电子制作课程项目2分立元件声光控楼梯灯电路的安装与调试

1、分立元件楼梯灯声光控制开关的制作与调试楼梯灯声控开关是日常生活中十分常见的电子产品，市面上购买也很方便，价钱通常在十几元到二十多元不等，它的用途是安装在走廊、楼道等场所，实现在夜间时“人来灯亮，人走灯熄”的自动控制效果，达到节能的目的。市售的这种楼梯灯声控开关内部的电路形式多种多样，大多以与非门数字集成电路等为主要元件，这里介绍一款全部采用分立元件的声控开关供学生制作、学习参考。由于该电路采用全分立元件，所以器件的购买不成问题，整套电路的元件加外壳成本大约在10元左右。电路中所有元件可以安装在一块5cm×7cm的万能电路板上，安装完成后再将整块电路板安放于一个的标准的白积灯灯座内部，

2、如图1所示。这样学生做完之后即是一个完整的产品，可以立即投入使用。由于灯座内部结构的限制，需要对万能板进行裁剪，故最终实际可以用来装配元件的万能板尺寸必须控制在3cm×7cm以内，对于初学者来说，虽有一定难度，但由于器件不多，完全可以装下。使用万能板安装电路，可以让学生对电路的走线和布局具有初步的意识。（a）外部效果图（b）内部效果图图1 完成后的整体实物效果图本电路原理图如图2所示：图2 电路原理图一 电路组成如图所示，本电路大致由声控电路、光控电路、触发及延时电路、控制电路供电电路、受控电路等几部分组成。二 电路基本工作原理实际上这是一个由声、光双重控制的电路，其主要作用是，在夜

3、晚或光线较暗的时间段，当外部环境中有任何声音发出时（如有人走过），灯泡将自动点亮，约1分钟后又自动熄灭；而在白天或光线强烈的时候，无论外部环境中是否有声音发出，灯泡都不会被点亮，达到节能的目的。本电路各部分工作原理如下：受控电路（可控硅控制电路）：该电路中，灯泡的点亮与熄灭由可控硅（VT）控制：当可控硅导通时（可控硅的A、K极相当于开关接通），220V电源将通过桥式整流电路、可控硅为灯泡供电，灯泡发光；而当可控硅截断时，灯泡供电回路被阻断，不能发光。而可控硅是否导通，取决于其控制级（G）是否有触发电压，该触发电压来自于声音和光线检测电路，当“光线暗、有声音”这两个条件同时满足时，声光检测电路将

4、产生一个触发电压送给可控硅G级，并且该电压每次只能维持约1分钟左右；当“光线暗、有声音”这两个条件有一个不满足时（即白天、晚上但无声），声光检测电路均不会使触发电路产生触发电压，可控硅也就不会导通。声控部分（声音检测电路）：声音检测由MIC（驻极体话筒）完成，当外部环境中有声音发出时，话筒+端（TP3）将输出交流音频信号，该交流信号经Q1放大后，从R5、C3端耦合输出，然后经R6、R7送至Q2、和Q3，若声音信号能正常到达Q2的基极，则信号中的正半周部分将使Q2导通，Q2导通后，Q3也将跟着导通，此时，+12V电源将通过Q3和D6快速给电容C4充电，只要瞬间发出的声音即可以使C4上充足电压（约

5、6-8V），该电压经R12送到可控硅的控制级G，使可控硅导通，灯泡发光。随着电容C4上电压经可控硅放电，C4（TP6）电压将慢慢降低，当降到一定程度时（实测约0.9V以下），该电压不足以维持可控硅继续导通，可控硅将截断，灯泡熄灭。直到下一次有声音时C4被重新充电才能再次导通。按图中参数，C4的容量所充电压大约能维持可控硅导通1分钟左右，增大或减小C4的容量，可以延长或缩短灯泡发光的时间。光控部分（光线检测电路）：光线检测电路主要由光敏电阻RG完成，该电阻的特点是，当照射到该电阻受光面上的光线弱时（比如晚上时），该电阻将呈现很大的阻值（M以上）；而当照射到其受光面上的光线较强时（白天时），其阻值

6、将急剧减小，相当于一个很小的电阻，正是由于白天时RG呈现出较小的阻值，故即使话筒接收到声音信号，当声音信号经过R6和RG组成的分压电路时，只会在RG上产生很小的压降，即相当于被RG旁路到地，不能到达Q2的基极，从而使Q2和Q3都处于截止状态，C4无法得到充电，可控硅得不到触发电压处于截断状态，灯泡不发光。控制电路供电部分：声光控制电路要正常工作，需要约+12V左右的电源电压，其供电过程如下：在灯泡不亮时，220V经灯泡和桥式整流电路后，在TP1点得到约100V左右的直流电压（电压大小视灯泡瓦数而定），经R1降压，D5隔离、DW稳压后，在C1（TP2点）端得到约12V的直流电压，为后面的声光检测

7、电路供电。需要注意的是，当可控硅导通，灯泡发光时，由于可控硅的A、K极近似短路，TP1点电压接近0V，故+12V电压也将消失，直到灯泡熄灭才能恢复。指示灯电路：由R11和发光二极管LED组成，在灯泡不亮时，因为+12V电压的存在，LED将发光，可以在黑暗中作为该声控开关的位置指示。灯泡点亮期间，因+12V电压消失，LED也不发光。三 电路装配中应该注意的问题由于本电路要求学生在万能板上焊接完成，且受空间限制万能板面积较小，教师在指导学生完成的过程中，应提醒学生注意以下事项：1 安装前先根据灯座内部空间大小，将电路板裁剪成合适大小，以确保电路板可以安放于灯座内。2 在正式焊接前，可以要求学生先将

8、所有元件在已裁万能板上插装一次，以确定元件布局。对于电阻，尽量采用立式安装，二极管可以采用卧式安装（主要为方便测量及防止出错），其它元件按常规安装即可。3 电路安装时无需过多考虑布局，按照原理图方向从左至右依次安装即可，这样可方便学生在检测和调试时与原理图对照。4 在灯座外壳上需要手工开三个孔，用于安装话筒、光敏电阻和LED指示灯。有手电钻最佳，无手电钻则可用尖头镊子、电烙铁等进行开孔，让学生充分发体验和发挥DIY精神。至于开孔的位置，也可以让学生自由发挥。在灯座内部，提醒学生注意做好引脚绝缘以防短路，最后用热熔胶将该3元件进行固定。5 提示学生正确测量和安装单向可控硅。可控硅对多数学生而言是

9、比较陌生少用的元件，本电路中使用的MCR100-6为单向可控硅，其引脚及外型如图3所示。可教学生按下面方法直观的测量其好坏和控制效果：将指针式万用表置R×1档，黑表笔接3脚（A极），红表笔接1脚（K极），2脚（G极）悬空，此时指针不动（停留在位置）；随后用镊子瞬间短接一下2脚和3脚，此时指针应偏转到中间位置，即使镊子撤走，G极再次悬空，指针仍然保持偏转，说明可控硅受触发后A、K由截止变为导通并能维持导通状态。最后，瞬间断开接于3脚的黑表笔再接通，指针应退回位置。若符合上情况则说明可控硅良好。此外，需要提醒学生注意的是，尽量使用R×1档进行测量，并确保万用表电池电量充足，因万

10、用表欧姆档其它档位电流相对较小，不一定能维持可控硅导通，对于测量大电流可控硅尤其如此。图3 单向可控硅MCR100-6引脚及外型图四 常见错误1 三极管型号混淆、极性判断错误本电路使用了三只三极管，9012、9013、9014各一只，其中9012为PNP管，9013、9014为NPN管，笔者发现很多初学的学生在装配中不注意区分这几只三极管，随意安装。也有的学生虽然型号没装错，但是不会判断极性，其中将E、C极对调的情况比较多见。指导老师一定要首先教会学生判断三极管类型和极性的正确方法。2 话筒极性接错一些初学者并不十分清楚有两只引脚的驻极管话筒是有极性区分的，它的一只引脚焊盘与外壳相连，此引脚应

11、当接地，如图4所示；另一只引脚为信号输出端（即上文中提到的“+端”），实际为内部场效应管的漏极，其外部应通过电阻接正电源。必须正确连接才能获得足够的灵敏度。可引导学生用如下方法测量和观察：将万用表置于R×1k档，黑表笔接“+”端，红表笔接“-”端，指针偏转一定角度，对着话筒吹气，指针应能明显摆动。图4 驻极体话筒外型及内部结构图3 线路连接错误这是初学者最容易犯的错误，由于采用万能板装配焊接，学生们在连接线路的时候会出现各种各样五花八门的连线错误，有一些从未用万能板焊接过电路的学生，焊接时将一些电阻、二极管等元件的两只引脚都用焊锡连接起来的情况也经常出现，在学生装配过程中指导老师应不

12、断提醒学生，并随时检查。经过多次的装配后，学生会逐步掌握用万能板安装电路的一些方法和技巧。五 电路的测量与调试电路装配完毕，并进行自查及由指导老师检查确认无误后，可以进行调试。为确保安全，可先用直流稳压电源对电路进行调试，检查声控、光控及触发延时是否正常，具体方法如下：1将直流稳压源调至+12V，接于TP2和地之间，不接220V交流和灯泡，用万用表测量TP4点电压，静态时约3V，然后对话筒吹气，电压若能明显的跳动增大，说明声控正常；否则，需仔细检查话筒及Q1周边元件等是否装错。2测量TP5点直流电压。在光线强，并且光敏电阻未被遮挡的情况下，该点电压几乎为0V，并且不受声音控制。当用黑胶布等物遮

13、挡住光敏电阻的受光面后，TP5点电压应能随着声音产生明显的跳动。3测量TP6点直流电压。初次测量前，先短接一下C4正、负极进行放电。随后在强光、光敏电阻不受遮挡的情况下，对话筒吹气，此时TP6点电压应维持在0V，不受声音信号控制，说明光控电路在起作用；然后对光敏电阻进行遮光，再次吹气，此时TP6点电压应快速升高至6V以上，说明在声控信号作用下，触发信号已经产生。随着C4经可控硅的放电，TP6电压开始缓慢下降，最终回到0V，放电过程约1分钟左右，若时间过长或过短，可更换不同容量的C4以改变延时时间（可控硅的性能参数也会影响延时时间长短）。若上述3点的测量正常，说明声控、光控及触发延时电路装配无误

14、，由指导老师仔细检查确认桥式整流电路、可控硅电路及灯泡接线无误后，可接通220V交流电源进行测试。为方便测试，可用一条带插头的电源线来引入交流电源，如图1，这样，直接将插头插入220V电源插座即可。通电后，灯泡应当不亮，而发光二极管指示灯点亮发光。随后对光敏电阻遮光，并发出声音，灯泡应能发光，同时指示灯熄灭，约一分钟后灯泡应当能自动熄灭，指示灯则再次点亮，说明整个电路装配成功。电路各关键点电压见表1。表1 电路各关键点电压测量点灯泡熄灭时灯泡点亮时TP1约100V（视灯泡功率）0VTP212V0V测量点无声时有声时TP3约6V随声音跳动TP4约3V随声音明显跳动增大测量点光线强时（不遮光）光线

15、暗时（遮光）TP50V，且不随声音变化随声音变化跳动TP60V，且不随声音变化有声音时会跳变为6V以上，然后逐渐降低六 元件清单序号参数序号参数序号参数电容电阻其它元件C1330F电解R1100K/0.5WVT可控硅（MCR100-6）C20.01F瓷片R210k灯泡25W白炽灯C31F电解R33M9外壳白炽灯灯座C4330F电解R451kMIC驻极体话筒二极管R551k万能板4×7cmD1-D51N4007R6100k电源线带插头电源线D61N4148R74K7焊锡丝100cmDWC12（12V稳压管）R851kLED发光二极管（红色）R910k三极管R115K1Q19014R12100kQ29013RG光敏电阻Q39012该声光控制作开关电路虽然是