1、1 引言引言本設計的背景和意義隨著人們生活現(xiàn)代化水平不斷提高，國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力的供需矛盾日益加 劇。同時生產(chǎn)更多的電即意味著要消耗更多的煤、石油、天然氣、核原料等不可再生資 源，還會帶來許多相應的環(huán)境問題。尤其是近兩年，全國用電量及電負荷增長較快，前 年以來全國已有三分之二的?。▍^(qū)，縣）出現(xiàn)了不同程度的缺電甚至拉閘限電現(xiàn)象，嚴 重影響了社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高。而照明系統(tǒng)在用電中占據(jù)著很大的比重， 據(jù)有關統(tǒng)計數(shù)字顯示，目前我國照明用電已占用電總量的 10% 12%，僅城市照明 （包 括景觀照明和路燈等功能照明 ）的年用電量，約占全國總發(fā)電量的 4%至 5%，相當于在建 三峽水力發(fā)

2、電工程投產(chǎn)后的 840 億千瓦時發(fā)電能力。 在一些公共場所 （如學校，機關等） 的樓道、廁所中，長明燈現(xiàn)象十分普遍，這造成了極大的能源浪費，所以節(jié)約用電已經(jīng) 成為刻不容緩的問題。目前國內(nèi)節(jié)電的主要途徑是對現(xiàn)有的照明系統(tǒng)進行改造 , 采取加 節(jié)能設備的方法 , 比較方便、經(jīng)濟和實用。如果使用節(jié)能系統(tǒng)，我們的照明用電量將下降 60 ，一年可節(jié)約 740 億千瓦時電 能，相當于節(jié)約 2989 萬噸標準煤。我國白熾燈泡每年的耗用量高達 30 億只;如果把其 中的 40%換用成節(jié)能燈 ,以每天照明 4 小時計,全年即可節(jié)約用電 850 多億度,幾乎相當 于三峽電站的全年發(fā)電量。在市場上出現(xiàn)了多種節(jié)電照明

3、燈，如聲光雙控燈、微波感應 燈和熱釋遠紅外感應燈等。據(jù)調(diào)查，微波感應燈的抗干擾性能不是很理想；紅外感應燈 的性能比較理想，但價格較高，多用于一些管理完善的賓館等場所。從性價比角度考慮 的話。針對普通住宅樓、辦公樓道等普通場所，聲光雙控燈不失為一種好的選擇。而且 聲光雙控節(jié)能燈工作穩(wěn)定，節(jié)電效果也十分明顯。國內(nèi)外發(fā)展狀況據(jù)中國照明學會調(diào)查資料表示：中國目前使用節(jié)能燈的家庭有一億戶，使用節(jié)能燈 的酒店及公共場所更是多得難以統(tǒng)計；全國每年單節(jié)能燈市場的總額在120 億以上，同時每年城市化的進程在以 6%的速度增長。據(jù)國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心介紹，我國 已成為世界最大的節(jié)能燈生產(chǎn)國和出口國， 生產(chǎn)的

4、節(jié)能燈質(zhì)量逐年穩(wěn)步提高。 2005 年以 來節(jié)能燈質(zhì)量抽查產(chǎn)量合格率達到 80以上。消費者使用節(jié)能燈既節(jié)能又省錢。我國節(jié)能燈產(chǎn)量從 1997 年的 2 億只飆升至去年的近 24 億只，產(chǎn)量與出口量均已 位居世界第一，世界上 85以上的節(jié)能燈來自中國。從 1998 年我國對節(jié)能燈實施監(jiān)督 抽查以來，由于加大了產(chǎn)品生產(chǎn)的監(jiān)管力度，在企業(yè)中推廣宣傳國家標準和要求，節(jié)能 燈產(chǎn)品產(chǎn)量合格率不斷提高由于大中型企業(yè)占主導地位，雖然歷年企業(yè)合格率增長不 大，但是我國按產(chǎn)量計算的合格率逐年穩(wěn)步提高。 14美國、法國、荷蘭、英國、意大利等國家從上世紀 90 年代起，紛紛制訂出相關的聲光雙控節(jié)能燈的設計扶持政策，用

5、于推廣節(jié)能燈等節(jié)能產(chǎn)品。僅美國環(huán)保局從 1991 年開始實施綠色照明計 劃以來，就投資了 10 多億美元用于推廣高效照明產(chǎn)品。美國能源部研究認為，節(jié)能燈 的新科技也能令公司雇員提供生產(chǎn)效率， 這是因為雇員能把光效調(diào)校至他們覺得舒服的 等級。研究指出，節(jié)能燈能減少雇員眼部疲勞和頭疼的發(fā)生率。這也構(gòu)成商業(yè)機構(gòu)樂于 更新?lián)Q代照明系統(tǒng)的另一個原因?？梢姽?jié)能燈在國內(nèi)外都有著重大的發(fā)展和重要的作 用。15設計思路及優(yōu)缺點本次畢業(yè)設計中我所設計的題目是“聲光雙控節(jié)能燈的設計” 。這是一種聲音和光 照雙控照明燈，它可以廣泛用于樓梯、過道、庫房的場合。本設計是一種基于 555 定時 器的聲光雙控燈的設計，電路主

6、要由電源電路、信號放大整形電路、延時處理電路單穩(wěn) 態(tài)電路組成。白天光照好，不管過路者發(fā)出多大聲音，都不會是燈泡發(fā)亮。夜晚光暗， 電路的拾音器只要檢測到有猝發(fā)聲響， 就會自動亮為行人照明， 過幾分鐘后又自動熄滅， 節(jié)能節(jié)電。聲光雙控節(jié)能燈具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點。該設 計的缺陷是電路稍顯復雜，而且價格比市面上的同功能的貴，并且該設計在接入節(jié)能燈 后，因為節(jié)能燈不能頻繁啟動，容易造成節(jié)能燈壽命減少。節(jié)能燈適合接入采用繼電器 作為輸出器件的聲光控開關。2 總體電路設計總體電路設計各部分支路電路設計2.1.1電源電路設計電源電路的種類繁多，如變壓器降壓；橋式整流全波整流； Lc、

7、 Rc 濾波；三端穩(wěn) 壓器穩(wěn)壓等。具體采用什么電路合適，則根據(jù)主體電路及執(zhí)行機構(gòu)不同和可靠、價廉、 有效益等要求進行選用。在本設計中采用的電源的設計結(jié)構(gòu)如圖 2-1：降壓 降壓整流濾波穩(wěn)壓穩(wěn)壓圖 2-1 電源電路流程圖降壓整流部分由 R1C1、全橋 QD 和濾波電容 C2 組成，穩(wěn)壓二極管 DW 穩(wěn)壓。接 入+220V 交流電源經(jīng)降壓整流濾波穩(wěn)壓后得到 +9V 的直流電壓，為電燈控制電路提供了 工作電壓，同時 220V 交流電源也為電燈提供工作電源。電源電路如圖 2-2- 3 -聲光雙控節(jié)能燈的設計2.1.2 信號放大整形電路設計放大電路實現(xiàn)方法很多，除分立器件實現(xiàn)之外，還可采用運放，也可采用

8、門電路等 來實現(xiàn)。本系統(tǒng)放大整形電路設計結(jié)構(gòu)如圖 2-3圖 2-3 信號放大整形電路圖拾音器采用駐極體話筒 M，駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價 格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中，屬于最常用的電 容話筒。由于聲 電效應較小，設計了 VT1，VT2，直耦式音頻放大器，將信號放大，并 由 D2，D3，C7 倍壓整流再經(jīng) T3 倒相放大，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。延時處理電路單穩(wěn)態(tài)電路的設計2 總體電路設計555和 R9、C8、VT4 、VT5 等組成光控單穩(wěn)態(tài)電路。所謂光控就是利用光敏三極管 對不同光照呈現(xiàn)的阻抗不同，對時基電路 555 的四腳進行高低電平的控制，或處于等

9、待 觸發(fā)狀態(tài)，或處于強制復位狀態(tài)。白天光照強 VT5 呈低阻， VT4 正偏置而飽和導通。 其集電極電位，即 555的 4 腳被鉗制在 0.3V 左右，從而使 555處于強制復位狀態(tài)，此 時不管 2 腳有多大的觸發(fā)電平， 555均不會翻轉(zhuǎn)置位。可控硅不會觸發(fā)導通，電燈無電 不亮。夜晚光暗，此時 VT5 呈高阻而截止， VT4 無偏置電流，呈截止狀態(tài)。 555的 4腳 呈高位，使 555 觸發(fā)器處于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)狀態(tài)，此時如果有聲響，經(jīng)拾音，放大，倍壓整 流后，正極性信號使 VT3 飽和導通，下跳變信號加之 555的 2 腳使 555翻轉(zhuǎn)置位。 3腳 由原來的低電平變?yōu)楦唠娖剑s +8.5V），經(jīng)

10、R3 限流后觸發(fā)雙向可控硅 SCR并導通，電 燈 H 得電點亮。電燈點亮的時間即單穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā)后高電平持續(xù)的時間（穩(wěn)態(tài)時間） ， 他取決于單穩(wěn)態(tài)電路的時間常數(shù)，其大小為，Td=1.1（R9）（C8）圖 2-4 所示電路的單穩(wěn)態(tài)時間為 120s，即電燈點亮后 2 分鐘熄滅。圖 2-4 延時處理電路單穩(wěn)態(tài)電路圖聲光雙控節(jié)能燈的設計聲光雙控節(jié)能燈電路的總體設計2.2.1 聲光雙控節(jié)能燈的基本構(gòu)成和原理（1）基本構(gòu)成原理簡述白天光線強時，光敏器件呈低阻，時基電路 555 處于強制復位狀態(tài)，無論有沒有聲 音，可控硅都不能觸發(fā)導通，燈不會亮；夜晚或者光照弱時，光敏器件呈高阻， 555 觸 發(fā)器處于單穩(wěn)態(tài)觸

11、發(fā)狀態(tài)，此時如果有聲音傳入，經(jīng)放大整流后，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)，可控硅 導通燈亮并延時電路開始延時，延時完燈熄滅。（2）電路工作原理電路簡述555和 R9、C8、VT4、VT5 等組成光控單穩(wěn)態(tài)電路。所謂光控就是利用光敏三極管 對不同光照呈現(xiàn)的阻抗不同，對時基電路 555 的四腳進行高低電平的控制，或處于等待 觸發(fā)狀態(tài)，或處于強制復位狀態(tài)。白天光照 VT5 呈低阻， VT4 正偏置而飽和導通。其 集電極電位，即 555的 4腳被鉗制在 0.3V 左右，從而是 555處于強制復位狀態(tài)，此時 不管 2 腳有多大的觸發(fā)電平， 555均不會翻轉(zhuǎn)置位?？煽毓璨粫|發(fā)導通，電燈無電不 亮。夜晚光暗，此時 VT5 呈

12、高阻而截止， VT4 無偏置電流，呈截止狀態(tài)。 555的 4 腳呈 高位，使 555 觸發(fā)器處于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)狀態(tài)，此時如果有聲響，經(jīng)拾音，放大，倍壓整流 后，正極性信號使 VT3 飽和導通，下跳變信號加之 555的二腳使 555 翻轉(zhuǎn)置位。 3腳由2 總體電路設計原來的低電平變?yōu)楦唠娖剑s +8.5V），經(jīng) R3 限流后觸發(fā)雙向可控硅 SCR并導通，電燈 H 得電點亮。同時延時電路開始延時， 延時結(jié)束，電燈 H 熄滅，等待下一次聲音的觸發(fā)。圖 2-6 總體電路圖聲光雙控節(jié)能燈的設計聲光雙控節(jié)能燈的技術性能指標及主要特點1、輸入：交流 220V2、輸出：經(jīng)降壓整流濾波穩(wěn)壓后提供 +9V 的工作電壓

13、。3、延續(xù)時間： 120 秒，可調(diào)4、開關燈全自動化控制，包括白天全關閉，晚上自動開、關燈5、安裝方便。6、工作可靠，且價格低廉。聲光雙控節(jié)能燈的主要元器件及其特性2.3.1 555 定時器555 定時器是一種將數(shù)字功能和模擬功能集為一體的中規(guī)模集成電路。它的結(jié)構(gòu)比 較簡單，使用卻非常靈活，也很方便，可以用它構(gòu)成多諧波振蕩器、施密特觸發(fā)器和施123 密特觸發(fā)器等。用 555 定時器構(gòu)成的各種電路，都是通過定時控制，實現(xiàn)信號的產(chǎn)生與 變換，從而完成其他控制功能。 101)555 定時器的結(jié)構(gòu)D圖 2-7 555 定時器的結(jié)構(gòu)圖各種 555定時器的電路結(jié)構(gòu)大同小異， 它由比較器 C1和 C2 、基

14、本觸發(fā)器和輸出級三 個部分組成，外部共有 8 根引腳，各腳的名稱和功能如下：B1 腳為B接地端，也是芯片的公共端； 8 腳為電源端 VCC；3 腳為信號輸出端 VO；7 腳為放電端 VO 。如果經(jīng)過一個足夠大的電阻街道電源上那么放電端可獲得一個與輸出端2 總體電路設計相一致的電平。 4腳為直接復位端 RD 。只要在此輸入低電平， 輸出端立即被置為低電平， 不受其他輸入狀態(tài)的影響。 正常工作是接高電平可直接接到電源上 6 腳為 C1比較器的信 號輸入端 Vl1又稱閾值段 TH；2 腳為 C2比較器的信號輸入端 Vl 2又稱為觸發(fā)端。它們輸 入的信號可以是數(shù)字信號也可以是模擬信號， 分別與比較器所

15、設置的參考電壓進行比較 便于控制輸出狀態(tài)。 5 腳為控制電壓輸入端 Vco 。如果 Vco 端沒有外加電壓時兩個比較器 的參考電壓，由電源電壓經(jīng)過三個等值電阻分壓提供，則 VR1=3 VCC ，VR2=3 VCC 。在這種情況下，該端可通過電容( 0.01 F)接地防干擾信號竄入。如果該端接入外 電壓 Vco 時，1則，VR1= Vco， V R2=1 Vco ，因此 V co可改變參考電壓值 VR 。2(2)芯片功能1、若 RD =0，不管其它輸入如何輸出端都為低電平。212、若 RD =1，當 Vl1( 32)V CC 且 VL2( 13 VCC )時，比較器 C1輸出為 0，C2 輸出為

16、 1，33即 VC1 =0，VC 2 =1，基本 RS觸發(fā)器狀態(tài) Q置成 0，輸出 Vo 為低電平；同時放電管 T1導通。213、若 RD =1，當 Vl1( 2 )VCC 且 VL2( 1 VCC )時，比較器 C1 、 C2輸出都為 0，即33VC1=VC2=0，基本 RS觸發(fā)器狀態(tài) Q=Q =1，輸出低 Q端為高電平， VO 也輸出為高電平，同時放電管 T1截止，放電端 VO 沒有放電回路。214、若 RD =1，當 Vl1( 2)V CC 且 VL2( 1 VCC )時, 比較器 C1輸出為 1， C2輸出為 0， D l1 3 CC 3 CC即 VC1=1，VC2=0，基本 RS觸發(fā)

17、器狀態(tài) Q置成高電平， VO 也輸出為高電平，同時放電管T1截止，放電端 VO 沒有放電回路。215、若 RD =1，當 Vl1( 1 VCC )時，比較器 C1 、 C2輸出都為 1, 即D l1 3 CC L2 3 CC 1 2VC1=VC2=1, 基本 RS觸發(fā)器狀態(tài) Q保持不變， VO和放電管狀態(tài)保持不變。聲光雙控節(jié)能燈的設計表 2-1 555 定時器芯片功能輸入各級輸出T 1 狀態(tài)觸發(fā)器輸出RDV l1V L2V C1V C2輸出T 1 狀態(tài)n1VOQ n 100低電平導通121010低電平導通( )V CC3( V CC )3121001高電平截止( )V CC( V CC )33

18、121100高電平截止( )V CC3(3 V CC )312111Q不變不變( )V CC( V CC )33駐極體話筒駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于 盒式錄音機、無線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸 出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設置一個場效應管作為阻抗轉(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。駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡單，電聲性能好，價格低廉，應用非常廣泛。圖 2-8 駐極體話筒結(jié)構(gòu)圖- 10 -總體電路設計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

19、，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。電容上電荷的公式是 QCV，反之 V Q/C 也是成立的。 駐極體總的電荷量 是不變，當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 和聲音對應的電壓了。由于場效應管時有源器件，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。駐極體話筒由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分組成。 聲電轉(zhuǎn)換的關鍵元件是駐 極體振動膜。

20、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 12tfc) ，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)型場效應晶體三極管來進行阻抗變換。場效應管的特點是輸 入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。

21、普通場效應管有源極(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合一只二極管的專用場效應管。接二極管 的目的是在場效應管受強信號沖擊時起保護作用。場效應管的柵極接金屬極板。 這樣，駐極體話筒的輸出線便有三根。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。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 ，電路比較穩(wěn)定，

22、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 22 5 1k 間選用。 例如電源電壓為 6V 時，Rs 為 47k，RD 為 2。2k。圖 3 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

23、一點，- 11 -聲光雙控節(jié)能燈的設計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能工作，因為它內(nèi) 部裝有場效應管。關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。駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡單，電聲性能好， 價格低廉，應用非常廣泛。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

24、筒之前首先要對其進行極性的判別。在場效應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 電阻特性來判別駐極體話筒的漏極D 和源極 S。將萬用表撥至 R1k 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。光敏三極管光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不 只是受基極電路和電流控制，同時也受光輻射的控制。 通?；鶚O不引出，但一些 光敏三極管的基極有引出，用于溫度補償和附加控制等作用。當具有光敏特性的 PN 結(jié)受到光輻射時，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流 由基極進入發(fā)射極，從而在集電極回路中

25、得到一個放大了相當于 倍的信號電流。 不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大 的光電流放大作用，即很高的靈敏度。通過對半導體二極管和三極管的學習，我了解了晶體管的基本結(jié)構(gòu)和工作原 理，晶體三極管，是半導體基本元器件之一，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體基片上制作兩個相距很近的 PN 結(jié)，兩個 PN 結(jié) 把正塊半導體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列 方式有 PNP 和 NPN 兩種， 如圖從三個區(qū)引出相應的電極， 分別為基極 b 發(fā)射極 e 和集電極 c 。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的 PN 結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之

26、間的 PN 結(jié)叫集電極。 基區(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)濃度大， PNP 型三極管發(fā)射區(qū) 發(fā)射 的是空穴， 其移動方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里； NPN 型三極管發(fā)射區(qū) 發(fā)射 的 是自由電子，其移動方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。 發(fā)射極箭頭指向也是 PN 結(jié)在正向電壓下的導通方向。 硅晶體三極管和鍺晶體三極 管都有 PNP 型和 NPN 型兩種類型。雖然重點學習了晶體管的放大作用，但是我 對晶體管的開關作用更感興趣。半導體就像一個開關，可以通過導通與截止來控 制電路。- 12 -2 總體電路設計半導體通過添加一部分微量元素會使其特性發(fā)生翻天覆地的變化。光敏晶體 管

27、就是一種重要的衍生物。視覺是人體最重要的感覺，因此，我覺得通過光來控 制電路真是太精妙了，而光敏的二極管三極管恰好就完成這個任務。因為光敏三 極管由于還具有放大作用，因此應用比二極管更加廣泛。 光敏三極管用于測量光 亮度，經(jīng)常與發(fā)光二極管配合使用作為信號接收裝置。下面用事例說明介紹一下 各種功能。一 測量光亮度 在教室圖書館，很多時候日光燈白天也亮著，在宿舍里面，日光燈經(jīng)常是晝夜不息，同學們對這種浪費已經(jīng)麻木不仁了。有的同學早晨去教室，雖然教室很 明亮但還要開燈，雖然一盞日光燈不會浪費多少資源，但積少成多，浪費就是很 大了。因此，我們可以在教室安裝一個控制電路，當亮度達到一定程度的時候， 使得

28、教室里面和宿舍里面日光燈將無法啟動。我們可以利用光敏三極管附加電磁 繼電器來完成這個電路。采光點的選取是一個關鍵，因為并不是每一個教室的明 亮程度都是相同的，我們可以采用多點取樣來達到這個要求。例如在 20 個教室中 都安放光敏三極管，我們可以設置，如果他們?nèi)炕蛘叽蟛糠至炼榷己芨?，那么?日光燈就無法正常啟動 ，達到節(jié)約能源的目的。還有一種情況，就是如果有一天天空布滿了烏云，亮度不夠，那么日光燈可 以開啟了。但是不久云開霧散，天氣放晴，日光燈不會自動關閉。同樣造成很大 浪費?？梢栽诓晒恻c所在的教室外面再安裝一個采光點，當室內(nèi)外強度的差值縮 小到一定范圍是，我們可以認為日光燈的作用可以忽略了，

29、日光燈就會自動關閉。另外一種情況，如果教室外面正下雨，教室里面日光燈亮著，此時窗外一個 閃電，使得外面很亮，日光燈就關閉了，這會造成麻煩。因此要避免這種問題。 方法就是在電路中安裝計數(shù)器，使得亮度差維持一定時間才可以使日光燈強制關 閉。綜上所述，我們可以利用光敏三極管設計一個電路，使得日光燈無法正常啟 動或者被強制關閉從而達到節(jié)約能源的目的。當然，這種方法的可行性從現(xiàn)在看 并不是很高，電路要改裝費用可能很高都會影響實施。不過我認為的確可以通過 光敏三極管的特性來得到節(jié)約的目的。二 光電隔離光敏三極管的另一個作用是傳輸信號，光耦合器（optical coupler ，英文縮寫為 OC）亦稱光電隔

30、離器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸 入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。目 前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成： 光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這- 13 -聲光雙控節(jié)能燈的設計就完成了電光電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器 輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能 力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具 有很強的共模抑

31、制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大 提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大 大增加計算機工作的可靠性。光耦合器的主要優(yōu)點是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔 離隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽 命長，傳輸效率高。光耦合器是 70 年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣 絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級間耦合、驅(qū)動電路、開關電路、斬波器、多諧振蕩器、信號 隔離、級間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài) 繼電器 （SSR） 、儀器儀表、通信設備及微機接口中。在單片開關電源中，利用線性

32、 光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達到精密穩(wěn) 壓目的。聲光雙控節(jié)能燈的整機電路原理圖 （ 附錄 A）元件參數(shù)表（附錄 B）該電路 PCB圖以及 3D視圖（附錄 C、D）仿真調(diào)試本電路對元器件的選擇很重要， 拾音器選用駐極體話筒， 駐極體話筒具有體積小、 結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點，廣泛用于盒式錄音機、無線話筒及聲控 等電路中，屬于最常用的電容話筒。 V1 管選用 C485，的值不少于 150 倍。光敏三 極管 VT5 選用暗電流 Id較小,光電流 Ic 較大 3UD，降壓電容選用耐壓 400V以上的金屬 化紙介電容器，全橋整流的 QD的反向擊穿電壓選用 1A

33、300V 以上的器件，以確保安全。該燈在接入 220V直流電源后，白天電路不工作 , 它只會在光線不足或者夜晚的時候 電路才進行工作 , 在發(fā)出一定聲音的情況下，燈亮并且持續(xù)一定時間后會自動熄滅。設計完成后，用軟件進行了仿真，得到以下仿真結(jié)果如圖2-9、2-10。其中用一個開關代替駐極體話筒，用滑動變阻器代替光敏三極管。- 14 -仿真調(diào)試U220V圖 2-9 白天光線強時仿真結(jié)果- 15 -聲光雙控節(jié)能燈的設計U220V圖 2-10 夜晚或者光線弱時仿真結(jié)果- 16 -電路 PCB板圖的制作電路 PCB板圖的制作本次設計中，我使用 PROTEU軟S 件來畫電路以及制作 PCB板，用 Prot

34、eus 制作 PCB 通常包括以下一些步驟：（1）繪制電路原理圖并仿真調(diào)試；（2）加載網(wǎng)絡表及元件封裝；（3）規(guī)劃電路板并設置相關參數(shù)； （4）元件布局及調(diào)整； （5）布線并調(diào)整；（6）輸出 及制作 PCB。其中對于封裝庫中沒有的封裝或者是與實際的元件不符的封裝，需要自己 畫。自建封裝保存后，再到庫中加載，就可以把自己制作的元件封裝加載到PCB中了 9- 17 -聲光雙控節(jié)能燈的設計致謝四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我 將面對又一次征程的開始。四年的求學生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也 收獲滿囊，在論文即將完成之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。

35、在此我想把我的敬意 和贊美獻給我的導師張增林老師。我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師。 您治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。感謝我的爸爸媽媽，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。在 論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可 敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！同時也感謝學院為我提供良好的做畢業(yè)設計的環(huán)境。最后再一次感謝所有在畢業(yè)設計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學， 以及在設計中 被我引用或參考的論著的作者。- 18 -參考文獻參考文獻康華光；電子技術基礎數(shù)字部分（第四版）

36、北京，高等教育出版社出版， 2006彭介華；電子技術課程設計指導北京，高等教育出版社， 2006楊旭東，劉行景，楊興瑤； 實用電子電路精選化學工業(yè)出版社， 2007華成英；電子技術北京；中央廣播電視大學出版社， 2006童詩白；模擬電子技術基礎 清華大學電子學教研組編， 第三版， 北京；高等教育出版社， 2004康華光， 陳大欽 電子技術基礎 （模擬部分）（第四版） M 北京：高等教育出版社， 1999何希才新型電子電路應用實例 M 北京：科學出版社， 2005李瀚蓀電路分析基礎（第 3 版） M 北京：高等教育出版社， 1993夏路易，石宗義電路原理圖與電路板設計教程PROTEUS M北京：

37、北京希望電子出版社， 2002索明何 , 王立剛 , 饒運濤 . 基于 555定時器的聲光雙控照明燈設計 J. 科技信息 （ 科學 教研 ）, 2008（10）吳仲國 . 高度聲控翻譯通信技術 J. 深圳特區(qū)科技 , 1994,（01）馬鴻洋 . 光控照明燈的制作 J. 大學物理實驗 , 2003,（01）陳剛 , 樊玲, 李婷. 聲控燈光效果的研究和開發(fā) J. 黑龍江科技信息 , 2007,（13）中國照明網(wǎng) HYPERLINK / /J. spangler.B. Hussain.A. K. Bchera Electronic ballast using a power factor con

38、ection techningues for loads over than 300 WattsCecilio Blanco.Marcos Monso A single stage fluorescent lamp ballast with high power- factorChins Chuang.Ching R A new power factor correction circuit for electronic ballasts with series - loaded ressonant inverter. APEC96張偉福 袁素蘭等電子節(jié)能燈 1995(6)張懷浚 節(jié)能燈綜述

39、1992(1)薦玉奎 , 吳克 .巧用聲光控開關演示光敏電阻特性J. 物理實驗 ,2005,(6).- 19 -聲光雙控節(jié)能燈的設計附錄2.3.4 聲光雙控節(jié)能燈的整機電路原理圖（附錄 A）- 20 -附錄2.3.5 元件參數(shù)表（附錄 B）元器件名稱數(shù)量備注555 定時器1全橋電路 QD1駐極體話筒1C110.47ufC21220ufC3147ufC414.7ufC5110ufC6110ufC710.68ufC81100ufC910.01ufNPN5光敏三極管 VT51二極管3電阻11R1（560K），R2（200），R3（300），R4（430K），R5（4.3K），R6（2.7K），R7（

40、1.8K），R8（5.6K），R9（1.1M），R10（22K），R11（20K）- 21 -聲光雙控節(jié)能燈的設計2.3.6 該電路 PCB圖以及 3D視圖（附錄 C、D）附錄 C 電路 PCB圖- 22 -附錄附錄 D 電路 PCB的 3D視圖- 23 -聲光雙控節(jié)能燈的設計附錄 英文參考文獻Experimental study of using fuel cells in dwellings for energy saving lighting and other low power applicationsAbstractThe accompanying CO2 and other gr

41、eenhouse gas emissions have been identified as a primary cause of global warming and the demand for electricity is expected to rise sharply within two decades. New energy-efficient, environmentally friendly power systems are, therefore, urgently required to ensure a sustainable built environment and

42、 also to meet the current building regulation standards. Fuel cells provide a means of supplying electricity and improving the built environment. In this paper, two methods of producing home-made hydrogen are described. The performance of low cost proton exchange membrane (PEM) fuel cells in a build

43、ing trial is evaluated. The PEM fuel cells have been tested to provide electricity for high illuminating light-emitting diode (LED) lamps in a dwelling. It is found that a small quantity of home-produced low-pressure hydrogen could power the LED lamps for several hours. Moreover, by introducing an a

44、ppropriate electronic circuit, the power consumption by the LED lamp is reduced with an added advantage of increasing the number of light fittings. The results illustrate the energy savings that can be achieved. They also give important pointers to how the technology can be used safely in dwellings

45、in tandem with other energy saving technologies in future.Keywords: Hydrogen; Fuel Cell; LED; Dwelling1. Introduction2. Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) also called proton exchange membrane fuel cells deliver high power density and offer the advantages of low weight and volume, compa

46、red to other fuel cells. PEMFCs (Fig. 1) use a solid polymer as an electrolyte and porous carbon electrodes containing a platinum catalyst. They need only hydrogen and oxygen from the air to operate and do not require corrosive fluids like some fuel cells. They are typically fuelled with pure hydrog

47、en supplied from storage tanks or onboard reformers. They operate at relatively low temperatures, around 80C (176 F) which allows themto start quickly and results in less wear on system components, resulting in better durability. However, they require that a noble-metal catalyst (typically platinum)

48、 be used to separate the hydrogens electrons and protons, adding to system cost. The platinum catalyst is also extremely sensitive to CO poisoning, making it necessary to employ an additional reactor to reduce CO in the fuel gas if the hydrogen is derived from an alcohol or hydrocarbon fuel. This al

49、so adds cost. Developers are currently exploring platinum/ruthenium catalysts that are more resistant to CO 1.- 24 -附錄PEMFCs are used primarily for transportation applications and some stationary applications due to their fast start-up time, low sensitivity to orientation, and favourable power to we

50、ight ratio. They have recently passed the test or demonstration phase and have partially reached the commercialization stage due to the impressive worldwide research effort.Fuel cells are different from batteries in that they consume reactant, which must be replenished, while batteries store electri

51、cal energy chemically in a closed system. Additionally, while the electrodes within a battery react and change as a battery is charged or discharged, a fuel cells electrodes are catalytic and relatively stable. Fuel cells also have an environmental advantage over batteries, since certain kinds of ba

52、tteries require special disposal treatment. Fuel cells provide a much higher power density, packing more power in a smaller space.Despite the currently promising achievements and the plausible prospects of PEMFCs, there are many challenges remaining that need to be overcome before they can successfu

53、lly and economically substitute for the various traditional energy systems. With the many promising research efforts in overcoming these challenges, the most important tools for the commercialization will be the technical data and information from a real PEMFC application test 2.Fuel cell systems ar

54、e presently the focus of intense research efforts among industrial, academic, and government organizations, but this work is primarily concentrated on technical hurdles to fuel cell commercialization.Recently, Degiorgis et al. 3 described the design of a laboratory-scale high-pressure electrolyser a

55、nd- 25 -聲光雙控節(jié)能燈的設計investigated the energy savings related to this technology. They described a detailed design and an economic analysis proving the technical and economical feasibility of the installation.Marshall et al. 4 examined the performance of a PEM water electrolysis cell using Ir xRuyTazO2

56、anode -2electrocatalysts. The best cell voltage they achieved was 1.567 V at 1 A cm .Mart nez et al. 5 studied experimentally the generation of high-purity hydrogen gas from the chemical reaction of aluminium with sodium hydroxide. Their experimental results showed that the hydrogen yields are accep

57、table. They coupled a PEMFC with the hydrogen produced from chemical reaction 6.This research concentrates on the use of PEMFCs in dwellings for the purpose of low power requirements.The building regulations in UK state that the dwelling emission rate (DER) should be calculated using a fixed assumpt

58、ion of 30% low-energy lighting. Reasonable provision would be to provide, in the areas 2 affected by the building work, fixed energy-efficient light fittings that number not less than one per 25 m or one per four fixed lightings 7.For these reasons, this research introduces and discusses one of the

59、remaining challenges on the application test of PEMFC to real systems such as residential power generation. In addition, this paper describes two methods of producing low-pressure home-made hydrogen which can be coupled with a PEMFC to power energy saving lamps, particularly, light-emitting diode (L

60、ED) bulbs.ReferencesFuel cell works website (accessed February 2008).Jung-Ho Wee, Applications of proton exchange membrane fuel cell systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews 11 (2007), pp. 1720 1738. Article | View Record in Scopus | Cited By in Scopus (20)L. Degiorgis, M. Santarelli and M.