声光控楼梯延时灯

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《模拟电子技术》课程设计
题目声光控楼梯延迟灯
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目录
1 课程设计的目的 (1)
2 课程设计的任务与要求 (1)
3 设计方案与论证 (1)
3.1 设计方案 (1)
3.2方案理论测试 (3)
4 设计原理与功能说明 (5)
4.1设计原理与功能 (5)
4.2总体电路图 (7)
5 单元电路设计 (9)
6 硬件调试 (10)
7 总结 (10)
附录一：总体电路原理图 (13)
附录二：元器件清单 (14)
1 课程设计的目的
节电开关，在白天或光线较亮时，节电开关呈关闭状态，灯不亮，夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态。

当有人经过该开关附近时，脚步声等把节电开关启动，灯亮，延时40~50秒后节电开关自动关闭、灯灭。

2 课程设计的任务与要求
1 设计任务
设计一个应用三极管放大电路的声光控楼梯延迟灯控制电路。

2 设计要求
（1）应用三极管放大电路的原理确定原件的安装方式，电阻采用卧式安装，其他元件采用立式安装。

（2）在白天光线较强时，灯自动封锁不亮。

（3）一到傍晚，只要楼梯走道有人走动或有人谈话时，灯即点亮。

（4）灯延迟数十秒后，又自动熄灭。

3 设计方案与论证
3.1 设计方案
声光控楼梯延迟灯的关键部分是声控电路、光控电路、可控器件和楼梯控制灯。

下面列出方案：
方案1 ：
主要包含四部分电路，分别为：电源电路、光控电路、声控延时电路、
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晶闸管开关电路，下面对其功能进行逐一分析并确定电路结构。

电源电路主要为控制电路提供工作电压，本设计采用传统的电源电路设计方法，即降压、整流、滤波、稳压，使电路输出12V直流电压供给控制电路。

光控电路是根据光线的强弱来优先决定电灯的亮灭。

该电路可以对声控延时电路进行控制，在白天光线较强时，光控电路输出低电平将声控电路封锁；在晚上光线较弱时，光控电路输出高电平，则声控功能打开。

本设计采用光敏电阻和其他电阻组成的分压电路来控制555定时器的触发输入端和6脚连接在一起，通过一电容接地，555定时器的输出去控制声控电路中的555定时器的复位端。

声控延时电路：该电路主要在光线较弱时起作用。

这主要是通过光控电路的输出来控制的。

在白天，该电路在光控电路的控制作用下，处于关闭状态，对任何声音信号都不响应；在晚上，光控电路将该电路的功能打开，使得该电路能根据外界声音信号作出相应的响应。

经放大处理后的声音信号控制处于单稳工作模式的555定时器来实现声控及延时功能。

晶闸管开关电路：该电路受声控电路555定时器输出端的控制。

当其输出低电平时，晶闸管截止，由于照明灯与晶闸管串联，所以灯熄灭；当其输出高电平时，晶闸管导通，照明灯点亮。

方案2：
2
图3-1 电路设计
如图3-1，声控电路将声音信号转换成相应电信号，经放大、整流等处理，变成相应直流信号，去控制可控器件。

当可控器件导通时，灯也就点亮，经一段时间延迟后，延迟电路让可控器件截止，灯熄灭。

在白天，光控电路作用于可控器件，使其截止，等始终处于熄灭状态。

由于方案二比之方案一较简单易行，其电路简单，更实用，设计成本也比较低，各种功能效果都相差无几，电路比较容易实现，更适合用于实习训练。

而且，方案二全部由模拟电路来实现电路之间的连通与互换，采用频率电压转换电路来代替滤波器，较之直接使用滤波器更为容易方便。

并且市场上较多的音乐彩灯控制器都是用方案一来实现的。

而方案一要采用多级放大电路来实现多种控制方式，无论是实验方案的设计，还是在进行硬件安装和调试的过程都比较繁琐，且不容易实现，不能达到预期的效果。

方案一采用了滤波器，比之方案二又使电路的设计更为复杂了，且滤波器在市场上不容易买到，价格比较昂贵所以，经过我们的共同讨论，并在参考了指导老师的意见下，我们确定方案为方案二。

3.2方案理论测试
节电开关，在白天或光线较亮时，节电开关呈关闭状态，灯不亮，夜
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间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态。

当有人经过该开关附近时，脚步声等把节电开关启动，灯亮，延时40~50秒后节电开关自动关闭、灯灭。

图3-1 声光控电路原理方框
上图3-1是该声光控电路原理方框，由话筒、声音放大、倍压整流、光控、电子开关、延时和交流开关七部分电路组成。

电路原理：话筒MIC1和VT1、R1~R3、C1组成声音拾取放大电路。

为了获得较高的灵敏度，VT1 的β值选用大于100。

话筒MIC也选用灵敏度高的。

R3不宜过小，否则电路容易产生间歇振荡，C2、D1和D2、C3构成倍压整流电路。

把声音信号变成直流控制电压。

R4、R5和光敏电阻R11组成光控电路。

有光照射在R11上时，阻值变小，对直流控制电压衰减很大。

VT2、VT3和R7、D3组成的电子开关截止，C4 内无电荷，单向可控硅MCR 截止，灯泡不亮。

在MCR截止时，直流高压经R9、R10、D4降压后加到C3、CW1（稳压管）上端。

C3为滤波电容，CW1为稳压值12~15V的稳压二极管，保证C3上电压不超过15V直流电压。

当无光照射R11 时，R11 阻值很大，对直流控制电压衰减很小，VT2、VT3等组成的电子开关导通，D3 也导通，使C4充电。

R8、C5和单向可控制MCR、D5~D8 组成延时与交流开关。

C4
通过R8 把直流触发电压加到MCR控制端，MCR导通，灯泡点亮。

灯泡发光
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时间长短由C4、R8 的参数决定，按图中所给出的元器件数值（R8为22K），发光30秒左右后，MCR截止，灯熄灭。

4 设计原理与功能说明
4.1 设计原理与功能
1. 光控电路
光控电路可实现白天时灯的自定封锁熄灭。

光控电路的原理是应用光敏元件来实现光线对其影响。

常见的光敏元件有光敏二极管、光敏三极管和光敏电阻灯。

常见光控电路简图如图4-1所示。

图4-1（a）中使用的感光器件为光敏三极管。

当光敏三极管受光照射时，VT1导通，使VT2导通，电磁继电器KA吸合，工作电路接通，实现光控开启。

无光照时VT1截止，
图4-1 光控电路
使VT2截止，电磁继电器KA断电，灯EL熄灭。

图4-1（b）所示为光敏电阻R2与晶闸管VD构成的光控电路。

当白
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天自然光线较强时，光敏电阻R2呈低电阻，与R1分压后使晶闸管VD门电极处于低电平，VD获得正向触发电压而导通，灯EL亮。

2.、声控电路
使用声控电路可实现电路的智能化控制，只要拍拍手就可以让电路自动开启，实现无接触式开启、关闭。

声控电路的基本原理是利用话筒来接受外界的声音，把声音信号转换成电信号，在经过放大处理作用于电路的工作。

一些简易的电路控制如图4-2所示。

图4-2 声控电路
图4-2（a）、（b）中，B为灵敏度较高的小型驻极体电容话筒。

图4-2（a）工作原理使当B接收到声音信号时，B将声音信号变成为电信号，并经过电容C耦合触发晶闸管，使其导通，整流电路工作，有电流流过EL，灯点亮。

图4-2（b）为声音信号放大电路。

当B接收到信号时，B将声音信号变成为电信号，并经三极管VT放大，在经过VD1、VD2倍压整流后，将其变成直流控制电压去触发下一级电路的晶闸管，使其导通。

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3、延迟电路
常用的简单延时电路是利用电容的充电放电功能来实现延时功能，并与各类电子元件相互组合实现不同的延时控制。

延时电路可实现开启和延时关闭等控制。

电容与其他电子元件的组合使用有如下几种：
（1）电容与放大电路组成的延时电路。

如图4-3（a）、（b）所示，在有电压U输入时，三极管基极有电流通过，电路导通，同时，电容C被快速充电。

U停止输入后，电容放电，使三极管继续保持导通，延时开始，直到电容放电完毕，三极管截止，延时结束。

图4-3（b）中加入了电磁继电器，当三极管导通时，电磁继电器吸合，可实现低压控制高压的延时控制。

（2）电容与晶闸管组成的延时电路。

电容与晶闸管组成的延时电路如图4-3所示，当有U输入时，晶闸管VD导通，同时电容C正向充电。

当没有电压U输入后，电容C通过R放电时晶闸管VD保持导通，使工作电路运作。

当C放电完毕，VD因没有触发电流而截止，延时结束。

延时时间由C的电容量和R的大小决定。

图4-3 延迟电路
4.2 总体电路图
1.电路的工作原理
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图4-4为声光控楼梯延迟灯的应用电路，其声控灵敏度较高。

VD10输出音频信号经VD5、VD6倍压整流后，将其变成直流控制电压去触发VD11、VD12导通，从而使晶闸管VD13导通，电灯EL点亮发光。

电路延迟时间有R9与C4数值决定，通常为数十秒。

电容C5可吸收电网干扰脉冲，可防止电路误触发。

VT13采用出发电流较小的小型塑封单向晶闸管2N6565，其电流、电压参数为0.8~1A/400~600V。

图4-4 声光控楼梯延迟灯的应用电路
该延迟电路采用：“二线制”接法，开关对外仅两根接线端子，可直接取代普通开关，而不必更改原有照明线路。

图4-4中，R5可选择亮阻与暗阻相差倍数愈大愈好的MG44、MG45型灯光敏电阻器；B应采用灵敏度较高的的小型驻极体电容话筒，如CRZ2-113F型等。

白天光线较强时，R5阻值较小，VT11截止，VT12截止，晶闸管VD13截止，桥式整流电路无较大输出电流，灯EL熄灭锁定。

当一天到傍晚，只要楼梯走道有人走动或谈话时，驻极体电容话筒B输出相应电信号，经
VT10放大，VT5、VT6倍压整流后，将其变成直流控制电压去触发VT11、
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VT12导通，从而使晶闸管VD13导通，整流电路输出较大电流，电灯EL 点亮发光。

经电路延迟一定时间后，VD13截止，电灯EL 熄灭。

5 单元电路设计
三极管放大电路：
图5-1 三极管放大电路
双极型半导体晶体三极管(BJT) 由两个PN 结和三个电极构成。

三个区域为基区（B 区）、发射区（E 区）、集电区（C 区）。

两个PN 结为发射结（BE 结）、集电结（CB 结）。

三个电极为发射极E （Emitter ）、基极B （Base ）、集电极C （Collctor ）。

因杂质半导体有P 、N 型两种，所以三极管的组成形式有NPN 型和PNP 型两种。

2、放大电路三极管的三种连接方式
图5-2 放大电路三极管的三种连接方式
图（a）从基极输入信号，从集电极输出信号，发射极作为输入信号和输出信号的公共端，此即共发射极（简称共射极）放大电路；图（b）从基极输入信号，从发射极输出信号，集电极作为输入信号和输出信号的公共端，此即共集电极放大电路；图（c）从发射极输入信号，从集电极输出信号，基极作为输入信号和输出信号的公共端，此即共基极放大电路。

6 硬件调试
本次课程设计，我小组首先通过网络搜索了声光控楼梯延迟灯的相关原理图、零器件等等，经过小组讨论选择最使用的一种原理图，小组成员开始对相应原理图进行仿真实验，通过仿真测试无误，由负责人购买相关器件，经过一个星期元器件排版，焊接，其中由于失误，多次烧毁器件。

在进行三极管放大电路的器件组合时，由于对理论知识不熟多次出错，其在老师指导下才终于完成，最终在电路板测试时，一举取得成功。

7 总结
经过一周左右的课程设计终于要画上一个完美的句号。

回味这个过程，确实充满着酸甜苦辣。

设计的过程并非一帆风顺，遇到了许多困难，但我们努力解决。

通过一周的课程设计，我学到了许多，这让我拥有了一次运用我所学模电知识的机会。

在课程设计开始阶段，遇到的问题比较多。

通过查找资料，我开始渐渐了解声光控电路的原理，设计方法及应用。

声光控的种类繁多，
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技术含量与复杂程度也各不相同。

我通过了解了各种类型的声光控电路的原理，然后开始考虑自己应该设计何种类型的声光控。

据课题要求，应该是设计一种开路式声光控楼梯延迟灯。

这也是众多声光控中比较简单的一种。

考虑到我所学的知识有限，难以设计复杂的声光控电路，最终决定设计通过三极管控制的声光控电路。

在设计过程中，我参考了网上的一些声光控电路及其他资料。

通过设计、查找资料，我了解了一些以前未学过的元件。

如三极管。

我知道了很多，也扩展了视野。

我也收获很多，我更熟练的掌握使用三极管放大电路。

重要的是我初步学会了设计电子电路的方法与技巧，这对我而言，确实是大有裨益的。

我相信有这次设计作基础，我以后会设计出更好的电子电路。

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参考文献
[1] 华成英，童诗白. 模拟电子技术基础（第3版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006
[2] 江晓安，董秀峰. 数字电子基础（第3版）[M]. 陕西：西安电子科技大学出版社，2008
[3] 杨力，文刚. 电子技术课程设计. 北京：中国电力出版社，2009
[4] 夏路易，石宗义. 电路原理图与电路板设计教程. 北京：北京希望电子出版社，2002
[5] 邱寄帆，数字电子技术实验与综合实训. 北京：人民邮电出版社，2005
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附录一：总体电路原理图
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附录二：元器件清单
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