鲁老师09计科1班22号 彭斌声光控延时电路设计.docx
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鲁老师09计科1班22号彭斌声光控延时电路设计
题目：
声光控延时电路的设计
班级：
09计科
（1）班
学号：
200910510122
姓名：
彭斌
指导：
鲁老师
时间：
12.12～12.15
景德镇陶瓷学院
电工电子技术课程设计任务书
姓名：
彭斌班级：
09计科
（1）班指导老师：
鲁老师
设计课题：
声光控延时电路的设计
设计任务与要求
查找声光控延时电路的设计电工电子技术应用电路，要求电子元件超过30~50个或以上，根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：
1、分析电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；
2、对电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；
3、用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；
4、对整体电路原理进行完整功能描述；
5、列出标准的元件清单；
设计步骤
1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；
2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；
3、依次对各部分分别给出声控、光控、整流等电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；
4、列出标准的元件清单；
5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；
6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。
参考文献
【1】康华光；《电子技术基础》数字部分（第四版）北京，高等教育出版社出版，2006
【2】彭介华；《电子技术课程设计指导》北京，高等教育出版社，2006
【3】何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月
【4】姚福安，电子电路设计与实践，山东科技技术出版社，2001年10月【5】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
【6】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
目录
1、总体方案与原理说明.................................4
2、声控电路.......................................5
3、整流电路........................................6
4、光控电路........................................7
5、延时电子开关电路..........................8
6、总体电路原理相关说明..................................9
7、总体电路原理图.....................................12
8、元件清单；..........................................13
9、参考文献........................................14
10.设计心得体会.....................................……………...……15
1.总体方案与原理说明
用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关，只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。
在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。
声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道，而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所，它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于各种楼房走廊的照明设备它主要由9部分组成：
整流、稳压二极管；话筒；光敏电阻，可控硅开关等。
能够通过调节电阻和电容的大小来改变灯亮的时间长短，如果时间过长就应该减小电阻或电容的值，反之则增大。
光敏电阻和话筒的高度也会使灯的时间受到影响。
声光控节电开关,在白天或光线较亮时,节电开关呈关闭状态,灯不亮；夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态，当有人经过该开关附近时，脚步声、说话声、拍手声等都能开启节电开关。
灯亮后经过40秒左右的延时节电开关自动关闭，灯灭。
220V的灯充电直接整流。
在输出端串联25W灯泡，输出端接可控硅（负载）供电电路稳压电路，稳压电路是给话筒放大，音频放大等提供8.2V直流电，话筒放大，可以把声音信号转换为电信号并放大，然后，经过音频放大器使信号达到足够大；检波音频信号的正半周，即把音频信号转换为直流信号。
经过延时电路以后送到控制电路，由控制电路去控制可控硅，若可控硅断开，则整流电路负载断开，若导通，则整流电路负载导通。
光敏控制电路把光照变成电信号，从而去控制音频信号往后边输送情况。
可见：
本电路灯泡要受可控硅的控制，可控硅受话筒取得的音频信号和光敏电阻的控制，从而可以实现声控和光控；灯亮的时间由延时电路的时间长度决定。
声光控制节能灯主要由三部分组成，分别为声控电路，光控电路，延时电路，下面我将分块对电路的原理加以详细的阐述。
2.声控电路
当BM获取到声音信号后，其会转换成电信号，如图2-3所示声控电路由传声器BM，电阻器R2、R4，晶体管VT、电容C1和CD4011中的D1组成。
此部分电路图如图1所示：
图1
工作原理：
话筒将声音信号转化为负极性的电信号，但接收到的微弱信号经C2滤波，通过由三极管VT组成的放大器把微弱的信号进行放大，其集电极输出正极性的电信号送到CD4011的2脚。
并通过R4给基极提供导通电压
3.整流电路
整流电路把交流电能转换为直流电能的电路。
大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。
本次所用为单向桥式整流电路，是由电源变压器T，4只整流二极管VD1～VD4等组成。
此部分电路图如图2所示：
图2整流部分电路图
工作原理：
利用4个二极管接成电桥使在Ul的正负半周的电压经过两只二极管交替导通，即在负载上形成了单方向的全波脉冲电压。
其中单向桥式整流电路对电压的利用率高。
在桥式整流电路中，交流电在一个周期内有两个半波电流以相同方向通过负载所以该整流电路输出的直流电压比半波整流电路增加一倍，即
4.光控电路
光控电路的核心元件为光敏电阻，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；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。
在光线较暗时，光敏电阻呈高阻态；在光线较亮时，光敏电阻呈低阻态，光敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。
光控电路由光敏电阻器RG，电阻器R5和CD4011中的D1组成。
此部分电路图如图3所示：
图3光控部分电路图
工作原理：
在黑暗状态下光敏电阻RG呈高阻态，电路通过R5在光敏电阻RG形成高电平。
当同时有声音信号时，经过CD4011的一个与非门D1使后级电路工作。
当有足够的光通量照射在光敏电阻上时，其电阻值突然降得很低，既光敏电阻两边就的电压就很小，即不能形成高电平，使其后级电路不能工作。
5.延时电子开关电路
延时电子开关电路它是用电路中送入的信号进行控制电路的设备。
其作用是用送进来的信号去控制电路，使电路达到延时的效果。
声光双控电路是声、光控开关的组合。
它是利用驻极体话筒是否采集到声音信号，光敏电阻感应光线的明暗来改变信号的高低电平，以达到控制电路输出高低电平的目的，再利用稳压管高电平导通的原理来控制灯泡的亮灭。
如图2-3所示延时电子开关电路由二极管VD5、电容C3、电阻R8、晶闸管VT和集成芯片CD4011组成。
此部分电路图如图
4所示：
图4延时部分电路图
工作原理：
延时电路的设计主要由C3和R8组成。
当夜晚有响声（如脚步声、说话声等），驻极话筒会接收到信号并通过三极管VT对其进行放大之后送到CD4011的1脚，同时光敏电阻这时也呈高阻态并送入CD4011的2脚，经与非关系后3脚输出低电平，（集成芯片引脚的连接方式如图4-3所示）芯片4脚输出高电平使二极管VD5导通对C3充电。
最终芯片11脚输出高电平去控制晶闸管导通点亮灯泡L。
在此期间同时通过VD5对C3快速充电，充电电流大，充电时间很短，快速将C3上电压充满，C3上所得的电压经R8对晶闸管VT的T、K级慢慢放电，此时就算没有响声灯泡仍然点亮，直到C3上的电放完，可控硅截止灯泡熄灭等待下一次触发。
6、总体电路原理相关说明
本电路是采用分离元件的声控延时电路，其电路原理图如图1所示，原理图说明：
220V的灯充电直接整流。
在输出端串联25W灯泡，输出端接可控硅（负载）供电电路稳压电路，稳压电路是给话筒放大，音频放大等提供8.2V直流电，话筒放大，可以把声音信号转换为电信号并放大，然后，经过音频放大器使信号达到足够大；检波音频信号的正半周，即把音频信号转换为直流信号。
经过延时电路以后送到控制电路，由控制电路去控制可控硅，若可控硅断开，则整流电路负载断开，若导通，则整流电路负载导通。
光敏控制电路把光照变成电信号，从而去控制音频信号往后边输送情况。
可见：
本电路灯泡要受可控硅的控制，可控硅受话筒取得的音频信号和光敏电阻的控制，从而可以实现声控和光控；灯亮的时间由延时电路的时间长度决定。
（一）、可控硅是可控硅整流元件的简称,是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件,一般由两晶闸管反向连接而成.它的功用不仅是整流，还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路，实现将直流电变成交流电的逆变，将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电等等。
可控硅和其它半导体器件一样，其有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。
它的出现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域，成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。
晶闸管T在工作过程中，它的阳极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。
（二）、从晶闸管的内部分析工作过程：
晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结附录图四，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管
当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导铜，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。
图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。
因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门极电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。
设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0,
晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：
Ia=Ic1+Ic2+Ic0或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0
若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig
从而可以得出晶闸管阳极电流为：
I=（Ic0+Iga2）/（1-（a1+a2））（1—1）
硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化。
当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式（1—1）中，Ig=0,（a1+a2）很小，故晶闸管的阳极电流Ia≈Ic0晶闸关处于正向阻断状态。
当晶闸管在正向阳极电压下，从门极G流入电流Ig,由于足够大的Ig流经NPN管的发射结，从而提高起点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数a1,产生更大的极电极电流Ic1流经NPN管的发射结。
这样强烈的正反馈过程迅速进行。
当a1和a2随发射极电流增加而（a1+a2）≈1时，式（1—1）中的分母1-（a1+a2）≈0,因此提高了晶闸管的阳极电流Ia.这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。
晶闸管已处于正向导通状态。
式（1—1）中，在晶闸管导通后，1-（a1+a2）≈0,即使此时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通。
晶闸管在导通后，门极已失去作用。
在晶闸管导通后，如果不断的减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时，由于a1和a1迅速下降，当1-（a1+a2）≈0时，晶闸管恢复阻断状态。
IC选用CMOS数字集成电路CD4011（见附图二），其里面含有四个独立的与非门电路。
内部结构见图5，VSS是电源的负极，VDD是电源的正极。
可控硅t选用1a／400v的进口单向可控硅100-6型，如负载电流大可选用3a、6a、10a等规格的单向可控硅，单向可控硅的外形如图六示，它的测量方法是：
用r×1档，将红表笔接可控硅的负极，黑表笔接正极（如印制板图所示），这时表针无读数，然后用黑表笔触一下控制极k，这时表针有读数，黑表笔马上离开控制极k这时表针仍有读数（注意触控制极时正负表笔是始终连接说明该可控硅是完好的。
驻极体选用的是一般收录机用的小话筒，它的测量方法是：
用r×100档将红表笔接外壳的s、黑表笔接d，这时用口对着驻极体吹气，若表针有摆动说明该驻极体完好，摆动越大灵敏度越高；光敏电阻选用的是625A型，有光照射时电阻为20k以下，无光时电阻值大于100mq，说明该元件是完好的。
二极管采用普通的整流二极管1n4001～1n4007。
总之，元件的选择可灵活掌握，参数可在一定范围内选用。
在测试时先把指针表满偏同时将指针表打到1K档，其次：
用表笔对电容进行放电，在用表进行测试，用红笔接负极，黑笔接正极；最后：
看指针的偏转，且还要指针还原，如能还原就表明电容正常，不能回到原位则表明电容漏电。
测试漏电电容方法：
用万用表的电阻挡（R*100和R*1K），将表笔接触电容器两引线。
刚接触时，由于电容充电电流大，表头指针偏转角度大，随着充电电流减小，指针逐渐向R=无穷方向返回，最后稳定处即漏电电阻值。
一般电容器的漏电电阻为几百至几千兆欧，漏电电阻相对小的电容质量不好。
测量时，若表头指针指到或接近欧姆零点，表示电容器内部短路。
若指针不动，始终指在R=无穷处，则意味着电容器内部短路或已失效。
对于电容量在0.1μF以下的小电容，由于漏电电阻接近无穷，难以分辨，故不能此法侧漏电阻或判定好坏。
7、总体电路原理图
图5总统电路原理图
声光控延时开关的电路原理图见图5所示。
电路中的主要元器件是使用了数字集成电路CD4011。
其内部含有4个独立的与非门D1～D4，电路结构简单。
可靠性高。
本设计中只用到了集成块中的三个与非门。
8、元件清单表
元件名称
序号
型号/参数
数量
碳膜电阻
R1
RT-1/2W、150KΩ±5%
1
碳膜电阻
R2
RT-1/4W、18KΩ±5%
1
碳膜电阻
R3
RT-1/4W、43KΩ±5%
1
碳膜电阻
R4
RT-1/4W、2.4MΩ±5%
1
碳膜电阻
R5
RT-1/4W、1MΩ±5%
1
碳膜电阻
R6
RT-1/4W、18KΩ±5%
1
碳膜电阻
R7
RT-1/4W、470KΩ±5%
1
碳膜电阻
R8
RT-1/4W、1.3MΩ±5%
1
VD1～VD5
二极管
1N4007
5
K
开关管
100—6
1
VT
三极管
S9014
1
RG
光敏电阻
MG45-5KΩ
1
BM
驻极体话筒
CZN17
1
CD4011
集成芯片
CD4011BCN
1
C1
电容
104
1
C2、C3
电容
22µF/25V
2
L
灯泡
60W
1
9.参考文献
【1】康华光；《电子技术基础》数字部分（第四版）北京，高等教育出版社出版，2006
【2】彭介华；《电子技术课程设计指导》北京，高等教育出版社，2006
【3】杨旭东，刘行景，杨兴瑶；《实用电子电路精选》化学工业出版社，2007
【4】华成英；《电子技术》北京；中央广播电视大学出版社，2006
【4】姚福安，电子电路设计与实践，山东科技技术出版社，2001年10月【5】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
【6】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【7】何希才．新型电子电路应用实例[M]．北京：
科学出版社，2005
【8】李瀚荪．电路分析基础（第3版）[M]．北京：
高等教育出版社，1993
【9】夏路易，石宗义．电路原理图与电路板设计教程PROTEUS[M]．北京：
北京希望电子出版社，2002
【10】韩振振，数字电路逻辑设计，大连理工大学出版社，2000年
10.设计心得体会.
在设计过程中，通过查阅资料，阅读文献，我学到了很多切实有用的分析方法和技巧，这对于我以后的学习有很大的帮助。
这更使我认识到，学习学的是方法，设计学的是思想。
因此，要多总结别人的方法，来形成自己的思想，这样学到的东西才实实在在。
在设计过程中所遇到的难题，凭借自己的能力都能加以解决，感觉自己真的学到了很多东西，不仅仅是在知识层面上，更重要的是思想上的认识。
我想，不仅仅是做课程设计，做其他的事也一样，只要在思想上有全面的认识，细节上加以足够重视，遇到困难能够耐心地去分析解决，那么就没有什么事情做不好。
一周的电子课程设计即将结束，这一周学到了很多东西。
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，也就更加难以理解。
但这一周之后，我对电子技术有了更深的理解，知道了自己的不足，同时也明白了所学知识的重要性，培养了自己对课程设计学习的兴趣。
我们在学校时很难有机会锻炼自己的动手能力，刚设计时不免有一些不知所措。
但在老师的指引下我参考了很多资料书，查阅了相关知识之后，才渐渐有了思路。
对于我们这些大二的学生，由于动手能力不足，很难在一周内完成所要设计的课件，就需要组员之间不断的配合，充分的合作才能更完美的设计自己的电路。
最后，首先要感谢老师的悉心指导，其次要感谢组员们的互相帮助。
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