声光控延时开关设计资料.docx
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声光控延时开关设计资料
声光控延时开关
第一章声光控延时开关的实现
1.1系统概述
系统分为电源电路，控制部分和延迟开关部分，示意图如图1所示：
图1.1电源电路组成框图
图1.2声光控延时开关组成框图
1.2各部分工作原理
1.2.1电源电路
由D1~D6、R1、C1构成，如图2标注，D1~D4为整流电路，R1为限流电阻、电容C1滤去交流分量并储存一定的电能，为延时提供电压，稳压管D6起稳压作用。
图2电源电路
1.2.2声光控部分
电路通过光信号和声音信号控制，分别使电路中的三极管处于截止放大或者饱和状态，从而控制部分特殊点的电位达到声光控的目的。
如图3所示为静态工作点示意图，三极管处于放大状态时，Ube处于0.4V~0.7V之间。
图3三极管静态工作点示意图
模拟声光，光控由光敏电阻模拟，声控由压电陶瓷片模拟，电路中光敏电阻用RG1和RG2串联代替，压电陶瓷片由函数信号发生器代替。
如图4所示
图4声光控模拟
白天在光线的作用下光敏电阻很小，此时即RG2被短路只剩下较小的电阻RG1，如图5所示。
此时Q2基极电位变低而处于截止状态，即使函数信号发生器发出信号（模拟有声音信号情况）也不能通过Q2向后放大。
同时PNP型管Q3也截止，电容C4两端电压很小，可控硅SCR处于截止状态，灯不亮。
图5有光照时模拟
晚上，RG1和RG2串联保持高电阻，其上端电位升高，Q2进入放大区，可以接收并放大声音信号（信号发生器发出信号模拟）。
在无声音信号时，Q3处于截止状态，灯不亮。
有声音信号时，信号发生器发出信号，首先通过Q1放大，然后经R5与C3输出，使Q2的基极电位升高，Q2、Q3随之导通，正电源就通过Q3、SCR向电容C4充电，使C4两端电压升高，升至可控硅SCR的触发电平时，SCR就就由关断态进入导通态，灯亮。
1.2.3延时关断部分
延时关断部分主要由R10、C4、SCR、如图6所示
图6延时部分
灯延迟关断过程
灯亮时，由D1~D4、SCR组成的开关主回路就有较大的电流通过，SCR导通后，SCR两端电压跌落，由Q1~Q3均转为截止态，此时C4储存的电荷将通过R10释放，电容电荷释放示意图如图表13所示。
使C4两端电压逐渐下降，当降至SCR门极的触发电平，SCR在交流电过零时即关断，电灯X1随之熄灭。
由公式
u（t）=u（∞）+[u（0+）-u（∞）]·e-（t/ζ），
代入u（∞）=0V，u（0+）=13V，u（t）=5V
计算得t=179.6s为延迟关断时间。
1.3电路仿真
1.3.1电源电路仿真
220V交流电通过电灯，经过D1~D4整流后，电容C2滤去交流分量，D6为稳压值24V的稳压二极管，保证后方电路电压不超过24V。
D1~D4为整流电路，整流前后波形如图8所示；稳压管D6起稳压作用。
稳压波形如图9所示。
稳压电路最终电压24V为后面的声光控电路提供合适的静态工作点，也是延时关断部分进行充放电。
3．
图8整流波形
图9稳压波形
1.3.2声光控部分电路仿真
白天有光照时光敏电阻减小，RG2被短路，如图10所示，Q2、Q3两管be间电压都很小，两管均截止，仿真如图所示，C4两端电压很小，不能使可控硅SCR导通，灯不亮。
图10白天（有声无声）有光仿真
晚上无光照，光敏电阻有较高阻值，其电位升高使Q2进入放大区，此时若没有声音信号，Q3仍处于截止状态，仿真如图11所示。
C4电压很低，可控硅SCR不导通，灯不亮。
图11晚上无声仿真
有声音信号时，信号发生器发出信号，首先通过Q1放大，然后经R5与C3输出，使Q2的基极电位升高，Q2导通，Q3饱和导通，导通后仅起降压作用，管压降约为3V，此时电源通过Q3、SCR向电容C4充电，C4两端电压升高，升至可控硅SCR的触发电平时，SCR进入导通态，灯亮。
仿真如图12所示
图12晚上有声仿真
1.3.3延迟关断部分仿真
灯亮时，由D1~D4、SCR组成的开关主回路就有较大的电流通过，SCR导通后，SCR两端电压跌落，此时C1、C4储存的电荷将通过R10释放，电容电荷释放示意图如图13所示。
使C4两端电压逐渐下降，当降至SCR门极的触发电平，SCR在交流电过零时即关断，电灯X1随之熄灭。
图13电容放电延时仿真
由公式
u（t）=u（∞）+[u（0+）-u（∞）]·e-（t/τ）
代入u（∞）=0V，u（0+）=13V，u（t）=5V
计算得t=179.6s为延迟关断时间，
可控硅触发电平接近4.3V，由波形图可知，则在灯亮194.12s后，电容两端电压降至触发电平以下，可控硅截止，灯熄灭，与计算值179.6s接近。
第二章心得体会及建议
在这两周的模拟电子技术课程设计中，我做的课题是“声光控延时开关的设计”这是一种声音和光照双控的照明设备，可用于多种场合。
例如楼道，过道，库房等。
在白天，由于光照较强，无论有没有人通过，都不点亮灯泡。
在夜晚的时候光线较弱，电路的接受声音的电路只要检测到有碎发的声音，就会自动为行人照明，过一段时间就会自动熄灭，达到节能省电的效果。
电源设计根据其主体电路及执行机构不同，要求可靠、价廉、有效益。
由于此开关在光线较暗时是否接通取决于声音的强弱，因此为加强其工作效应，设计了信号放大整形电路，微弱的信号经过此电路加工也能使开关导通。
本次的声光控制开关的设计实践将我们学到的知识应用到了实践，深化了对数字电路设计和模拟电子设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知。
学习了一年的理论知识之后，这次的实践操作，我得到了课本之外的东西，通过自己的独立动手，老师耐心指导下以及同学的探讨，让我学会了分析电路、设计电路的步骤以及计算机辅助作图等。
刚开始拿到课题的时候不知道如何下手，在图书馆翻阅祥光的资料书籍和网上查阅相关的资料后，在对此课程设计有很大的的帮助。
通过这次课程设计我也学会了很多的东西，比如学会对元件的性能及参数计算方法有了更系统的认识。
巩固了所学的知识有了更加深刻的理解和认识，并且产生了浓厚的兴趣。
第三章附录
表1元器件明细表
名称
代号
型号或参数
电阻
R1
100kΩ
R2
9.1kΩ
R3
2MΩ
R4
56kΩ
R5
62kΩ
R6
91kΩ
R7
4.7kΩ
R8
36kΩ
R9
10kΩ
R10
62kΩ
RG1
3kΩ
RG2
20MΩ
三极管
三极管
Q1
2N914（NPN）
Q2
2N914（NPN）
Q3
2N6727（PNP）
电容
C1
220μF
C2
100nF
C3
1μF
C4
100μF
可控硅
SCR
MCR22-8
二极管
D1~D4
1N4007
D5、D7
1N4007
D6
1N5252B（24V）
灯泡
X1
220V，30W
电源
V1
220V，50Hz
第四章参考文献
【1】童诗白主编·模拟电子技术基础·高等教育出版社·2006年6月
【2】郭海文主编·电气实验技术·中国矿业大学出版社·2008年12月
【3】刘慰平主编·电子技能实训·北京理工大学出版社·2008年8月
【4】陈有卿编著·电子制作138例·人民邮电出版社·2001年4月
【5】高清主编·Multisim8电子工作平台及应用·高等教育出版社·2010年6月
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