作者：门宏 编著
出版社：化学工业出版社
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轻松电子制作试读：
前言
读者朋友你好，你打开了本书真是我们的缘分，说明我们有相同的兴趣爱好，我们有共同关心的话题，我们有相同的奋斗目标，因为我们都是志同道合的电子技术爱好者。
当今世界已步入信息时代，“互联网+”正在深刻地改变着整个社会形态。电子技术是信息社会的基础，“互联网+”离不开电子技术，我们每一个人的工作、学习和生活也离不开电子技术。在大众创业、万众创新的时代浪潮中，无论你想开网店，还是打算开发手游，或是准备进军互联网金融，掌握一定的电子技术都会让你获益匪浅。
也许你会问：怎样才能又快又好地学会电子技术呢？作为作者也在问自己：能给读者多一些什么帮助呢？这时我们想到了学校，想到了教室，想到了课堂。于是，作者与编辑共同策划了这套“门老师教你学电子”丛书奉献给读者朋友。“门老师教你学电子”丛书是作者根据初学者的特点和要求，结合自己长期从事电子技术教学工作的实践精心编著的，宗旨就是让初学者看得懂、学得会、记得住、用得上，做到入门快、掌握好、会操作、能提高。丛书采用图解的形式、通俗的语言，深入浅出、实用性强，真正起到手把手教你快速学会电子技术的效果。《轻松电子制作》是“门老师教你学电子”丛书中的一本，目的是帮助电子技术爱好者照葫芦画瓢轻松完成电子制作，在动手实践中学习掌握电子技术。全书共分7章，第1章介绍智能家庭方面的电子制作，第2章介绍车载电器方面的电子制作，第3章介绍时尚物品方面的电子制作，第4章介绍趣味玩具方面的电子制作，第5章介绍仪器仪表方面的电子制作，第6章介绍门铃与报警器方面的电子制作，第7章介绍定时器与遥控器方面的电子制作，重点突出电子制作实际方法步骤以及技能技巧的介绍。
本书适合广大电子技术爱好者、电子技术专业人员、家电维修人员和相关行业从业人员阅读学习，并可作为职业技术学校和务工人员上岗培训的基础教材。
本书由门宏编著，门雁菊、施鹏、张元景、吴敏、张元萍、李扣全、吴卫星、张乐等为本书编写提供了帮助。书中如有不当之处，欢迎读者朋友批评指正。编著者第1章轻松做装备智能家庭
电子技术的突飞猛进，正在悄无声息、深入、全面地改变着人们的日常生活。将那些机械性、重复性、费时费力的简单工作交给电子技术去做，这是智能生活的精髓。我们完全可以DIY一些电子装置，使日常生活更加智能化。本章介绍数字显示温度计、光控窗帘、光控门灯、门控电灯开关、电灯延时开关、声控电灯开关、雷电测距器、反应测试器、电子催眠器、疲劳测试器等家庭实用小电器的制作，大家可以照葫芦画瓢来装备我们的智能家庭。1.1 数字显示温度计
数字显示温度计具有测量范围宽、测量精度高、反映速度快、测量结果直观易读、便于远距离遥测和计算机控制等显著优点，广泛应用于气温测量、体温检测、工农业生产和科学研究中的温度监控等各种场合。
该款数字显示温度计采用三位数字显示，可以测量-50～+100℃的温度，测量误差小于或等于0.5℃。置于案头或挂于墙上，既可以随时指示室内温度，又是一件美化居室的时尚物品。除测量气温外，若将温度传感器用导线连接出来，该数显温度计还可以用于测量水温、体温等。1.1.1 测温原理
数字显示温度计电路结构方框图如图1-1所示，由温度传感器、测温电桥、基准电压、模/数转换、译码驱动、数字显示和电源电路等部分组成，电路如图1-2所示。由于采用了大规模集成电路，因此电路结构简单、工作稳定可靠、制作调试容易、使用效果良好，十分适合业余爱好者自己动手制作。图1-1 数字温度计电路结构方框图图1-2 数字温度计电路（1）温度测量电路
温度测量电路由温度传感器、测温电桥等组成，其功能是将环境温度转换为电压信号。
温度传感器采用常用的硅二极管1N4148。我们知道，PN结的正向压降具有负的温度系数，并且在一定范围内基本呈线性变化，因此，半导体二极管可以作为温度传感器使用。硅二极管1N4148的正向压降温度系数约为-2.2mV/℃，即温度每升高1℃，正向压降约减小2.2mV，这种变化在-50～+150℃范围内非常稳定，并具有良好的线性度。如果用恒流源为测温二极管提供恒定的正向工作电流，可进一步改善温度系数的线性度，使测温非线性误差小于0.5℃。
电路图1-2中，VT、R、VD、R、RP等组成测温电桥。VD是121作为温度传感器的测温二极管。场效应管VT与R构成恒流源，为VD1提供恒定的正向电流。R和电位器RP构成电桥的另两个臂。电桥的21上下两端点接入直流工作电压，左右两端点（VD正极、RP动臂）1输出代表温度函数的差动信号电压，其中，RP动臂为固定参考电压，1VD正极为随温度变化的函数电压。（2）模/数转换与译码驱动电路
模/数转换与译码驱动电路由大规模集成电路IC及其外围电路构成，其功能是将测温电桥输出的代表温度函数的模拟信号电压转换为数字信号，进行处理后去驱动显示电路。
IC采用三位半双积分A/D转换驱动集成电路ICL7107，其内部包含有双积分A/D（模/数）转换器、BCD七段译码器、LED数码管驱动器、时钟和参考基准电压源等，能够把输入的模拟电压转换为数字信号，并可直接驱动LED数码管显示，还具有自动调零、自动显示极性、超量程指示等功能。ICL7107各引脚功能如图1-3所示。图1-3 ICL7107各引脚功能
ICL7107的第30、31脚为模拟信号输入端。由于测温二极管具有负的温度系数，因此测温电桥输出的差动信号电压中，VD正极的温度函数电压接入第30脚（IN-），而RP动臂的固定参考电压接入第311脚（IN+）。RP为零点调整电位器。1
ICL7107的第35、36脚为基准电压端。R、RP电路提供的基准32电压由第36脚输入，调节电位器RP可改变基准电压。2
ICL7107内的译码驱动电路可控制显示三位半数字，最大显示数绝对值为“1999”。本电路中只使用了其中的个位、十位、百位的“1”和负号的控制输出端。（3）显示电路
显示电路采用了三只7段共阳极LED数码管，其功能是在ICL7107内译码驱动电路的控制下，将温度测量结果显示出来。如图1-4（a）所示为共阳极LED数码管笔画，图1-4（b）所示为其引脚。由于百位的数码管只需要显示“1”和负号，所以只连接了它的“b、c、g”三个笔画。R、R、R分别是三只数码管的限流电阻。678图1-4 共阳极LED数码管（4）电源电路
该数显温度计工作电源为±5V，可以采用整流稳压电源，电源电路如图1-5所示，IC、IC分别为+5V和-5V集成稳压器。也可以采用12电池供电，如图1-6所示，利用两个硅二极管VD、VD的正向压降，12将两组6V电池降压为±5.3V作为工作电源。图1-5 电源电路图1-6 电池供电1.1.2 元器件选用
如图1-2所示电路中，IC选用三位半双积分A/D转换驱动集成电路ICL7107（或CC7107）。VT选用3DJ系列结型场效应管。VD选用硅二极管1N4148。为保证一定的测量精度，R～R应选用金属膜电阻，15RP、RP选用有机实芯电位器。数码管的大小和颜色可按自己的喜12好选择。
如图1-5所示电源电路中，T可选用5W左右、二次侧绕组为2×6V或2×9V的小型电源变压器。集成稳压器IC选用7805，IC选用127905。1.1.3 制作方法与步骤
数字显示温度计制作过程包括制作电路板、安装焊接、制作外壳、组装几个步骤。（1）制作电路板
整机电路分别安装在两块电路板上，一块是主电路板，如图1-7所示；另一块是电源电路板，如图1-8所示。两块电路板均用单面敷铜板制成，并钻好元器件安装孔。图1-7 主电路板图1-8 电源电路板（2）安装焊接
对照电路图和电路板图，将除LED数码管外的各元器件焊入电路板的相应位置。焊接集成电路ICL7107时，电烙铁应接可靠地线，以防静电损坏集成电路。（3）制作外壳
数显温度计外壳可采用一只塑料盒改制，如图1-9所示，按3只LED数码管大小在塑料盒上开孔作为显示窗口，在后盖上开一小孔以便引出电源线。图1-9 改制外壳（4）组装
数显温度计内部结构可参考图1-10所示，三只LED数码管直接固定在外壳面板上，用软导线与主电路板进行连接。最后将电源电路板输出的±5V电源和地线与主电路板连接起来，电源变压器一次侧引线经后盖小孔穿出。组装完成的数显温度计外形如图1-11所示。图1-10 数显温度计内部结构图1-11 数显温度计外形1.1.4 调试
调试前，先如图1-12所示，将测温二极管1N4148（电路图中的VD）用适当长度的导线从电路板上连接出来，并用绝缘材料加以密封。图1-12 引出测温二极管
调试时，首先如图1-13所示将测温二极管VD浸入冰水混合物中，调节电位器RP使数码管显示为“0”。然后如图1-14所示将测温1二极管VD浸入沸腾的开水中，调节电位器RP使数码管显示为2“100”。图1-13 0℃的调试图1-14 100℃的调试
调试结束后，将测温二极管VD焊回电路板。如需调节数码管的亮度，适当增减限流电阻R、R、R的阻值即可。6781.2 光控窗帘
自制一个光控窗帘，天黑了窗帘自动拉合，天亮了窗帘自动拉开，完全省去了人工操作。1.2.1 控制原理
光控窗帘由控制电路和机械执行结构两大部分组成。其电路如图1-15所示，由光控电路、施密特触发器、反相器、微分电路和单稳态触发器等组成，电路控制过程可如图1-16所示用方框图来说明。图1-15 光控窗帘电路图1-16 光控窗帘控制过程方框图（1）初始状态
设初始时刻为白天，光电三极管VT受光照而导通，其输出端1“A”为低电平，使施密特触发器输出端“B”为高电平。（2）天黑时窗帘拉合
晚上天渐黑后，光电三极管VT由导通变为截止，输出端“A”1由低电平变为高电平，经施密特触发器整形后，输出端“B”突变为低电平，其陡直的下降沿经微分电路（2）微分后在“D”点形成一负脉冲，触发单稳态触发器（2）翻转至暂态，其输出端“F”为高电平。
施密特触发器输出端“B”的信号同时经反相器反相、微分电路（1）微分后在“E”点形成一正脉冲，对单稳态触发器（1）不起作用，其输出端“G”保持低电平。这时，直流电动机M上所加电压为下正上负，电动机正转，使窗帘拉合。
窗帘拉合后，由于单稳态触发器（2）暂态结束，恢复稳态，输出端“F”变为低电平，电动机M停转。（3）天亮时窗帘拉开
早晨天渐亮后，光电三极管VT由截止变为导通，施密特触发器1输出端“B”由低电平跳变为高电平，其上升沿经微分电路（2）微分后形成的正脉冲，对单稳态触发器（2）不起作用，其输出端“F”保持低电平。
同时，施密特触发器输出端“B”的信号经反相器反相后，“C”点由高电平跳变为低电平，其下降沿经微分电路（1）微分后在“E”点形成一负脉冲，触发单稳态触发器（1）翻转至暂态，其输出端“G”为高电平。电动机M上所加电压为上正下负，电动机反转，使窗帘拉开。
窗帘拉开后，由于单稳态触发器（1）暂态结束，电动机M停转。如图1-17所示为电路各点工作波形。图1-17 电路各点工作波形（4）稳定状态
在黑夜或白天的稳定状态，光电三极管VT输出端“A”及施密1特触发器输出端“B”无变化，微分电路（1）和（2）均无脉冲输出，单稳态触发器（1）和（2）的输出端“G”和“F”均为低电平，电动机M静止不转，窗帘不动。1.2.2 元器件选用
施密特触发器（IC）和单稳态触发器（IC、IC）均选用双极123型时基电路NE555。双极型时基电路具有电源电压范围宽（4.5～18V）、输出驱动能力强（可输出200mA电流）的特点，用它构成的单稳态触发器可直接驱动直流电动机，无需再设计功放驱动电路。CMOS型时基电路因驱动能力较小不适用。
电动机M选用工作电压12V、工作电流≤200mA的微型直流电动机。电动机接在两个单稳态触发器输出端之间，可以方便地实现正、反转控制，并具有较强的抗干扰性能。用单稳态触发器控制电动机转动的另一个好处是可以免除使用行程开关，结构简单，工作可靠。
VT选用3DU型光电三极管。VT可选用9014等NPN型硅晶体12管。VD、VD可选用4001或2CP系列二极管。其他元器件如电路图12所示。电路所需12V直流电源，可由整流稳压电源或电池提供。1.2.3 制作方法与步骤
如图1-18所示为控制电路的电路板（铜箔面）。除光电三极管VT和直流电动机M外，其余元器件全部焊在电路板上，如图1-19所1示。图1-18 控制电路的电路板（铜箔面）图1-19 电路板（元件面）
如图1-20所示为光控窗帘安装示意图。窗帘悬挂于导轨上。在导轨上方安装滑轮及牵引绳，牵引绳为一环形，套在两端的滑轮上，并保持绷紧状态。直流电动机M通过减速传动器驱动右端滑轮转动，使牵引绳移动（图1-20右端）。减速传动器可利用废旧钟表中的齿轮组制作，减速比一般为50:1左右。窗帘活动的一端与牵引绳某一点固定连接在一起（图1-20左端），以便牵引绳左右移动时可带动窗帘移动。图1-20 光控窗帘安装示意图1.2.4 电路调试
电路组装完成后，按以下方法和步骤进行调试。（1）调整运行时间
暂不接入控制电路，如图1-21所示，直接给电动机M接上12V直流电源，使其转动，看窗帘来回运行是否灵活、平稳，并测出窗帘拉合（或拉开）的运行时间。图1-21 直接运行
根据运行时间调整两个单稳态触发器的输出脉宽（暂态时间）T，T=1.1RC（或T=1.1RC），适当选择R、C（或R、WW64W77647C），使T略大于窗帘运行时间。7W（2）正反转检验
用导线将光电三极管VT、电动机M接入电路板，接上12V直流1电源。当用黑纸片等遮光物遮住光电三极管时（模拟天黑），电动机应正转使窗帘拉合，如图1-22所示。图1-22 正转检验
当将黑纸片等拿开使光电三极管接受光照时（模拟天亮），电动机应反转使窗帘拉开，如图1-23所示。图1-23 反转检验（3）故障排除
如电动机不转，除检查接线等外，可如图1-24所示适当调节R提1高光控灵敏度。如窗帘运行方向反了，将电动机M的两根引线对调即可。窗帘运行到位后电动机应停止转动，如不停或窗帘尚未运行到位就停了，则应重新计算调整T值。W图1-24 适当调节R提高光控灵敏度1
最后将电路板固定在电动机附近，光电三极管固定在窗外适当位置，罩上窗帘盒，一个方便实用的光控窗帘就制作完成了。1.3 光控门灯
太阳能电池具有光伏效应，在光的作用下即产生电压，因此，太阳能电池也可以作为光传感器应用。本文介绍的光控路灯控制器，就是将太阳能电池作为光传感器应用的一个实例。光控路灯控制器能够实时检测环境光，并依据环境光的变化自动控制路灯的开启或关闭。1.3.1 光控原理
光控路灯控制器电路如图1-25所示，包括主控电路、光控电路、电源电路等部分，如图1-26所示为其原理方框图。图1-25 光控路灯控制器电路图1-26 光控路灯控制器原理方框图（1）控制原理
主控器件采用双向晶闸管VS，实现了无触点开关控制，体积小、寿命长、造价低、开关速度快。太阳能电池BP和晶体管VT等组成光控电路，控制双向晶闸管VS的导通与截止。
光控原理可用图1-27予以说明。无光照时（夜晚），太阳能电池BP无输出电压，晶体管VT因无基极偏置电流而截止，+5V电压加至双向晶闸管VS控制极，使VS导通，照明灯EL点亮。有光照时（白天），太阳能电池BP在光照下产生输出电压，使晶体管VT导通，将+5V电压旁路，双向晶闸管VS因失去控制极触发电压，在过零时截止，关闭照明灯EL。图1-27 光控原理（2）电源电路
电容器C、整流二极管VD和VD、稳压二极管VD等组成电容1123降压整流电源电路，为控制电路提供+5V电压。C（0.1μF）为降压1电容器，在220V、50Hz电源下可提供约6.9mA电流。交流电正半周时，220V电源经C降压、VD整流、C滤波、VD稳压后，输出+5V1123直流电压。VD为续流二极管，在交流电负半周时为C提供充放电通21道。R为C的泄放电阻。11
采用电容降压整流电源电路，具有电路简单、功耗低、成本低的优点。缺点是整个电路带220V市电，调试和使用中应特别注意人身安全！1.3.2 元器件选择
太阳能电池BP可选用计算器上普遍应用的太阳能电池板，如图1-28所示，尺寸为14mm×35mm，开路电压约2V。C选用0.1μF、耐1压400V以上的电容器。双向晶闸管VS如图1-29所示，要求耐压400V以上，额定电流应根据所控制的照明灯功率选择，如图1-25所示电路中VS为3A、400V，可控制不超过600W的照明灯。其余元器件无特殊要求。图1-28 太阳能电池板（尺寸单位：mm）图1-29 双向晶闸管1.3.3 制作与调试
如图1-30所示为光控路灯控制器电路板，除太阳能电池板、照明灯泡外，所有元器件均安装在此电路板上。太阳能电池板和照明灯泡用绝缘导线与电路板连接。图1-30 光控路灯控制器电路板
由于整个电路带220V市电，调试时应使用隔离变压器，以保证人身安全。使用隔离变压器连接时如图1-31所示，T为隔离变压器。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]