声光控电灯开关的研究与制作.doc

声光控电灯开关的研究与制作声光控电灯开关的研究与制作 目的:通过与书本知识相结合,用理论指导实践,研究并制作声光控开关,再通过实践巩固理论知识. 步骤: 一.分析声光控电灯开关的用途: 本开关特点为白天或光线较强时，开关电路为自锁状态，灯不亮，当光线黑暗时或晚上来临时，开关进入预备工作状态，此时，当来人有脚步声、说话声、拍手声等声源时，开关自动打开，灯亮，延时一段时间后自动熄灭，从而实现了“人来灯亮，人去灯熄”，杜绝了长明灯，免去了在黑暗中寻找开关的麻烦，尤其是上下楼道带来不便. 二.功能特点： 1.闻声灯自亮，并延时一定时间自动关闭； 2.内装有光控电路：白天不工作，晚上或光线暗时工作（可调）； 3.延时功能：15秒-100秒可调； 4.开关电路采用过零技术，常通断，对负载影响不大。 三.工作原理: 参考原理图,此声光控开关的用途以及功能特点前面已经介绍过了,现在来分析其工作原理.先从电流来分析.如封面图或PCB制图.市电(220V)火线输入经过整流桥经过硅控管又从零线输出.这一路不经过其他元器件.另一路经过R1二极管VD2电容C2为门电路和三极管以及相关元器件提供稳定的直流电压.其大小是由VD2决定的.首先在VD2上的电压是经过整流出来的波动电压.此电压经过电容C2的冲放电形成基本稳定的直流电压.其大小是10V左右. 我门以分析过硅控管.在它的G极加一个开启电压(此硅控管2V)硅控管就会导通.蛋D的输出端的3.4V以上.因为要是硅控管导通的又一定的电流.这是我们前面分析过的.所以R2是个限流电阻.我们知道与非门的作用.要使D输出高电平.C就得输出低电平.那么B的输出端就得使高电平.依此类推.A就得输出低电平.A的两个出入端那么就得同时是高电平. 现在我们要分析的是怎样才能使A的两个输入端是高电平. 我们知道光控管在有光的时候是低阻(由光照强度和光控管本身而定)无光时时高阻,无光时电阻大概时6M,从而我们可以确定R6的大小为6M. A的一脚我们可以确定在无光时是高电平.那么我们怎样才能是A的二脚也是高电平呢?这就要看MIC的了.如图:在没有声音刺激MIC时,三极管的基极是高电平,三极管微饱和导通(我们可以通过控制R4,R5的大小来实现),根据MIC的原理知道.给它刺激使会产生上下波动的脉冲.当是正脉冲是就更加深了VT1的饱和度.而是负脉冲是相当于给VT1的基极一个低电平.于是三极管截止,从而,VT1的集电极输出高电于是为A提供了高平,至此灯泡就可以亮了.实现了声光控的作用. 但这里又出现了问提,你刺激以下.灯泡就就只能亮一下.我们不能总是刺激它是吧.那怎么办呢? 这里我们就可以通过一个延时电路来解决总要不停的刺激的麻烦.请看:此电路用一个极其简洁的电路来实现.它时通过RC的充放电来实现的.当从B的输出端来一个高电平流过D3,C3立即充瞒电.而放电要于R7形成一个回路来实现.从此在C的输入端提供一个持续的高电平.由此就可以实现灯持续的亮.它亮的时间是由R7的大小来控制的.至此我们的原理分析就可以告一段落. 四.可控硅元件的工作原理及基本特性: 1、工作原理 可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图1所示 图1可控硅等效图解图 当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=1ib1=12ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。 由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。 由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表1 表1可控硅导通和关断条件 状态条件说明 从关断到导通1、阳极电位高于是阴极电位 2、控制极有足够的正向电压和电流 两者缺一不可 维持导通1、阳极电位高于阴极电位 2、阳极电流大于维持电流 两者缺一不可 从导通到关断1、阳极电位低于阴极电位 2、阳极电流小于维持电流 任一条件即可 2、基本伏安特性 可控硅的基本伏安特性见图2 图2可控硅基本伏安特性 （1）反向特性 当控制极开路，阳极加上反向电压时（见图3），J2结正偏，但J1、J2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后，接差J3结也击穿，电流迅速增加，图3的特性开始弯曲，如特性OR段所示，弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向击穿。 图3阳极加反向电压 （2）正向特性 当控制极开路，阳极上加上正向电压时（见图4），J1、J3结正偏，但J2结反偏，这与普通PN结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增加，图3的特性发生了弯曲，如特性OA段所示，弯曲处的是UBO叫：正向转折电压 图4阳极加正向电压 由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后，J2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大量的电子和空穴，电子时入N1区，空穴时入P2区。进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合，同样，进入P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合，雪崩击穿，进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉，这样，在N1区就有电子积累，在P2区就有空穴积累，结果使P2区的电位升高，N1区的电位下降，J2结变成正偏，只要电流稍增加，电压便迅速下降，出现所谓负阻特性，见图3的虚线AB段。 这时J1、J2、J3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态-通态，此时，它的特性与普通的PN结正向特性相似，见图2中的BC段. 四实验器件: 光敏电阻未知1 电阻R1200K(1/8W炭膜)下同1 R233K1 R33.3M1 R41M1 R580K1 R651M1 R724K1 可控硅MCR100-61单向1 MIC驻极体话筒1 灯泡60W1 电容C147UF/25V(电解)1 C247UF(电解)1 C3104(电解)1 二极管D5IN41481 稳压管VDZ7.5V 1 D1-D4IN40074 VT19014低频管1 IC4011四二输入与非门1 五.调试与安装 以上元件中，VT1选用值大于100，穿透电流小的NPN三极管，100，穿透电流小的PNP三极管，如9012.光敏电阻采用亮阻小于3K，暗阻大于1M的光敏电阻，单向可控硅的触发电流要小，选用MCR606R9、R6采用1个51K，0.5W的电阻串联，以满足对电阻功率的要求。 制作时先将声音控制部分元件焊接完成，整流的四个二极管先不焊。用直流电源给电路供电，负端接地，正端接在Dz的阴极。用万用表测量Dz阳极的电压：在周围发出声音，如看到该处电压一高一低变化，而当没有声音时，该处电压为零，说明声音控制电路工作正常。在白天调试时，可先不焊光敏电阻，等全部正常后，再焊上光敏电阻。该节电开关的元件参数站长都反复计算与测试过，只要焊接无误一般都能正常工作。如果出现开关启动后不能自动完全熄灭，可在R3上并接一个470pF的电容即可消除，如出现间歇振荡，可将R4减小即可消除，由于单向可控硅的导通电流有限制，所以节电开关的负载功率不能超过100W，否则容易损坏元件。 六PCB制图如下: 七:试验心得: 通过这次实验我感觉到我的动手能力得到很大我加强.首先我要感谢蒋伏龙老师对我耐心的指导,我的实验能取得很大的成功(饮水思源),蒋老师启到了关键性的作用.再要感谢的就是曾老师,谢谢他对我们做实验的严格要求,合耐心指导,同时我也感谢我的合作伙伴.谢谢她让我意