电子CAD实习指导说明书

电子CAD实习指导说明书声光圣诞树圣诞节许多场所都摆放了各式各样的圣诞树，它不仅给人们营造了浓郁的节日气氛，而且还给人们带来了一份祝福！这棵声光圣诞树不仅能够发出红、绿、黄等颜色的点点闪光，而且还会反复奏响悦耳动听的《圣诞歌》乐曲。制作这样一棵声光圣诞树，必将会给你的圣诞之夜增添欢快的节日气氛！一、工作原理声光圣诞树的电路如图1所示。音乐集成电路A和压电陶瓷片B组成了音乐演奏电路。由于A的触发端TG直接与VDD相接，所以只要一接通电源，B就会反复演奏出A内部所储存的乐曲。晶体三极管VT1～VT3以及外围电阻器R1、R3、R5和电容器C1～C3等组成了三管无稳态自激多谐振荡器。其中：发光二极管VD1～VD5、VD6～VD10、VD11～VD15分别通过对应的限流电阻器R2、R4和R6接入VT1～VT3的集电极回路，分别作为VT1～VT3的负载，使它们随着电路的振荡发出红色、绿色、黄色等三路循环闪光。三管无稳态自激多谐振荡器的工作过程：闭合电源开关SA，VT1～VT3三只三极管争先导通。由于VT1～VT3三只管子的参数不可能完全一致，所以其结果是必然有一只管子截止，另两只饱和导通。例如VT1截止，VT2、VT3导通；或VT2截止，VT1、VT3导通；或VT3截止，VT1与VT2导通。假定VT3首先导通并饱和，则它的集电极电压接近零电压。由于电容器C3两端的电压不能突变，所以三极管VT1的基极也被拉到接近零电压，使三极管VT1无法再导通而截止。三极管VT1的截止，使它的集电极电压接近电源电压，通过电容器C1的耦合作用使三极管VT2的基极为高电压，三极管VT2因此而处于饱和导通状态。上述过程很快就会完成，此时三极管VT1处于截止状态，VT2和VT3处于饱和导通状态，与之相对应的发光二极管VD1～VD5不亮、而VD6～VD10和VD11～VD15均通电发光。随着时间的延续，电源电压通过电阻器R1对电容器C3进行反向充电，使三极管VT1的基极电压不断升高，当达到一定程度时，三极管VT1开始导通，并由截止状态很快变为饱和导通状态。由于三极管VT1变为饱和导通状态，它的集电极电压随之下降，通过电容器C1的耦合作用使三极管VT2的基极电压也下跳。这样三极管VT2由饱和状态变为截止状态。此时三极管VT1和VT3都处于饱和导通状态，而三极管VT2处于截止状态，与之相对应的发光二极管VD6～VD10熄灭、而VD1～VD5和VD11～VD15均通电发光。紧接着电源又开始了对电容器C1的反向充电（通过电阻器R3和饱和导通的VT1进行），使三极管VT2的基极电压不断升高，三极管VT2开始导通，并由截止状态很快变为饱和导通状态，……如此循环下去。在每一时刻，电路中总有一只三极管处在截止状态，而另两只三极管是处在饱和导通状态；与截止状态三极管相对应的一路共五只发光二极管会熄灭，而另外两路共十只发光二极管则点亮。如果巧妙安排发光二极管在圣诞树上的位置，就能产生良好的视觉效果。电路中，自激多谐振荡器的振荡周期决定了VD1～VD5、VD6～VD10和VD11～VD15三路发光二极管循环交替闪光的速度，它由电阻器R1、R3、R5和电容器C1～C3的数值大小来确定。R2、R4和R6分别为对应各路发光二极管的限流电阻器，其阻值大小决定对应五只发光二极管的发光亮度。C4为退耦电容器，它能够有效地消除因电池内电阻增大而产生的压电陶瓷片B发声畸变等现象，相对延长电池的使用寿命。二、元器件选择A选用KD-9302型（内储《圣诞歌》曲）音乐集成电路，也可用同一系列产品中的KD-9304型（内储《快乐世界》等“圣诞三曲”）音乐集成电路，它们均采用软包封装形式制做在尺寸为23mm×14mm的小印制电路板上（参见图3左边所示），并给有外围元件焊接脚孔，使用很方便。该音乐集成电路的主要参数：工作电压范围1.3～5V，典型值为3V；触发电流≤40μA，静态总电流＜0.5μA；工作温度范围-10℃～60℃。音乐集成电路A也可用外形基本上与KD-9302一致（须外接一只68kΩ、1/8W的碳膜电阻器，主要用于调节乐曲演奏速度）的CW9300系列音乐集成电路，如：CW9303（内储《圣诞钟声》曲）、CW9307（内储《圣诞钟声》+《红鼻鹿》+《欢乐世界》曲）、CW9317（内储《圣诞钟声》+《圣诞老人进城》+《圣诞快乐》曲）、CW9320（内储《圣诞树》曲）型等。B采用FT-27或HTD27A-1型（φ27mm）压电陶瓷片，要求购买时配上专门的简易助声腔盖（也叫共振腔盖或共鸣腔盖），以增大发音量。这种带助声腔盖的压电陶瓷片构成和外形如图2所示。压电陶瓷片的结构是在金属基板上做有一压电陶瓷层，压电陶瓷层上有一镀银层。当通过金属基板和镀银层对压电陶瓷层施加音频电压时，由于压电效应，压电陶瓷片便发出声音来。组装时，先分别从压电陶瓷片的金属基板和镀银层上焊出两条引线。注意焊接时间不宜过长，以免烫裂压电陶瓷层。焊好引线后，将压电陶瓷片卡到助声腔盖上，注意镀银层朝里，其引线从助声腔盖旁的缺口中伸出。这样，压电陶瓷片与助声腔盖之间就形成了一个助声腔，使发出来的声音变得响亮。音乐集成电路A和带助声腔盖的压电陶瓷片B也可拆自用过的音乐贺年卡。具体方法：撕开贺年卡的外皮，拆出音乐机芯；取掉音乐机芯原有的两粒钮扣电池不用，将接钮扣电池正、负极的VDD和VSS两个端头，通过适当长度的电线引焊到电路板上去即可。VT1～VT3均选用9014或3DG8型硅NPN小功率晶体三极管，要求电流放大系数β＞50，并保证各管参数基本上一致。VD1～VD15均用φ5mm普通发光二极管；如有条件用高亮度发光二极管，则效果更佳。发光二极管的颜色一般取红、绿、黄三色即可，但注意相互并联的发光二极管必须用同一色管子，并要求选择相同型号、参数尽量保持一致的同一批产品，否则会因参数的差异而发生个别管子发光特别亮、有的管子却发光很暗的不良现象。R1～R6均用RTX-1/8W型碳膜电阻器。C1～C4均用CD11-10V型电解电容器。SA用CKB-1型小型拨动开关，亦可用磷铜皮自行弯制。G用两节5号干电池串联（配塑料电池架）而成，电压3V。三、制作与使用图3所示是该声光圣诞树的印制电路板接线图，印制电路板实际尺寸约为55mm×25mm。音乐集成电路A通过两根引线头VDD和VSS，焊接到电路板上对应的脚孔内。焊接时注意：电烙铁外壳一定要良好接地，以免交流感应电压击穿A内部CMOS电路！焊接好的电路板除发光二极管VD1～VD15以外，应连同电池G等全部装入一个体积合适的绝缘小盒内，其外形如图4所示。盒子面板适当位置处为压电陶瓷片B开出释音孔，并开孔固定电源开关SA；盒子顶部安装上用铁丝弯制而成的小挂钩，并开出小孔通过四根塑料外皮软导线（颜色应尽可能与小松树的“树干”颜色保持一致）引出发光二极管VD1～VD15。声光圣诞树以盆栽小松树或市售塑料仿真小松树为树体进行装配。按照图5所示，将制成的电路盒挂到盆栽小松树的树干上，应注意要将电路盒隐藏在树叶中，再将三路红、绿、黄色发光二极管串挂在小松树上即可。为了安装方便，可将所有发光二极管的引脚剪短至5mm～10mm左右，但焊接引线时注意一定要用镊子夹制成的声光圣诞树，只要元器件质量保证，焊接无误，一般不需要任何调试便可投入使用。如嫌三路发光二极管轮流交替闪光的速度太快（或太慢），可通过同时适当增大（或减小）电阻器R1、R3、R5或电容器C1~C3的数值来加以调整；如嫌VD1~VD5或VD6～VD10、VD11～VD15的发光亮度太暗（或太亮），可通过适当减小（或增大）对应限流电阻器R2或R4、R6的阻值来加以调整。如欲同时增大压电陶瓷片B的发音量和VD1～VD15的发光亮度，可将电源电压提高到4.5V，即用三节5号干电池串联供电。圣诞之夜，闭合电源开关SA，声光圣诞树便会发出欢快悦耳的《圣诞歌》乐曲声，同时伴有红、绿、黄等各色发光二极管的闪亮，宛若夜空闪烁的星光，此起彼伏，璀璨夺目，可为节日的居室增添艳丽的光彩！声光圣诞树在工作时电路所消耗的总电流仅为几十毫安，所以用电很节省。当闪烁光变暗时，说明电池电能不足，应更换新的同规格干电池。