声光双控延时节能灯电路.docx
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声光双控延时节能灯电路
声光双控节能灯电路解剖
本电路系统对220V交流电压进行整流，输出DC9V电压提供给声控、光控及延时电路，由这三部分电路控制灯泡自动亮灭。
如图2-1所示：
电源电路部分
声控电路部分
光控电路部分
延迟电路部分
执行电路部分
DC9V
AC220V
图2-1本设计系统框图
方案一：
电路图如图2-2所示：
图2-2方案一原理图
原理分析：
当有声音信号时，驻极体话筒MIC将声音信号接收后经VT1放大，再经整流电路转变为电压信号。
当有光照照在光敏电阻RGM上时，其阻值变小，对直流控制电压衰减很大，导致VT2、VT3和R7、VD3组成的电子开关截止。
而C4中无电荷，使单向可控硅MCR处于截止状态，灯泡不亮。
→[结论1]有声音有光时，灯泡不亮。
同理：
当有声音信号传入而又无光照射在光敏电阻RGM时，RGM阻值很大，对直流控制电压衰减很小。
VT2、VT3和R7、VD3组成的电子开关导通，使C4充电。
由于充满电时间很迅速，C4充满电荷后通过R8把直流触发电压加到MCR控制端，MCR导通，灯泡点亮。
当C4中电荷放至零时，MCR回复截止状态，灯熄灭。
→[结论2]有声音无光时，灯泡亮。
当灯泡点亮过程中有新的声源出现时，C4会重新充电后重新放电，即重新计算点亮时间。
如果需要改变灯亮时长，只需更改C4或者R8的参数即可。
方案二：
电路图如图2-3所示：
图2-3方案二原理图
原理分析：
声光控延时开关的电路原理图如图2-3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，使电路结构简单，工作可靠性高。
当声音信号（脚步声、掌声等）由驻极体话筒BM接收并转换成电信号，经C1耦合到VT的基极进行电压放大，放大的信号送到CD4011中的与非门D2的2脚，R4、R7是VT的偏置电阻，C2是电源滤波电容。
为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻RG等元件组成光控电路，R5和RG组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，RG两端的电压高，即为高电平期间t=2πR8C3，改变R8或C3的值，可改变延时时间，满足不同目的。
CD4011中的D3和D4构成两级整形电路，将方波信号进行整形。
当C3充电到一定电平时，信号经与非门D3、D4后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；C3充满电后只向R8放电，当放电到一定电平时，经与非门D3、D4输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。
二极管VD1～VD4将220V交流进行桥式整流，变成脉动直流电，又经R1降压，C2滤波后即为电路的直流电源，为BM、VT、IC芯片等供电。
2.3方案比较
方案一和方案二的原理基本相同，但方案二具有较高的灵敏性，且所用的元件少易于制作，我觉得方案二比较适合。
3声光双控节能灯设计
3.1方案二电路原理框图
稳压，滤波
整流，降压
声音拾取
声音放大
控制部分
受控部分
延时电路
图3-1方案二原理框图
该图是声光双控节能灯开关电路原理方框，在设计过程中我们可以分析设计部分电路。
3.2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3-2所示：
图3-2声控部分电路图
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。
3.3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3-3所示：
图3-3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
3.4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3-4所示：
图3-4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。
3.5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3-5所示：
图3-5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。
3.6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
3.7声光控制灯的常见故障与检修
⑴晚上声音小时声光控制灯不亮，当声音很大时灯才亮。
这是声音输入电路灵敏度降低所致，其原因有话筒BM灵敏度降低、电容C1容量减小、三极管VT、电阻R2、R4等元件的参数改变造成的。
检修时，可适当减小R2的阻值以提高BM的灵敏度。
增大R4和减小R5的阻值，降低三极管VT的静态工作点，用一个等值电容与C1并联，观察效果是否改善等方法，提高声输入电路的灵敏度。
⑵晚上声光控制灯不时的发光，这一般是声信号输入电路灵敏度太高所致。
检修时，对该部分电路的元件作与上相反地调整。
⑶白天有声音时声光控制灯便亮。
这是光信号输入电路的故障。
检修时，检查光敏电阻RG是否接收光线不足，可采用清除光敏电阻出的灰尘，检查光敏电阻的位置是否正确，光敏电阻是否开路，适当增大R5的电阻，降低与非门D2的1端输入电平的办法加以解决。
⑷晚上有声音也不亮。
其原因是声信号输入电路在有声音时不能输出高电平，光信号输入电路输出低电平，集成电路CD4011损坏造成的。
检修时，在有声音时测量与非门D2的2端是否为高电平，在无光时测量与非门D2的1端是否为高电平，若不是高电平说明故障在相应的输入电路，若是高电平应检查集成电路CD4011的逻辑关系是否正确。
⑸白天晚上声光控制灯长亮。
其原因一般是晶闸管100-6被击穿，检修时，断电后用万用表的电阻挡测量T的两个阳极之间的电阻，若在1KΩ以下，则说明晶闸管已经被击穿，应更换。
⑹灯亮的延时时间不合适。
若灯亮的延时时间缩短了，有可能是电容C3漏电或者是容量减小所致，可用一只相同的电容尝试。
若嫌延时时间不够，可适当增大电阻R8的阻值，或者增大电容C3的容量。
反之，减小电阻R8或者电容C3的数值。
4主要元器件介绍
4.1驻极体话筒
话筒又称传声器，一种电声器材，属传声器，是声电转换的换能器，通过声波作用到电声元件上产生电压，再转为电能驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。
属于最常用的电容话筒。
由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压
电荷的公式是Q＝C×V，反之V＝Q/C也是成立的。
驻极体总的电荷量是不变，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。
最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来，同时进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。
由于场效应管时有源器件，需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此，驻极体话筒都要加一个直流偏置才能工作。
图4-1驻极体话筒结构图
高分子极化膜在生产时就注入了一定的永久电荷（Q），由于没有放电回路，这个电荷量是不变的，在声波的作用下，极化膜随着声音震动，因此和背极的距离也跟着变化，也就是锁极化膜和背极间的电容是随声波变化。
驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。
声电转换的关键元件是驻极体振动膜。
它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。
然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。
膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。
膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。
这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。
当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。
驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十PF。
因而它的输出阻抗值很高，约几十兆欧以上。
这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。
所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。
场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。
普通场效应管有源极（S）、栅极（G）和漏极（D）三个极。
这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。
接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。
场效应管的栅极接金属极板。
这样，驻极体话筒的输出线便有三根。
即源极S，一般用蓝色塑线，
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