聲光控延時開關(guān)設(shè)計

1、一、引言2二、系統(tǒng)設(shè)計2三、原理描述3四、元器件的選擇44.1 駐級話筒44.1.1駐級話筒的結(jié)構(gòu)44.1.2駐級話筒的接法54.1.3駐級話筒的輸出方式54.1.4駐極體話筒的特性參數(shù)64.1.5駐級話筒的極性判別64.1.6駐級話筒的特性參數(shù)74.2光敏電阻器84.2.1光敏電阻的檢測84.4 CD401194.5 555定時器104.5.1 555定時器的功能。10555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC

2、 /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為低電平。104.5.2 555的引腳104.6發(fā)光二極管114.6.1LED芯片的發(fā)展114.7三極管11五、電路模塊135.1 聲光檢測模塊135.1.1聲音放大電路135.1.2光控制電路135.2邏輯門145.3 555延時環(huán)節(jié)145.4 被控制電路15六、PCB板的制作與調(diào)試156.1 pcb的繪

3、制156.2 pcb板的制作16七 課程設(shè)計總結(jié)16八、參考文獻17一、引言作為對過去一段時間學(xué)習(xí)傳感器的成功的檢驗 ，開展了這次傳感器課程設(shè)計。這次課程設(shè)計共有六十個題目可供選擇，專業(yè)的每一位同學(xué)都會有一個題目，并且由自己獨立完成，題目最后由抽簽決定，我抽到的是聲光控延時開關(guān)。聲光控延時開關(guān)應(yīng)用非常廣泛，也是比較常見的一種開關(guān)。樓梯口和走廊一般都會安置這樣的裝置，白天燈是不會亮的，只有等到晚上，而且有外界聲音的輸入才會使開關(guān)打開并控制燈亮。這種裝置需要的元器件不多，只要很少的模塊就能實現(xiàn)這個功能。但是，這種裝置作用卻非常大，而且可以節(jié)約用電，起到了對資源合理利用的作用。二、系統(tǒng)設(shè)計光接收被控

4、制電路555延時邏輯門聲音接收 圖1 聲光控開關(guān)系統(tǒng)圖該系統(tǒng)流程為聲光控開關(guān)的設(shè)計流程圖，具體原理如下：系統(tǒng)受光照信號和聲音信號共同控制，只有兩者同時滿足條件才能使邏輯門輸出有用的信號，從而控制555輸出高電平并延時一段時間，同時，驅(qū)動被控制電路的發(fā)光二極管點亮。三、原理描述  圖2 聲光控開關(guān)原理圖聲光控延時開關(guān)實現(xiàn)在白天呈關(guān)閉狀態(tài)，只有在晚上且存在聲響情況下（如人的腳步聲等）才開啟，開啟后延時一段時間后又能自動關(guān)閉。這種開關(guān)廣泛應(yīng)用于樓梯、走廊、公廁等公共場合作照明燈自動控制開關(guān)。 聲光控延時開關(guān)電路方框組成如圖1所示，包括聲音檢測、亮度檢測、判別電路、延時電路和被控制

5、電路等幾個主要部分。 其工作原理如下：白天時，光敏電阻阻值很小，約為1k歐，與光敏電阻R7串聯(lián)的分壓電阻是遠大于R7的，因此光敏電阻輸出的是低電平，即4011的6輸入端輸入的為低電平。此時不管有沒有聲音輸入，4011輸出的都是高電平，由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器必須要有下降沿的輸入才能輸出一段脈沖，因此，白天時，不管有沒有聲音輸入，燈都不會亮。 在晚間，光線很暗，光敏電阻R7呈現(xiàn)較高的阻值，使與非門輸入端6腳變?yōu)楦唠娖?。此時與非門的輸出狀態(tài)將由第5腳的電平控制，這為聲音的開通創(chuàng)造了條件。在沒有聲音信號時，三極管Q1工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)，故與非門的第5腳為低電平，555沒有下降沿的輸入，故

6、會輸出低電平，發(fā)光二極管仍然處于熄滅狀態(tài)。當(dāng)附近有人說話或者走路等聲響時，駐級話筒mic拾取聲音信號，經(jīng)過C1送到Q1的基極，Q1將由飽和狀態(tài)進入截止?fàn)顟B(tài)，此時相當(dāng)于斷路故三極管的集電極輸出高電平。與非門的兩個輸入端都變?yōu)楦唠娖?，則其輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，?55單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入端由高電平變?yōu)榈碗娖?，輸出端會輸出一個單脈沖，脈沖時間和電阻R4和電容C3的大小有關(guān)。555輸出高電平會點亮發(fā)光二極管并使之延時一段時間。四、元器件的選擇根據(jù)電路圖，選擇合適的元器件，所選元器件如下表所示：名稱編號規(guī)格名稱編號規(guī)格電阻R110K光敏電阻R7電阻R220K駐級話筒MIC電阻R31M三極管Q19013電阻

7、R4100K發(fā)光二極管LED1綠光電阻R51K瓷片電容C10.1uF電阻R620K集成電路555與非門4011電解電容C3100uF4.1 駐級話筒駐極體話筒簡稱ECM，通稱MIC（Microphone），是一種常用的能將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號的聲電轉(zhuǎn)換器件。它的突出特點是體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、壽命長、頻響寬、靈敏度高，且價格也比較低廉。因而被廣泛應(yīng)用于盒式錄音機、無線話筒及聲控開關(guān)等電子電路中。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。4.1.1駐級話筒的結(jié)構(gòu)圖3駐級話筒結(jié)構(gòu)圖極體話筒由聲電轉(zhuǎn)換和阻

8、抗變換兩部分組成。聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動膜。它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜。然后再經(jīng)過高壓電場駐極后，兩面分別駐有異性電荷。膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開。這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個電容。當(dāng)駐極體膜片遇到聲波振動時，引起電容兩端的電場發(fā)生變化，從 而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。駐極體膜片與金屬極板之間的電容量比較小，一般為幾十pF。因而它的輸出阻抗值很高(Xc=1/2tfc)，約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場效應(yīng)晶體三極管來進行阻抗變換。場效應(yīng)

9、管的特點是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場效應(yīng)管有源極(S)、柵極(G)和漏極(D)三個極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再復(fù)合一只二極管的專用場效應(yīng)管。接二極管的目的是在場效應(yīng)管受強信號沖擊時起保護作用。場效應(yīng)管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話筒的輸出線便有兩根。即源極S，一般用藍色塑線，漏極D，一般用紅色塑料線和連接金屬外殼的編織屏蔽線。4.1.2駐級話筒的接法駐極體話筒與電路的接法有兩種：源極輸出與漏極輸出。源極輸出類似晶體三極管的射極輸出。需用三根引出線。漏極D接電源正極。源極S與地之間接一電阻Rs來提供源極電壓，信號由源極經(jīng)電容C輸出。編織線接地起屏蔽作用。源極輸出的輸出阻抗小于2k

10、，電路比較穩(wěn)定，動態(tài)范圍大。但輸出信號比漏極輸出小。漏極輸出類似晶體三極管的共發(fā)射極放入。只需兩根引出線。漏極D與電源正極間接一漏極電阻RD，信號由漏極D經(jīng)電容C輸出。源極S與編織線一起接地。漏極輸出有電壓增益，因而話筒靈敏度比源極輸出時要高，但電路動態(tài)范圍略小。Rs和RD的大小要根據(jù)電源電壓大小來決定。一般可在2251k間選用。例如電源電壓為6V時，Rs為47k，RD為2。2k。輸出電路中，若電源為正極接地時，只須將D、S對換一下，仍可成為源、漏極輸出。一聲控電路前置放大級中駐極體話筒的源極輸出和漏極輸出的兩種不同的接法，最后要說明一點，不管是源極輸出或漏極輸出，駐極體話筒必須提供直流電壓才

11、能工作，因為它內(nèi)部裝有場效應(yīng)管4.1.3駐級話筒的輸出方式機內(nèi)型駐極體話筒有四種連接方式，對應(yīng)的話筒引出端分為兩端式和三端式兩種， R是場效應(yīng)管的負載電阻，它的取值直接關(guān)系到話筒的直流偏置，對話筒的靈敏度等工作參數(shù)有較大的影響。1 二 端輸出方式是將場效應(yīng)管接成漏極輸出電路，類似晶體三極管的共發(fā)射極放大電路。只需兩根引出線，漏極D與電源正極之間接一漏極電阻R，信號由漏極輸出有一 定的電壓增益，因而話筒的靈敏度比較高，但動態(tài)范圍比較小。市售的駐極體話筒大多是這種方式連接。（SONY用在MD上的話筒也是這類）三端 輸出方式是將場效應(yīng)管接成源極輸出方式，類似晶體三極管的射極輸出電路，需要用

12、三根引線。漏極D接電源正極，源極S與地之間接一電阻R來提供源極電壓，信 號由源極經(jīng)電容C輸出。源極輸出的輸出阻抗小于2K，電路比較穩(wěn)定，動態(tài)范圍大，但輸出信號比漏極輸出小。三端輸出式話筒市場上比較少見。無論何種接法，駐極體話筒必須滿足一定的偏置條件才能正常工作。（實際上就是保證內(nèi)置場效應(yīng)管始終處于放大狀態(tài)）4.1.4駐極體話筒的特性參數(shù)工作電壓Uds 1.512V，常用的有1.5V，3V，4.5V三種工作電流Ids 0.11mA之間輸出阻抗 一般小于2K（歐姆）靈敏度 單位：伏/帕，國產(chǎn)的分為4檔，紅點（靈敏度最高）黃點，藍點，白點（靈敏度最低）頻率響應(yīng) 一般較為平坦指向性 全向等效噪聲級 小

13、于35分貝4.1.5駐級話筒的極性判別關(guān)于駐極體電容式話筒的檢測方法是：首先檢查引腳有無斷線情況，然后檢測駐極體電容式話筒圖4 駐級話筒體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡單，電聲性能好，價格低廉，應(yīng)用非常廣泛。駐極體話筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。由聲電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和場效應(yīng)管兩部分組成。它的電路的接法有兩種：源極輸出和漏極輸出。源極輸出有三根引出線，漏極D接電源正極，源極S經(jīng)電阻接地，再經(jīng)一電容作信號輸出；漏極輸出有兩根引出線，漏極D經(jīng)一電阻接至電源正極，再經(jīng)一電容作信號輸出，源極S直接接地。所以，在使用駐極體話筒之前首先要對其進行極性的判別。在場效應(yīng)管的柵極與源極之間接有一只二極管，因而可利用二極管的正反向電阻特性來

14、判別駐極體話筒的漏極D和源極S。將萬用表撥至R×1k檔，黑表筆接任一極，紅表筆接另一極。再對調(diào)兩表筆，比較兩次測量結(jié)果，阻值較小時，黑表筆接的是源極，紅表筆接的是漏極。在收錄機、電話機等電器中廣泛應(yīng)用的駐極體話筒，其靈敏度直接影響送話和錄放效果。這類話筒靈敏度的高低可用萬用表進行簡單測試。4.1.6駐級話筒的特性參數(shù)（1）工作電壓（UDS）。這是指駐極體話筒正常工作時，所必須施加在話筒兩端的最小直流工作電壓。該參數(shù)視型號不同而有所不同，即使是同一種型號也有較大的將模擬式萬用表撥至R×100檔，兩表筆分別接話筒兩電極（注意不能錯接到話筒的接地極），待萬用表顯示一定讀數(shù)后，用嘴

15、對準(zhǔn)話筒輕輕吹氣（吹氣速度慢而均勻），邊吹氣邊觀察表針的擺動幅度。吹氣瞬間表針擺動幅度越大，話筒靈敏度就越高，送話、錄音效果就越好。若擺動幅度不大（微動）或根本不擺動，說明此話筒性能差，不宜應(yīng)用。對于三根引腳駐極體電容式話筒檢測方法同上，只是黑表棒接輸出引腳2腳，紅表棒接引腳3腳。駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡單，電聲性能好，價格低廉，應(yīng)用非常廣泛。高分子極化膜上生產(chǎn)時就注入了一定的永久電荷(Q)，由于沒有放電回路，這個電荷量是不變的，在聲波的作用下，極化膜隨著聲音震動，因此和背極的距離也跟著變化，也就是鎖極化膜和背極間的電容是隨聲波變化。我們知道電容上電荷的公式是Q=C·U，反之U=Q/

16、C也是成立的。駐極體總的電荷量是不變，當(dāng)極板在聲波壓力下后退時，電容量減小，電容兩極間的電壓就會成反比的升高，反之電容量增加時電容兩極間的電壓就會成反比的降低。最后再通過阻抗非常高的場效應(yīng)將電容兩端的電壓取出來，同時進行放大，我們就可以得到和聲音對應(yīng)的電壓了。由于場效應(yīng)管是有源器件，需要一定的偏置和電流才可以工作在放大狀態(tài)，因此，駐極體話筒都要加一個直流偏置才能工作。表征駐極體話筒各項性能指標(biāo)的參數(shù)主要有以下幾項：離散性，通常廠家給出的典型值有1.5V、3V和4.5V這3種。（2）工作電流（IDS）。這是指駐極體話筒靜態(tài)時所通過的直流電流，它實際上就是內(nèi)部場效應(yīng)管的靜態(tài)電流。和工作電壓類似，工

17、作電流的離散性也較大，通常在0.11mA。（3）最大工作電壓（UMDS）。這是指駐極體話筒內(nèi)部場效應(yīng)管漏、源極兩端所能夠承受的最大直流電壓。超過該極限電壓時，場效應(yīng)管就會被擊穿損壞。（4）靈敏度。這是指話筒在一定的外部聲壓作用下所能產(chǎn)生音頻信號電壓的大小，其單位通常用mV/Pa（毫伏/帕）或dB（1dB=1000mV /Pa）。一般駐極體話筒的靈敏度多在0.510mV/Pa或-66-40dB范圍內(nèi)。話筒靈敏度越高，在相同大小的聲音下所輸出的音頻信號幅度也越大。（5）頻率響應(yīng)。也稱頻率特性，是指話筒的靈敏度隨聲音頻率變化而變化的特性，常用曲線來表示。一般說來，當(dāng)聲音頻率超出廠家給出的上、下限頻率

18、時，話筒的靈敏度會明顯下降。駐極體話筒的頻率響應(yīng)一般較為平坦，其普通產(chǎn)品頻率響應(yīng)較好（即靈敏度比較均衡）的范圍在100Hz10kHz，質(zhì)量較好的話筒為 40Hz15kHz，優(yōu)質(zhì)話筒可達20Hz20kHz。（6）輸出阻抗。這是指話筒在一定的頻率（1kHz）下輸出端所具有的交流阻抗。駐極體話筒經(jīng)過內(nèi)部場效應(yīng)管的阻抗變換，其輸出阻抗一般小于3k。（7）固有噪聲。這是指在沒有外界聲音時話筒所輸出的噪聲信號電壓。話筒的固有噪聲越大，工作時輸出信號中混有的噪聲就越大。一般駐極體話筒的固有噪聲都很小，為微伏級電壓。（8）指向性。也叫方向性，是指話筒靈敏度隨聲波入射方向變化而變化的特性。話筒的指向性分單向性、

19、雙向性和全向性3種。單向性話筒的正面對聲波的靈敏度明顯高于其他方向，并且根據(jù)指向特性曲線形狀，可細分為心形、超心形和超指向形3種；雙向性話筒在前、后方向的靈敏度均高于其他方向；全向性話筒對來自四面八方的聲波都有基本相同的靈敏度。常用的機裝型駐極體話筒絕大多數(shù)是全向性話筒。2  4.2光敏電阻器光敏電阻器是利用半導(dǎo)體光電效應(yīng)制成的一種特殊電阻器,由玻璃基片、光敏層、電極等部分組成。為了利于吸收更多的光能，光敏電阻體通常都制成薄片結(jié)構(gòu)。  根據(jù)制作光敏層所用的材料，光敏電阻可以分為多晶光敏電阻器和單晶光敏電阻器。根據(jù)光敏電阻的光譜特性，又可分為紫外光光敏電阻

20、器、可見光光敏電阻器以及紅外光光敏電阻器等。 光敏電阻的特點是對光線非常敏感。無光線照射時，光敏電阻呈高阻狀態(tài)，當(dāng)有光線照射時，電阻值迅速減小。在沒有光照時，即E=0，光敏電阻的阻值稱為暗阻，用RR表示。一般產(chǎn)品此值為一百k至幾十M。在規(guī)定照度（例如E=1000Lx)下，電阻值降至幾千歐，甚至幾百歐姆，此值稱之為亮阻，用RL表示。顯然，暗阻RR越大越好，而亮阻RL，則越小越好。4.2.1光敏電阻的檢測 光敏電阻的檢測方法：檢測光敏電阻時，將萬用表置于R×1k擋，兩表筆分別任意各接光敏電阻的一個引腳，然后分別進行暗阻、亮阻和靈敏性測試。 檢測暗阻：用一黑紙

21、片將光敏電阻的透光窗口遮住，此時萬用表的指針基本保持不動，阻值接近。此值越大說明光敏電阻性能越好。若此值很小或接近為零，說明光敏電阻已燒穿損壞。 檢測亮阻：將一光源對準(zhǔn)光敏電阻的透光窗口，此時萬用表的指針應(yīng)有較大幅度的擺動，阻值明顯減小。此值越小說明光敏電阻性能越好。若此值很大甚至為，表明光敏電阻內(nèi)部開路損壞。 檢測靈敏性：將光敏電阻透光窗口對準(zhǔn)入射光線，用小黑紙片在光敏電阻的透光窗上部晃動，使其間斷受光，此時萬用表指針應(yīng)隨黑紙片的晃動而左右擺動。如果萬用表指針始終停在某一位置不隨紙片晃動而擺動，說明光敏電阻的光敏材料已損壞。用上述方法對光敏電阻的亮阻和暗阻進行測量，將萬用

22、表歐姆擋調(diào)到k歐擋，不擋光處理，測得光敏電阻的亮阻為0.8k歐；對光敏電阻進行擋光處理，測得電阻值為1.3M歐。由于電路中光敏電阻起分壓作用，當(dāng)白天時基本不分壓，晚上時，電阻R2基本不分壓。即要求白天R2阻值遠大于光敏電阻阻值，晚上暗阻遠大于R2.綜上選擇R2的阻值為20k。4.4 CD4011圖5 4011引腳圖CD4011是一種集成的四與非門，其工作電壓為0.5-18v，其具體工作原理如下：1)當(dāng)X=0、Y=0時，將使兩個NAND門之輸出均為1，違反觸發(fā)器之功用，故禁止使用。  (2)當(dāng)X=0、Y=1時，由于X=1導(dǎo)致NAND-A的輸出為”1”，使得NAND-B的兩個輸

23、入均為”1”，因此NAND-B的輸出為”0”。 (3)當(dāng)X=1、Y=0時，由于Y=0導(dǎo)致NAND-B的輸出為”1”，使得NAND-1的兩個輸入均為”1，因此NAND-A的輸出為”0”。  (4)當(dāng)X=1、Y=1時，因為一個”1不影響NAND門的輸出，所以兩個NAND門的輸出均不改變狀態(tài)。4.5 555定時器555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極型（TTL）工藝制作的稱為 555，用 互補金屬氧化物（CMOS ）工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V-1

24、6V 工作，7555 可在 3-18V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管T及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC/3 和2VCC/3。4.5.1 555定時器的功能。圖6 555定時器555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管

25、的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為低電平。4.5.2 555的引腳它的各個引腳功能如下：1腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。2腳：低觸發(fā)端TR。3腳：輸出端Vo4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接

26、低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。6腳：高觸發(fā)端TH。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。4.6發(fā)光二極管光二極管簡稱為LED。由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極

27、管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍光。因化學(xué)性質(zhì)又分有機發(fā)光二極管OLED和無機發(fā)光二極管LED。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)光二極管與普通二極4.6.1LED芯片的發(fā)展發(fā)光二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)

28、出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。4.7三極管NPN型三極管，由三塊半導(dǎo)體構(gòu)成，其中兩塊N型和一塊P型半導(dǎo)體組成，P型半導(dǎo)體在中間，兩塊N型半導(dǎo)體在兩側(cè)。三極管是電子電路中最重要的器件，它最主要的功能是電流 放大和開關(guān)作用。半導(dǎo)體三極管也稱為晶體三極管，可以說它是電子電路中最重要的器件。它最主要的功能是電流放大和開關(guān)作用。 三極管顧名思義具有三個電極。二極管是由一個PN結(jié)構(gòu)成的，而三極管由兩個PN結(jié)構(gòu)成，共用的一個電極成為三極管的基極（用字母B表示B取自英文Basic，基本(的）、基礎(chǔ)（的），其他的兩個電極成為集電極（用字母C表示C取自英文

29、Collect，收集）和發(fā)射極（用字母E表示 E取自英文Emission，發(fā)射）。三極管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的電信號變成一定強度的信號，當(dāng)然這種轉(zhuǎn)換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉(zhuǎn)換成信號的能量。三極管有一個重要參數(shù)就是電流放大系數(shù)。當(dāng)三極管的基極上加一個微小的電流時，在集電極上可以得到一個是注入電流倍的電流，即集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而變化，并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化，這就是三極管的放大作用。圖7 三極管結(jié)構(gòu)9013是一種NPN型小功率三極管。三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)

30、體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié)，兩個PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)。三極管的排列方式有PNP和NPN兩種。非9014,9013系列三極管管腳識別方法：(a) 判定基極。用萬用表R×100或R×1k擋測量管子三個電極中每兩個極之間的正、反向電阻值。當(dāng)用第一根表筆接某一電極，而第二表筆先后接觸另外兩個電極均測得低阻值時，則第一根表筆所接的那個電極即為基極b。這時，要注意萬用表表筆的極性，如果紅表筆接的是基極b。黑表筆分別接在其他兩極時，測得的阻值都較小，則可判定被測管子為PNP型三極管；如果黑表筆接的是基極b，紅表筆分別接觸其他兩極時，

31、測得的阻值較小，則被測三極管為NPN型管如9013，9014。(b) 判定三極管集電極c和發(fā)射極e。(以PNP型三極管為例)將萬用表置于R×100或R×1K擋，紅表筆基極b，用黑表筆分別接觸另外兩個管腳時，所測得的兩個電阻值會是一個大一些，一個小一些。在阻值小的一次測量中，黑表筆所接管腳為集電極；在阻值較大的一次測量中，黑表筆所接管腳為發(fā)射極。五、電路模塊5.1 聲光檢測模塊 圖8 聲光檢測模塊聲光處理電路就是對采集到的聲音和光進行處理后提供給控制電路。5.1.1聲音放大電路 聲音放大電路的核心元器件是三極管，三極管的工作方式有三種分別是共射電路、共集電路、共基電

32、路。由于本次設(shè)計中聲音信號產(chǎn)生的電壓信號很小，因而只能用具有電壓放大的電路，然而共集電路沒有電壓放大的作用不選用，而共基電路雖然有電壓放大的作用但是電路相比于共射電路較復(fù)雜，所以聲音處理電路選擇共射放大電路 。    其中三極管V是電路的核心，起放大的作用 聲控電路由駐級話筒、電阻R3、R1、R6，晶體管VT、電容C1組成如圖所示駐級話筒將聲音信號轉(zhuǎn)化為微弱的電信號，微弱的電信號經(jīng)C4濾波后導(dǎo)入由三極管VT組成的共射放大器進行放大，放大后的電信號經(jīng)C1隔直后輸出聲控電路參數(shù)計算: 一般情況下，人正常說話的聲音的幅度約為50分

33、貝，經(jīng)壓電陶瓷片轉(zhuǎn)化為電信號有效值約40 mv，要使產(chǎn)生的信號經(jīng)過放大后電壓基本上在5 V左右,放大倍為125倍。由于R6是為駐級話筒提供一個偏置電壓所以選擇阻值為20K的電阻，C1起隔直作用一般選擇電容值為1uF的電容，為使三極管的基極電流為臨界電流，故選擇電阻R6阻值為1M歐，電阻R1選擇阻值為10k歐。5.1.2光控制電路     光控制電路設(shè)計如圖4所示，電路由電阻R2和光敏電阻R7串聯(lián)進行分壓來提取光信號。它的核心元件為光敏電阻，光敏電阻器又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電

34、阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換。對光敏電阻的亮阻和暗阻進行測量，將萬用表歐姆擋調(diào)到k歐擋，不擋光處理，測得光敏電阻的亮阻為0.8k歐；對光敏電阻進行擋光處理，測得電阻值為1.3M歐。由于電路中光敏電阻起分壓作用，當(dāng)白天時基本不分壓，晚上時，電阻R2基本不分壓。即要求白天R2阻值遠大于光敏電阻阻值，晚上暗阻遠大于R2.綜上選擇R2的阻值為20k。5.2邏輯門邏輯門選擇集成芯片CD4011，他的作用是當(dāng)聲音和光照同時滿足條件時控制后續(xù)電路的運行。即只要任何一個環(huán)節(jié)不滿足條件時，后續(xù)電路是不會工作的。這樣對聲光控的實現(xiàn)提供了可能。5.3

35、555延時環(huán)節(jié)圖9 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器原理圖及其波形圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。在未加觸發(fā)信號之前，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)觸發(fā)后，觸發(fā)器由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)狀態(tài)，暫穩(wěn)狀態(tài)保持一段時間后，又會自動翻轉(zhuǎn)回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般用于延時和脈沖整形電路。接通電源后，未加負脈沖 ，而C充電， Vc上升，當(dāng)Vc=2Vcc/3 時，RS電路輸出為低電平，放電管T導(dǎo)通，Vc快速放電， 使 Vc= 0。這樣，在加負脈沖前， 輸出為低電平，即Vo= 0，這是電路的穩(wěn)態(tài)。在t = t0時刻 Vi負跳變（ Vi端電平小于 Vcc/3），而 Vc= 0（TH端電平小于2Vcc/3 ），所以輸出Vo 翻為高電平，

36、T截止，VC充電。 按指數(shù)規(guī)律上升。t = t1時， 負脈沖消失。t = t2時 Vc上升到2Vcc/3（此時TH端電平大于2Vcc/3 ， TR端電平大于Vcc/3 ）， Vo又自動翻為低電平。3 在tw這段時間電路處于暫穩(wěn)態(tài)。t > t2，T導(dǎo)通，C快速放電，電路又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。由分析可得：輸出正脈沖寬度 tW = 1.1RC通過改變R、C的大小，可使延時時間在幾個微秒和幾十分鐘之間變化。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計時器時，可直接驅(qū)動小型繼電器，并可采用復(fù)位端接地的方法來終止暫態(tài)，重新計時。此外需用一個續(xù)流二極管與繼電器線圈并接，以防繼電器線圈反電勢損壞內(nèi)部功率管。圖10 被控制電路在本設(shè)計中，一般會使燈延時十幾秒，故選擇電阻R5阻值為100k，電容值為100uF,這里選擇電容為電解電容.5.4 被控制電路被控制電路由上拉電阻R5和發(fā)光二極管組成，上拉電阻起限流作用，用來保護二極管通過大電流而損壞。由于二極管通過的最大電流為幾十mA，故選擇R5阻值為1k歐，二極管選擇實驗室有的綠光二極管。六、PCB板的制作與調(diào)試6.1 pcb的繪制1、根據(jù)設(shè)計制作原理圖 2在原理圖編譯通過后，