声光控路灯延时开关的设计与制作资料.doc

声光控路灯延时开关的设计与制作资料1声光控路灯延时开关的设计与制作

声光控开关具有很多实际意义：一是省电，灯泡大部分时间不工作，因此节

电效率很高，达80%左右；二是方便，首先，不用接触，全自动智能控制；另外，接线简单、安装方便，是公共场所照明开关的理想选择，被人们誉为“长明灯的

克星”。

再者，随着科学技术的发展，公共场所照明控制手段也将逐步更新，除现在

已有的声光控开关外，还有微波感应开关和热释远红外感应开关。目前，微波感

应开关的抗干扰性能尚不理想，红外感应开关在性能上较为理想，但安装复杂，比较娇气，价格也偏高，比较适合在一些管理完善的场所如宾馆、大饭店楼道及

居家庭走廊应用，在普通住宅楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、管理

及安装方便等因素，根据我国国情，可以预计在相当一段时期内，声光控延时开

关将是首选的主流产品。

设计方框图

声光控开关在晚上且有声音时使灯泡亮，其它情况下灯泡不亮。它由电源电

路、声光处理电路和控制电路组成。电路方框图如图2-1所示。

图2-1 设计方框图声光处理电路设计

声光处理电路就是对采集到的声音和光进行处理后提供给控制电路。

声音放大电路

声音放大电路的核心元器件是三极管，三极管的工作方式有三种分别是共射

电路、共集电路、共基电路。

1．共射电路

共射电路如图2-2所示，其中三极管V 是电路的核心，起放大的作用。电源电路声光处理电路

控制电路照明灯市电

图2-2 共射放大电路

直流电源V CC一方面通过R C、R b为三极管提供合适的静态偏置电压，另一方面为电路提供能量，一般为几伏至几十伏。其中C1、C2为耦合电容，起到传递交流，隔断直流的作用。C1、C2一般为电解电容器，一般为几微法到几十微法。Rc是集电极直流负载电阻，保证三极管有合适的静态偏置外，还可将三极管的电流信号转换成电压信号。R c一般为几百欧到几千欧。

信号有三极管的基极输入、输出。基极与发射极构成输出回路，而发射极是输出、输入的公共端，共射工作方式具有电压和电流的放大作用，放大关系是U0=βU i，电流同样如此。

2．共集电路

共集电路如图2-3所示，信号从基极输入，从发射极输出，集电极是输入、输出

回路的公共端，共集电路因此而得名。

图2-3 共集放大电路

电源V CC给三极管V提供反偏电压，又通过基极偏置电阻R b给发射结提供正偏电压，使三极管V工作在放大区。输入信号电压U i通过输入耦合电容C1

加到三极管V的基极，输出信号电压U0从发射极通过输出耦合电容C2送到负载R L上。共集电路具有电流的放大作用但是没有电压的放大主作用，所以又叫做射击跟随器。

3．共基电路

共基电路如图2-4所示，其中R c为集电极电阻，R e为发射极偏置电阻，R b1、R b2为基极分压偏置电阻，他们共同构成分压式偏置电路。

图2-4 共基放大电路

大电容C b使基极对地交流短路。其信号从发射极输出，基极是输入、输出回路的公共端。共基电路的输入电流大于输出电流，没有电流放大作用，但电压放大倍数较大。

由于本次设计中声音信号产生的电压信号很小，因而只能用具有电压放大的电路，然而共集电路没有电压放大的作用不选用，而共基电路虽然有电压放大的作用但是电路相比于共射电路较复杂，所以声音处理电路选择共射放大电路。声控电路设计

声控电路由压电陶瓷片BM、电阻R3、R4、R5，晶体管VT、电容C3、C4

组成如图2-5所示。压电陶瓷片将声音信号转化为微弱的电信号，微弱的电信号经C4滤波后导入由三极管VT组成的共射放大器进行放大，放大后的电信号经C3隔直后输出。

图2-5 声光处理电路

声控电路参数计算:

一般情况下，人正常说话的声音的幅度约为50分贝，经压电陶瓷片转化为

电信号有效值约为U BM ≈40 mV ，要使产生的信号经过放大后电压基本上在5 V

左右,放大倍为:

125mV

40V 5==β（2-1）

放大倍数有125倍的三极管有9011、9013、9014、9015等。这些都是较为

常见的三极管，任意一种都可以用于这次设计，我选用9014型三极管，

9014参

数如表2-1所示。

表2-1 9014参数参数名称

符号典型值单位集电极耗散功率

Pcm 300 mW 集电极最大电流

Icm 100 mA 电流放大系数

β60～300 特征频率fT 150 MHz

根据三极管放大公式：

β

I I c b = （2-2）

由于9014允许最大电流I cm 为100 mA 所以：

m A 1100

m A 100cm m b ===βI I （2-3）根据欧姆定律：

K Ω12mA

1V 12===I U R （2-4）

所以：

K Ω124>R （2-5）

由于声音信号电流的叠加选择电阻R 4为150K Ω。

电阻R 4的功率：

mW 0.964

2

CC R 4==R V W （2-6）要保证三极管输出电压在5 V 左右，那么U ce 电压就应当为5 V 左右。所以

U R3电压为7 V 左右。又由于I cm 为100 mA ，同样根据欧姆定律得到R 3>70Ω,

要尽量使I c 小些，所以选择R 3为3.9K Ω。

所以三极管的静态工作点为：

μA 80≈4

CC 4BEQ CC bQ =-=R V R U V I （2-7）mA 8BQ CQ ==βI I （2

-8）

mV 31.2C CQ CC CQ =-=R I V U （2-9）

电阻R 3的功率：

W 0.249632R 3==R I W （2-10）