一種聲控延時(shí)照明燈的設(shè)計(jì)與仿真

[摘 要]本文設(shè)計(jì)的聲控延時(shí)照明燈電路主要由聲控脈沖觸發(fā)電路，單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路和功率放大電路組成。通過接收有效距離內(nèi)的聲波來觸發(fā)聲控脈沖觸發(fā)電路，而后通過單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路和功率放大電路來實(shí)現(xiàn)照明燈的持續(xù)發(fā)光。

[關(guān)鍵詞]聲控脈沖觸發(fā)；單穩(wěn)態(tài)延時(shí)；功率放大；持續(xù)發(fā)光

中圖分類號：TM923；TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1009-914X（2017）41-0081-01

0 引言

隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和電子科技的發(fā)展，人們想到并做到了用聲音來控制燈泡的點(diǎn)亮，使得人來燈亮，人走燈熄。這一方面迎合了當(dāng)今所提倡的科學(xué)發(fā)展觀即節(jié)省電能，另一方面也體現(xiàn)了科技的進(jìn)步以及人類的聰明才智。

本文設(shè)計(jì)的聲控延時(shí)照明燈具有感應(yīng)迅速，反應(yīng)靈敏的功能。當(dāng)在有效距離內(nèi)有聲波產(chǎn)生時(shí)，照明燈發(fā)光并具有一定時(shí)間的延時(shí)。原理簡明易懂，實(shí)現(xiàn)操作簡單，應(yīng)用廣泛，具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。

1 總體電路的設(shè)計(jì)

總體電路設(shè)計(jì)可以分為三個(gè)不同的組成部分來完成，其中由壓電陶瓷片，三極管及電阻組成聲控脈沖觸發(fā)電路，進(jìn)行信號接收轉(zhuǎn)化過程。再由NE555芯片、電阻等構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路，可使電路從一個(gè)穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，并且讓照明燈保持一定的延時(shí)時(shí)間。最后，由三極管和電阻等組成功率放大電路，實(shí)現(xiàn)較大輸出功率，滿足照明燈的照明要求。

聲控延時(shí)照明燈的電路原理圖如圖1所示，壓電陶瓷片B與晶體三極管VT1，電阻R1和R2等組成了聲控脈沖觸發(fā)電路，時(shí)基集成電路IC與電阻R3，電容C等組成典型單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路，晶體三極管VT2、VT3和電阻R4、R5等組成了照明燈DS的功率驅(qū)動(dòng)放大電路。

平時(shí)，由于三極管VT1的偏流電阻R1取值較大，所以VT1趨于截止?fàn)顟B(tài)。其集電極輸出電壓高于1/3VDD，與之相連的時(shí)基集成電路IC的低電位觸發(fā)端2腳處于高電平，單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)，電容C兩端通過IC的7、1腳被IC內(nèi)部導(dǎo)通的三極管短路，IC的3腳輸出低電平，VT2、VT3均無偏流而截止，照明燈DS不發(fā)光。

當(dāng)在有效作用距離范圍內(nèi)拍一下手掌時(shí)，突發(fā)的聲波被壓電陶瓷片B接收，并轉(zhuǎn)換為微弱的電信號。該信號的正半周經(jīng)VT1放大后，從其集電極輸出負(fù)脈沖，時(shí)基集成電路IC的2腳即獲得瞬間低于1/3VDD的低電平觸發(fā)信號。使IC組成的單穩(wěn)態(tài)電路受觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，IC的3腳輸出高電平信號，VT2獲得合適偏流導(dǎo)通，VT3進(jìn)入完全飽和導(dǎo)通狀態(tài)，照明燈DS通電發(fā)出光亮。隨著IC的3腳變?yōu)楦唠娖?，IC內(nèi)部導(dǎo)通的三極管截止，解除了對電容C的短路，電池GT通過電阻R3開始向C充電。當(dāng)C兩端充電電壓達(dá)到2/3VDD時(shí)，單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，IC內(nèi)部三極管重新導(dǎo)通，C通過IC的7、1腳放電并被再次短路，IC的3腳失去偏流而截止，照明燈DS斷電自動(dòng)熄滅。

在三極管VT1電流放大系數(shù)β、R1電阻值確定的情況下，通過改變電阻R2的阻值，可調(diào)整靜態(tài)時(shí)IC的2腳電位高低；也就是說，通過適當(dāng)調(diào)整R2電阻值大小，可以控制聲控靈敏度。

2 單元電路的設(shè)計(jì)

2.1 聲控脈沖觸發(fā)電路

聲控脈沖觸發(fā)電路是聲音信號采集電路，主要由壓電陶瓷片，三極管及電阻組成。壓電陶瓷片是一種電子發(fā)音元件，在兩片銅制圓形電極中間放入壓電陶瓷介質(zhì)材料。當(dāng)在兩片電極上面接通交流音頻信號時(shí)，壓電片會(huì)根據(jù)信號的大小頻率發(fā)生震動(dòng)而產(chǎn)生相應(yīng)的聲音來[1]。壓電陶瓷片由于結(jié)構(gòu)簡單造價(jià)低廉，被廣泛的應(yīng)用于電子電器方面，所以對于聲控照明燈來說，這樣一個(gè)簡單又靈敏度極高的新產(chǎn)品是最適用的。

2.2 單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路

單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路主要由一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器作用，它的突出特點(diǎn)是：輸出端只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，另一個(gè)狀態(tài)則是暫穩(wěn)態(tài)，加入觸發(fā)信號后，它可以由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)，但是經(jīng)過一定的時(shí)間以后，它又會(huì)自動(dòng)返回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。由此可見這個(gè)過程就達(dá)到了對于照明燈延時(shí)的控制。

2.3 功率驅(qū)動(dòng)放大電路

功率驅(qū)動(dòng)放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路，一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。功率放大電路通常作為多級放大電路的輸出級，為了輸出較大的信號功率，管子承受的電壓要高，通過的電流要大，功率管損壞的可能性也比較大，由此可見功率管的參數(shù)選擇與保護(hù)問題也不容忽視，因此在設(shè)計(jì)的電路中都需要加入限流電阻保護(hù)電路[2]。

3 基于Multisim10.0的聲控延時(shí)照明燈電路的仿真分析

完成原理圖的連接搭建后，便可以打開仿真開關(guān)進(jìn)行仿真測試了，這里用函數(shù)信號發(fā)生器來代替壓電陶瓷片。如果仿真時(shí)出現(xiàn)問題，一要檢查原理圖是否正確，二要檢查元器件參數(shù)設(shè)置是否正確，不斷調(diào)試直至仿真成功[3]。打開仿真開關(guān)運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)照明燈并不能夠像理想的一樣亮多長時(shí)間或者不亮、或者一直亮，最后經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)與分析，才得知是原理圖中的原件常數(shù)并不適合本實(shí)驗(yàn)要求，通過不斷改變得出最佳常數(shù)。仿真電路圖如圖2所示。

4 總結(jié)

本文首先介紹了聲控延時(shí)照明燈的整體設(shè)計(jì)以及電路原理圖，其次具體分析了電路中三個(gè)電路模塊的作用及電路的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，最后基于Multisim10.0仿真軟件，從總體電路原理圖和電路搭建，實(shí)現(xiàn)了聲控延時(shí)照明燈的的總體功能，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析，達(dá)到了預(yù)期的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 張丹，安向明，介龍梅.EDA技術(shù)在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電腦學(xué)習(xí)，2009（3）：75-761.

[2] 江國強(qiáng).EDA技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[3] 黃智偉等.基于Multisim10的電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

作者簡介

薛青（1984-），女，山西運(yùn)城人，講師，碩士，主要研究方向：電子技術(shù)。endprint