《声光双控延时开关电路制作》

图1
声光双控延时开关电路制作实验报告
一、目的
进一步加深理解典型光电传感器的工作原理及其应用。

学习光敏电阻传感器的应用及其与其它传感器（如声敏传感器——驻极体话筒）是如何配合使用来实现一个更为复杂的控制过程。

并让学生学会如何将已学习的关于光电传感器应用到实际的应用领域。

初步领会如何根据已给定的条件，根据需要设置电路中相关元器件的参数；如何根据故障现象，依据已学习的理论及专业基础知识和电路原理图进行故障的排除；提高动手能力及实际操作技能。

二、任务和要求
㈠任务
1.按工厂模式进行元器件的检测和验收。

2.掌握该电路的工作原理。

要求具体到每个元器件的作用；能对该电路进行功能模块的划分并画出电路原理框图。

3.按工艺要求进行焊接和组装。

4.对电路进行调试、检测、以及故障排除，最终实现其功能。

5.按要求撰写实训报告。

㈡要求
如电路图所示。

1.白天
光敏管DG 在光线的照射下，反向电阻变小，IC1D 反相器（11）脚输出高电平，经D1，（1）脚为高电平，IC1A 与非门（3）脚输出低电平，单向可控硅SCR 截止，灯泡LAMP 保持不亮。

2.夜间
光敏管DG 反向电阻变大，IC1D 反相器（11）脚输出低电平，这时D1起到了隔离的作用。

当话筒MIC 接收到脚步等声音时，经C2到IC1C 放大，输出的脉冲信号经C4使（1）脚得到低电平，IC1A 与非门（3）脚输出高电平，单向可控硅SCR 导通，灯泡LAMP 点亮；同时C5开始充电使IC1B 反相器
（4）脚输出低电平，IC1A 与非门（3）脚保持输出高电平，单向可控硅SCR 保持导通，灯泡LAMP 保持点亮。

当C5充电完毕，IC1B 反相器输出变为高电平，IC1A 与非门（3）脚输出低电平，单向可控硅SCR 截止，灯泡LAMP 熄灭。

当话筒MIC 再次接收到脚步等声音时，灯泡点亮延时熄灭（54秒左右），依此循环。

C5充电时间（即灯泡延时时间）由C5、R3的数值决定。

R5增大可使声音灵敏度降低。

三、电路图及其工作原理
光敏电阻器是利用半导体光电效应制成的一种特殊电阻
器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱变化而
变化。

在无光照射时，它呈高阻状态；当有光照射时，其电阻
值迅速减小。

常见的光敏电阻的外形如图31中的分立器件所示，光敏
电阻器通常由光敏层、玻璃基片(或树脂防潮膜)和电极等组
成。

光敏电阻广泛应用于各种自动控制电路（如自动照明灯控
制电路、自动报警电路等）、家用电器（如电视机中的亮度自动调节，照相机中的自动曝光控制等）及各种测量仪器中。

声光控延时开关的电路原理图见图1所示。

电路中的主要元器件是使用了数字集成电路cd4011，其内部含有4个独立的与非门vd1～vd4，使电路结构简单，工作可靠性高。

顾名思义，声光控延时开关就是用声音来控制开关的“开启"，若干分钟后延时开关“自动关闭"。

因此，整个电路的功能就是将声音信号处理后，变为电子开关的开动作。

明确了电路的信号流程方向后，即可依据主要元器件将电路划分为若干个单元，由此可画出图2所示的方框图。

结合图2来分析图1。

声音信号(脚步声、掌声等)由驻极体话筒b1接收并转换成电信号，经c1耦合到Q1的基极进行电压放大，放大的信号送到与非门(U1A)的1脚，R2、R6是Q1偏置电阻，c2是电源滤波电容。

为了使声光控开关在白天开关断开，即灯不亮，由光敏电阻RL1等元件组成光控电路，R7和RL1组图2 交流24V声光双控延时开关电路
成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，RL1两端的电压高，即为高电平s时间t=2πr8c3，改变R3或C5的值，可改变延时时间，满足不同目的。

U1C和U1D构成两级整形电路，将方波信号进行整形。

当C5充电到一定电平时，信号经与非门U1C和U1D后输出为高电平，使单向可控硅导通，电子开关闭合；C5充满电后只向R3放电，当放电到一定电平时，经与非门U1C和U1D输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。

二极管d1～d4将交流24v进行桥式整流，变成脉动直流电，又经R9降压，c2滤波后即为电路的直流电源，为B1、Q1、IC等电路供电。

为安全起见，当学生第一次调试该电路时，请使用交流24V的安全电压。

当电路的功能调试完成并符合要求之后，只需把电阻R9换为83K，该电路就可用来控制交流220V电路中100W以内的白炽灯，即可直接取代普通墙壁手动开关而不必更改原有照明线路。

改造后的电路图如下图3所示。

图3 交流220V声光双控延时开关电路
图4 声光双控延时开关方框图
1、单向桥式整流电路是由4只整流二极管组成、如图5所示。

工作原理：利用4个二极管接成电桥使在电路的正负半周的电压经过两只二
2、声控电路结构原理：
如图6所示声控电路由传声器BM ，电阻器R2,R4,三极管VT 、电容C1和CD4011组成。

工作原理：话筒BM 将声音信号转化为负极性的电信号，但接受到的微弱信号经C2滤波，
通过三极管VT CD4011的2脚，并通过R4给基极提供导电电压。

3、光控结构原理：
在光线较暗是，光敏电阻呈高阻态；在光线较亮时，光敏电阻呈低阻态，光敏电阻通常都工作于直流或低频状态下。

如图7所示
工作原理：在黑暗状态下光敏电阻呈高阻态，电路通过R5在光敏电阻形成高电平。

当同时有声音信号是，经过CD4011的一个与非门是后级电路工作。

当有足够的光通量照射在光敏电阻上时，其电阻值突然降得很低，所以光敏电阻两边的电压就很小，就不能形成高电平，使其后级电路不能工作。

4、延时电路：
如图8 所示延时电子开关电路由二极管、电容C3、电阻R8、单向可控硅T 和集成芯片CD4011组成。

图5
图6 图7
工作原理：BM接收到声音信号并通过三极管进行放大后送到CD4011VD5导通对
图8
C3进行充电。

充电式电流大，充电时间短，而后C3对单向可控硅缓慢放电，这是就算没有声音灯泡仍然点亮，知道C3
四、元器件清单
五、主要元器件的选择及其性能参数和检测方法
ic选用cmos数字集成电路cd4011，其里面含有四个独立的与非门电路。

内部结构见图3，vss是电源的负极，vdd是电源的正极。

可控硅VS1选用1a／400v的进口单向可控硅100-6型，如负载电流大可选用3a、6a、10a等规格的单向可控硅，单向可控硅的外形如图4所示，它的测量方法是：用r×1档，将红表笔接可控硅的负极，黑表笔接正极，这时表针无读数，然后用黑表笔触一下控制极k，这时表针有读数，黑表笔马上离开控制极k这时表针仍有读数(注意触控制极时正负表笔是始终连接说明该可控硅是完好的。

驻极体选用的是一般收录机用的小话筒，它的测量方法是：用r×100档将红表笔接外壳的s、黑表笔接d，这时用口对着驻极体吹气，若表针有摆动说明该驻极体完好，摆动越大灵敏度越高；
光敏电阻选用的是625a型，有光照射时电阻为20k以下，无光时电阻值大于100MΩ，说明该元件是完好的。

二极管采用普通的整流二极管1n4001～1n4007。

总之，元件的选择可灵活掌握，参数可在一定范围内选用。

其它元件按图2所示的标注即可。

主要元器件的性能参数需要学生在自主学习的过程当中，来补充和完善。

六、调试注意事项
1. 焊接、组装完毕后，应再一次仔细检查电解电容有否接反？并应在第一次通电前对电源与地之间的电阻进行测量，确认电解电容连接正确及无短路之后方可通电。

2. 若光敏电阻的暗电阻等参数达不到要求，则应自行调整与之串联分压的电阻R7的阻值，以使电路在无光时能正常工作。

七、可能的故障及排除方法：
1、灯一直不亮可能是灯泡坏掉，也可能是电源或控制电路出现故障。

在确认灯泡正常下先检查C2两端是否有10V以下直流电压，若没有就说明整流二极管出现故障，需对整流电路进行排障；若C2两端电压正常，在检查光敏电阻正常否，光敏电阻在无光照下阻值应在1M以上，有光照下只有数百欧姆，若不满足上述条件应更换光敏电阻；让光敏电阻无光照下对CD4011四个与非门输入端依次加入触发信号，并用万用表监测期输出端电平是否改变，若不变，在其他元件正常下则说明芯片损坏；若芯片正常，就检查R3和可控硅是否异常；若对CD4011各输入端加入触发电平，CD4011能正常翻转且能点亮灯泡，则应检查话筒、C1、VT。

2、灯常亮不熄首先应该想到这种情况主要是控制电路出现了问题，先检查可控硅是否损坏，若正常再检查VT有没有开路、R7阻值是否增大、VT5是否开路；若未发现异常，则可能CD4011内部损坏，用以上方法确认后予以更换；若芯片正常则检查电路有没有短路。

八、实物图：
九、测量数据：
集成电路初始电压=14V；
R5分压后电压=1.9V；
延迟时间=54秒；
十、实训制作过程出现的问题及故障排除：
1、在焊接R2时拿错了R6，幸好在焊接R6是发现并及时排除故障；
2、在焊接BM时导线裸露部分过长，并且导线也过长，导致安装不上，而后将BM下压缩短与板的距离时出现了裸露部分导线短路现象，不过有早观察到并更换导线；
3、缺乏焊接锻炼，为此在焊接过程比较生疏，焊点也不是焊得太好；
十一、心得体会：
在本次实训过程中暴露出了几个问题，让我了解到自己的不足，今后应当对电路分析、焊接工艺进行加强；不过也让我进一步掌握了集成电路的应用，对于电路的分析能力和动手能力虽然还有待提高，但相对之前也有所提升。