河北理工大学。
茅以升工科创新实验班**。
**题目声控开关。
姓名。学号。
班级。提交时间。
一·设计要求。
二·总的设计框图。
图1整体框图。
三·声光控制电路原理图。
图2 声光控制电路图。
根据图2电路，原理如下：
由四个二极管组成的桥式整流电路将输入电路的220v50hz交流电压变换成脉动直流。该脉动直流电压一路由r3和r1、c3分压并滤波后得到传感及逻辑控制电路所用的电压vcc；另一路接到晶闸管bt169的阳极。
当bt169的控制极（栅极）为高电平且输入的交流信号vi=cos（wt+φ）处于正半周期时，电流由d2→地→d4→灯流过而将灯点亮。当vi处于负半周期时，电流由灯→d3→地→d1而将灯点亮。当bt169的控制极为低电平时，晶闸管截止，此时不会产生驱动灯的电流，此时灯是熄灭的。
由此可见，灯的亮灭是由晶闸管的控制极电平决定的。因此，关键的问题是如何控制其栅极电平的高低。
有光时灯灭；无光无声时灯灭；无光有声时灯亮。参见图2，对光敏电阻rw而言，当有光时，rw<2kω，此时hd14011的1脚亦即第一个与非门的一个输入端为低电平（地），所以3脚为高电平、4脚为低电平，10脚为高电平，11脚为低电平（后文设上述由左至右四个与非门的输出分别为a,b,c,d），则此时晶闸管截止，灯泡是暗的。相反，如果无光时，rw>2mω，此时hd14011的1脚是高电平，此时第一个与非门的输出取决于2脚的状态，而2脚的状态将由噪声传感器来决定，当没有声音时，2脚为低电平，因此a为高电平，b为低电平，c为高电平，d为低电平，此时晶闸管截止，灯泡为暗。
当有声音产生时，在麦克两端产生一个交流信号，经过电容而将2脚置成高电平，此时a为低电平，b为高电平，c为低电平，d为高电平，从而将晶闸管触发导通，灯泡点亮，同时由于b点为高电平，可对电容c2充电，这样，当声音消失之后，由于c2和r7的存在，使c点维持在低电平直到c2放电结束，在此过程中，灯泡将会一直保持在亮的状态直至此过程结束。
四·整流电路设计。
整流电路有单相桥式整流电路，单相半波整流电路，单相全波整流电路等。
本系统选用单相桥式整流电路。
单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图5所示。
在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图5的电路图可知：
当负半周时二极管d1、d3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当正半周时二极管d2、d4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。
单相桥式整流电路的波形图见图3。
图3 整流电路及波形图。
五·电容滤波电路。
滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器c对直流开路，对交流阻抗小，所以c应该并联在负载两端。电感器l对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此l 应与负载串联。
经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。
滤波电路常有电容滤波，电感滤波和rc滤波等。本系统设计在单相桥式整流电路直接接并联电容构成电容滤波电路，经过此电容滤波电路滤去整流输出电压的纹波。电容滤波电路如图4所示。
滤波原理：若电路处于正半周，二极管d2、d4导通，变压器次端电压v2给电容器c充电。此时c相当于并联在v2上，所以输出波形同v2 ，是正弦形。
所以，在t1到t2时刻，二极管导电，ｃ充电，vc=vl按正弦规律变化；
t2到t3时刻二极管关断，vc=vl按指数曲线下降，放电时间常数为rlc。
图4 电容滤波电路。
图5 电容滤波过程。
六·晶闸管的工作原理。
晶闸管的工作原理分析：晶闸管可用两个不同极性（p-n-p和n-p-n）晶体管来模拟，如图6所示。当晶闸管的栅极悬空时，bg1和bg2都处于截止状态，此时电路基本上没有电流流过负载电阻rl，当栅极输入一个正脉冲电压时bg2道通，使bg1的基极电位下降，bg1因此开始道通，bg1的道通使得bg2的基极电位进一步升高，bg1的基极电位进一步下降，经过这一个正反馈过程使bg1和bg2进入饱和道通状态。
电路很快从截止状态进入道通状态，这时栅极就算没有触发脉冲电路由于正反馈的作用将保持道通状态不变。如果此时在阳极和阴极加上反向电压，由于bg1和bg2均处于反向偏置状态所以电路很快截止，另外如果加大负载电阻rl的阻值使电路电流减少bg1和bg2的基电流也将减少，当减少到某一个值时由于电路的正反馈作用，电路将很快从道通状态翻转为截止状态，我们称这个电流为维持电流。在实际应用中，我们可通过一个开关来短路晶闸管的阳极和阴极从而达到晶闸管的关断。
等效图如下：
等效图。图6 晶闸管的工作原理图。
七·各部件的数值计算。
7.1 vcc值的确定。
可由r3、r1的分压作用将家用电压经整流后所得电压vo=220ｘ1.414=311v
输入电压的表达式为：vcc=r1*vo/(r1+r3) 算得vcc=5v
7.2 延时的确定。
图7 延时电路部分。
由r7、c2组成延时电路，要求延时为1min，与非门工作高低电平为3.4v,0.3v
延时t计算公式：t=r7c2ln（vt+/vt-） 算得r7=1.1mω c2=22uf
7.3 与非门的高低电平的输入确定。
npn的参数为：β=50，vce(sat)=0.3v vbe=0.7v
如果无光时，rw>2mω，与非门有一脚是高电平，此时第一个与非门的输出取决于另脚的状态，此脚的状态将由噪声传感器来决定。
当没有声音时：
灯不亮，要求第一个与非门的一脚为低电平，即使三极管工作在饱和区满足条件，且输出的电压为0.3v。此时a为高电平，b为低电平，c为高电平，d为低电平，此时晶闸管截止，灯泡为暗。
由三极管的工作参数得： ibs=（vcc-vce）/r8β=0.2ua
ib=（vcc-vbe）/r2 =1.4ua 在饱和工作区不满足ic=βib 且ib>ibs
令ib=10ibs
由此可得r8=510kω r2=3mω
当有声音时：
灯亮，要求第一个与非门的一脚为高电平，三极管工作在放大区且输出高电平3.4v。在麦克两端产生一个交流信号，经过电容而将脚置成高电平，此时a为低电平，b为高电平，c为低电平，d为高电平，从而将晶闸管触发导通，灯泡点亮。
r=r6//r2 算得r=35ω
i=ib+vce/r 算得i=20ma
满足声音传感器的额定电流i=20ma，电压1～12v。
图8 等效图。
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