声光控制灯安装与调试.docx
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声光控制灯安装与调试
任务二：
声光控制灯安装与调试
【工作任务单】
1、掌握声光控制灯的原理。
2、掌握声光控制灯的制作与调试方法。
3、了解数字集成电路的使用方法。
【相关知识一】 声光控制灯原理
当代社会提倡节能，在这里就介绍一个声光双控延迟节能照明灯。
它可以直接取代普通照明开关而不必更改原有照明线路。
白天或光线较强的场合下，即使有较大的声响也控制灯泡不亮，晚上或光线较暗时遇到声响（如说话声、脚步声等）后灯自动点亮，然后经30s（时间可以设定）自动熄灭。
该装置适用于楼梯、走廊等只需短时照明的地方。
1．电路组成
顾名思义，声光双控延时开关就是用声音与光来控制开关的“开启”，若干时间后延时开关“自动关闭”。
因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。
明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元，由此可画出如图5-24所示的方框图。
它主要由整流电路、低压电源、R1和BM组成的话筒拾音及放大电路、光敏控制电路、音频驱动电路、延迟电路、可控硅开关电路等几部分组成。
下面逐一给予介绍。
图5-24声光控制灯的原理框图
2．声光控制灯的原理
声光控制灯的整机原理如图5-25所示。
（1）整流电路采用的是一个桥式整流电路，在输入端串接25W灯泡，220V的交流电经过桥式整流就为198V的直流电。
VD1、VD2、VD3、VD4构成桥式整流电路，要求耐压达到220V的峰值1.414×220V（311V），这里采用的是1N4007，其电路如图2-25所示。
（2）低压电源采用电阻侵夺电路加滤波电容，由R1、R2、BM的RDS及C2等元件组成。
198V直流电压经过R1、R2、BM的RDS分压及C2滤波后得约12V直流电压。
图5-25声、光控制延时开关电路原理图
图5-25声、光控制延时开关电路原理图
图5-25声光控制灯的整机原理
（3）可控硅开关直接接在整流电路的输出端，作为负载，阳、阴极是并联在电路的输出端。
G受控制电路的控制，当G端得到一个高电平时，可控硅导通，灯亮；当高电平消失，可控硅断开，灯熄灭。
工作电流、电压由灯泡的功率决定。
由于是25W的灯泡，所以采用BT169或T100－6可控硅，若灯泡为60W，则需查可控硅手册。
（4）话筒放大和R2、BM组成话筒拾音电路，话筒上端得到音频信号，通过C1耦合到VT组成的放大电路，VT、R3、R5组成的放大电路作为话筒放大电路。
（5）音频驱动电路是由
、
组成，由于只考虑声音的有无，不需考虑声音的失真，所以
与
采用直接耦合方式连接。
（6）光敏控制电路中，光敏电阻RG与R4构成串联分压电路，用光敏电阻接地（RG有光照时为5kΩ，无光照时为752kΩ）。
在白天时光敏电阻的阻值小，因而在与非门
的一个输入端为低电平；而音频信号被送到
的另一个输入端。
由与非门的特性可知，音频信号将被屏蔽而无法往后输送，因此白天时灯就不亮。
在晚上，RG达到752kΩ以上，因而在与非门
的一个输入端为高电平，音频信号不受影响，灯受声音控制。
（7）延迟电路由R7、C3组成，隔离二极管VD6取得的音频信号正半周时，C3充电后得到的直流电压，就是控制电压，要放电必须经过R7放电。
放电完的时间就是延迟时间，主要由C3、R7的参数控制。
τ=R7·C3（3～5倍τ时间后C3放电结束）。
如果要延长放电时间，可增大C3；反之则减小C3。
同时，当声音停止后，
输出为低电平时VD6是反向截止的，这时将后级电路与前级电路进行隔离，以保证延迟电路的正常工作。
（8）可控硅开关电路由
、
、R6、T组成，是一个开关电路。
在夜晚，当没有声音时，三极管9014工作在饱和状态，集电极为低电平，
输出也为低电平，C2将无法充为高电平，
将输出为低电平，无触发信号供给晶闸管，T将断开，灯不亮。
当有声音输入时，三极管由饱和状态进入放大状态，集电极由低电平转成高电平，使
输出一个高电平，C2上就会得到高电平，经
、
反相器推动，在
的输出端为高电平，从而触发可控硅T导通，灯亮；C2直流电压放电完后，
由高电平变为低电平，可控硅断开，灯熄灭。
综上所述，声光控制灯的原理如下。
4个二极管组成桥式整流电路将市电变成脉冲直流，经电阻R1、R2及BM的RDS分压及R1限流，再经C2电容滤波后即可输出约12V直流电压。
为集成块CD4011、BM及三极管VT提供电源。
整个电路工作的前提是集成块的l、2脚输入高电平，经过三级反相，集成块输出端输出高电平，然后触发晶闸管导通使灯泡发亮。
在白天时，光敏电阻很小，使得集成块1脚输入低电平，电路封锁了声音通道，使得声音脉冲不能通过，经过三反相后集成块输出端输出低电平，无触发信号，晶闸管不导通所以灯泡不亮。
在黑夜时，光敏电阻因无光线照射呈高阻态，使得输入端1脚变为高电平，为声音通道开通创造了条件。
当没有声音时，三极管9014工作在饱和状态，集电撅属于低电平，无触发信号供给晶闸管；当有声音输入时，三极管由饱和状态进入放大状态，集电极由低电平转成高电平，使集成块输出一个高电平，触发晶闸管工作电路导通，灯泡发亮。
电路中应用了一个1N4007二极管来阻断
和
，使得C2充满电后只能通过R7放电，C2、R7组成亮灯延迟电路，时间常数τ=R7·C2。
这个延迟时间主要是靠电容的放电使
输出端维持高电平，让可控硅持续在工作状态，当电容放电至
低门限电平时，
反转输出高电平，
继而输出低电平，使可控硅无触发信号而关断，灯自动熄灭。
调整与话筒串联的电阻阻值或三极管的放大倍数，均可以调节声控灵敏度，其工作原理在于减小了基极的工作电压。
在整个电路中，还可用R4串联一个电位器来改变RG的分压值，以控制光敏电阻对光的敏感度。
3．元器件的选择
IC选用CMOS数字集成电路CD4011，其里面含有4个独立的与非门电路。
内部结构如图5-25所示，Vss是电源的负极，VDD是电源的正极。
可控硅选用1A/400V的单向可控硅（SCR）BT169型或T100－6，如负载电流大，可选用3A、6A、10A等规格的单向可控硅。
单向可控硅的测量方法是：
选用R×1挡，将红表笔接可控硅的阴极，黑表笔接阳极，这时为大电阻，然后用黑表笔触一下控制极G，这时变为小电阻，黑表笔马上离开控制极G，这时表针仍为小电阻（注意接触控制极时正、负表笔始终连接），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挡，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，若表针有摆动则说明该驻极体完好，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5kΩ，无光时电阻值大于725kΩ，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。
其他元件按图5-25所示的标注即可。
1）电灯要点亮，UIA的输入端的电压应该为什么电平？
2）图5-25电路中的四与非门可以用四与门代替吗？
你认为电路还有可以改动的地方吗？
【实践训练】制作声光控制延时开关
一、实训目标
1）通过制作了解声光控制灯的原理。
2）通过制作掌握基本门电路的基本功能。
3）通过制作重温工艺文件的编制和工艺的制作流程。
二、实训仪器及器材
元件清单如表5-20所列。
表5-20元器件清单
序号
名称
型号规格
位号
数量
1
集成电路
CD4011
IC
1
2
单向可控硅
T100－6或BT169
T
1
3
三极管
9014
VT
1
4
驻极体话筒
54+2dB二端式
BM
1
5
光敏电阻
RG625A
RG
1
6
整流二极管
1N4007
VD1～VD4
4
7
整流及隔离二极管
1N4007
VD5、VD6
2
8
电阻器
180kΩ
R1、R8
1
9
电阻器
18kΩ
R2
l
10
电阻器
3.9MΩ
R3、R7
1
11
电阻器
1.5MΩ
R4
1
12
电阻器
47KΩ
R5
l
13
电阻器
27kΩ
R6
1
14
瓷片电容
104
Cl
1
15
电解电容
22uF/16V
C2
1
16
电解电容
10uF/16V
C3
1
17
稳压二极管
7.5V
DW
1
18
万能电路板或PCB板
1
三、操作步骤
（1）安装制作
准备好全套元件后，按表5-20所列的元器件清单清点元器件，并用万用表测量一下各元件的质量，做到心中有数。
可以自己设计PCB板。
焊接时注意先焊接无极性的阻容元件，电阻采用卧装，电容采用直立装，紧贴电路板，焊接有极性的元件时，如焊接电解电容、话筒、整流二极管、三极管、单向可控硅等元件时千万不要装反，否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件。
（2）调试
调试前，先将焊好的电路板对照印制电路图认真核对一遍，不要有错焊、漏焊、短路、元件相碰等现象发生。
通电后，人体不允许接触电路板的任何一部分，防止触电，务必注意安全。
如用万用表检测时，只将万用表两表笔接触电路板相应处即可。
由于装配底板带热电（市电），因此调试时要十分小心，以防触电。
通电后，测得C2两端的直流电压应有约12V，这表明电源部分工作正常，方可进行其他部分的调试。
调试声控放大部分：
接上Cl、R2，通电后先用一器具轻轻敲击驻极体话筒，灯泡应发光，然后延时自灭。
接着击掌，灯泡应亮1次，延时自灭。
改变R2和R6两电阻，可调节电路灵敏度。
调节光控部分：
接上RG，使其受光面受到光照，接通电源，测量U1的电压应接近零，这时不管如何击掌或敲击驻极体话筒，灯不发光为正常。
然后挡住光线，使光敏电阻不受光照，击掌一下，灯泡即亮，延时后自灭，表示光控部分正常。
适当选择R4，可改变光控灵敏度，这可根据所处环境而定。
延时的长短由R7、C3决定，可以改变R7、C3的值改变延时时间。
四、实训考核
表5-21考核标准评分表
项目
内容
分值
考核要求
加分标准
得分
实训态度
1．操作的积极性
2．遵守安全操作规程
3．纪律及卫生情况
20
积极参加实训，遵守安全操作规程和劳动纪律，有良好的职业道德与团队精神
遵守安全操作规程加15分，其余酌情加分
元器件的识别与检测
1．光敏电阻、单向可控硅的检测
2．CMOS门电路检测
10
能正确检测元器作，并确定好坏
能正确检测元器件每个加2分
电路制作
1．画出电路装配图
2．按装配图装接
30
布局、布线合理，能制作所要求的电路，并符合规范要求
电路装接规范加5分；电路无错接加15分；走线合理、美观酌情加分
电路调试
1．逻辑功能正常
2．能正常进行声光控
3．能正常延时
20
能正确实现所要求功能
调试方法正确加5分；功能正常每处加5分。
电路故障排除
对实训过程中出现的故障进行排除
10
查找并排除故障，使电路正常工作
根据具体情况酌情加分
合计：
100
实训得分：
数字电路制作与调试规范及常见故障检查方法
1．布线原则
首先，应便于检查、排除故障和更换器件。
在数字电路制作过程中，有错误布线引起的故障，常占很大比例。
布线错误不仅会引起电路故障，严重时甚至会损坏器件，因此，注意布线的合理性和科学性是十分必要的，正确的布线原则大致有以下几点。
1）接插集成电路芯片时，先校准两排引脚，使之与实验底板上的插孔对应，轻轻用力将芯片插上，然后在确定引脚与插孔完全吻合后，再稍用力将其插紧，以免集成电路的引脚弯曲、折断或者接触不良。
2）不允许将集成电路芯片方向插反，一般IC的方向是缺口（或标记）朝左，引脚序号从左下方的第一个引脚开始，按逆时针方向依次递增至左上方的第一个引脚。
3）导线应粗细适当，一般选取直径为0.6～0.8mm的单股导线，最好采用各种色线以区别不同用途，如电源线用红色，地线用黑色。
4）布线应有秩序地进行，随意乱接容易造成漏接、错接，较好的方法是接好固定电平点，如电源线、地线、门电路闲置输入端、触发器异步置位复位端等，其次，再按信号源的顺序从输入到输出依次布线。
5）联机应避免过长，避免从集成器件上方跨接，避免过多的重叠交错，以利于布线、更换元器件以及故障检查和排除。
6）当电路的规模较大时，应注意集成元器件的合理布局，以便得到最佳布线，布线时，顺便对单个集成器件进行功能测试。
这是一种良好的习惯，实际上这样做不会增加布线工作量。
7）应当指出，布线和调试工作是不能截然分开的，往往需要交替进行，对大型电路元器件很多的，可将总电路按其功能划分为若干相对独立的部分，逐个布线、调试（分调），然后将各部分连接起来（联调）。
2．故障检查
电路不能完成预定的逻辑功能时，就称电路有故障，产生故障的原因大致可以归纳为以下4个方面：
1）操作不当，如布线错误等。
2）设计不当，如电路出现险象等。
3）元器件使用不当或功能不正常。
4）仪器（主要指数字电路实验箱）和集成器件本身出现故障。
因此，上述4点应作为检查故障的主要线索，以下介绍几种常见的故障检查方法。
（1）查线法
由于大部分故障都是由于布线错误引起的。
因此，在发生故障时，检查电路联机情况为排除故障的有效方法。
应着重注意：
有无漏线、错线，导线与插孔接触是否可靠，集成电路是否插牢、集成电路是否插反等。
（2）观察法
用万用表直接测量各集成块的电源端是否加上电源电压；输入信号、时钟脉冲等是否加到实验电路上，观察输出端有无反应。
重复测试观察故障现象，然后对某一故障状态，用万用表测试各输入／输出端的直流电平，从而判断出是否是插座板、集成块引脚连接线等原因造成的故障。
（3）信号注入法
在电路的每一级输入端加上特定信号，观察该级输出响应，从而确定该级是否有故障，必要时可以切断周围联机，避免相互影响。
（4）信号寻迹法
在电路的输入端加上特定信号，按照信号流向逐级检查是否有响应和是否正确，必要时可多次输入不同信号。
（5）替换法
对于多输入端器件，如有多余端，则可调换另一输入端试用，必要时可更换器件，以检查器件功能不正常所引起的故障。
（6）动态逐线跟踪检查法
对于时序电路，可输入时钟信号，按信号流向依次检查各级波形，直到找出故障点为止。
（7）断开回馈线检查法
对于含有回馈线的闭合电路，应该设法断开回馈线进行检查，或进行状态预置后再进行检查。
以上检查故障的方法，是指在仪器工作正常的前提下进行的，如果电路功能测不出来，则应首先检查供电情况，若电源电压已加上，便可把有关输出端直接接到0-1显示器上检查，若逻辑开关无输出，或单次CP无输出，则是开关接触不好或是集成器件的内部电路损坏了。
需要强调指出，经验对于故障检查是大有帮助的，但只要充分预习，掌握基本理论和实验原理，也不难用逻辑思维的方法较好地判断和排除故障。
思考与练习
一、选择题
1．下列信号中，（B．）是数字信号。
A．交流电压信号B．开关信号C．温度信号D．无线电载波
2．正逻辑是指（A.）。
A.高电平用“1”表示，低电平用“0”表示
B．高电平用“O”表示，低电平用“1”表示
C．高电平用“1”表示，低电平用“1”表示
D．高电平用“0”表示，低电平用“0”表示
3．具有2个输入端的或门，当输入均为高电平3V时，正确的是（D.）。
A.VL=VA+VB=3V+3V=6VB.VL=A+B=l+l＝2V
C.L＝A+B＝1+1＝2 D.L=A+B=l+l=l
4．在逻辑运算中，没有的运算是（B．）。
A．逻辑加B．逻辑减C．逻辑与D．逻辑乘
5．晶体管的开关状态指的是三极管（C）。
A．只工作在截止区B．只工作在放大区
C．主要工作在截止区和饱和区D．工作在放大区和饱和区
6．下列逻辑代数运算错误的是（C）。
A.
B.
C.
D.
7．下列逻辑代数运算错误的是（B）。
A.
B.
C.
D.
8．数字信号为（B．）。
A．随时间连续变化的电信号B．脉冲信号C．直流信号
9．模拟信号为（A．）。
A．随时间连续变化的电信号B．随时间不连续变化的电信号
C．持续时间短暂的脉冲信号
10.由开关组成的逻辑电路如图5-26所示，设开关接通为“1”，断开为“0”，电灯亮为“1”，电灯暗为“O”，则该电路为（A．）。
图5－26
A．“与”门
B．“或”门
C．“非”门
11.图1-50所示的逻辑符号，能实现
逻辑功能的是（B.）
A.B.C.D
12．逻辑符号如图1-51所示，表示“与”门的是（A）。
A. B.C.D
13．逻辑图和输入A、B的波形如图5-27所示，分析在t1时刻输出F为（B）
A．"1"
B．"0"
C．不定
14.若输入变量A、B全为1时，输出F=0，则其输出与输入的关系可能是（C）。
A．异或B．同或C．与非D．或非E．与F．或
15.在（D）输入情况下，“与非”运算的结果是逻辑0。
A．全部输入是OB．任一输入是0 C．仅一输入是0D．全部输入是1
16．在（D）输入情况下，“或非”运算的结果是逻辑0。
A．全部输入为OB．全部输入为1
C．任一输入是0，其他输入为1D．任一输入是1
二、填空题
1．数字电路研究的对象是电路的之间的逻辑关系。
2．与逻辑的运算规则是____；或逻辑的运算规则是____；非逻辑的运算规则是____；与非逻辑的运算规则是-；或非逻辑的运算规则是____；异或逻辑的运算规则是____；同或逻辑的运算规则是____。
3．逻辑代数中最基本的运算是运算、运算、运算。
4.常用逻辑门电路的真值表如表5-22所示，试判断它们分别属于哪种类型的门电路？
即F1、F2、F3、F4和F5分别属于何种常用逻辑门。
表5－22
A
B
F1
F2
F3
F4
F5
O
0
O
1
O
O
1
O
1
1
1
O
1
O
1
O
1
1
O
1
O
1
1
O
O
1
1
O
F1；F2 ；F3 ；F4 ；F5 。
5．请写出表5-23中逻辑函数的数值
表5-23填写逻辑函数的数值
AB
OO
01
10
11
6．连续异或1985个1的结果是1。
三、判断题
1．逻辑运算L=A+B含义是：
L等于A与B的和，而当A=l，B=l时，L=A+B=l+l=2。
（）
2．若
，则B=D。
（）
3．逻辑运算是O和1逻辑代码的运算，二进制运算也是O、1数码的运算。
这两种运算实际是一样的。
（ ）
4．“同或”逻辑关系是，输入变量取值相同时输出为1；取值不同，输出为零。
（）
四、简答题
1．数字集成电路是怎样分类的？
2．各类数字集成电路的工作基本条件是什么？
3．查找相关资料，说明74LS21、CD4072集成电路的类型、功能及其工作的基本条件。
4．电路如图5-28所示，若开关闭合为“1”，打开为“O”；灯亮为“1”，灯灭为“O”。
试列出F和A、B、C关系的真值表，写出F的表达式。
（a）（b）
图5－28
第二十七次课
课题：
声光控延时开关电路的制做
（1）
课时：
2课时
课型：
实训
教学目标：
通过教学，使学生了解声光控延时开关电路的原理与电路组成并掌握关键元件的检测。
教学重点：
1、声光控延时开关电路的原理与电路组成；
2、关键元件的检测。
教学难点：
1、声光控延时开关电路的原理；
2、关键元件的检测。
教学方法：
讲述、例举法、演示。
一、电路原理：
原理图见P135页
二、根据电路要求，选择与检测电路元件。
1、根据电路要求，选择元件型号与参数。
2、检测电路元件。
注：
1、光敏电阻或光敏二极管检测时应注意其光敏效应；
2、二极管检测时，应注意其单向导电性。
3、检测三极管，注意其型号与类型。
4、检测驻集体话筒，注意极性。
5、集成电路的检测及其插座的检测，注意插座的导电性。
6、可控硅的选择，应该是单向可控硅。
三、根据电路图，安装电路。
安装图如下：
安装电路注意事项：
1、根据电路要求，选择电阻，不可将电阻安错位置。
2、根据电路要求，安装二极管，注意不可将二极管极性安反。
3、光敏器件安装，光敏电阻注意感光面朝上，光敏二极管注意不要安反。
4、驻集体话筒安装注意极性，与外壳相连的引脚为接地。
5、集成电路的安装，注意安装时先安插座，不要安装反，焊接时间不可过长。
6、可控硅的安装，注意三极不可安反。
三、小结：
简述安装过程中的注意事项。
四、讲评及作业：
针对学生安装情况强调注意事项。
作业为完成安装。
课后记：
第二十八次课
课题：
声光控延时开关电路的制做
（2）
课时：
2课时
课型：
实训
教学目标：
1、知识目标：
①正确识读声、光控制延时开关电路图。
2、能力目标：
①了解声、光控制延时开关的制作过程和注意事项。
②熟悉声、光控制延时开关电路的检测。
3、态度目标：
（1）培养严谨、专业的学习态度。
（2）养成良好的操作习惯。
教学重点：
①正确识读声、光控制延时开关电路图。
②了解声、光控制延时开关的制作过程和注意事项。
教学难点：
熟悉声、光控制延时开关电路的检测。
教学器材：
声光控延时开关套件、万用表、焊接工具等
教学方法：
讲述法、任务驱动、例举法
课型：
新授实训课
教学过程：
一、电路原理图：
二、根据电路要求，选择与检测电路元件。
1、根据电路要求，选择元件型号与参数。
2、检测电路元件。
注：
1、光敏电阻或光敏二极管检测时应注意其光敏效应；
光敏电阻器是实现将光信号转换为电信号的关键元器件。
光敏电阻器的阻值随照射在其表面上光的强弱（明暗）而变化，光照越强阻值越小，光照越弱阻值越大。
2、二极管检测时，应注意其单向导电性。
3、检测三极管，注意其型号与类型。
4、检测驻集体话筒，注意极性。
驻极体话筒是实现将声音信号转换为电信号的关键元器件。
5、集成电路的检测及其插座的检测，注意插座的导电性。
6、可控硅的选择，应该是单向可控硅。
三、根据电路图，安装电路。
安装图如下：
安装电路注意事项：
1、根据电路要求，选择电阻，不可将电阻安错位置。
2、根据电路要求，安装二极管，注意不可将二极管极性安反。
3、光敏器件安装，光敏电阻注意感光面朝上。
4、驻极体话筒安装注意极性，与外壳相连的引脚为接地
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