《电子技能实训及制作》项目九 声光双控节电灯的制作

项目九声光双控节电灯的制作任务一实训设备与元器件的准备

任务二电路图识读

任务三元件的选用和安装

任务四电路的调试和检测

学习目标了解声光双控节电灯的电路结构及工作原理。掌握声光双控节电灯电路的组装、调试方法。熟悉光敏三极管、555时基电路、双向晶闸管在电路中的具体应用。任务单

实训设备与元器件的准备电路图识读元件的选用及安装电路的调试与检测任务一实训设备与元器件的准备(1) 1∶1隔离变压器一个。(2) MF47型万用表一个。(3)常用工具一套。(4)需准备的元器件清单如表9-1所示。表9-1声光双控节电灯电路的全部元器件清单续表任务二电路图识读声光双控节电灯电路图如图9-1所示。

1．识图指导图9-1所示电路是由以555时基集成电路为主要单元的声光双控节电灯电路。识读该图时，只要搞清了555时基电路的结构特点，对该电路图的工作原理也就不难理解了。

1) 555时基电路简介

555是一块模拟与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的单时基线性集成电路，其内含两个电压比较器、一个分压器、一个双稳态触发器、一个放电晶体管和一个功率输出级。其内部电路方框图如图9-2所示。图9-1声光双控节电灯电路图9-2555时基集成块内电路方框图上比较器：比较器1称为上比较器，它的反相输入端固定设置在VCC(VCC为电源电压)上，它的同相输入端6脚用做阈值输入端，用以监测外部时间常数回路中电容器CT上的电压。下比较器：比较器2称为下比较器，它的同相输入端固定设置在VCC上，反相输入端2脚作为触发输入端，用以起动电路进行工作。双稳态触发器：双稳态触发器的状态受上述两个比较器输出的信号控制。双稳态触发器具有复位端4脚，当4脚处于地电位时，整个电路的输出端3脚为低电平，即电路具有复位优先的特性。控制端：555的5脚为控制端，它实际上是上比较器的基准电压端，如图9-2所示的情况，5脚电位等于VCC，上比较器的基准电压也为VCC。如果5脚接一个6 V稳压管，则上比较器的基准电压就是6V，而下比较器的基准电压成为×6 V＝3 V。如果5脚接一个交变电压(例如正弦波)，则上、下比较器的比较基准值随时间变化，从而使外部充放电时间也随之变化，可以起到调制的作用。分压器：分压器由3个5 kΩ电阻组成，这就是“555”名称的由来，尽管后来许多厂家的产品中这3个电阻并不是5 kΩ，但“555”这个叫法却一直延续了下来。分压电阻为A1、A2两个运放设置了基准电压，运放Al正输入端的基准电压为VCC；运放A2负输入端的基准电压为VCC。放电开关：放电开关由VT23组成。如果VT23的集电极DIS端与VCC之间接一电阻负载，则当V0为高电平时，VT23截止，因＝0，相当于放电开关断开；当V0为低电平时，VT23导通，因＝1，相当于将DIS端接地，放电开关闭合。在实际应用中，DIS通常接电容器，所以VT23的导通与截止，就形成了电容器的充电与放电。

2) 555时基电路引脚功能

555时基电路的各引脚功能见表9-2所示。表9-2555时基集成电路各引脚功能

3)识图思路识读图9-1所示电路时，主要应抓住双向晶闸管的工作状态来展开。双向晶闸管VS1用于控制照明灯HL1的点亮与熄灭，而VS1的状态又受555时基集成电路3脚输出信号的控制。当3脚输出高电平时，VS1才会被触发导通，HL1照明灯才会点亮。

555时基电路的状态则受两方面电路的控制，一方面是受光敏管VT4与VT3三极管构成的光控电路的控制，另一方面是受VT1、VT2、BC压电陶瓷片构成的声控电路的控制。知道了以上这些控制关系及基本知识以后，进一步读通、读懂图9-1所示电路的工作原理就不难了。2．工作原理图9-1所示是利用一块时基电路及少数外围元器件组成的一种声光双控节电灯电路。白天，由于光线照射，该灯始终处于关闭状态，一到晚上，该灯只要收到一个猝发声响(如脚步、击掌声等)，灯就会自动点亮，延迟一段时间后又会自行熄灭，达到节电的目的，是一种十分实用的节能照明灯电路，适用于家庭楼道、公共厕所、公共走廊、住宅区、工厂、学校过道的公共照明。该电路未选用能耗大、笨重且易产生热量的电源变压器，而是选用了双向晶闸管作开关元器件。双向晶闸管具有结构简单、自耗电少、性能稳定、灵敏度高、通用性强等特点。图9-1所示电路中的BC压电陶瓷片对外界传来的声响极为敏感，因而用其作为声电转换元器件。光敏三极管VT4用于接受外界环境光，并将其转换为电信号。该电路主要由电源电路、声电转换及放大电路、单稳态延时电路和光控电路组成。

1)电源电路电源电路由C1、R1、VD1、VDW及C2等组成。交流220 V电压一路加到照明灯HL1的右端，另一路经C1、R1阻容元件降压、VDW二极管稳压、VD1整流后，得到的直流电压经C2滤波后供给整个电路工作。电路采用阻容降压，与使用变压器相比，不但缩小了体积，杜绝了噪声，而且也减小了电路能耗。

2)声电转换及放大电路声能转换及放大电路由BC、VT1、VT2等组成。压电陶瓷片BC将外界传来的声响信号转换为相应的电信号后，通过C3耦合至VT1、VT2组成的直耦式双管放大器进行放大。放大后的信号从VT2集电极输出，由C5电容耦合，得到的负脉冲信号经去触发单稳态延时电路，由其去控制负载。图中R2、RP1为VT1提供偏置电流，调节RP1，可改变该双管放大器的增益，进而可以控制声控电路的灵敏度。R4为直流负反馈电阻，用来稳定电路的工作点。C4为交流旁路电容，用以补偿放大器的交流增益，R3为放大器的输出负载电阻。

3)单稳态延时电路单稳态延时电路由555时基集成块、R6、C6组成。R6与C6组成延时时间设定电路，延时时间为

τ≈1.1R6C6在稳态时，555集成块3脚输出端为低电平，对双向晶闸管不会产生影响；当有触发脉冲时，555集成块2脚触发端一旦得到一负脉冲触发信号，电路即进入暂稳态，555的输出端3脚立刻翻转为高电平，该信号经R8触发双向晶闸管VS1导通，使灯泡HL1发光。此时，电源经R6向C6充电，一旦C6两端电压升至约VCC，电路又自动回复到初始状态，3脚又翻转为低电平，双向晶闸管VS1因失去触发电流而关断，灯泡熄灭，控制电路暂稳态结束，进入稳态，等待下一次触发脉冲。图中R5和RP2组成分压电路，为555集成块的触发端2脚提供一个开门阈值电平，调节RP2，使2脚的电压略大于VCC，迫使3脚输出低电平。当2脚一旦出现负脉冲信号时，单稳态电路即动作，适当调节RP2，也可改变该电路的控制灵敏度。

4)光控电路光控电路由VT3、VT4及R7等组成。在白天，由于光照度较强，光敏三极管VT4的c-e间呈低阻状态，为VT3提供了一个较大的偏置电流，使其饱和导通。此时，VT3的集电极即555集成块的强制复位端4脚为低电平，555集成块处于复位状态，使其输出端3脚恒为低电平，双向晶闸管VS1因无触发电流而关断，灯泡HL1不亮。因此，白天不管声控信号如何增强，555集成块的3脚始终为低电平，VS1关断，达到白天停止照明的目的。晚间，当自然光线变暗到一定程度时，VT4因无光照而使c-e间呈高阻状态，使VT3截止，555集成块强制复位端4脚为高电平，555集成块退出复位状态，其3脚输出高电平，电路可受声控电路的控制。改变R9的值，可以控制光控灵敏度。任务三元件的选用和安装

1．元器件的识读电阻器、电容器、二极管、三极管等常用元器件的检测与识读可参考项目二中介绍的方法。这里简单介绍一下双向可控硅元件。双向可控硅的符号与管脚如图9-3所示。它属于NPNPN五层器件，三个电极分别是A1、A2、G。因该器件可以双向导通，故除门极G以外的两个电极统称为主端子，用A1、A2表示，不再划分成阳极或阴极。其特点是：当G极和A2极相对于A1的电压均为正时，A2是阳极，A1是阴极。反之，当G极和A2极相对于A1的电压均为负时，A1变成阳极，A2为阴极，所以它可在任何一个方向导通。图9-3双向可控硅的符号及管脚下面介绍利用万用表R×1挡判定双向可控硅电极的方法，同时还检查触发能力：

1)判定A2极由图9-3可见，G极与A1极较近，距A2极较远。因此，G—A1之间的正、反向电阻都很小。在R×1挡测任意两脚之间的电阻时，只有G—A1之间呈现低阻，正、反向电阻均仅几十欧，而A2—G、A2—A1之间的正、反向电阻均为无穷大。这表明，如果测出某脚与其它两脚都不通，该脚肯定是A2极。

2)区分G极和A1极找出A2极之后，首先假定剩下两脚中某一脚为A1极，另一脚为G极。把黑表笔接A1极，红表笔接A2极，电阻为无穷大。接着用红表笔尖把A2与G短路，给G极加上负触发信号，电阻值应为10W左右(参见图9-4(a))，证明管子已经导通，导通方向为A1—A2。再将红表笔尖与G极脱开(但仍接A2)，若电阻值保持不变，证明管子在触发之后能维持导通状态(见图9-4(b))。把红表笔接A1极，黑表笔接A2极，然后使A2与G短路，给G极加上正触发信号，电阻值仍为10W左右，与G极脱开后若阻值不变，则说明管子经触发后，在A2—A1方向上也能维持导通状态，因此具有双向触发性质。由此证明上述假定正确。否则是假定与实际不符，需再作出假定，重复以上测量。显见，在识别G、A1的过程中，同时也检查了双向可控硅的触发能力。如果无论按哪种假定测量，都不能使双向可控硅触发导通，则证明管子已损坏。对于1 A的管子，亦可用R×10挡检测。图9-4万用表检测可控硅2．元器件的选用和检测表9-1中列出了声光双控节电灯电路的全部元器件，选用时各元器件可能与表中数据不完全一样，故应将选用的元器件型号规格填入表9-3中，然后再将检测得到的实际数据也填入下表中，供以后调试安装时参考。

3．元器件的安装(1)在元件焊接部位上锡。(2)将电阻器、电容器、晶体管插入印制板相应位置。注意电解电容器的极性和晶体管、集成块的管脚不要插错。声光双控节电灯PCB板装配图如图9-5所示。表9-3声光双控节电灯电路实际选用的元器件数据续表图9-5声光双控节电灯电路的PCB

(3)焊接元器件时，注意保留元器件引线的适当长度，焊点要光滑，防止虚焊和搭锡。焊接555时基集成电路时，宜将电烙铁的插头拔掉，利用余热焊接。

(4)通电前的检查。再一次对照电路图和印制板，仔细核对元器件的位置是否正确，极性是否正确，有无漏焊、错焊和搭锡。

(5)用万用表R×1挡测交流电输入两端之间的电阻R输入＝____Ω，正常值应大于500 Ω。若阻值很小，说明有短路现象，应先排除故障，再通电调整。任务四电路的调试和检测本项目调试时需接220 V市电，为安全起见，可在电源输入端接1∶1隔离变压器。接通电源以后，测量C2两端的直流电压应在8～10 V左右，这表明电源电路工作正常，此后方可进行其它电路的调试。1．单稳态延时电路的调试先拔下VT4的外接插座以及电容C5的任一脚，使光控和声控电路均与单稳态延时电路断开，以便于对单稳态延时电路进行调整。接着将RP2大约旋至中间位置，使集成电路IC1的2脚触发端电压大约处在VCC/2左右(VCC为电源电压)。为了调试方便，用一个2 kΩ左右的电阻器并联在R6两端，以缩短延时时间。接通电源时，由于IC1的控制端6、7脚通电初始时为低电平，输出端3脚为高电平，使晶闸管VS1被触发导通，灯泡HL1点亮；约数秒钟后，灯泡HL1自动熄灭，若符合这一规律，则表示延时部分工作正常。然后，用手握一金属件(如镊