声光控延时开关设计

声光控延时开关

目录

第一章 声光控延时开关的实现........................... 2

1.1系统概述....................................... 2 1.2各部分工作原理................................. 3 1.2.1电源电路 ................................. 3

1.2.2声光控部分................................ 4 1.2.3延时关断部分.............................. 8 1.3 电路仿真 ...................................... 9

1.3.1电源电路仿真 ............................. 9 1.3.2 声光控部分电路仿真...................... 11 1.3.3 延迟关断部分仿真....................... 13

第二章 心得体会及建议................................ 15 第三章 附录.......................................... 16 第四章 参考文献...................................... 17

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第一章 声光控延时开关的实现

1.1系统概述

系统分为电源电路，控制部分和延迟开关部分，示意图如图1所示： 220v 50Hz 交流电 整流 电路 降压 电路 滤波 电路

稳压 电 路 24v

图1.1 电源电路组成框图 检音 放大 控制电路 整 形 2 延时 电子开关

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感光

图1.2 声光控延时开关组成框图

1.2各部分工作原理

1.2.1电源电路

由D1~D6、R1、C1构成，如图2标注，D1~D4为整流电路，R1为限流电阻、电容C1滤去交流分量并储存一定的电能，为延时提供电压，稳压管D6起稳压作用。

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图2 电源电路

1.2.2声光控部分

电路通过光信号和声音信号控制，分别使电路中的三极管处于截止放大或者饱和状态，从而控制部分特殊点的电位达到声光控的目的。如图3所示为静态工作点示意图，三极管处于放大状态时，Ube处于0.4V~0.7V之间。

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图 1 三极管静态工作点示意图

模拟声光，光控由光敏电阻模拟，声控由压电陶瓷片模拟，电路中光敏电阻用RG1和RG2串联代替，压电陶瓷片由函数信号发生器代替。如图4所示

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图4 声光控模拟

白天在光线的作用下光敏电阻很小，此时即RG2被短路只剩下较小的电阻RG1，如图5所示。此时Q2基极电位变低而处于截止状态，即使函数信号发生器发出信号（模拟有声音信号情况）也不能通过Q2向后放大。同时PNP型管Q3也截止，电容C4错误!未找到引用源。两端电压很小，可控硅SCR处于截止状态，灯不亮。

6

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图 2 有光照时模拟

晚上，RG1和RG2串联保持高电阻，其上端电位升高，Q2进入放大区，可以接收并放大声音信号（信号发生器发出信号模拟）。

在无声音信号时，Q3处于截止状态，灯不亮。

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有声音信号时，信号发生器发出信号，首先通过Q1放大，然后经R5错误!未找到引用源。与C3输出，使Q2的基极电位升高，Q2、Q3随之导通，正电源就通过Q3、SCR向电容C4充电，使C4两端电压升高，升至可控硅SCR的触发电平时，SCR就就由关断态进入导通态，灯亮。

1.2.3延时关断部分

延时关断部分主要由R10、C4、SCR、如图6所示

8

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图 3 延时部分

灯延迟关断过程

灯亮时，由D1~D4、SCR组成的开关主回路就有较大的电流通过，SCR导通后，SCR两端电压跌落，由Q1~Q3均转为截止态，此时C4储存的电荷将通过R10释放，电容电荷释放示意图如图表13所示。使C4两端电压逐渐下降，当降至SCR门极的触发电平，SCR在交流电过零时即关断，电灯X1随之熄灭。

由公式

u(t)=u(∞)+[u(0+)- u(∞)]·e-(t/ζ)， 代入u(∞)=0V，u(0+)=13V，u(t)=5V 计算得t=179.6s为延迟关断时间。

1.3 电路仿真

1.3.1电源电路仿真

220V交流电通过电灯，经过D1~D4整流后，电容C2滤去交流分量，D6为稳压值24V的稳压二极管，保证后方电路电压不超过24V。D1~D4为整流电路，整流前后波形如图8所示；稳压管D6起稳压作用。

稳压波形如图9所示。稳压电路最终电压24V为后

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面的声光控电路提供合适的静态工作点，也是延时关断部分进行充放电。

3．

图8 整流波形

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图9 稳压波形

1.3.2 声光控部分电路仿真

白天有光照时光敏电阻减小，RG2被短路，如图10所示，Q2、Q3两管be间电压都很小，两管均截止，仿真如图所示，C4两端电压很小，不能使可控硅SCR导通，灯不亮。

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图10白天（有声无声）有光仿真

晚上无光照，光敏电阻有较高阻值，其电位升高使Q2进入放大区，此时若没有声音信号，Q3错误!未找到引用源。仍处于截止状态，仿真如图11所示。C4错误!未找到引用源。电压很低，可控硅SCR不导通，灯不亮。

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图 4 晚上无声仿真

有声音信号时，信号发生器发出信号，首先通过Q1放大，然后经R5与C3输出，使Q2的基极电位升高，Q2导通，Q3饱和导通，导通后仅起降压作用，管压降约为3V，此时电源通过Q3、SCR向电容C4充电，C4两端电压升高，升至可控硅SCR的触发电平时，SCR进入导通态，灯亮。仿真如图12所示

图 5 晚上有声仿真

1.3.3 延迟关断部分仿真

灯亮时，由D1~D4、SCR组成的开关主回路就有较大的电流

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通过，SCR导通后，SCR两端电压跌落，此时C1、C4储存的电荷将通过R10释放，电容电荷释放示意图如图13所示。使C4两端电压逐渐下降，当降至SCR门极的触发电平，SCR在交流电过零时即关断，电灯X1随之熄灭。

图 6 电容放电延时仿真

由公式

u(t)=u(∞)+[u(0+)- u(∞)]·e-(t/τ) 代入u(∞)=0V，u(0+)=13V，u(t)=5V 计算得t=179.6s为延迟关断时间，

可控硅触发电平接近4.3V，由波形图可知，则在灯亮194.12s

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后，电容两端电压降至触发电平以下，可控硅截止，灯熄灭，与计算值179.6s接近。

第二章 心得体会及建议

在这两周的模拟电子技术课程设计中，我做的课题是“声

光控延时开关的设计” 这是一种声音和光照双控的照明设备，可用于多种场合。例如楼道，过道，库房等。在白天，由于光照较强，无论有没有人通过，都不点亮灯泡。在夜晚的时候光线较弱，电路的接受声音的电路只要检测到有碎发的声音，就会自动为行人照明，过一段时间就会自动熄灭，达到节能省电的效果。 电源设计根据其主体电路及执行机构不同，要求可靠、价廉、有效益。由于此开关在光线较暗时是否接通取决于声音的强弱，因此为加强其工作效应，设计了信号放大整形电路，微弱的信号经过此电路加工也能使开关导通。

本次的声光控制开关的设计实践将我们学到的知识应用到了实践，深化了对数字电路设计和模拟电子设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知。

学习了一年的理论知识之后，这次的实践操作，我得到了课本之外的东西，通过自己的独立动手，老师耐心指导下以及同学

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的探讨，让我学会了分析电路、设计电路的步骤以及计算机辅助作图等。

刚开始拿到课题的时候不知道如何下手，在图书馆翻阅祥光的资料书籍和网上查阅相关的资料后，在对此课程设计有很大的的帮助。通过这次课程设计我也学会了很多的东西，比如学会对元件的性能及参数计算方法有了更系统的认识。巩固了所学的知识有了更加深刻的理解和认识，并且产生了浓厚的兴趣。

第三章 附录

表 1 元器件明细表

名称 电阻 代号 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 RG1 RG2 型号或参数 100kΩ 9.1kΩ 2MΩ 56kΩ 62kΩ 91kΩ 4.7kΩ 36kΩ 10kΩ 62kΩ 3kΩ 20MΩ 16

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三极管 电容 Q1 Q2 Q3 C1 C2 C3 C4 2N914(NPN) 2N914(NPN) 2N6727(PNP) 220μF 100nF 1μF 100μF MCR22-8 1N4007 1N4007 1N5252B(24V) 220V，30W 220V，50Hz 可控硅 二极管 SCR D1~D4 D5、D7 D6 灯泡 电源 X1 V1 第四章 参考文献

【1】童诗白主编·模拟电子技术基础·高等教育出版社·2006年6月

【2】郭海文主编·电气实验技术·中国矿业大学出版社·2008年12月

【3】刘慰平主编·电子技能实训·北京理工大学出版社·2008年8月

【4】陈有卿编著·电子制作138例·人民邮电出版社·2001年4月

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【5】高清主编·Multisim8电子工作平台及应用·高等教育出版社·2010年6月

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