声光控照明灯.docx

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声光控照明灯

目录

第一章电路组成及工作原理1

第一节设计方案1

第二节电路的工作过程及原理2

第二章部分电路的计算及器件参数3

第一节三极管3

第二节声音传感器4

第三节单项晶闸管5

第四节　光敏电阻6

第五节变压器7

第六节555定时器7

第七节三端集成稳压器TA7809AF9

第三章元器件清单11

第四章心得体会12

参考资料13

附录14

第一章电路组成及工作原理

第一节设计方案

在信息技术的不断发展，人类文明不断进步的时代，越来越多的电子产品开始用于文明日常工作和生活，在很多公共场所，只要有夜晚照明的场所，就需要安装一些电子器件，能够控制灯泡的点亮，电灯控制器是一种声光控的器件，能实现这种功能，白天时光敏电阻阻值大为减小，电路断开声控不起作用，电灯不亮；当光强低于一定值时光敏电阻变大，此时声控起作用，根据人们的需求亮灭，给人们的生活带来方便。

同时，也达到了节电和节能的目的，延长灯的寿命。

本电路设计主要使用555定时器，声光传感器，晶闸管等实现电路的控制，该电路简单，单次触发时间可调，并且可以根据需要满足可重复触发。

电路的组成：

主电路由保险管，晶闸管，电灯构成；控制电路由变压器，整流桥，7809三端稳压器，声音传感器MIC,555定时器，光敏电阻等组成。

其中变压器，整流桥，7809三端稳压器为后续电路提供9V直流电压；MIC将声音信号转化为电信号，经VT1组成的共射极电路放大配合光敏电阻Rg控制555的输出电压，从而控制晶闸管的导通与否。

系统框图如下：

220V交流电

直流电源部分

声光控电路部分

执行电路

第二节电路的工作过程及原理

白天时光强大于一定值时，光敏电阻阻值很小555定时器的4号管脚为低电平输入，因此3号管脚输出为低电平，不能使晶闸管导通，电灯不亮，该过程声控装置不起作用。

当光强低于一定值时即不能满足人们的需要时，此时光敏电阻阻Rg值很大，通过与R4的分压作用使555定时器的4号管脚为高电平，为声控发挥作用提供基础；当声音传感器MIC没有接收到有效信号时，VT1输出的电压Vce>3V，555定时器的3号管脚仍为低电平，晶闸管不能导通；当声音传感器MIC接收到有效信号时，使VT1的集电极产生一个变化的电压，当低于3V时，555定时器的3号管脚输出一个高电平使晶闸管导通灯泡亮，其亮的时间为T=Rp×C4（Rp为接入电路的有效阻值）。

若一次触发还没有结束，MIC又接收到有效信号，电容C4通过VT2快速放电，使555定时器的3号管脚重新输出高电平使灯亮的时间延长；时间一到3输出低电平，晶闸管的控制电流很小，交流电反向时晶闸管不通，灯灭。

第二章部分电路的计算及器件参数

第一节三极管

晶体三极管，是最常用的基本元器件之一，晶体三极管的作用主要是电流放大，它是电子电路的核心元件，现在的大规模集成电路的基本组成部分也就是晶体三极管。

三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压有一个微小的变化时，基极电流也会随之有一小的变化，受基极电流的控制，集电极电流会有一个很大的变化，基极电流越大，集电极电流也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。

但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。

IC的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数（β=ΔIC/ΔIB,Δ表示变化量），三极管的放大倍数β一般在几十到几百倍。

三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态工作点，也叫建立偏置，否则会放大失真。

此外，三极管的作用还有电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器，此外三极管还有稳压的作用。

本电路使用的是2SC2859低频NPN三极管其输入输出特性曲线如下：

输出特性曲线2-1-1输入曲线2-1-2

参数表2-1-3如下所示：

Vcbo/V

Vceo/V

Vebo/V

Ibm/mA

Icm/mA

Pcm/mA

hfe

T/℃

35

30

5

50

500

150

70-400

-55,+125

为了使电路有一定的灵敏度VT1静态时Vce在4V左右；由上图选取Ib=30uA;

Ic=β×Ib=160*30=4.8mA;

R2=Vcc/Ib=300K;

取R3=1.1K,Vce=Vcc-Ic*R3=3.8V;

第二节声音传感器

声音传感器的工作原理：

传感器内置一个对声音敏感的电容式驻体波话筒。

声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致电容的变化，而产生与之对应变化的微小电压。

这一电压随后被转化成0-5V的电压，经过A/D转换被数据采集器接受，并传送给计算机。

声音传感器的作用相当于一个话筒。

它用来接收声波，将其转化为不同幅值的电压。

但不能对噪声的强度进行测量。

声音传感器MIC为驻体波话筒能根据声强将其转化为不同幅值的电压。

其工作电压为1.5-12V,常用的有：

1.5V,3V,4.5V三种。

工作电流0.1-1mA;输出阻抗一般小于2千欧姆。

频率响应：

50Hz—15KHz

灵敏度：

-52dBV/pa（2.0mv/pa）

第三节单项晶闸管

单向晶闸管是一种可控整流电子元件，能在外部控制信号作用下由关断变为导通。

晶闸管导通条件：

一是晶闸管阳极与阴极间必须加正向电压，二是控制极也要加正向电压。

以上两个条件必须同时具备，晶闸管才会处于导通状态。

另外，晶闸管一旦导通后，即使降低控制极电压或去掉控制极电压，晶闸管仍然导通。

晶闸管关断条件：

降低或去掉加在晶闸管阳极至阴极之间的正向电压，使阳极电流小于最小维持电流以下。

单向晶闸管是由三个PN结PNPN组成的四层三端半导体器件与具有一个PN结的二极管相比，单向晶闸管正向导通受控制极电流控制；与具有两个PN结的三极管相比，差别在于晶闸管对控制极电流没有放大作用。

晶闸管的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路，当A-K之间加有正向电压，G-K之间加有控制电压的时候，可控硅触发导通。

晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。

晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。

所以，单向晶闸管具有可控开关的特性，但是这种控制作用是触发控制。

第四节　光敏电阻

光敏电阻器又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器。

它是在一块匀质的光电导体两端加上电极构成。

两电极加上一定电压后，当光照射到光电导体上，由光照产生的光生载流子在外加电场作用下沿一定方向运动，在电路中产生电流，达到光电转换目的。

通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。

当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。

根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：

紫外光敏电阻器：

对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。

红外光敏电阻器：

主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。

锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。

可见光光敏电阻器：

包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。

主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。

本设计就是利用可见光光敏电阻并将它用于控制路灯的电路中。

参数表2-3-1

规格

型号

最大电压/V

最大功率MW

环境温度

光谱峰值nm

亮电阻/KΩ暗

暗电阻/MΩ

金属壳

MJ5510

150

100

-30,+70

550

5-10

0.5

第五节变压器

变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。

变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。

在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。

变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。

本电路使用的是将220V交流电转化成12V交流电,允许通过电流不小于1A。

第六节555定时器

555定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。

若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

555定时器的管脚图和原理图如下图所示：

管脚图2-6-12原理图2-6-3

它的各个引脚功能如下：

　　1脚：

外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

　　8脚：

外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。

一般用5V。

　　3脚：

输出端Vo

　　2脚：

低触发端

　　6脚：

TH高触发端

　　4脚：

是直接清零端。

当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

　　5脚：

VC为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

7脚：

放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

555定时器的功能表如下表2-6-1所示：

输入

输出

阈值输（v11）

触发输入（v12）

复位（RD）

输出（v0）

放电管T

×

×

0

0

导通

<2Vcc/3

1

1

截止

>2Vcc/3

>Vcc/3

1

0

导通

<2Vcc/3

>Vcc/3

1

不变

不变

第七节三端集成稳压器TA7809AF

三端稳压器7809系列为三端正稳压电路,能提供多种固定的输出电压，应用范围广。

内含过流、过热和过载保护电路。

带散热片时，输出电流可达1A。

IC采用集成稳压器7809，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容。

原理图2-7-1输入输出电压关系2-7-2

TA7809AF的参数如下表2-7-4所示：

符号

测试条件

最小值

特征值

最大值

单位

Vout

VIN=14V,Iout=100mA

8.64

9

9.36

V

10.5v

8.55

9

9.45

第三章元器件清单

序号

名称

规格型号

符号

数量

1

白炽灯

220V60W

LAMB

1

2

变压器

220V-12V

Tr

1

3

保险管

最大电流0.5A

Fuse

1

4

二极管

IN4011

D1-D5

5

5

三极管

2SC2859

VT1-VT2

2

6

晶闸管

MCR106

BG1

1

7

声音传感器

SSA51-SY006

MIC

1

8

光敏电阻

MJ5510

Rg

1

9

三端稳压器

TA7809AF

W1

1

10

电解电容

35V0.33uF,25V0.1uF,25V100uF

C1,C2，C4

各1个

11

一般电容

1uF,0.01uF

C3,C5

各1个

12

碳膜电阻

300K,9.1K,510,1.1K

R1-R5

5

12

滑动变阻器

10M

Rp

1

13

定时器

NE555

NE555

1

第四章心得体会

经过一周时间的忙碌，终于制作一个简易声光控延时照明灯电路，在这段时间内我发现自己还有很多基础知识没有掌握，设计起来非常吃力并且在开始的几天之中，因为没有头绪，做起来毫无目的。

通过上网，去图书馆查询资料，分析别人的设计方案，自己也想出了几个方案，通过和同学们的讨论不断地对自己的方案进行修该。

最后选定此方案。

经过这段课程设计的日子，我明白了每个人不可能掌握很多知识或技能，但是我们可以通过查询资料或向老师，同学请教。

虽然开始觉得很吃力但是培养了自己的独立学习能力。

当每次课程设计中，遇到问题，最好的办法就是查阅相关资料，因为每个人掌握情况不一样，一个人不可能做到处处都懂，集合多个人的思想，复杂的事情就会变得很简单。

通过问题的不断解决，自己就会积累很多实用的知识，这一点我深有体会。

尽管现在设计的声光控延时照明电路简单或者并不实用，但是这段时间是我认识到自己还欠缺某些方面的知识和自身的不足。

一周的电子课程设计即将结束，回顾这一周真是收益匪浅。

以前对知识的了解仅限于理论知识，而且是有的能够理会，有的只是停留在似懂非懂的状态。

对于器件就不知道有什么用途，也就不懂怎样使用。

但这一周之后，我对器件的选取有了初步的认识。

同时也锻炼了自己的动手能力。

参考资料

1.何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2.王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月3.李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月4.康华光，电子技术基础，高教出版社，2003年

附录

5.河道清，传感器与传感器技术，科学出版社，2008年

附录