声控延时电路

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第一章课程设计内容与要求分析 (1)
1.1课程设计内容 (1)
1.2课程设计要求分析 (1)
第二章控制电路设计 (3)
2.1电源电路设计 (3)
2.2 声控延时电路设计 (3)
2.2.1 555简介 (4)
2.3 晶闸管开关电路设计 (5)
2.3.1晶闸管工作原理 (6)
2.4 电路原件清单 (8)
课程设计总结 (10)
参考文献
附录1：电路图
附录2：实物图
第一章课程设计内容与要求分析
1.1课程设计内容
1. 设计用于220V/60W白炽灯控制的声控延时电路，要求在弱声环境下白炽灯灭，强声环境下白炽灯点亮50S，然后白炽灯灭。

延时控制使用NE555实现，白炽灯控制主电路采用BT151实现控制。

2. 白炽灯在强声环境下点亮时间不低于40S，亮度稳定。

1.2课程设计要求分析
我的设计题目是晶闸管构成声控延时灯电路。

设计该题目，要明确以下几点：
1、该电路为针对实际问题的以弱控强性控制电路。

因此，设计之前要考虑到什么样的电子器件或者是电气部件能作为弱电和强电的接口电路，并且还要对其工作原理比较熟悉。

这一点很关键，它关系到用什么样的电路来实现对照明灯亮灭的控制。

例如，我设计的电路是用晶闸管来作为该电路强弱电的接口电路的。

晶闸管是典型的“以小控大”型电子器件，即能够利用很小的电流去控制晶闸管的导通和截止，从而实现照明灯亮灭的可控性。

本电路采用的是单向晶闸管，当控制极为低电平时，晶闸管截止，控制极为高电平时晶闸管导通。

很明显，利用数字电子技术的相关知识很容易就能够实现对晶闸管工作状态的控制。

2、明确了接口电路问题之后，就可以考虑通过什么样的电路来实现对晶闸管工作状态的控制。

很明显，凡是能够实现输出为高低两种电平的电路都能够对晶闸管进行控制。

对这种电路的要求是能够对外界触发信号进行相应的响应。

3、将题目理解清楚之后，再来考虑用什么样的方式来实现。

考虑到电路对照明灯的控制要有延时功能，这些要求单稳态触发器基本都能满足。

因此，可利用单稳态触发器来作为外界信号的处理部分。

该电路可采用门电路来实现，也可以采用集成电路来实现。

采用集成电路就是利用工作于
单稳模式的555定时器实现。

4、最后要明确的是，声电转换问题。

声电转换可利用声电传感器实现，如压电陶瓷片、微型话筒等。

根据设计内容，电路应有三部分组成，分别是：电源电路、声控延时电路、晶闸管开关电路。

电源电路主要为控制电路提供工作电压。

声控延时电路根据外界声音信号作出相应的响应，加入了信号放大电路来对声音信号进行处理，经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。

晶闸管导通，照明灯点亮。

第二章控制电路设计
2.1电源电路设计
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。

本设计的电源电路部分为控制电路部分提供12V直流电压。

由于本设计所涉及的电路最终实现对市电照明灯的控制，控制电路对直流电源的稳定性要求不需要很高，故采用传统的电源电路设计方法就可以产生符合控制电路工作要求的直流电压。

电路图如图2-1所示。

图2-1电源电路图
2.2 声控延时电路设计
该电路能根据外界声音信号做出相应的响应。

该电路由三部分构成，分别为：音频信号采集放大电路、工作于单稳模式的555定时电路及晶闸管开关电路。

本设计采用小型驻极体电容话筒作为声电转换元件，并加入了信号放大电路来对声音信号进行处理，经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。

电路图如图2-2所示。

图2-2 声控延时电路图
2.2.1 555简介
555 定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。

若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端 TH 的电压大于2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为0，C2 的输出为1，可将 RS 触发器置0，使输出为0 电平。

它的各个引脚功能如下：
1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地.
8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 - 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 - 18V。

一般用5V。

3脚：输出端Vo。

2脚：低触发端。

6脚：TH高触发端。

4脚：是直接清零端。

当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：VC为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

7脚：放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表2-1示。

表2-1 555定时器功能表
清零端高触发端TH低触发端Q放电管T功能
0××0导通直接清零
1010导通置0
1101截止置1
10
10
1
1
保持上一状态
截止
保持上一状态
置1
保持上一状态
2.3 晶闸管开关电路设计
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。

2.3.1晶闸管工作原理
图2-3 晶闸管工作原理
晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接组成晶闸管的控制电路。

晶闸管的工作条件：
1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受和种电压，晶闸管都处于关短状态。

2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。

3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。

4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。

从晶闸管的内部分析工作过程：
晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结如图2-3中图一所示，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN
型三极管的复合管如图2-3中图二所示。

当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导铜，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。

图二中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。

因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门机电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。

设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0,晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：
Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0
若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig
从而可以得出晶闸管阳极电流为：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2））（1—1）式硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化如图2-3中图三所示。

当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式（1—1）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶闸管的阳极电流Ia≈Ic0 晶闸关处于正向阻断状态。

当晶闸管在正向阳极电压下，从门极G流入电流Ig,由于足够大的Ig
流经NPN管的发射结，从而提高起点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数a1,产生更大的极电极电流Ic1流经NPN管的发射结。

这样强烈的正反馈过程迅速进行。

从图3，当a1和a2随发射极电流增加而（a1+a2）≈1时，式（1—1）中的分母1-（a1+a2）≈0,因此提高了晶闸管的阳极电流Ia.这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。

晶闸管已处于正向导通状态。

式（1—1）中，在晶闸管导通后，1-（a1+a2）≈0,即使此时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通。

晶闸管在导通后，门极已失去作用。

在晶闸管导通后，如果不断的减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时，由于a1和a1迅速下降，当1-（a1+a2）≈0时，晶闸管恢复阻断状态。

电路总体设计如图2-3所示。

图2-4 总体电路图
2.4 电路原件清单
表2-1 电路原件清单表
器件名称标号大小数量
电阻R1200KΩ1 R2 1.5KΩ 1 R3 750Ω 1 R4 1.5 MΩ 1 R522KΩ1 R62 MΩ1
电容
C1 1uF 1 C2、C5 0.01 uF 2 C3 330 uF 1 C433 uF1
整流二极管D14稳压二极管D2 12V 1 发光二极管D3 1 晶闸管Q1 1
晶体管Q2 1 小型驻极体话筒MK1 1 照明灯DS1 220V/60W 1
课程设计总结
课程设计总结
通过电力电子课程设计，我不仅加深了对电力电子理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。

创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。

使之不断地战胜别人，超越前人。

同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。

设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。

经过近二周的努力,在老师和同学的帮助下,我基本上完成了设计任务。

通过这次课程设计,我充分认识到了自学的重要性,以及学以致用的道理。

我在图书馆查阅了大量的资料,同时也认识到了图书馆的重要作用。

在今后的学习过程中,应该多到图书馆看一些专业方面的书籍,以丰富自己的知识。

也使我加深了对单片知识的了解和应用。

由于知识水平的局限和时间的仓促，设计中可能会存在着一些不足,我真诚的接受老师和同学的批评和指正.最后衷心感谢老师的悉心指导和同学们的热心帮助！
总结人：陈晓蕾 2011.7.7
参考文献
参考文献
[1] 何希才、毛德柱编著. 新型半导体器件及其应用实例. 北京:电子工业出版社
[2] 杨帮文编. 新型集成器件实用电路. 北京:电子工业出版社
[3] 黄继昌主编. 电子元器件应用手册. 北京:人民邮电出版社
[4] 曲学基，王增福，曲敬铠编著. 稳定电源电路设计手册. 北京:电子工业出版社
[5] 王登辉电路与数字逻辑设计实践,东南大学出版
[6] 陈有卿等编著 555时基电路原理、设计与运用.北京：电子工业出版社
[7] 康华光电子技术基础.北京：高等教育出版社
[8] 李银华电子线路设计指导,北京航空航天大学出版。