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Final Project

Final Project. Introduction. Topics ( 三選一，難度不同，評分標準也不同 ) 大聲公 光感式鬧鐘 熱感警報器 Schedule 準備週 (12/6~12/10)( 期末考 ) 公布題目 發放材料 第一週 (12/13~12/17) - 繳交構想書 上傳 繳交電路模擬報告 電子檔 ( 預報 ) ，對專題規劃及電路部份須利用 PSPICE 則加以模擬，將各級與整體電路的模擬圖形及頻率響應和電路圖交上並加以解說。 實驗室開放 12:00~ 第二週 (12/20~24) - 麵包板 Demo

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Presentation Transcript

  1. Final Project

  2. Introduction • Topics (三選一，難度不同，評分標準也不同) • 大聲公 • 光感式鬧鐘 • 熱感警報器 • Schedule • 準備週(12/6~12/10)(期末考) • 公布題目 • 發放材料 • 第一週(12/13~12/17) - 繳交構想書 • 上傳繳交電路模擬報告電子檔(預報)，對專題規劃及電路部份須利用PSPICE則加以模擬，將各級與整體電路的模擬圖形及頻率響應和電路圖交上並加以解說。 • 實驗室開放12:00~ • 第二週(12/20~24) - 麵包板Demo • 於實驗課當天22:00前完成Demo

  3. Introduction • 第三週(12/27~12/31) • 萬用板Demo及上台報告 • 實驗課前一天上傳投影片至FTP，各系資料夾下 /Project專題/Final_term_Project_Presentation/ • 第四週(1/3~1/7) • 上傳專題報告 • FET實作

  4. Introduction • 發放材料(30x30萬用板) • 大聲公(每班15~20組) • LM386功率放大器，IC腳座 • 8Ω被動式喇叭 • Microphone • 音源母座 • 光感式鬧鐘(每班5組) • 光敏電阻，IC腳座 • 蜂鳴片 / LM555計時器 • 繼電器(小) (接於麵包板DEMO後回收) • 熱感警報器(每班8組) • LM335溫度感測器，IC腳座 • 蜂鳴片/ LM555計時器 • 繼電器(大) (接於麵包板DEMO後回收)

  5. 大聲公

  6. 整流器供 電(緊急照明或警報） 光感測器 熱感測器 煙霧感測器 OP開關 電晶體開 關 LED 蜂鳴器 馬達 光感式鬧鐘 / 熱感警報器

  7. 專題要求 大聲公 基本功能 實作由麥克風MIC產生電信號開始，輸入訊號約為10mV。 • 低3dB點<100Hz，高3dB點>20KHz • 放大電路使用BJT(含功率電晶體)或OP-AMP(含功率放大器)等 • 音量控制: 聲音需放大至合理音量，且至少20dB音量調整範圍。 • 可接市電，並可播放MP3 player訊號作為音響放大器。 • 使用8Ω被動式喇叭。 • 不可以有雜訊的ECHO。 進階功能 • 萬用板焊接大聲公，使其達到基本功能要求。(必選) • 可調整的濾波功能，例如：LPF加強低音（男聲）、HPF加強高音（女聲）。 • 電源：電池（portable），並安裝開關及電源顯示。 • 分貝計，或利用數位顯示音量。 • 自由發揮。

  8. 設計大聲公 將麥克風微弱的訊號透過 →(濾波電路)→前級電壓放大→後級電流放大→喇叭輸出

  9. 大聲公電路圖

  10. 濾波(去除雜訊) 一開始為高通濾波，其後接上低通濾波 目的是濾掉不必要的雜訊，讓聲音更清晰

  11. Low Pass Filter模擬(可變電阻調至10K)

  12. High Pass Filter模擬圖(可變電阻調至10K)

  13. 低3db點 (100Hz,7V) 高3db點 (20KHz,7V) 13

  14. Active Filter

  15. 不同範圍的頻寬

  16. 前級放大器—使用Op放大電路 採用Non-inverting Amplifier的電路

  17. 電路架構 • 後級電路功率放大 • 用途：提供足夠電流驅動喇叭(P=I2R) • 電路圖

  18. 電路結構 • B類放大器 • 交越失真

  19. 電路結構 • AB類放大器

  20. Pspice模擬線路圖

  21. 完整電路接圖

  22. 設計大聲公 • 電子學在第五章BJT amplifiers，可運用當中 學到的CE stage做放大訊號〈voltage gain〉，在接上CC stage〈emitter follower〉做voltage buffer，最後在接上功率放大器。

  23. 後級放大器—使用LM386 IC 我們使用LM386來做後段的功率放大

  24. 以LM386做為功率放大器 • 訊號經由RC電路濾波，以得到我們所需的聲音頻率 • 可在正輸入端接上一10K可變電阻，來調整音量 濾波電容 Vcc 輸出耦合放大電容 ui 輸入訊號 - 14 500 6 8 2 + 1 2.7 調整音量 5 8 0.1 外接旁路電容 音源輸入 音源輸出 25

  25. LM386 specifications

  26. LM386不只是OP，它的功效包含了前級電壓放大和後級電流放大。LM386不只是OP，它的功效包含了前級電壓放大和後級電流放大。 LM386是一個低功耗的功率放大器 在pin1和pin8之間加入200µF的電容， 可以使增益提升至200 LM386的輸入電壓通常為 6-9V 電路圖中的10K可變電阻是用來調整音量的大小 電路圖中的R和C組成補償網路，以提高電路的穩定性 接腳7上的電容是用來濾波

  27. 減少雜訊 小訊號導線易受大訊號導線感應，將電源線與訊號線成90度角，盡可能減少影響。 輸入訊號不要離變壓器太近，避免高頻干擾。 旁路電容一定要裝(增加電路穩定性)。 輸出入訊源導線太長(越短越好，減低感染哼聲雜訊的機會)。 濾波電容的選擇。

  28. 電路規格(SPICE)：

  29. 麥克風訊號處理部分 因為麥克風需要一個 3~5V 的跨壓才能驅動 所以透過 12V 的電壓跟10K的電阻給予 跨壓，再接到一個4.7uF 電容，如此便完成 麥克風訊號的處理。

  30. 麥克風 我們所使用的是電容式麥克風 在經過前級放大及後級放大後，由喇叭輸出聲音

  31. MP3播放器 要讓電路變成可以播放MP3，我們需要接一個耳 機座插板，然後利用音源線把MP3跟耳機座接在 一起，預期能在喇叭聽到MP3的音樂 GND R L

  32. 雙聲道 想要有雙聲道功能，必須有2組放大聲音的電路 以及能夠接收的耳機座，當把耳機插入耳機座， 由下圖知，輸入耳機的訊號會變成有左右聲道

  33. 麥克風 同樣道理，如果把麥克風跟耳機座接在一起，由 下圖可知，也會擁有麥克風的功能

  34. 輸入端(Mic &MP3) 一開始可以選擇使用用Mic輸入或是選用MP3輸入 麥克風是採用電容式的麥克風

  35. 用開關控制 大聲公／擴大機

  36. Vcc ui - 500 14 6 8 2 + 1 2.7 5 8 0.1 濾波電容 MIC/MP3 切換線路 輸出耦合放大電容 輸入訊號 調整音量 MP3音源線 外接旁路電容

  37. 揚聲器運作原理-電磁感應 揚聲器運用了電磁鐵和永久磁鐵。每一次電流改變方向時，電磁鐵上的線圈所產生的磁場方向也會隨著改變，會與永久磁鐵相吸或相斥，因而產生振動。線圈與一個薄膜相連，當薄膜與線圈一起振動時，便會推動了周圍的空氣。空氣的振動頻率，若在20Hz~20kHz則人耳可聽到聲音，其它振動頻率則稱為超音波 假設現在要播放 C 調 (頻率為 256 Hz，即每秒振動256次)，唱機就會輸出256 Hz的交流電，換句話說，在一秒鐘內電流的方向會改變 256 次。 38

  38. 頻率響應 可以看出不同的電容值響應會不同，要有較高的GAIN就會與頻寬衝突，所以在10uF時能得到較大GAIN，若在加大電容值則可得到更大的GAIN，且頻寬會更接近20kHz

  39. 386內部構造圖

  40. 接線圖(基本功能) 參考電路與功能簡介 濾除直流與雜訊 隔絕直流偏壓

  41. 進階功能 參考電路與功能簡介

  42. Bass Boost 低頻時放大倍率維持 高頻則壓縮放大倍率 效果: 低音音量較大

  43. 進階功能圖(LED音量UV表) • IC LM3915 Dot/Bar Display Driver

  44. 進階功能圖(LED音量UV表) • 網路成品圖

  45. 電路架構 microphone Low pass filter switch switch Noninverting amplifier buffer speaker high pass filter

  46. 大聲公 : 紅外線LED傳輸進階功能 利用紅外線發射、接收二極體 –製作紅外光無線傳輸電路，使”紅外線接 收二極體”可讀取”紅外線發射二極體”之訊號，達成訊號之無線傳輸。

  47. 光感式鬧鐘或熱感警報器專題功能 基本要求 1.光感式鬧鐘或熱感警報器(二項功能可擇一，也鼓勵複合功能組合) 2.可感測環境周遭變化，如光線變亮會發出聲音而光線變暗就停止，也可使溫度變高會發出聲響或光亮也可驅動馬達風扇，而溫度變低即停止，或者其他應用 3. 產生響聲或光亮的變化(可調大小聲或亮暗) 4. 可接市電，並支援緊集備援供電與LED (燈泡)供電指示，市電供應正常（插上插頭）時LED燈不作用，斷電（拔掉插頭）時備援電力啟動且LED指示燈亮 (繼電器應繳回,緊集供電架構不需焊接)。 。 5. 自行選擇合適的感測器，設計有趣的實作 進階選擇 1. 萬用板焊接光感式鬧鐘或高溫警報器，使其達到基本功能要求。(必選) 2. 利用振蕩電路驅動蜂鳴器發出聲響 3. 有定時或延遲功能(固定響一段時間或delay再響)。 4. 閃爍燈光或警笛功能。 5. 顯示供電狀態。 6. 太陽能板提供電源與充電功能。 7. 結合各種感測器，運用數位邏輯實現智慧型感測功能。 8. 利用數位顯示光功率或溫度。 9. 盡量發揮創意！

  48. 基本系統 光感/熱感警報電路設計架構

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