红外传声

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测试技术课程设计 ※

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红外传声电路设计

报告书

姓 名 学 号 院、系、部 专 业

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、

电气工程系

目 录

1.课程设计任务书.....................................................................................................1

2 .概述............................................................................................................................1

2.1 系统组成框图及原理图..................................................................................1

3 .红外传感器..............................................................................................................3

3.1 红外传感器的功能分类..................................................................................3

3.2 红外传感器的工作原理...................................................................................3

4 .三极管工作原理及其放大原理........................................................................3

4.1三极管的结构图和实物图................................................................................3

4.2三极管的工作原理............................................................................................4

4.3三极管的放大原理.............................................................................................4

4.4三极管和二极管的比较....................................................................................4

5 .音频功率放大器LM386.....................................................................................5

5.1 LM386简介.......................................................................................................5

5.2 LM386的特性.................................................................................................5

5.3LM386的引脚图...............................................................................................5

小结................................................................................................................................6

参考文献......................................................................................................................6

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1 课程设计任务书

红外传感器已经在现代化的生产实践中发挥着它的巨大作用,人们一方面通过提高与改善传感器的技术性能;一方面通过寻找新原理、新材料、新工艺及新功能来改善传感器性能,制造出更多的传感器。而红外线传感器作为其中的一部分也必将得到更大的发展。随着探测设备和其他部分的技术的提高,红外传感器能够拥有更多的性能和更好的灵敏度。

1974年发明的红外线带给我们一种新的连接方式，更重要的是，它带给我们新的概念，让我们感到一种无线的清新。红外接口是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持；通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发。

本课程采用的是硬件电路原理框图如图1-1： 一、主要内容

利用红外发射接收器件制作一个无线传声电路，包括一台红外发射机和一台红外接收机可以将声音通过红外线发射和接收。 二、基本要求

1. 距离不小于20米、方向角为１２０°，在10m²居室内基本上无方向性 2．完成3000字设计报告

3. 发挥部分，加上声音控制与节能措施，完成信号整理，减少失真。 三、主要技术指标（或研究方法）

1. 控制参数可调（距离）

2 概述

2.1 系统组成框图及原理图

红外传感器已经在现代化的生产实践中发挥着它的巨大作用,人们一方面通过提高与改善传感器的技术性能;一方面通过寻找新原理、新材料、新工艺及新功能来改善传感器性能,制造出更多的传感器。而红外线传感器作为其中的一部分也必将得到更大的发展。随着探测设备和其他部分的技术的提高,红外传感器能够拥有更多的性能和更好的灵敏度。

本课题采用的是以三极管8050和音频功率放大器LM386为核心开发红外传声的系统。系统硬件电路原理框图及结构图如下图1：

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该红外传声转发器由发射和接收两部分组成。其具有结构简单、易于制作、无干扰、噪声低等优点。图1(a)为发射部分电路原理。鉴频后的伴音（音频）信号经三极管VT放大后推动红外发射管。由于发射管的发射强度与通过其电流成正比，所以红外发射管VD1、VD2所发出的红外光，便受到音频信号的调制。为了防止失真，红外发射管VD1、VD2要设一定的偏置。图1(b)是接收部分原理图。其电路采用一块音频放大集成电路LM386。VD为红外线接收管。当被音频信号调制的红外光照射到VD红外接收管时，在其两端产生一个与音频信号变化规律相同的电信号，经C1耦合至IC，进行功率放大。

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3 红外传感器

3.1 红外传感器的功能分类

红外传感系统是用红外线为介质的测量系统,按照功能能够分成五类: ⑴ 辐射计,用于辐射和光谱测量;

⑵ 搜索和跟踪系统,用于搜索和跟踪红外目标,确定其空间位置并对它的运动进行跟踪;

⑶ 热成像系统,可产生整个目标红外辐射的分布图像; ⑷ 红外测距和通信系统;

⑸ 混合系统,是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。 3.2 红外传感器的工作原理

⑴ 待侧目标。根据待侧目标的红外辐射特性可进行红外系统的设定。 ⑵ 大气衰减。待测目标的红外辐射通过地球大气层时,由于气体分子和各种气体以及各种溶胶粒的散射和吸收,将使得红外源发出的红外辐射发生衰减。

⑶ 光学接收器。它接收目标的部分红外辐射并传输给红外传感器。相当于雷达天线,常用是物镜。

⑷ 辐射调制器。对来自待测目标的辐射调制成交变的辐射光,提供目标方位信息,并可滤除大面积的干扰信号。又称调制盘和斩波器,它具有多种结构。

⑸ 红外探测器。这是红外系统的核心。它是利用红外辐射与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射的传感器,多数情况下是利用这种相互作用所呈现出的电学效应。此类探测器可分为光子探测器和热敏感探测器两大类型。

⑹ 探测器制冷器。由于某些探测器必须要在低温下工作,所以相应的系统必须有制冷设备。经过制冷,设备可以缩短响应时间,提高探测灵敏度。

⑺ 信号处理系统。将探测的信号进行放大、滤波,并从这些信号中提取出信息。然后将此类信息转化成为所需要的格式,最后输送到控制设备或者显示器中。

⑻ 显示设备。这是红外设备的终端设备。常用的显示器有示波器、显像管、红外感光材料、指示仪器和记录仪等。

4 三极管工作原理及其放大原理

4.1三极管的结构图和实物图

三极管的结构图和实物图如图2：

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图2

4.2三极管的工作原理

三极管的工作原理以NPN三极管为例：正常工作在放大状态时，因为基极电压高于发射极，电路正偏，有大量电子流入发射极，形成Ie，电子原本要通过基极回到电源正极，但是发射机电子进入基极后，由于集电极电压比基极还要高，于是电子被集电极强烈的电场吸引，从而电子不走基极回到电源正极，而进入集电极到达电源正极形成集电极电流Ic，但是，基极中还是有空穴的（比较少），发射极电子被集电极电场吸引进入集电极过程中，一小部分电子与基极空穴复合形成基极电流Ib。这就是三级管电流走向。 4.3三极管的放大原理

三极管的放大原理因为基极空穴较少，所以发射极电子被集电极电场吸引进入集电极过程与基极空穴复合概率较小，当基极电流增大（空穴增多）时，因为电子与基极空穴复合概率较小，所以，基极电流稍微增大一点，就需要很多的电子才能与基极增多一点的空穴复合，因此，基极电流变化一点，而引起发射极电流发生较大的变动，从而实现了放大作用。 4.4三极管和二极管的比较

光电二极管、光电三极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。光电二极管和普通二极管一样具有一个PN结，不同之处是在光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换，在电路图中文字符号一般为VD。光电三极管除具有光电转换的功能外，还具有放大功能，在电路图中文字符号一般为VT。光电三极管因输入信号为光信号，所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。同光电二极管一样，光电三极管外壳也有一个透明窗口，以接收光线照射。

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5 音频功率放大器LM386

5.1 LM386简介

LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至 200。输入端以地为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。 广泛应用于录音机和收音机之中。当电源电压为12V时，在8欧姆的负载情况下，可提供几百mW的功率。它的典型输入阻抗为50K。 5.2 LM386的特性

静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电；工作电压范围宽，4-12V或者5-18V；外围元件少；电压增益可调，20-200；低度失真； 5.3LM386的引脚图

LM386的引脚图如图5所示：

图5

LM386的引脚图中，引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10μF。查LM386的资料可得，电源电压4-12V或5-18V(LM386N-4)；静态消耗电流为4mA；电压增益为20-200dB；在1、8脚开路时，带宽为300KHz；输入阻抗为50K；音频功率0.5W。

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小结

红外传声设计主要分两个部分，分别是发射和接受两个部分；我们通过对资料的理解完成了红外传感器的结构框图和原理图。通过计算对各个原件的型号进行了选择，通过查资料，熟悉了各个元件的原理及使用说明，进一步了解了红外传声电路设计中发射及接受两部分中红外传感器，三极管VT8050，光电二级管VD1，VD2，光敏二极管VD，音频集成功率放大元件LM386及其各种电容，电阻元件等；

在此设计中，红外传声设备通过红外线和音频信号及电信号的传输，是声音从一个地点传输到另一个地点，是不用物理传输线的通讯方式，但红外传声有它的不足之处：因为按红外线当前的技术来说只能沿直线传播，并且不能有阻挡物，才能保证比较良好的通讯质量，所以红外传声的技术还有待进一步开发提高。红外传声，即红外线不沿直线即可传播通畅，是目前的一个很热的发展方向。

最后通过本次试验接触并熟悉了红外传声的原理，并且通过实验熟练了所学习的知识，达到理论联系实际的效果。非错感谢学校安排的本次小学期，受益匪浅。感谢我的实验老师张飞雄老师，您辛苦了。

参考文献

[1] 刘笃仁，韩保君，刘靳，传感器原理及应用原理.西安电子科技大学出版社，2009年4月

[2] 河道清，张禾，谌海云，传感器与传感器技术.科学出版社,2008年6月

[3] 何希才,传感器及其应用实例.机械工业出版社，2003.8 [4] 康华光,电子技术基础（模拟部分）.高教出版社，2003

[5] 杨素行,模拟电子技术基础简明教程.高等教育出版社，2006年5月 [6] 刘宝玲,电子电路基础.高等教育出版社，2006年9月

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