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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:~5V,典型值为3V;触发电流≤40μA,静态总电流<;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