1、北京邮电大学电子电路综合设计实验报告题目: 简易声光控照明系统的设计与实现 院系： 电子工程学院 姓名： 班级： 学号： 摘要：本文主要介绍了如何利用NE555，和可控硅制作简易声光控照明系统，以及该系统的电路组成、工作原理及相关元器件的选择与检测方法，通过对这些问题的详细分析，探讨了电路设计所需的注意事项及电路调试方法。同时其核心部分（声光控电子开关）也可为控制其他复杂电路提供一定的参考价值。关键词：声光控延时开关 NE555 可控硅 电路原理 元器件一 实验目的1）了解一种声光控照明系统的工作原理，在实践中加深对元器件选择及检测方法的理解。2）掌握一种简易声光控照明系统的设计方法。3） 提
2、高独立设计电路和验证实验的能力。二 实验任务要求设计实现一个简易自动照明控制系统，设计指标要求如下：1） 当环境明亮情况下，照明系统自动关闭。2） 当环境昏暗情况下，可以通过声音自动触发照明系统。3） 最小照明时间要求不低于10s。4） 12V交流电源的设计。三 实验设计1、设计主体思想： 该系统主要由声光控延时开关和照明电路两部分组成，通过声光控电子开关控制照 明系统的导通与截止，实现对照明的控制，以及利用NE555来实现照明系统的照明时间的控制。 2、工作原理： 声光控延时电路：整个电路由四部分组成，分别为，整流稳压电路，话筒声控电路， 光敏控制电路和NE555定时触发电路。2.1 整流稳
3、压电路:AC1、AC2 之间接12V 交流电, 经过D1D4 桥式整流得到12V 左右的直流。通过D7，R1、C1 稳压管DW进行降压滤波, 为后面的低压直流电路提供 VCC( +9.1V) 电压。2.2 话筒声控电路：话筒MK 把声音信号采集后经过Q1、Q2 两级共射放大, 后经C4 输出, 其中负跳变脉冲通过二极管D5 送555 定时器的触发输入端( 2 引脚TRIG) , 使该脚电位拉低。2.3 光敏控制电路：光敏电阻RL 把光信号采集后转换为电信号, 通过改变R9两端的电 压来控制555定时器触发输入端电位。光线强时, 光敏电阻值 较小, R9 两端电压为69V, 光线暗时, 光敏电阻
4、值较大, R9 两端电压降至45V。 可见, 话筒声控电路和光敏控制电路共同控制555 定时器的触发输入端, 实现了声 光两信号的逻辑“与”, 即声光双控功能。具体而言, 在光线强的时候, 不论是否有声音, 触发输入端的电位总在VCC/3 以上, 不能触发555 定时器; 在光线弱的时候, 若有声音信号, 则使触发输入端的电位拉低至VCC/3 以下, 从而触发555 定时器。2.4 NE555定时触发电路：定时器在此电路中用作单稳态触发器。当触发输入端低于VCC/3( 3V) 时, 555 定时器进入暂稳态, 输出高电平8V, 触发单向可控硅MCR22-8 导 通使灯炮点亮。灯泡点亮后, 光敏
5、电阻值减小, R9两端电压升高, 使定时器触发输入端电位上升至VCC/3 以上。灯泡点亮时间约为12秒。 3、几个关键技术 3.1 Q1、Q2 工作状态为了防止光照失控, 三极管Q1 和Q2的工作状态要满足一定 的要求。由于Q1 是初级放大, 因此尽量使其工作在放大状态。而Q2要工作在近饱和状 态(VCE2V) , 声音信号放大后的负脉冲信号使555 定时器的触发输入端电位最大下 拉2V, 从而可以避免声音信号在光线强的环境下产生误控。下面用图解法说明这个问题。其中图3- 1 表示Q2 的工作状态, 图3- 2 和3- 3 分别表示声音信号在光强和光弱下对555 定时器触发输。 图31 图32
6、 图33 3.2 保证声控效果的关键技术：由于Q2 工作在近饱和状态, 因此当声音信号到来时, 经C4 输出的正脉冲可使D5 阴极电位上升( 测量值为14V 左右) 。显见, D5 两端所加的反向电压值在光线弱的环境下最高可达10V 左右。这样会带来两个问题: 一是D5 易被击穿; 二是声音信号放大后无法顺利通过D5 控制定时器的触发输入端。经测试,接入D6 之后, 即可解决这两个问题。 3.3 提高灵敏度和可靠性的关键技术：电阻R 的大小对提高灵敏度和可靠性起决定性作用。为了提高灵敏度, 该电容容量不宜过大, 否则由于电阻阻值较大，在无光状态状态是两端电压较大，即使此时有声音脉冲输入，也无法
7、将电压拉低至能触发NE555输出高电平的条件；该电阻阻值也不宜过小，否则，一旦进入无光状态，小灯泡将直接亮起，话筒声控电路将失去作用。因此，我们在此串联了一个阻值为 ，并选取R 为 。R2的大小是调节声控灵敏度的关键，太小则过于灵敏，太大则效果会不明显，因此我们在这选择其为 。 3.4 NE555相关介绍四 功能说明连接好的电路，图如下：当外部环境有光时，照明系统不开启，如下图：当外部环境黑暗但无声音触发时（用纸盒将光敏电阻遮挡住代表黑暗环境），照明系统不开启，如下图：当外部环境黑暗且有声音触发时（用纸盒将光敏电阻遮挡住代表黑暗环境），照明系统开启，经过一段时间后自动关闭，经测试照明时间约为1
8、2秒。如下图：经过一段时间都灯自动熄灭：五 元器件的选择与检测(1) 重要元器件的选择：（a） 可控硅：这里使用MCR22-8单向可控硅，它有阴极(K)、阳极(A ) 和控制极(G) 三个极。可控硅使用时应注意: 极性的判别：先任测两个极，若正、反测指针均不动(R1 档)，可能是A , K 或G,A 极; 若其中有一次测量指示为几十至几百欧，则红笔所接为K 极，黑笔接的为G 极，剩下即为A 极。 性能的判别: 将旋钮拨至R 1 挡，红笔接K 极，黑笔同时接通G、A 极, 在保持黑笔不脱离A 极状态下断开G极，指针应指示几十欧至一百欧，此时可控硅已被触发，且触发电压低；然后瞬时断开A 极再接通，
9、指针应退回 位置，则表明可控硅良好。（b） 三极管：电子制作中常用的三极管有90系列，这里使用9013 或9014 (NPN ) 。注意: 电流放大倍数(B) 用万用表可以测量， 将量程开关拨到hFE 位置，并使两表笔分开，把被测三极管插入测试插座，即可读出管子的放大倍数。（c） 其他元器件的参数：电阻器：R1:390 R2:51k；R3:820k；R4：22k；R5：10k；R6:110k ;R7:47K ； R8:100k； R9:1.8M。电解电容：C1:47uF；C2：220uf；C3/C4：10Uf;瓷片电容：C3/C4：10Uf; C5:0.022uF；二极管D1D4:1N 400
10、7；D5,D6:1N 4148；稳压管: WD-9V；三极管：9013(或9014)NPN三极管2个；光敏电阻：5539；单向可控硅：MCR22-8；麦克风：1个；灯泡：12V5W小灯珠；变压器：220V12V 20W变压器；(2) 元器件的检测：万用表是元器件检测的首选工具。最好指针和数字式的分别准备一个，测量光敏电阻的优劣，可控硅的优劣和麦克风的优劣，最好用指针万用表测量。检测步骤如下: 按照元器件清单查对元器件； 测量电阻(包括光敏电阻，最好用指针万用表测量)； 测量电容(电解电容注意正负极)； 测量二极管(包括稳压管) 的正负极； 测量三极管的e, b, c及值的大小(注意NPN和PN
11、P) ； 用指针万用表测量可控硅的优劣； 用指针表或示波器测量麦克风的优劣。六 常见故障现象及其原因1) 灯泡常亮不灭: 一般由于桥式整流二极管或可控硅击穿所致。2) 灯泡一直不亮: 一般由于桥式整流二极管连接不当；R9太大或可控硅开路所致。3) 灯泡周期性亮灭：R9太小。4) 声音灵敏度降低或无效: 一般由于麦克风或三极管性能变差所致。5) 声音灵敏度升高：一般由于R2电阻过小导致经整流后的波动电压加在MIC两端的 细微变化过大，经放大触发可控硅控制级所致。七 实验总结与心得体会本实验的难点主要在，对NE555输出电平的控制上以及控制可控硅的开启与关闭问题上，开始由于对可控硅相关知识的了解不
12、够透彻，导致了电路一直处于开启状态，后来由于对NE555工作原理的不了解，导致系统一直处于开启或者给光敏电阻遮光后就开启的状态。后来通过增加电阻或改变电阻阻，使得电路能正常工作。但还存在照明时间不够长等问题。后通过调节相关电容，决了这个问题，最终成功完成了实验。通过这次的实验，让我认识到了在实验前要有充分的准备对，只有准备充分才能从容的面对实验时出现的各种问题，避免在实验的过程中茫然无措，如果实验中出现故障，在进行器件上的故障排除之后，要及时考虑器件参数和设计上的误差问题，以及自己在网上所查到的资料在实验室中是否有可行性。本次实验对我的电路分析和遇到故障时排除故障的能力都有了很大的提高，对培养自己的动手能力与设计能力有着很大的帮助。由于这次实验是探索实验，没有特别多以前同学的资料可以借鉴，大部分都是靠自己查阅资料与依靠自身知识进行设计的，所以当实验成功后还是带来了很大的成就感。八 仪器仪表清单220V12V 20W变压器一个双踪示波器一台直流稳压电源一台数字万用表一块模拟万用表一块面包板一块电烙铁一台，焊锡导线若干其他元器件见本报告第五部分元器件的选择与检测【参考文献】1.电子电路综合设计实验教程 北京邮电大学电路中心2.电子电路基础 主编：刘宝玲 高等教育出版社3. 北京邮电大学电路实验中心网站：http:/ 定时器的声光双控照明灯设计 索明何 王立刚 饶运涛
