聲光控開(kāi)關(guān)的制作

1、感測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題:聲光控開(kāi)關(guān)的制作姓 名:學(xué) 院:物理與電氣信息工程學(xué)院專 業(yè):自動(dòng)化班 級(jí):2010 級(jí)（1）、 （2）班學(xué) 號(hào)：201001071620、 201001071636、 201001071645日期2012 年 2 月 30 日-2012 年 6 月 30 日指導(dǎo)教師: TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1。設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求2 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.1設(shè)計(jì)目的21.2設(shè)計(jì)指標(biāo)2 HYPERLINK l bookmark8 o

2、Current Document 2。方案設(shè)計(jì)與論證32。1含555定時(shí)器、光敏三極管、雙向可控硅的聲光控電路3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 2.2運(yùn)用YQ I制成聲光控電32.3聲光控開(kāi)關(guān)IC CD4011應(yīng)用電路43。設(shè)計(jì)原理及電路圖43.1設(shè)計(jì)原理43.2電路圖53.3模塊說(shuō)明53。3。1整流模塊53.3.2放大模塊53.3。3驅(qū)動(dòng)模塊和聲光控開(kāi)關(guān)模塊53.3.4延時(shí)模塊64。主要元件功能介紹6 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 4。1 CD40116 HYPERLINK l boo

3、kmark18 o Current Document 4.1。1 CD4011引腳圖及引腳6 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 4.1。2 CD4011 內(nèi)部結(jié)構(gòu)74。2可控硅74。3光敏電阻84。4駐極體話筒9 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 4。5獨(dú)石電容94。5.1溫度補(bǔ)償類NPO電介質(zhì)94。5。2高介電常數(shù)類X7R電介質(zhì)104.5.3半導(dǎo)體類Y5V電介質(zhì)104.6電解電容10 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 5。注意事項(xiàng)和電路調(diào)試11

4、5.1實(shí)驗(yàn)安全115.2電路調(diào)試11 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 6。實(shí)驗(yàn)體會(huì)11 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 7。元器件清單12 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 參考文獻(xiàn)：12聲光控開(kāi)關(guān)的制作設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求聲光控電路是一種用光電傳感器制作的能測(cè)量光線強(qiáng)弱的裝置，用聲音檢測(cè)裝置檢測(cè)聲 音，使光線小到一定程度并且有聲音激勵(lì)時(shí)，能輸出控制信號(hào)來(lái)控制一路信號(hào)的通與斷.利 用這個(gè)原理制作成光控開(kāi)關(guān)并應(yīng)用就成了我們熟悉的聲光控?zé)簟ｋS著電子技

5、術(shù)的發(fā)展，尤其是數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)燈的自動(dòng)發(fā)亮、節(jié) 能節(jié)電、延長(zhǎng)燈的壽命變得越來(lái)越重要。聲光控電路已成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵?，它?需要開(kāi)關(guān)，當(dāng)有人經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮;它被廣泛應(yīng)用于各種公共場(chǎng)所，給人們的生活、帶來(lái) 了極大的方便。聲光控開(kāi)關(guān)是聲音和光控制電路工作的電子開(kāi)關(guān)。它將聲音（如擊掌聲）和 光轉(zhuǎn)化為電信號(hào),經(jīng)放大、整形，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)去控制各種電器的工作，在自動(dòng)控制工 業(yè)電器和家用電器方面有著廣泛的用途.我們?cè)诖舜握n設(shè)里就是要完成這樣的一個(gè)聲光控電 路。1。1設(shè)計(jì)目的1。 掌握三極管的概念及相關(guān)物理量。2。認(rèn)識(shí)聲光控開(kāi)關(guān)電路的結(jié)構(gòu)和原理3。熟練掌握三極管的參數(shù)、作用及測(cè)

6、量方法.4。了解效應(yīng)管、可控硅等元件的作用及測(cè)量方法.5。掌握放大電路的簡(jiǎn)單分析.6。培養(yǎng)獨(dú)立分析電路的能力。1。2 設(shè)計(jì)指標(biāo)整個(gè)電路由電源電路，放大電路，處理電路（聲控電路、光控電路）及延時(shí)電路等部 分組成.電源由家用 220 伏交流電源供電，光敏控電路對(duì)外界光亮程度的感應(yīng)相對(duì)應(yīng)的電壓 信號(hào)。從而實(shí)現(xiàn)白天燈泡不亮晚上遇到聲響時(shí)，通過(guò)聲控電路使燈泡自動(dòng)點(diǎn)亮,聲控電路主 要將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，從而要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，延時(shí)電路聲音消失后延長(zhǎng)一段光照時(shí)間。 以增強(qiáng)電路的實(shí)用性.1）電路穩(wěn)定性和可靠性要高.這是控制電路性能的最基本要求,否則自控能力弱，嚴(yán)重 時(shí)會(huì)失去自動(dòng)控制功能。2）功耗要小?？刂齐娐?/p>

7、一直接于交流220 伏電路上,若功耗特別是靜態(tài)功耗大,則不利 于節(jié)能，甚至還會(huì)大大縮短控制電路的壽命.3）靈敏度要能調(diào)節(jié)。這是控制電路正常工作時(shí),對(duì)聲光控制信息信號(hào)的最低要求，控制 信號(hào)的靈敏度應(yīng)滿足不同的環(huán)境要求。4）帶負(fù)載能力要強(qiáng).被控?zé)舻墓β什槐M相同，因此要求控制電路的一定范圍的驅(qū)動(dòng)能力。5）觸發(fā)延時(shí)時(shí)間要能按要求調(diào)節(jié)。2。方案設(shè)計(jì)與論證2。1含 555定時(shí)器、光敏三極管、雙向可控硅的聲光控電路 簡(jiǎn)要分析其優(yōu)點(diǎn)：此聲、光同時(shí)控制的新式照明燈用光敏三極管的輸出端控制555 的觸 發(fā)控制端，用音頻放大電路控制555 的復(fù)位端。555 定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，控制雙向可 控硅，簡(jiǎn)單易制、成本低

8、、節(jié)電又方便。原理圖設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)中考慮到光敏電阻的阻值隨電壓升高有規(guī)律的下降，而蜂鳴器則用駐 極體話筒代替。具體原理如圖：555 定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，控制雙向可控硅，當(dāng)555 定時(shí)器輸出高電平，觸發(fā)可控 硅導(dǎo)通，燈泡亮，當(dāng)555定時(shí)器輸出低電平時(shí)，可控硅未導(dǎo)通，燈泡滅。電路由10V穩(wěn)壓直 流電源供電。為使聲光同時(shí)控制,將光敏三極管的輸出端控制555的觸發(fā)復(fù)位端，音頻放大 電路控制555的觸發(fā)端。缺點(diǎn):在:該電路在聲強(qiáng)50dB時(shí)，對(duì)照明燈的有效控制率高于94%,過(guò)于敏感。很小 的聲音也會(huì)促使燈發(fā)光，會(huì)造成能源的浪費(fèi)。2。2運(yùn)用YQ I制成聲光控電簡(jiǎn)要分析其優(yōu)點(diǎn)：聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)的電路原理圖見(jiàn)圖2

9、 1所示。電路中的主要元器件 是使用了數(shù)字集成電路YQI，其內(nèi)部含有4個(gè)獨(dú)立的與非門vd 1vd4,使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 工作可靠性高。圖2 2為設(shè)計(jì)原理圖覷明燈0電子開(kāi)關(guān)檢器覷明燈0電子開(kāi)關(guān)檢器1聲音放聲形電路蓮時(shí)電躊陶瓷壓電蜂嗚片 B 把聲音變成直流控制電壓.通過(guò)光敏電阻的改變，使電位發(fā)生改變， 從而控制晶閘管的通斷，從而達(dá)到使燈自動(dòng)熄滅的目的。缺點(diǎn)：降壓功能不強(qiáng)，對(duì)晶閘管的沖擊電流大，對(duì)燈泡的壽命有影響。2。3聲光控開(kāi)關(guān)IC CD4011應(yīng)用電路簡(jiǎn)要分析其優(yōu)點(diǎn)：其采用集成塊IC CD4011，制作起來(lái)成本低、并且節(jié)電又方便.同時(shí), 對(duì)聲音的靈敏度適中，并且原件容易設(shè)計(jì)。小結(jié)：在綜合了以上三種

10、電路的優(yōu)缺點(diǎn)后，我們決定采用第三種方案。設(shè)計(jì)原理及電路圖3.1 設(shè)計(jì)原理220V的市電經(jīng)過(guò)燈泡和全橋整流后一路加在單向可控硅MCR 100-6上，另一路經(jīng)R8限 流后給本電路供電。由于一開(kāi)始可控硅無(wú)觸發(fā)信號(hào)，呈關(guān)斷狀態(tài)，燈不亮。C3為主濾波電容, 四個(gè)二極管整流橋給本電路提供穩(wěn)定的工作電壓。Q1、R2、R3組成前級(jí)電壓放大電路，對(duì) 話筒MIC送來(lái)的微弱信號(hào)進(jìn)行放大，然后再送入四輸入與非門CD4011芯片進(jìn)一步放大，經(jīng) C2的正極給其充電，很快C2上就充到了門電路的翻轉(zhuǎn)電壓,無(wú)光時(shí)，當(dāng)有聲音信號(hào)時(shí)，芯片 1高電平，2高電平，則通過(guò)R6輸出信號(hào)為高電平使可控硅導(dǎo)通，電燈點(diǎn)亮。在這個(gè)過(guò)程中， 聲音信

11、號(hào)只需一個(gè)瞬時(shí)即可，這是因?yàn)?，?dāng)聲音信號(hào)來(lái)時(shí)， C2 上的電壓很快就充到了電源 電壓,而這時(shí)即使聲音信號(hào)消失,C2只能通過(guò)R5進(jìn)行放電，所以C2上將維持一段時(shí)間的高電 平，這個(gè)高電平將維持單向可控硅導(dǎo)通，這就是延時(shí)的效果，燈亮后所能延時(shí)的長(zhǎng)短取決于 C2上維持高電平的時(shí)間長(zhǎng)短，所以選擇C2的大小，可以控制延時(shí)的長(zhǎng)短。當(dāng)C2上的電壓 低時(shí)，3Y輸出高電平，4Y輸出低電平,單向可控硅的控制端沒(méi)了觸發(fā)信號(hào)截止，燈熄滅.有 光時(shí),1B輸入為低電平，不論1A為高低電平，最后4Y輸出都是低電平，即可控硅MRC1006 都截止，則燈不亮。3.2 電路圖3.3模塊說(shuō)明3.3。1 整流模塊四只整流二極管D1D4

12、J接成電橋的形式，固有橋式鎮(zhèn)流之稱，如下圖。在正半波電流 通過(guò)電燈由線路 3-2-可控硅再返回負(fù)極，在副半波時(shí)候電流通過(guò) 41-2-可控硅再返回電源3.3。2 放大模塊通過(guò)一個(gè)三極管，使接受到的微弱點(diǎn)信號(hào)通過(guò)放大能明顯作用于電路。如下圖：3.3。3驅(qū)動(dòng)模塊和聲光控開(kāi)關(guān)模塊本電路圖在通過(guò)放大時(shí)也需要驅(qū)動(dòng)電路并且和聲光控開(kāi)關(guān)同事運(yùn)用，因此采用 CD4011,即一舉兩得.3.3.4延時(shí)模塊當(dāng)聲音消失后需要燈泡延時(shí)亮一定時(shí)間，在本電路中采用RC延時(shí)電路ri Um3 2 1 o 9 ri Um3 2 1 o 9 B1- TA 1 1*V&D4B4A4Y3Y3B3A延時(shí)時(shí)間為 T=RC4。主要元件功能介紹

13、4.1 CD4011CD4011內(nèi)部由四2輸入端與非門單元電路構(gòu)成，采用N和P溝道增強(qiáng)型MOS晶體管提 供的對(duì)稱電路，具有很高的抗干擾度。邏輯表達(dá)式：Y = A.B。4。1.1 CD4011 引腳圖及引腳1A匚1B匸 IY匸2Y匚2A C2B CVss r管腳功能1A數(shù)據(jù)輸入端、2A數(shù)據(jù)輸入端、3A數(shù)據(jù)輸入端、4A數(shù)據(jù)輸入端、1B數(shù)據(jù)輸入端、2B數(shù)據(jù)輸入端、3B數(shù)據(jù)輸入端、4B數(shù)據(jù)輸入端、VDD電源正、VSS地、1Y數(shù)據(jù)輸出 端、 2Y 數(shù)據(jù)輸出端、 3Y 數(shù)據(jù)輸出端、 4Y 數(shù)據(jù)輸出端4。1.2 CD4011 內(nèi)部結(jié)構(gòu):CD4011內(nèi)部由4個(gè)2輸入端與非門單元電路構(gòu)成，采用N和P溝道增強(qiáng)型M

14、OS晶體管 提供的對(duì)稱電路，具有很高的抗干擾度.4。2 可控硅可控硅是可控硅整流器的簡(jiǎn)稱。它是由三個(gè) PN 結(jié)四層結(jié)構(gòu)硅芯片和三個(gè)電極組成的半 導(dǎo)體器件。可控硅的三個(gè)電極分別為陽(yáng)極（A）、陰極（K）和控制極（G）。當(dāng)器件的陽(yáng)極接 負(fù)電位（相對(duì)陰極而言）時(shí)，從符號(hào)圖上可以看出PN結(jié)處于反向，具有類似二極管的反向特 性.當(dāng)器件的陽(yáng)極加正電位時(shí)（若控制極不接任何電壓），在一定的電壓范圍內(nèi)，器件仍處于阻抗 很高的關(guān)閉狀態(tài)。但當(dāng)正電壓大于某個(gè)電壓（稱為轉(zhuǎn)折電壓）時(shí)，器件迅速轉(zhuǎn)變到低阻通導(dǎo) 狀態(tài).加在可控硅陽(yáng)極和陰極間的電壓低于轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，器件處于關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)如果在控 制極上加有適當(dāng)大小的正電壓（對(duì)陰極

15、） ，則可控硅可迅速被激發(fā)而變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)?？煽毓?一旦導(dǎo)通，控制極便失去其控制作用。就是說(shuō)，導(dǎo)通后撤去柵極電壓可控硅仍導(dǎo)通，只有使 器件中的電流減到低于某個(gè)數(shù)值或陰極與陽(yáng)極之間電壓減小到零或負(fù)值時(shí)，器件才可恢復(fù)到 關(guān)閉狀態(tài).其結(jié)構(gòu)圖如下:下圖為可控硅管教辨別方式4。3 光敏電阻光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng).在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封 裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度,兩電極常做成梳狀。用于制造 光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體.在黑暗環(huán)境里，它的電阻 值很高,當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一

16、 個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶,并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴,這種由光照產(chǎn)生的電子 空穴對(duì)了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降.光 照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)將復(fù)合，光敏電阻的阻 值也就恢復(fù)原值。光敏電阻沒(méi)有極性，純粹是一個(gè)電阻器件,使用時(shí)既可加直流電壓，也加 交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少.其結(jié)構(gòu)圖如下：4.4 駐極體話筒駐極體話筒簡(jiǎn)稱ECM,通稱MIC (Microphone),是一種常用的能將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電 信號(hào)的聲電轉(zhuǎn)換器件。它的突出特點(diǎn)是體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、壽命長(zhǎng)、 頻響

17、寬、靈敏度高,且價(jià)格也比較低廉。因而被廣泛應(yīng)用于盒式錄音機(jī)、無(wú)線話筒及聲控開(kāi) 關(guān)等電子電路中。駐極體話筒的核心器件是駐極體振動(dòng)膜.它實(shí)際上是一種經(jīng)永久性極化處理的電介質(zhì)。 其制作原理是,將一片極薄的塑料膜片的一面蒸發(fā)上一層純金薄膜,然后將其置于高壓電場(chǎng) 之下駐極,使兩面分別駐有能長(zhǎng)期保持的異性電荷。膜片的蒸金一面向外,與金屬外殼相連 通,膜片的另一面與金屬極板之間用很薄的絕緣襯圈隔離開(kāi)。這樣,蒸金膜與金屬極板之間 便形成了一個(gè)電容。當(dāng)駐極體膜片受到聲波作用而振動(dòng)時(shí),就引起電容兩端的電場(chǎng)發(fā)生變化,從而產(chǎn)生隨聲波變化的交變電壓信號(hào).其結(jié)構(gòu)及常見(jiàn)圖如下:4.5獨(dú)石電容獨(dú)石電容器是多層陶瓷電容器的別稱

18、,根據(jù)所使用的材料,可分為三類4.5。1溫度補(bǔ)償類NPO電介質(zhì)這種電容器電氣性能最穩(wěn)定,基本上不隨溫度、電壓、時(shí)間的改變,屬超穩(wěn)定型、低損 耗電容材料類型，適用在對(duì)穩(wěn)定性、可靠性要求較高的高頻、特高頻、甚高頻電路中。4。5.2高介電常數(shù)類X7R電介質(zhì)由于X7R是一種強(qiáng)電介質(zhì)，因而能制造出容量比NPO介質(zhì)更大的電容器。這種電容器 性能較穩(wěn)定，隨溫度、電壓時(shí)間的改變，其特有的性能變化并不顯著，屬穩(wěn)定電容材料類型， 使用在隔直、耦合、傍路、濾波電路及可靠性要求較高的中高頻電路中.453半導(dǎo)體類Y5V電介質(zhì)這種電容器具有較高的介電常數(shù)，常用于生產(chǎn)比容較大、標(biāo)稱容量較高的大容量電容器 產(chǎn)品。但其容量穩(wěn)定

19、性較 X7R 差，容量、損耗對(duì)溫度、電壓等測(cè)試條件較敏感，主要用在 電子整機(jī)中的振蕩、耦合、濾波及傍路電路中。46 電解電容電解電容是電容的一種，介質(zhì)有電解液，涂層有極性分正負(fù)，不可接錯(cuò)。電容（Electric capacity），由兩個(gè)金屬極，中間夾有絕緣材料（介質(zhì)）構(gòu)成。原理：電解電容器通常是由金屬箔（鋁/鉭）作為正電極，金屬箔的絕緣氧化層（氧化鋁/鉭五氧化 物）作為電介質(zhì)，電解電容器以其正電極的不同分為鋁電解電容器和鉭電解電容器。鋁電解 電容器的負(fù)電極由浸過(guò)電解質(zhì)液（液態(tài)電解質(zhì)）的薄紙/薄膜或電解質(zhì)聚合物構(gòu)成；鉭電解 電容器的負(fù)電極通常采用二氧化錳，均以電解質(zhì)作為負(fù)電極。并且分為有極性電

20、解電容和無(wú) 極性電解電容，有極性電解電容器通常在電源電路或中頻、低頻電路中起電源濾波、退耦、 信號(hào)耦合及時(shí)間常數(shù)設(shè)定、隔直流等作用，無(wú)極性電解電容器通常用于音箱分頻器電路、電 視機(jī) S 校正電路及單相電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電路。因此在本電路主要應(yīng)用于時(shí)間常數(shù)的設(shè)定，4。7 9014 三極管：NPN集電極-發(fā)射極電壓45V ；集電極一基電壓50V；射極-基極電壓5V；集電極電流0。1A； 耗散功率04W；結(jié)溫150C;特怔頻率 最小150MHZ；放大倍數(shù):A60-150 B100300 C200600 D400-1000注意事項(xiàng)和電路調(diào)試5。 1 實(shí)驗(yàn)安全 平常我們做的課設(shè)或是小實(shí)驗(yàn)用的電源大多是干電池，

21、對(duì)安全沒(méi)有什么影響，但本次試 驗(yàn)電路中通的是220V交流電，屬于高壓，因此在驗(yàn)證、調(diào)試電路是要注意安全，通電后注 意絕緣，禁止人體直接接觸電路板。此外，電烙鐵工作時(shí)溫度可達(dá)到 300 度,所以在使用電 烙鐵時(shí)也要注意安全。5.2 電路調(diào)試在實(shí)驗(yàn)電路板完成后出現(xiàn)了無(wú)論何種條件下燈都不亮的情況。經(jīng)過(guò)各電位測(cè)量發(fā)現(xiàn)可控 硅控制極錯(cuò)接致使其一直保持低電位，導(dǎo)致發(fā)光回路不導(dǎo)通,燈泡不發(fā)光，后修改電路連接 解決了問(wèn)題.在解決了燈泡不發(fā)光問(wèn)題后,電路實(shí)現(xiàn)了其正常功能，暗光有聲情況下發(fā)光，其他情況 下不發(fā)光，發(fā)光持續(xù)一分三十五秒左右.但是接下來(lái)發(fā)現(xiàn)電路不穩(wěn)定，總是一會(huì)好用一會(huì)不 好用。具體表現(xiàn)為插上電源燈就亮，然后持續(xù)發(fā)光或是一會(huì)后自動(dòng)熄滅；電路正常驅(qū)動(dòng)后燈 泡持續(xù)不滅。繼續(xù)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)某些時(shí)候在無(wú)聲條件下CD4011中應(yīng)該同時(shí)保持高電位的5、 6號(hào)管腳中 6號(hào)管腳是低電位，檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樘摵钢率?號(hào)管腳接觸不良，致使4號(hào)管 腳無(wú)聲條件下也能輸出高電位，從而導(dǎo)致電路異常。重新修改電路后問(wèn)題全部解決,電路可 以保證正常工作。至此我們關(guān)于聲光控開(kāi)關(guān)