【文章內(nèi)容簡介】 極管的基極上加一個微小的電流時，在集電極上可以得到一個是注入電流幾十倍的電流，即集電極電流，集電極電流隨基極電流的變化而變化，并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化，這就是三極管的放大作用，不過放大過程中要特別注意信號不能失真，因為只有不失真的信號放大才有意義。本系統(tǒng)就是利用三極管的這種放大作用，將聲音信號轉(zhuǎn)化來的電信號進行放大，以達到能夠控制后續(xù)電路正常工作的目的。第三章 聲光控制開關(guān)電路的設(shè)計及其性能分析聲光控制開關(guān)電路就是通過聲音信號與光信號共同控制燈的亮或滅，白天或光線較亮時，聲光控制開關(guān)呈關(guān)閉狀態(tài)，無論外界有沒有聲音信號，燈都不亮；夜間或光線較暗時，當有人經(jīng)過該開關(guān)附近，駐極體話筒將采集到的說話聲、腳步聲、拍手聲等聲源傳來的聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，然后與光控電路轉(zhuǎn)化來的電信號一起送入開關(guān)電路，開關(guān)電路得到觸發(fā)信號把控制開關(guān)打開，燈亮，延時約一分鐘后控制開關(guān)自動關(guān)閉，燈滅[[] [M].北京:人民郵電出版社,2001.]。系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)：（1）白天或光線較亮時，無論外界有沒有聲音信號，開關(guān)都關(guān)閉，燈不亮；（2）夜晚或光線較暗時，無聲音信號，開關(guān)斷開，燈不亮；有聲音信號觸發(fā)，開關(guān)開啟，燈亮；（3）燈亮一段時間后自動熄滅，且延時時間可以設(shè)定；系統(tǒng)設(shè)計要求：（1）電路可靠性和穩(wěn)定性要高。這是對控制電路性能最基本的要求，否則對燈的自動控制能力會變?nèi)?，嚴重時可能還會失去自動控制功能。（2）功耗要小?？刂齐娐芬恢倍冀佑诮涣?20伏電路上，若功耗比較大，則不利于節(jié)約能源，而且還會大大縮短控制電路的使用壽命。（3）靈敏度要能調(diào)節(jié)。這是控制電路正常工作時，對聲光控制信號的基本要求，對于聲音信號感知的靈敏度和對光信號感知的靈敏度應(yīng)能滿足不同的環(huán)境要求。（4）觸發(fā)延時時間要能按要求調(diào)節(jié)。延時時間至少在1分鐘內(nèi)可調(diào)。聲光控制開關(guān)電路系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，整個系統(tǒng)的工作原理是：全波整流電路將交流220V市電變成約為200V直流電壓，再經(jīng)降壓濾波后輸出12V直流電壓，為其后的聲控電路、光控電路及整個電路提供所需的直流工作電壓。聲控電路通過駐極體話筒采集聲音信號，將采集到的聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，光控電路通過光敏電阻采集光強信號，將采集到的光強信號轉(zhuǎn)化為電信號，然后與駐極體話筒采集到的聲音信號轉(zhuǎn)化而來的電信號一起送到三極管放大電路，經(jīng)放大電路放大以后觸發(fā)開關(guān)電路工作，從而控制受控開關(guān)的閉合，以達到控制燈亮或燈滅以及燈亮時間長短的目的，實現(xiàn)對燈的聲光自動控制功能。放大電路整流電路延時電路開關(guān)電路光控電路聲控電路圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖所謂橋式整流電路，就是用二極管組成的一個整流電橋，整流電路如圖2所示，它是由圖中的極管DDDD組成，其功能是將220V的交流市電轉(zhuǎn)換為直流電壓以提供后續(xù)聲控電路、光控電路延時電路及開關(guān)電路等電路所需的工作電壓。整流電路的工作原理：橋式整流電路是最基本的將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電路，整流電路中的二極管作為開關(guān)使用，具有單向?qū)щ娦?，根?jù)圖2中的橋式二極管整流電路以及圖3中的整流波形圖可知：當正半周時，二極管DD3導通，在負載電阻上得到的是正弦波的正半周；當負半周時，二極管DD4導通，在負載電阻上得到的是正弦波的負半周；在負載電阻上正、負半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓，再經(jīng)降壓濾波后就可為后續(xù)電路提供所需的工作電壓。圖2 橋式二極管整流電路圖3 橋式二極管整流電路波形設(shè)計聲控電路時，我們首先需要知道怎樣才能把聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，而且對聲音信號感應(yīng)的靈敏度也有很高要求，即不能太低，也不能太高，太高或太低都難以對聲控電路實現(xiàn)較好的控制，對聲音信號感應(yīng)的靈敏度應(yīng)能接收到像人的說話聲、拍手聲、腳步聲等比較常見的聲音信號為準。我們可以使用常見的聲音傳感器將這類聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，其中比較常用的聲音傳感器有電容式和磁電式兩類。電容式聲音傳感器是通過聲音的振動，從而引起電容量的改變，來得到聲音信號到電信號的轉(zhuǎn)化，目前常見的有駐極體話筒；磁電式聲音傳感器是通過用聲音的振動，帶動導線切割磁力線產(chǎn)生電流，以達到聲音信號向電信號的轉(zhuǎn)化，目前常見的就是動圈式話筒。駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡單，電聲性能好，價格低廉，應(yīng)用非常廣泛，考慮到元器件本身成本及使用方便等問題，這里使用駐極體話筒，利用駐極體話筒采集外界聲音信號并轉(zhuǎn)換成電信號，實現(xiàn)聲音信號到電信號的轉(zhuǎn)換。駐極體話筒的基本結(jié)構(gòu)是由一片單面涂有金屬的駐極體薄膜與一個上面有若干小孔的金屬電極構(gòu)成，駐極體面與背電極相對，中間有一個極小的空氣隙，形成一個以空氣隙和駐極體作絕緣介質(zhì)，以背電極和駐極體上的金屬層作為兩個電極構(gòu)成的一個平行板電容器，電容的兩極之間有輸出電極，高分子極化膜上生產(chǎn)時就注入了一定的永久自由電荷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，極化膜隨著聲音震動，因此駐極體和背極的距離也跟著變化，即改變了電容兩極板之間的距離，從而引起電容的容量C發(fā)生變化，而駐極體上的自由電荷數(shù)Q始終保持不變，根據(jù)公式：當C變化時必然引起電容器兩端電壓U的變化，從而輸出電信號，實現(xiàn)聲音信號到電信號的變換[[] [J].《物理教學探討》，2009,(4):7. ]。由于所形成的電容器的電容量很小，使得駐極體話筒轉(zhuǎn)化來的電信號相對較弱，轉(zhuǎn)換的電信號必須經(jīng)過一定放大才能起到良好的控制作用，可作為放大用的電路有功率放大電路、運算放大電路等，通常都選用運算放大電路，運放電路不僅可以提高信號的輸出電壓，而且還可以抑制零點漂移，但是使用運放電路會大大增加電路的體積和成本；而采用晶體三極管組成的放大電路來放大駐極體話筒產(chǎn)生的電信號，不僅簡化了聲控電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計，而且對聲音信號的控制作用也更榮易實現(xiàn)，因此本文使用由三極管組成的放大電路來實現(xiàn)對微弱信號的放大。由于電路的設(shè)計對元器件的要求較高，因此電路設(shè)計中所用到的元器件特別是半導體器件必須要保證較高的靈敏度，各元器件的性能參數(shù)也要精確穩(wěn)定，只有這樣電路才能高效工作，正常發(fā)揮電路應(yīng)有的功能。聲控電路如圖4所示,由QR1 、R2 、R3 、C2 、MIC組成。其中MIC為駐極體話筒,它把采集到的聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號,經(jīng)電容C2耦合至三極管Q1的基極，然后通過與門電路與光敏電阻轉(zhuǎn)化來的電信號一起送入后續(xù)電路。外界有聲音信號時,如果環(huán)境的聲音信號很弱,三極管Q1仍處于飽和狀態(tài),集電極輸出為低電平；當外界聲音信號達到一定強度時,駐極體話筒將轉(zhuǎn)化來的電信號經(jīng)C2耦合到Q1的基極,三極管由飽和進入放大狀態(tài),集電極電位隨著聲音信號的強弱而高低變化,當聲音信號達到一定強度時,其集電極由低電平轉(zhuǎn)變成高電平，聲控電路導通，并將信號傳遞至開關(guān)電路，控制燈的亮或滅。 圖4 聲控電路 圖5 光控電路 光控電路一般可由光電傳感器和電子元器件構(gòu)成，電路有很多設(shè)計方案，由于光控電路對電路元器件本身有很高的要求，設(shè)計電路時必須充分考慮各個方案的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性以及每個元器件的各項性能等問題。光控電路控制功能實現(xiàn)的核心是光電傳感器，因此選擇光電傳感器時必須選擇可靠、穩(wěn)定、靈敏度高的光電傳感器，以保證電路各項參數(shù)的可靠、精確和穩(wěn)定，正常發(fā)揮電路應(yīng)有的功能和作用，為此在設(shè)計光控電路時，不僅要盡量簡化電路結(jié)構(gòu)、降低成本，而且要使電路功能能夠長期穩(wěn)定可靠[[] [J].《太陽能》，2010(21):30~32. ]。光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器，它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，此處可以選用光敏電阻作為光信號采集元件，光敏電阻是采用半導體材料制做，利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電元件，用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物和碲化物等半導體，通常采用涂敷、噴涂等方法在絕緣襯底上制做很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，然后接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度，半導體的導電能力取決于半導體導帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少，當光敏電阻受到光照時，價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導帶，成為自由電子，同時產(chǎn)生空穴，電子—空穴對的出現(xiàn)使電阻率變小，光照愈強，光生電子—空穴對就越多，阻值就愈低，當光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照強度增大而增大，入射光消失，電子空穴對逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)原值，電流逐漸減小。在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，受到適當波長的光線照射時，電流就會隨光照強度的增加而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。利用光敏電阻的阻值隨光照強度變化的特點，將光敏電阻與電