【正文】 DD=5V,VO=VDD=10V,VO=VDD=15V,VO=369VVV表1 CD4011的靜態(tài)參數(shù)整體電路系統(tǒng)原理圖如圖9所示，系統(tǒng)采用CD4011為核心控制晶閘管的導(dǎo)通與斷開，二極管D2D5組成橋式整流電路將220V交流電變成直流電壓，再經(jīng)過R7限流，D6穩(wěn)壓，C2濾波輸出12V直流電壓，為集成塊CD4011及三極管Q1提供所需的直流電壓。C+25176。 圖8 CD4011的內(nèi)部結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)用到的CD4011的參數(shù)如表1所示?？煽毓桕P(guān)斷條件：降低或去掉加在可控硅陽極至陰極之間的正向電壓，使陽極電流小于最小維持電流以下，開關(guān)電路就是通過控制可控硅的導(dǎo)通與斷開來控制燈泡的亮和滅的。在該電路中與非門1和與非門2組成聲音信號(hào)和光信號(hào)與邏輯電路；與非門與非門4和電阻R7組成可控硅觸發(fā)電路。延時(shí)時(shí)間理論值為： 圖6 延時(shí)電路 圖7 開關(guān)電路 開關(guān)電路如圖7所示，由集成電路CD401電阻R5和可控硅D7組成，可控硅的作用就是控制開關(guān)的通斷。 延時(shí)電路如圖6所示,由二極管D1，電阻R6和電容C3組成。電路的工作原理是：光信號(hào)的強(qiáng)弱經(jīng)光敏電阻RG轉(zhuǎn)換為高、低電平后送入集成電路CD4011的1腳，由降壓濾波電路知，光敏電阻RG和R4的總電壓U為12V,白天光線照射到光敏電阻RG上時(shí)，其阻值變得很小，約為20K,則光敏電阻兩端的電壓U1為：根據(jù)CD4011的參數(shù)即第13頁的表1可得，CD4011的1腳為低電平，則3腳被鎖定為高電平，與2腳的輸入高低電平無關(guān)，此時(shí)聲音信號(hào)通道電路被封鎖，使聲音信號(hào)不能通過，即燈泡亮滅不受聲音信號(hào)的控制，這時(shí)，門U1A的3腳輸出的高電平經(jīng)過門U2B、U3C、U4D三次反相后變成低電平，可控硅D7無觸發(fā)信號(hào)不導(dǎo)通，燈不亮。利用光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度變化的特點(diǎn)，將光敏電阻與電阻等元器件一起構(gòu)成光電壓采樣控制電路，光信號(hào)的強(qiáng)弱由光敏電阻轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的強(qiáng)弱，然后與聲控電路采集到的電信號(hào)一起送到延時(shí)開關(guān)電路，只要轉(zhuǎn)化來的電信號(hào)強(qiáng)度能夠達(dá)到一定程度就能觸發(fā)開關(guān)電路，使其導(dǎo)通或截止，從而達(dá)到光信號(hào)自動(dòng)控制聲控信號(hào)的目的。光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器，它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，此處可以選用光敏電阻作為光信號(hào)采集元件，光敏電阻是采用半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少，當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，價(jià)帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同時(shí)產(chǎn)生空穴，電子—空穴對(duì)的出現(xiàn)使電阻率變小，光照愈強(qiáng)，光生電子—空穴對(duì)就越多，阻值就愈低，當(dāng)光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照強(qiáng)度增大而增大，入射光消失，電子空穴對(duì)逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)原值，電流逐漸減小。 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(jì)方案，由于光控電路對(duì)電路元器件本身有很高的要求，設(shè)計(jì)電路時(shí)必須充分考慮各個(gè)方案的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性以及每個(gè)元器件的各項(xiàng)性能等問題。其中MIC為駐極體話筒,它把采集到的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),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(hào)一起送入后續(xù)電路。由于電路的設(shè)計(jì)對(duì)元器件的要求較高，因此電路設(shè)計(jì)中所用到的元器件特別是半導(dǎo)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。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(gè)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(duì)，中間有一個(gè)極小的空氣隙，形成一個(gè)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(gè)電極構(gòu)成的一個(gè)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(shí)就注入了一定的永久自由電荷Q，由于沒有放電回路，這個(gè)電荷量是不變的，在聲波的作用下，極化膜隨著聲音震動(dòng)，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(dāng)C變化時(shí)必然引起電容器兩端電壓U的變化，從而輸出電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)聲音信號(hào)到電信號(hào)的變換[[] [J].《物理教學(xué)探討》，2009,(4):7. ]。電容式聲音傳感器是通過聲音的振動(dòng)，從而引起電容量的改變，來得到聲音信號(hào)到電信號(hào)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(dòng)，帶動(dòng)導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生電流，以達(dá)到聲音信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)化，目前常見的就是動(dòng)圈式話筒。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(jì)聲控電路時(shí)，我們首先需要知道怎樣才能把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，而且對(duì)聲音信號(hào)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(duì)聲控電路實(shí)現(xiàn)較好的控制，對(duì)聲音信號(hào)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(hào)為準(zhǔn)。放大電路整流電路延時(shí)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(gè)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(shí)電路及開關(guān)電路等電路所需的工作電壓。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(gè)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(gè)電路提供所需的直流工作電壓。（4）觸發(fā)延時(shí)時(shí)間要能按要求調(diào)節(jié)。（3）靈敏度要能調(diào)節(jié)。（2）功耗要小。系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)：（1）白天或光線較亮?xí)r，無論外界有沒有聲音信號(hào)，開關(guān)都關(guān)閉，燈不亮；（2）夜晚或光線較暗時(shí)，無聲音信號(hào)，開關(guān)斷開，燈不亮；有聲音信號(hào)觸發(fā)，開關(guān)開啟，燈亮；（3）燈亮一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅，且延時(shí)時(shí)間可以設(shè)定；系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：（1）電路可靠性和穩(wěn)定性要高。本系統(tǒng)就是利用三極管的這種放大作用，將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化來的電信號(hào)進(jìn)行放大，以達(dá)到能夠控制后續(xù)電路正常工作的目的。三極管最基本的作用就是放大作用，它可以把微弱的電信號(hào)變成一定強(qiáng)度的電信號(hào)，當(dāng)然這種轉(zhuǎn)換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉(zhuǎn)換成信號(hào)的能量罷了。半導(dǎo)體三極管內(nèi)部兩個(gè)PN結(jié)的4種偏置方式中，為體現(xiàn)放大作用，首先必須保證有足夠多的多子運(yùn)動(dòng)，所以發(fā)射結(jié)要正偏，這樣發(fā)射區(qū)能不斷向基區(qū)發(fā)射載流子；其次，集電極電流必須由非集電極本身的多子運(yùn)動(dòng)形成，才能體現(xiàn)其電流控制作用，因此，集電結(jié)要反偏。為了實(shí)現(xiàn)放大，必須給放大器提供能量，常用的能源是直流電源，放大作用就是通過把電源的能量轉(zhuǎn)移給輸出信號(hào)，輸入信號(hào)的作用是控制這種轉(zhuǎn)移，使放大器輸出信號(hào)的變化重復(fù)或反映輸入信號(hào)的變化。 信號(hào)放大信號(hào)放大的實(shí)質(zhì)就是實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，即用一個(gè)能量較小的輸入信號(hào)來控制另一個(gè)能源，使其輸出端的負(fù)載上能夠得到能量比較大的信號(hào)。，其本身性能保持不變的能力稱為傳感器的穩(wěn)定性，影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器自身的封裝、外形結(jié)構(gòu)外，主要還是傳感器的使用環(huán)境，尤其外界干擾噪聲極大的環(huán)境，因此，傳感器必須對(duì)外界環(huán)境有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，這樣傳感器才會(huì)具有良好的穩(wěn)定性能。，但其控制電路故障率較高，尤其是在外界噪聲較大的環(huán)境使用，頻繁讓開關(guān)開啟或關(guān)閉很容易燒壞元器件，使用壽命一般都不長，故單個(gè)的聲控系統(tǒng)性能較差。光強(qiáng)控制系統(tǒng)就是通過線性元件將采集到的外界光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為能夠檢測(cè)的電信號(hào)，再通過放大電路將微弱的光強(qiáng)電信號(hào)放大，對(duì)放大信號(hào)進(jìn)行處理從而控制其它裝置實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)控制的功能。第二章 聲光控制原理分析及信號(hào)放大聲音控制系統(tǒng)就是通過線性元件將采集到的外界聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為能夠檢測(cè)的電信號(hào)，再通過放大電路將微弱的聲音電信號(hào)放大，對(duì)放大信號(hào)進(jìn)行處理從而控制其它裝置實(shí)現(xiàn)聲音控制的功能。而控制裝置則是對(duì)被控對(duì)象實(shí)時(shí)施加控制作用的機(jī)構(gòu)總體，它可以采用不同的原理