零飘现象,提高共模抑制比,输入端全部采用差分放大电路,并采 用恒流源供电;
36、采用复合管提高电路的增益; 电路中的无源器件都采用无源器件来代替。 4.2.54.2.5 集成运放的传输特性集成运放的传输特性 本电路由 R7、R8、C4 组成同相比例放大电路。同相比例运算放大器在正常 运行的时候,输出电压总是满足使反馈在反向输入端的电压等于同相端的电压 (Av= R8/R7+1)。如果在放大器输出端接上负载引起输出电压下降,那么下降的 输出电压就会使反馈在反向输入端的电压不等于同相端的电压,于是又会引起 输出端的电压回到 Av= R8/R7+1 的参数。这与反向比例放大器的调整作用原理 相同。 4.2.64.2.6 芯片介绍芯片介绍 (1)芯片 LM385 的概述: LM3
37、58 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器, 适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,在推荐的 工作条件下,电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流 增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 12 图 4-2 LM358 引脚图 芯片特点: 内部频率补偿 直流电压增益高(约 100dB) 单位增益频带宽(约 1MHz) 电源电压范围宽:单电源(330V);双电源(1.5 一15V) 低功耗电流,适合于电池供电 低输入偏流 低输入失调电压和失调电流 共模输入电压范围宽,包括接地 差模输入电
38、压范围宽,等于电源电压范围 输出电压摆幅大(0 至 Vcc-1.5V) 电气特性: 输入偏置电流 45 nA 输入失调电流 50 nA 输入失调电压 2.9mV 输入共模电压最大值 VCC1.5 V 共模抑制比 80dB 电源抑制比 100dB 8 脚:电源 VCC 4 脚:接地 1、7 脚:输出端 3、5 脚:同相输入端 2、6 脚:反相输入端 (2)芯片 9014 的概述: 9014 是非常常见的晶体三极管,在收音机以及各种放大电路中经常看到它, 应用范围很广,它是 NPN 型小功率三极管。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 13 主要参数: 集电极最大耗散功率 PCM0.4W 集电极最
39、大允许电流 ICM=0.1A 集电极基极击穿电压 BVCBO=50V 集电极发射极击穿电压 BVCEO=45V 发射极基极击穿电压 BVEBO=5V 集电极发射极饱和压降 UCE=0.3V (IC=100mA; IB=5mA) 基极发射极饱和压降 UBE(sat)=1V (IC=100mA; IB=5mA) 主要用途: 作为低频、低噪声前置放大,应用于电话机、VCD、DVD、电动玩具等电子 产品。 4.34.3 电压比较器电压比较器 电压比较器如图 4-3 所示,IC3A 和 VD1 等作电压比较器,IC3A 的第脚由 R10、VD1 提供基准电压,U_=R12/R12+R11.当 IC2A脚
40、输出的信号电压到达 IC3A 的脚时,两个输入端的电压进行比较, 此时 IC3A 的脚由原来的高电 平变为低电平。 4.3.14.3.1 电压比较器的概述电压比较器的概述 电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。 电压比较器的功能:比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平,表示 两个输入电压的大小关系): 当”输入端电压高于”输入端时,电压比较器输出为高电平; 当”输入端电压低于”输入端时,电压比较器输出为低电平。 电压比较器的作用: 可用作模拟电路和数字电路的接口; 可以用作波形产生和变换电路等; 利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。 西安航空职业技术学院
41、 毕业设计论文 14 图 4-3 电压比较电路图 4.3.24.3.2 比较器的主要指标比较器的主要指标 滞回电压:比较器两个输入端之间的电压在过零时输出状态将发生改变, 由于输入端常常叠加有很小的波动电压,这些波动所产生的差模电压会导致比 较器输出发生连续变化,为避免输出振荡,新型比较器通常具有几 mV 的滞回电 压。 偏置电流:理想的比较器的输入阻抗为无穷大,因此,理论上对输入信号 不产生影响,而实际比较器的输入阻抗不可能做到无穷大,输入端有电流经过 信号源内阻并流入比较器内部,从而产生额外的压差。偏置电流定义为两个比 较器输入电流的中值,用于衡量输入阻抗的影响。 超电源摆幅:为进一步优化
42、比较器的工作电压范围,Maxim 公司利用 NPN 管与 PNP 管相并联的结构作为比较器的输入级,从而使比较器的输入电压得以 扩展,这样,其下限可低至最低电平,上限比电源电压还要高出 250mV,因而 达到超电源摆幅标准。这种比较器的输入端允许有较大的共模电压。 漏源电压:由于比较器仅有两个不同的输出状态(零电平或电源电压) ,且 具有满电源摆幅特性的比较器的输出级为射极跟随器,这使得其输入和输出信 号仅有极小的压差。该压差取决于比较器内部晶体管饱和状态下的发射结电压, 对应于 MOSFFET 的漏源电压。 输出延迟时间:包括信号通过元器件产生的传输延时和信号的上升时间与 下降时间,对于高速
43、比较器,设计时需注意不同因素对延迟时间的影响,其中 包括温度、容性负载、输入过驱动等的影响。 4.3.34.3.3 LM393LM393 芯片介绍芯片介绍 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 15 (1)LM393 概述: LM393 为双电压比较器,LM393 系列由两个偏移电压指标低达 2.0 的独立 精密电压比较器构成。该产品采用单电源操作设计,且适用电压范围广。该产 品也可采用分离式电源,低电耗不受电源电压值影响。本品还有一个特点是, 即使是在单电源操作时,其输入共模电压范围也包括接地。LM393 系列可直接 与 TTL 及 CMOS 逻辑电路接口。无论时正电源还是负电源操作,当低电耗
44、比标 准比较器的优势明显时,LM393 系列便与 MOS 逻辑电路直接接口。 (2)芯片特点: 工作电源电压范围宽,单电源、双电源均可工作,单电源:236V,双电 源:118V; 消耗电流小,Icc=0.8mA; 输入失调电压小,VIO=2mV; 共模输入电压范围宽,Vic=0Vcc-1.5V; 输出与 TTL,DTL,MOS,CMOS 等兼容; 输出可以用开路集电极连接“或”门; 图 4-4 LM393 引脚图 (3)电气特性: 8 脚:电源 4 脚:电源 1 脚:比较器 A 输出 2 脚:比较器 A 反相输入 3 脚:比较器 A 同向输入 5 脚:比较器 B 同向输入 6 脚:比较器 B
45、反相输入 7 脚:比较器 B 输出 Comment A3: 图在文章里要描述呢! ! 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 16 4.44.4 音响报警电路音响报警电路 LM393 为报警延时电路,R14 和 C6 组成延时电路,其时间约为 1 分钟。当 IC3A 的脚变为低电平时,C6 通过 VD2 放电,此时 IC3B 的脚变为低电平它 与 IC3A 的脚基准电压进行比较,当它低于其基准电压时,IC3B 的脚变为 高电平,VT2 导通,讯响器 BL 通电发出报警声。人体的红外线信号消失后, IC3A 的脚又恢复高电平输出,此时 VD2 截止。由于 C6 两端的电压不能突变, 故通过 R14
46、向 C6 缓慢充电,当 C6 两端的电压高于其基准电压时,IC3A 的 脚才变为低电平,时间约为 1 分钟,即持续 1 分钟报警。 图 4-5 音响报警延时电路图 4.54.5 开机延时电路开机延时电路 如图 4-6 所示,由 VT3、R20、C8 组成开机延时电路,刚开机时电源向 C8 充电,时间约为 1 分钟,它的设置主要是防止使用者开机后立即报警,好让使 用者有足够的时间离开监视现场,同时可防止停电后又来电时产生误报。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 17 图 4-6 开机延时电路图 4.64.6 12V12V 电源电路电源电路 由功率为 12V 5W 的变压器,电桥等组成,为报警电
47、路提供 12V 的电压源。 该装置采用 912V 直流电源供电,由 T 降压,全桥 U 整流,C10 滤波,检测电 路采用 78L06 供电。本装置交直流两用,自动无间断转换。 图 4-7 12V 电源电路图 4.6.14.6.1 直流稳压电源的原理直流稳压电源的原理 直流稳压电源是一种将 220V 工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置, 它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。 电源变压器:是降压变压器,它将电网 220V 交流电压变换成符合需要的交 流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。 整流电路:利用单向导电元件,把 50Hz 的正弦交流电变换成脉动的直流电。 滤波电路:可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而 得到比较平滑的直流电压。 稳压电路:稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网电压 和负载的变化而变化。 4.6.24.6.2 三端稳压源三端稳压源 集成三端稳压器是一种串联调整式稳压器,内部设有过热、过流和过压保护 电路。它只有三个外引出端(输入端、输出端和公共地端),将整流滤波后的不稳 定的直流电压接到集成三端稳压器输入端,经三端稳压器后在输出端得到某一值 的稳定的直流电压。 78L06 芯片特点: 输出电压(V):6.2
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