声光双控电路详解.docx
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声光双控电路详解
摘要：
本文介绍一种声光双控节能灯自动开关的工作原理和设计方法。
白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。
当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通断受控于声控部分。
电路是否接通，取决于声音信号强度。
当声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，等待下一次声音信号触发。
这样，通过对环境声光信号的检测与处理，完成电路通断的自动开关控制。
可有效地消除长明灯，并节约电能。
是采用集成电路作逻辑控制的，其可靠性高，电路简单，制作方便。
关键词：
声光双控；节能；开关
引言
在学校、机关、厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。
另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量、浪费了资金。
为此，笔者设计并试制成功了一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便、使用寿命长的声光双控白炽灯节能自动开关。
使用时安装于原墙壁开关上方人手触摸不到的接线盒处，或者直接替代原墙壁开关。
1．声光双控节电灯总介绍
1.1声光双控电路原理图：
图1-1
1.2电路功能及大致原理
本电路为一声光自动控制白炽灯开关。
白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。
当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通断受控于声控部分。
电路是否接通，取决于声音信号强度。
当声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，等待下一次声音信号触发。
这样，通过对环境声光信号的检测与处理，完成电路通断的自动开关控制。
白天，由于光线照射，光敏三极管V4的c-e间呈低阻态，为V3提供了一个较大的偏置电流。
使其饱和导通。
此时，V3的集电极即555集成块的强制复位端脚被强制为低电平，555集成块处于复位状态，使输出端脚恒为低电平，双向可控硅VT无触发电流而关闭，灯H不亮。
因此，白天不管声控信号有多么的强，555集成块的脚始终为低电平。
VT关闭。
达到白天停止照亮的目的。
晚上，由于光线明显减弱，V4因无光照射而使c-e间呈高阻状态，使V3截止，555集成块强制复位端脚为高电平，555集成块退出复位状态，电灯电路可受声控电路控制。
压电陶瓷片对猝发声响有极为敏感的特性，当有声音时，它会产生电压，这个电压经过两个三极管放大，进入555的脚，而使得脚为高电平，VT导通，灯照亮，在通过由R6和C6构成的单稳态延时控制电路控制灯亮的时间。
2．电路详细介绍
2.1元器件清单（如表2-1）
名称
代号
型号
名称
代号
型号
电阻
R1
1MΩ
三极管
V1、V2、V3
9013
R2
6.8KΩ
光敏三极管
V4
3DU31
R3
3KΩ
涤纶电阻
C1
0.47uf
R4
1KΩ
电解电容
C2、C6
100uf
R5
100Ω
电解电容
C3、C4
0.47uf
R6
1.3MΩ
电容
C6
0.02uf
R7
22KΩ
C7
0.1uf
R8
330Ω
NE555
555
NE555
R9
20KΩ
稳压二极管
VS
2CW56
电位器
RP1
200KΩ
双向可控硅
VT
BCR1AM
RP2
10KΩ
压电陶瓷片
HTD
二极管
VD
1N4007
印制电路板
PCB
表2-1
2.2工作原理
本电路由电源部分，单稳延时部分，声控放大部分，光控部分组成。
由电路原理图可见，C1、R1、VD、VS和C2组成的电源电路，交流市电经C1电容降压，VD整流，VS稳压后，再由C2滤波后供给整个电路。
电路采用电容降压，与使用变压器相比，不但缩小了体积，杜绝了噪声，而且也减少了电路的能耗。
电路可控硅的通断，取决于控制极信号的有无。
光敏电阻GR的阻值随着光照强度的变化而变化，当光照达到一定强度时，阻值变小到与R4分压后使555的脚处于低电平，555集成块处于复位状态，这时不管有无声音信号输入，555输出端脚恒为低电平，可控硅正向阻断。
晚上，由于光线明显减弱，V4因无光照射而使c-e间呈高阻状态，使V3截止，555集成块强制复位端脚为高电平，555集成块退出复位状态，电灯电路可受声控电路控制。
压电陶瓷片对猝发声响有极为敏感的特性，当有声音时，它会产生电压，这个电压经过两个三极管放大，进入555的脚，而使得脚为高电平，VT导通，灯照亮，在通过由R6和C6构成的单稳态延时控制电路控制灯亮的时间。
2.3特殊元器件介绍
光敏三极管：
光敏元件是半导体敏感元件产品系列中重要品种之一。
它具有与温敏元件相似的伏安特性，该元件也具有应用电路极其简单、体积小、输出幅值大、灵敏度高、功耗低、抗干扰能力强等特点。
能提供模拟、开关和脉冲频率三种输出信号供用户选择。
用它开发出的三端数字传感器，不需要前置放大器、A/D或V/F变换器，就能与计算机直接通讯。
光敏元件正向光敏特性。
把光敏元件接在正向特性测量电路上，光敏元件放置在可变照度的光场中。
测量时照度由小到大，每次递增100lx，用数字照度计校准，然后测量光敏元件的正向特性，记录不同照度时的Vth、Ith、Vf。
从测试可知，光敏元件的阈值点P（Vth,Ith）随着照度的增加，一直向左偏上方向移动，Vth随光照增加而增大，Vf变化较小。
V光敏元件的正向特性还具有光生伏特现象，光敏元件的“正”极即光生伏特的“+”极。
目前，光生伏特饱和电动势为200mV左右，短路电流随光照增强而增大。
当照度为100lx~5000lx时短路电流为几微安至几十微安。
光敏元件反向光敏特性。
把元件连接在反向特性测量电路中，并把元件置于可变光场中。
改变光场照度，用数字照度计校准，测量其反向特性，即反向电压VR与反向电流IR的关系。
可以看出其反向电阻随照度增加而减小，反向电流随光照增强而变大。
涤纶电阻（如图2-2）：
图2-2
聚乙酯膜，有感结构，环氧树脂包封，体积小，重量轻，引线直接焊于电极，损耗小，稳定性好，可靠性高。
广泛用于通讯器材、收录机、电视机、DVD、各类电源、节能灯、玩具及其它电子设备的直流和脉动电路中。
将测电笔插进交流电源插座的火线孔里,用手拿着涤纶电容的一个脚,让涤纶电容的另一个脚与测电笔的上面金属部分相接触,如果测电笔的氖管发亮,说明电容没有断路,若氖管不亮说明电容已经断路,并且可以根据氖管的明暗程度大致判断出电容器容量的大小.本方法适用于测0.1微法以下的无极性电容
NE555：
图2-3
NE555是一种用途很广的时基单元集成电路，其工作电压范围较宽，可在4.5～18V范围内工作，其驱动电流可达200mA。
电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。
因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。
NE555内部电路。
2脚为置位输入端，当该端输入电压低于1/3U+时，NE555电路就置位，3脚输出高电平，放电端7脚就对搭铁点断路（内部放电三极管T１截止）。
6脚为复位输入端，当该端输入电压大于2/3U+时，NE555电路就转入复位，3脚输出低电平，7脚就对搭铁点短路（内部放电三极管T1导通）。
4脚为强制复位端，当输入高电平时，该器件就正常工作；当输入低电平时，该器件就强制复位，3脚就输出低电平。
目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555、5G555、C7555等多种。
它们的结构及工作原理基本相同。
通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时电路具有底功耗、输入阻抗高等优点。
555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。
双极型定时器电源电压范围为5—16V，最大负载电流可达200MA；CMOS定时器电源电压为3—18V，最大负载电流在4MA以下。
555时基电路的工作过程如下：
当2脚，即比较器A2的反相输入端加进电位低于⅓VDD的触发信号时，则VT9、VTll导通，给双稳态触发器中的VTl4提供一偏流，使VTl4饱和导通，它的饱和压降Vces箝制VTl5的基极处于低电平，使VTl5截止，VTl7饱和，从而使VTl8截止，VTl9导通，VT20完全饱和导通，VT21截止。
因此，输出端3脚输出高电平。
此时，不管6端（阈值电压）为何种电平，由于双稳态触发器（VTl4-VTl7）中的4．7kΩ电阻的正反馈作用（VTl5的基极电流是通过该电阻提供的），3脚输出高电平状态一直保持到6脚出现高于⅓VDD的电平为止。
当触发信号消失后，即比较器A2反相输入端2脚的电位高于⅓VDD，则VT9、VTll截止，VTl4因无偏流而截止，此时若6脚无触发输入，则VTl7的Vces饱和压降通过4.7kΩ电阻维持VTl3截止，使VTl7饱和稳态不变，故输出端3脚仍维持高电平。
同时，VTl8的截止使VT6也截止。
当触发信号加到6脚时，且电位高于⅔VDD时，则VTl、VT2、VT3皆导通。
此时，若2脚无外加触发信号使VT9、VTl4截止，则VT3的集电极电流供给VTl5偏流，使该级饱和导通，导致VTl7截止，进而VTl8导通，VTl9、VT2。
都截止，VT21饱和导通，故3脚输出低电平。
当6脚的触发信号消失后，即该脚电位降至低于⅔VDD时，则VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。
此时，若2脚仍无触发信号，则VTl5通过4.7kΩ电阻得到偏流，使VTl5维持饱和导通，VTl7截止的稳态，使3脚输出端维持在低电平状态。
同时，VTl8的导通，使放电级VT6饱和导通。
通过上面两种状态的分析，可以发现：
只要2脚的电位低于⅓VDD，即有触发信号加入时，必使输出端3脚为高电平；而当6脚的电位高于⅔VDD时，即有触发信号加进时，且同时2脚的电位高于⅓VDD时，才能使输出端3脚有低电平输出。
4脚为复位端。
当在该脚加有触发信号，即其电位低于导通的饱和压降0.3V时，VT8导通，其发射极电位低于lV，因有D3接入，VTl7为截止状态，VTl8、VT21饱和导通，输出端3脚为低电平。
此时，不管2脚、6脚为何电位，均不能改变这种状态。
因VT8的发射极通过D3及VTl7的发射极到地，故VT8的发射极电位任何情况下不会比1.4V电压高。
因此，当复位端4脚电位高于1.4V时，VT8处于反偏状态而不起作用，也就是说，此时输出端3脚的电平只取决于2脚、6脚的电位。
根据上面的分析，CA555时基电路的内部等效电路可简化为如图所示的等效功能电路。
显然，555电路（或者专556电路）内含两个比较器A1和A2、一个触发器、一个驱动器和一个放电晶体管。
两个比较器分别被电阻R1、R2和R3构成的分压器设定的⅔VDD和⅓VDD。
参考电压所限定。
为进一步理解其电路功能，并灵活应用555集成块，下面简要说明其作用机理。
从图1—5可见，三个5kΩ电阻组成的分压器，使内部的两个比较器构成一个电平触发器，上触发电平为⅔VDD，下触发电平为⅓VDD。
在5脚控制端外接一个参考电源Vc，可以改变上、下触发电平值。
比较器Al的输出同或非门l的输入端相接，比较器A2的输出端接到或非门2的输入端。
由于由两个或非门组成的RS触发器必须用负极极性信号触发，因此，加到比较器Al同相端6脚的触发信号，只有当电位高于反相端5脚的电位时，R—S触发器才翻转；而加到比较器A2反相端2脚的触发信号，只有当电位低于A2同相端的电位⅓VDD时，R—S触发器才翻转。
通过上面对等效功能电路和CA555时基电路的内部等效电路的分析，可得出555各功能端的真值表。
引脚26437
电平≤⅓VDD*1.4V高电平悬空状态
电平<⅓VDD≥⅔VDD1.4V低电平低电平
电平<⅓VDD>⅔VDD1.4V保持电平保持
电平**0.3V低电平低电平
由表可看出，S、
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