華北科技學院課程設計--聲光控延時開關的設計目錄一、設計作用及目的 21．設計作用 22．設計目的 3二、設計具體要求 3三、聲光控延時開關的實現 41．系統概述 42．各部分工作原理 53．電路仿真 9四、心得體會 15五、附錄：元器件明細表 16六、參考文獻 17

聲光控延時開關的設計設計作用及目的1、設計作用公共場所和居民居住區的公共樓道普遍使用機械手動開關，由于各種原因往往出現許多燈泡點亮長明的現象，故使燈泡壽命短，浪費電量，為國家、單位、個人造成經濟損失。另外，由于頻繁開關或其他人為因素，墻壁開關的損壞率很高，既增大了維修量、浪費了資金，又容易造成事故隱患。因此，設計研究一種電路新穎、安全節電、結構簡單、安裝方便的聲光雙控白熾燈節能自動開關顯得相當有必要。使公共場所和居民居住區的公共樓道燈在白天時不亮，晚上聞聲自亮，待人走后，幾十秒后自動關閉，既方便，又省電。用聲光控延時開關代替住宅小區的樓道上的開關，只有在天黑以后，當有人走過樓梯通道，發出腳步聲或其它聲音時，樓道燈會自動點亮，提供照明，當人們進入家門或走出公寓，樓道燈延時幾分鐘后會自動熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會亮，可以達到節能的目的。2、設計目的(1)使學生進一步掌握模擬電子技術的理論知識，培養學生工程設計能力和綜合分析能力；(2)培養根據課題需要選學參考書籍,查閱手冊、圖表和文獻資料的自學能力。通過獨立思考，深入鉆研有關問題，學會自己分析并解決問題的方法；(3)通過電路方案的分析、論證和比較，設計計算和選取元器件，初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設計方法，提高電子電路的設計和實驗能力；(4)熟悉并學會選用電子元器件，為以后從事生產和科研工作打下一定的基礎；(5)了解與課題有關的電子電路以及元器件的工程技術規范，能按設計任務書的要求，完成設計任務，正確地反映設計與實驗的成果，正確地繪制電路圖。二、設計具體要求1.能夠通過照明燈開關對光線強弱的感應和通過照明燈開關對聲強的感應設置兩級開關，控制照明燈的亮滅。2.能夠實現有光線時滅，無光線有聲時亮。3.在燈亮一段時間（1～3min）后自動熄滅；4.在照明燈點亮期間又有新的聲源出現，照明燈重新開啟。5.電源為220v市電，控制對象為30w燈泡；6.總設計畫出電路原理框圖；7.利用仿真軟件進行電路仿真，列出原件明細表。三、聲光控延時開關的實現1．系統概述系統分為電源電路、控制部分和延遲開關部分，示意圖如圖1所示：圖SEQ圖\*ARABIC1系統示意圖

2．各部分工作原理（1）電源電路：由D1~D6、R1、C1構成，如圖2標注，D1~D4為整流電路，R1為限流電阻、電容C2濾去交流分量并儲存一定的電能，為延時提供電壓，穩壓管D6起限壓作用。圖SEQ圖\*ARABIC2電源電路（2）聲光控部分：電路通過光信號和聲音信號控制，分別使電路中的三極管處于截止放大或者飽和狀態，從而控制部分特殊點的電位達到聲光控的目的。如圖3所示為靜態工作點示意圖，三極管處于放大狀態時，Ube處于0.4V~0.7V之間。圖SEQ圖\*ARABIC3三極管靜態工作點示意圖光控由光敏電阻模擬，聲控由壓電陶瓷片模擬，電路中光敏電阻用RG1和RG2串聯代替，壓電陶瓷片由函數信號發生器代替。如圖4所示。圖SEQ圖\*ARABIC4模擬聲光控白天在光線的作用下光敏電阻很小，此時即RG2被短路只剩下較小的電阻RG1，如圖5所示。此時T2基極電位變低而處于截止狀態，即使函數信號發生器發出信號（模擬有聲音信號情況）也不能通過T2向后放大。同時PNP型管T3也截止，電容C4QUOTEC4兩端電壓很小，可控硅VS處于截止狀態，燈不亮。圖SEQ圖\*ARABIC5有光照時模擬晚上，RG1和RG2串聯保持高電阻，其上端電位升高，T2進入放大區，可以接收并放大聲音信號（信號發生器發出信號模擬）。在無聲音信號時，T3處于截止狀態，燈不亮。有聲音信號時，信號發生器發出信號，首先通過T1放大，然后經R5QUOTER5與C3出，使T2的基極電位升高，T2、T3隨之導通，正電源就通過T3、D7向電容C4充電，使C4兩端電壓升高，升至可控硅VS的觸發電平時，VS就就由關斷態進入導通態，燈亮。（3）延時關斷部分：延時關斷部分主要由R10、C4、C1成，如圖6所示。圖SEQ圖\*ARABIC6延時部分電容電荷釋放示意圖如圖7所示。圖SEQ圖\*ARABIC7電容電荷釋放示意圖

燈延遲關斷過程：燈亮時，由D1~D4、VS組成的開關主回路就有較大的電流通過，VS導通后，VS兩端電壓跌落，由T1~T3均轉為截止態，此時C4儲存的電荷將通過R10釋放，電容電荷釋放示意圖如圖表13所示。使C4兩端電壓逐漸下降，當降至VS門極的觸發電平，VS在交流電過零時即關斷，電燈X1隨之熄滅。由公式u(t)=u(∞)+[u(0+)-u(∞)]·e-(t/ζ)， 代入u(∞)=0V，u(0+)=13V，u(t)=5V計算得t=179.6s為延遲關斷時間。若環境再有響聲，則電燈再次被點亮，重復上述過程。3．電路仿真(1)電源電路仿真220V交流電通過電燈，經過D1~D4整流后，電容C2濾去交流分量，D6為穩壓值24V的穩壓二極管，保證后方電路電壓不超過24V。D1~D4為整流電路，整流前后波形如圖8所示；穩壓管D6起穩壓作用。穩壓波形如圖9所示。穩壓電路最終電壓24V為后面的聲光控電路提供合適的靜態工作點，也是延時關斷部分進行充放電必不可少的。

圖SEQ圖\*ARABIC8整流波形圖SEQ圖\*ARABIC9穩壓波形

(2)聲光控部分電路仿真白天有光照時光敏電阻減小，RG2被短路，如圖10所示，T2、T3兩管be間電壓都很小，兩管均截止，仿真如圖所示，C4兩端電壓很小，不能使可控硅VS導通，燈不亮。圖SEQ圖\*ARABIC10白天有光仿真

晚上無光照，光敏電阻有較高阻值，其電位升高使T2進入放大區，此時若沒有聲音信號，T3QUOTET3仍處于截止狀態，仿真如圖11所示。C4QUOTEC4電壓很低，可控硅VS不導通，燈不亮。圖SEQ圖\*ARABIC11晚上無聲仿真

有聲音信號時，信號發生器發出信號，首先通過T1放大，然后經R5與C3輸出，使T2的基極電位升高，T2導通，T3飽和導通，導通后僅起降壓作用，管壓降約為3V，此時電源通過T3、D7向電容C4充電，C4兩端電壓升高，升至可控硅VS的觸發電平時，VS進入導通態，燈亮。仿真如圖12所示。圖SEQ圖\*ARABIC12晚上有聲仿真

(3)延遲關斷部分仿真燈亮時，由D1~D4、VS組成的開關主回路就有較大的電流通過，VS導通后，VS兩端電壓跌落，此時C1、C4儲存的電荷將通過R10釋放，電容電荷釋放示意圖如圖13所示。測得波形如圖表14所示。使C4兩端電壓逐漸下降，當降至VS門極的觸發電平，VS在交流電過零時即關斷，電燈X1隨之熄滅。可控硅觸發電平接近4.3V，由波形圖可知，則在燈亮194.12s后，電容兩端電壓降至觸發電平以下，可控硅截止，燈熄滅，與計算值179.6s接近。圖SEQ圖\*ARABIC13電容放電延時仿真

四、心得體會在這三周的電子技術課程設計中，我做的是“聲光控制開關”。這是一種聲音和光照雙控電路，多用于樓梯、過道、庫房的場合。白天光照時，不管過路者發出多大聲音，都不會使燈泡亮。夜晚光暗，電路的拾音器只要檢測到有聲響，燈就會自動照明，若再無聲響，則過一段時間后燈自動熄滅，節能節電。電源設計根據其主體電路及執行機構不同，要求可靠、價廉、有效益。由于此開關在光線較暗時是否接通取決于聲音的強弱，因此為加強其工作效應，設計了信號放大整形電路，微弱的信號經過此電路加工也能使開關導通。本次的聲光控制開關的設計實踐將我們學到的知識應用到了實踐，深化了對數字電路設計和模擬電子設計的認識，使我們在設計的實踐中獲得新知。學習了一年的理論知識之后，這次的實踐操作，我得到了課本之外的東西，通過自己的獨立動手，老師耐心指導下以及同學的探討，讓我學會了分析電路、設計電路的步驟以及計算機輔助作圖等。在此設計中利用到了三極管的放大、光敏效應，讓我們進一步鞏固和掌握所學的理論基礎知識，加深對了對模擬電路、數字電路、理解，對元氣件的使用更加深刻。五、附錄表SEQ表\*ARABIC1元器件明細表名稱代號型號或參數作用電阻R1100kΩ限流R29.1kΩ基極偏置R32MΩ基極偏置R456kΩ集電極偏置R562kΩ耦合電阻R691kΩ耦合電阻R74.7kΩ基極偏置R836kΩ基極偏置R910kΩ集電極偏置R1062kΩ放電延時RG13kΩ兩電阻模擬光敏電阻受光時阻值變化RG220MΩ三極管T12N914(NPN)信號放大T22N914(NPN)信號放大、開關T32N6727(PNP)開關電容C1220μF濾波電容(電解電容)C2100nF耦合電容C31μF耦合電容(電解電容)C4100μF充放電電容(電解電容)可控硅VSMCR22-8單向可控硅二極管D1~D41N4007整流D5、D71N4007單向導通D61N4967(24V)穩壓管,限壓燈泡