声光双控延时节能灯电路

1、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：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

2、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：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

3、了数字集成电路 CD4011，其内部含有 4 个独立的与非门 D1D4，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 =2R8C3，改变 R8 或 C3的值，可改变延时时间，满足不同目的。 CD4011

4、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 VD1VD4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

5、声光双控节能灯设计3.1 方案二电路原理框图图 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

6、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 VD1VD4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U L 0.9U 23.4 光控电路光控电路的核心

7、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

8、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

9、 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

10、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R1RT-1/2W、150K5%1碳膜电阻R2RT-1/4W、18K5%1碳膜电阻R3RT-1/4W、43K5%1碳膜电阻R4RT-1/4W、2.4M5%1碳膜电阻R5RT-1/4W、1M5%1碳膜电阻R6RT-1/4W、18K5%1碳膜电阻R7RT-1/4W、470K5%1碳膜电阻R8RT-1/4W、1.3M5%1VD1VD5二极管1N40075K开关管10061VT三极管S901

11、41RG光敏电阻MG45-5K1BM驻极体话筒CZN171CD4011集成芯片CD4011BCN1C1电容1041C2、C3电容22F/25V2L灯泡60W13.7 声光控制灯的常见故障与检修 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。 晚上声光控

12、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。 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。 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

13、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。 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 1K 以下，则说明晶闸管已经被击穿， 应更换C3 漏电或者是容量减小R8的阻值，或者增大电 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 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 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

14、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 QCV，反之 VQ/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

15、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

16、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

17、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，漏极 D，一般用红色 塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。驻极体话筒与电路的接法有两种：源极输出与漏极输出。源极输出类似晶体三极管的射极 输出。需用三根引出线。漏极 D接电源正极。源极 S 与地之间接一电阻 Rs来提供源极电压，信 号由源极经电容 C 输出。编织线接地起屏蔽作用。 源极输出的输出阻抗小于 2k，电路比较稳定， 动态范围大。但输出信号比漏极输出小。漏极输出类似晶体三极管的共发射极放入。只需两根引出线。漏极 D 与电源正极间接一漏极电阻 RD，信号由漏极 D经电容 C输出。源极 S 与编织线 一起接地。漏极输

18、出有电压增益，因而话筒灵敏度比源极输出时要高，但电路动态范围略小。Rs和 RD的大小要根据电源电压大小来决定。一般可在 2251k间选用。 例如电源电压 为6V时，Rs为47k，RD为2。2k。图 3输出电路中，若电源为正极接地时，只须将 D、S对 换一下，仍可成为源、漏极输出。一声控电路前置放大级中驻极体话筒的源极输出和漏极输出 的两种不同的接法，最后要说明一点，不管是源极输出或漏极输出，驻极体话筒必须提供直流 电压才能工作，因为它内部装有场效应管。关于驻极体电容式话筒的检测方法是：首先检查引 脚有无断线情况，然后检测驻极体电容式话筒。驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好， 价格低廉，应用

19、非常广泛。驻极体话筒的内部结构如图所示。由声电转换系统和场效应管两部 分组成。它的电路的接法有两种：源极输出和漏极输出。源极输出有三根引出线，漏极 D 接电 源正极，源极 S 经电阻接地，再经一电容作信号输出；漏极输出有两根引出线，漏极D经一电阻接至电源正极，再经一电容作信号输出，源极 S 直接接地。所以，在使用驻极体话筒之前首 先要对其进行极性的判别。 在场效应管的栅极与源极之间接有一只二极管，因而可利用二极管的正反向电阻特性来判别驻 极体话筒的漏极 D 和源极 S。将万用表拨至 R1k 档，黑表笔接任一极， 红表笔接另一极。 再 对调两表笔，比较两次测量结果，阻值较小时，黑表笔接的是源极，

20、红表笔接的是漏极。4.2 光敏电阻光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋 等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产 生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电 源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。光敏电阻器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） 。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料 制成的。光敏电阻器的阻值

21、随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻 值（暗阻）可达 110M欧,在强光条件（ 100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光 敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（ 0.4 0.76 ）m的响应很接近，只要 人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或 自然光线作控制光源，使设计大为简化。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的 光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子空穴对，参与导电，使电 路中电流增强。光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片（或树脂防潮膜）和电极等组成。光敏电 阻器在电路中用字

22、母“ R”或“ RL”、“RG”表示。 根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外 线。红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导 弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工 农业生产中。可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏 电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统 的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器” ，极薄零件的 厚度检测

23、器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。 光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带 有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。在黑暗环境里，它 的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸 收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的 电子空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。 光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的阻 值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长