聲控開關(guān)簡(jiǎn)介

聲光控延時(shí)開關(guān)是集聲學(xué)、光學(xué)和延時(shí)技術(shù)為一體組成的自動(dòng)照明開關(guān)，廣泛用于樓道、建筑走廊、洗漱室、廁所、廠房、庭院等場(chǎng)所，是現(xiàn)代極理想的新穎綠色照明開關(guān)，并延長(zhǎng)燈泡使用壽命，還可以做到節(jié)約用電[2] 。

白天或光線較強(qiáng)時(shí)，開關(guān)電路為自鎖狀態(tài)，燈不亮，當(dāng)光線黑暗時(shí)或晚上來(lái)臨時(shí)，開關(guān)進(jìn)入預(yù)備工作狀態(tài)，此時(shí)，當(dāng)來(lái)人有腳步聲、說(shuō)話聲、拍手聲等聲源時(shí)，開關(guān)自動(dòng)打開，燈亮，延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅，從而實(shí)現(xiàn)了“人來(lái)燈亮，人去燈熄”，杜絕了長(zhǎng)明燈，免去了在黑暗中尋找開關(guān)的麻煩，尤其是上下樓道帶來(lái)不便[2] 。

由于聲控光控延時(shí)開關(guān)有居多好處，所以很早就有人開始對(duì)此做研究。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，聲控光控延時(shí)開關(guān)的設(shè)計(jì)得越來(lái)越精簡(jiǎn)與方便，為克服現(xiàn)有技術(shù)中節(jié)電開關(guān)無(wú)光控功能及開關(guān)均為有觸點(diǎn)形式的不足，特別是這種具有聲控、光控及延時(shí)三功能的節(jié)電開關(guān)，人們常用的是利用集成芯片來(lái)設(shè)計(jì)。這次課程設(shè)計(jì)我們是根據(jù)我所學(xué)的知識(shí)和所擁有的元器件來(lái)設(shè)計(jì)的。它由穩(wěn)壓電源電路、聲光信號(hào)的收集電路、控制電路、被控制電路等模塊構(gòu)成，所用的主要芯片是TC4081BP。整個(gè)過(guò)程我們通過(guò)對(duì)電路中各個(gè)器件參數(shù)的計(jì)算，電路的仿真，面包板上電路連接，最終做出實(shí)物，并加入電源后得到了我們所預(yù)期的結(jié)果[2] 。

現(xiàn)在聲光控延時(shí)開關(guān)的品種繁多，設(shè)計(jì)也各有不同，但是我們可以對(duì)電路進(jìn)行改革，加大它的控制因素，做到更加精準(zhǔn)的來(lái)控制整個(gè)電路，比如對(duì)延時(shí)電路的重新設(shè)計(jì)，使其對(duì)不同年齡段的人所保持的時(shí)間不同。聲光控延時(shí)開關(guān)的利用非常廣泛，我們應(yīng)該在此方面做更深的研究，來(lái)大大提高聲光控延時(shí)開關(guān)的價(jià)值。

聲控開關(guān)工作原理

在分析其聲控開關(guān)的工作原理前，先來(lái)介紹一下單向可控硅的工作原理。

可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個(gè)PN結(jié)，分析原理時(shí)，可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成，

當(dāng)陽(yáng)極A加上正向電壓時(shí)，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時(shí)，如果從控制極G輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號(hào)，BG2便有基流Ib2流過(guò)，經(jīng)BG2放大，其集電極電流Ic2=β2Ib2。因?yàn)锽G2的集電極直接與BG1的基極相連，所以Ib1=Ic2。此時(shí)，電流Ic2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流Ic1=β1Ib1=β1β2Ib2。這個(gè)電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使Ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個(gè)管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通。 由于BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋?zhàn)饔?，所以一旦可控硅?dǎo)通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號(hào)只起觸發(fā)作用，沒有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。

由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，

可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷條件如下：

從關(guān)斷到導(dǎo)通：1)陽(yáng)極電位高于陰極電位;2)控制極有足夠的正向電壓和電流;兩者缺一不可。

維持導(dǎo)通狀態(tài)：1)陽(yáng)極電位高于陰極電位;2)陽(yáng)極電流大于維持電流;兩者缺一不可。

從導(dǎo)通到關(guān)斷：1)陽(yáng)極電位低于陰極電位;2)陽(yáng)極電流小于維持電流;任一條件即可。

聲控原理

聲控?zé)艟褪沁\(yùn)用聲音來(lái)控制燈的開關(guān)的[3] 。

原理分析：聲控開關(guān)內(nèi)有一麥克風(fēng)、光敏電阻、三極管、電容器等電子元件，白天的時(shí)候，由于光敏電阻的阻值較小。就會(huì)屏蔽掉麥克風(fēng)的信號(hào)輸入。這樣即使有很大的聲音。但是因?yàn)楣饷綦娮璧南吕瓕?dǎo)致信號(hào)無(wú)法繼續(xù)傳送，所以白天的時(shí)候不亮[3] 。

夜晚的時(shí)候，光敏電阻阻值變大。此時(shí)如果有較大的聲音的話。聲音會(huì)通過(guò)麥克風(fēng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。然后后級(jí)的放大電路將此小信號(hào)放大。最后推動(dòng)晶閘管導(dǎo)通，此時(shí)燈泡就會(huì)點(diǎn)亮。在晶閘管驅(qū)動(dòng)電路中有一個(gè)阻容放電電路。這個(gè)電路就是延時(shí)電路。電容值的大小和電阻值的大小都會(huì)影響到延時(shí)量的變化。當(dāng)電容器中的電荷放盡的時(shí)候，晶閘管就會(huì)在交流過(guò)零后自動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)燈泡就會(huì)熄滅了[3] 。

光敏部分

從電路原理圖中可以看出，當(dāng)白天或者亮度大于一定程度的時(shí)候，光敏電阻的阻值非常的小，這樣對(duì)于光敏的支路來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于直接接地，則相當(dāng)于將后面的電路和前面的電路隔離開來(lái)，三極管②就始終處于截止的狀態(tài)，單向可控硅無(wú)觸發(fā)電流就不會(huì)導(dǎo)通，電路就不會(huì)工作。當(dāng)黑暗無(wú)光的情況下，光敏電阻呈現(xiàn)高阻值狀態(tài)，不影響三極管①和三極管②之間的信號(hào)傳送。此時(shí)，聲控的部分才能夠發(fā)揮作用。

聲控部分

當(dāng)有足夠信號(hào)的聲音傳入的時(shí)候，聲控部位將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)三極管①將其信號(hào)放大，使的其信號(hào)的大小能夠觸發(fā)三極管②。電路的第一級(jí)和第二級(jí)之間通過(guò)電阻和電容元件連接，故稱為阻容耦合放大電路。阻容耦合的優(yōu)點(diǎn)是，由于前、后級(jí)之間通過(guò)電容相連，所以各級(jí)的直流電路互不相通，每一級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)都是相互獨(dú)立的，不致互相影響，這樣就給分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來(lái)很大的方便。而且，只要耦合電容選的足夠大，就可以做到前一級(jí)的輸出信號(hào)在一定的頻率范圍內(nèi)幾乎不衰減地加到后一級(jí) 的輸入端上去，使信號(hào)得到了充分的利用。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，三極管②在有聲音信號(hào)的情況下基極和射極之間產(chǎn)生偏置電壓，使的三極管②導(dǎo)通。三極管②的導(dǎo)通使的其集電級(jí)電壓降低，從而使的三極管9015導(dǎo)通，電流經(jīng)過(guò)二極管1N4148傳向三極管③，同時(shí)也對(duì)電容充電。當(dāng)三極管③導(dǎo)通的時(shí)候，單向可控硅PCR406得到一個(gè)能夠使其導(dǎo)通的電流。當(dāng)單向可控硅導(dǎo)通的時(shí)候燈即能正常變亮。

當(dāng)聲音信號(hào)消失的時(shí)候，二極管截止，三極管②和三極管9015都不再工作，但是通過(guò)電容放電，使三極管③仍然能夠再導(dǎo)通一段時(shí)間，還能對(duì)單向可控硅提供電流。這樣的延遲不至于在信號(hào)消失的時(shí)候燈就不亮了，可實(shí)用性高。當(dāng)電容的電量放完之后，電路恢復(fù)最開始沒有信號(hào)的時(shí)候。當(dāng)聲音信號(hào)再進(jìn)來(lái)的時(shí)候，重復(fù)循環(huán)以上的情況。

LED光源

隨著led技術(shù)的日益成熟，led燈具已經(jīng)逐漸走進(jìn)了人們的生活，并且得到了大量的應(yīng)用。作為最新一代的照明替代產(chǎn)品，led燈具的技術(shù)也已經(jīng)完善。海格公司率先研發(fā)的led一體化聲光控開關(guān)已經(jīng)取得了大量應(yīng)用。以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)入歷史舞臺(tái)。

海格led光源一體化聲控開關(guān)

海格led光源一體化聲控開關(guān) LED光源一體化聲控開關(guān)優(yōu)點(diǎn):

1、自身具有燈具功能，無(wú)需單獨(dú)配備光源。利用led作為光源，采用先進(jìn)的集成技術(shù)，把智能聲控、智能光空及驅(qū)動(dòng)集成到燈具內(nèi)，將光源和底座結(jié)合，實(shí)現(xiàn)聲控底座和光源的完美融合。

2、安裝方式符合國(guó)標(biāo)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。底座安裝孔采用傳統(tǒng)聲控底座尺寸，更換替代沒有任何障礙。

3、替代傳統(tǒng)聲控開關(guān)，順應(yīng)政策主題。更加節(jié)能，壽命更長(zhǎng)，降低維修成本。led光源的理論壽命長(zhǎng)達(dá)5萬(wàn)小時(shí)，且其發(fā)光效率非常高，3w的led燈可完全替代15w的白熾燈，節(jié)能效果非常明顯。

聲控開關(guān)功能

發(fā)聲啟控

在開關(guān)附近用手其他方式(或吹口哨、喊叫等)而發(fā)出一定聲響，就能立即開啟燈光及用電器，得心應(yīng)手。

聲控開關(guān)

聲控開關(guān)

延時(shí)自關(guān)

開關(guān)一旦受控開啟便會(huì)延時(shí)數(shù)十秒后將自動(dòng)關(guān)斷，減少不必要的電能浪費(fèi)，實(shí)用方便。

延時(shí)用電器使用壽命

聲控開關(guān)可控制回路采用電子元件，無(wú)接觸觸點(diǎn)，可消除浪沖電流及火花。

聲控開關(guān)用途

本產(chǎn)品可用于各類樓道、走廊、衛(wèi)生間、陽(yáng)臺(tái)、地下室車庫(kù)等場(chǎng)所的自動(dòng)延時(shí)照明。

聲控開關(guān)電路詳解

一、電源控制：

首先在上圖可以看到,我們?nèi)粘Ｓ玫?20V加在4個(gè)二極管組成的單向橋式整流電路之間，220V的交流電經(jīng)過(guò)整流之后送到100K電阻處，通過(guò)100K的電路進(jìn)行限流，9.1V的穩(wěn)壓管進(jìn)行穩(wěn)壓和47μf的電容濾波，從而得到7.5V的電壓，以保持其后電路的正常工作。

二、整流：

對(duì)于4個(gè)二極管而言，從左至右，從上至下，我們將其分為VD1，VD2，VD3，VD4。當(dāng)交流信號(hào)的正半周的時(shí)候，二極管VD1，VD4導(dǎo)電，VD2，VD3截止;當(dāng)信號(hào)變化為負(fù)半周的時(shí)候，VD2，VD3導(dǎo)電，VD1，VD4截止。正、負(fù)半周均有電流流過(guò)后面的負(fù)載電阻，而且無(wú)論在正半周還是負(fù)半周，流過(guò)后面的負(fù)載電阻的電流方向是一致的，因而使輸出電壓的直流成分得到提高，脈沖成分被降低。

由圖可見，橋式整流電路無(wú)需采用具有中心抽頭的變壓器，仍能達(dá)到全波整流的目的。而且，整流二極管承受的反向電壓也不高，但是電路中需要四個(gè)整流二極管。

在橋式整流電路中，負(fù)載上得到的直流電壓實(shí)際上為輸入電壓有效值的90%這個(gè)結(jié)果是在理想情況下得到的，如果考慮到整流電路內(nèi)部二極管正向內(nèi)阻和變壓器等效內(nèi)阻上的壓降，輸出直流電壓的實(shí)際數(shù)值還要低一些。

三、濾波：

無(wú)論哪種整流電路，它們的輸出電壓都含有較大的脈動(dòng)成分。除了在一些特殊的場(chǎng)合可以直接用作放大器的電源外，通常都要采取一定的措施，一方面盡量降低輸出電壓中的脈動(dòng)部分，另一部分又要盡量保留其中的直流成分，使輸出電壓接近于理想的直流電壓。這樣的措施就是濾波。

并聯(lián)電容以后，在信號(hào)的正半周，當(dāng)二極管VD1，VD4導(dǎo)電時(shí)，二極管導(dǎo)電時(shí)，除了有一個(gè)電流流向負(fù)載外，同時(shí)還有一個(gè)電流向電容充電，電容電壓的極性為上正下負(fù)，如果忽略二極管的內(nèi)阻，則在二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓等于輸入電壓。當(dāng)信號(hào)達(dá)到最大值以后開始下降，此時(shí)電容上的電壓也將由于放電而逐漸下降。當(dāng)信號(hào)小于電容電壓時(shí)，二極管VD1，VD4被反向偏置，因而不導(dǎo)電，于是電容電壓以一定的時(shí)間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律下降，直到下一個(gè)半周，當(dāng)信號(hào)的絕對(duì)值大于電容電壓的時(shí)候，二極管VD2，VD3導(dǎo)通。

對(duì)于電容濾波可以得到下面幾個(gè)結(jié)論：

1.加了電容濾波以后，輸出電壓的直流成分提高了。

2.加了電容濾波以后，輸出電壓中的脈動(dòng)成分降低了。這是由于電容的儲(chǔ)能作用造成的。當(dāng)二極管導(dǎo)電時(shí)，電容被充電，將能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，然后在逐漸放電，把能量傳送給負(fù)載，因而輸出波形比較平滑。

3.電容放電的時(shí)間常數(shù)τ=RC愈大，放電過(guò)程愈慢，則輸出電壓愈高，同時(shí)脈動(dòng)成分也愈少，即濾波效果愈好。

4.接入電容之后，整流二極管的導(dǎo)電時(shí)間縮短了。二極管的導(dǎo)電角〈180°，而且電容放電時(shí)間常數(shù)愈大，則導(dǎo)電角愈小。由于加了電容濾波以后，平均輸出電流比原來(lái)提高了，而導(dǎo)電角卻減小了，因此，整流管在短暫的導(dǎo)電時(shí)間內(nèi)流過(guò)一個(gè)很大的沖擊電流，對(duì)管子的壽命不利，所以必須選擇較大容量的整流二極管。

四、穩(wěn)壓：

穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓原理：穩(wěn)壓二極管的特點(diǎn)就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。這樣，當(dāng)把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動(dòng)，或其它原因造成電路中各點(diǎn)電壓變動(dòng)時(shí)，負(fù)載兩端的電壓將基本保持不變。

故障特點(diǎn)：穩(wěn)壓二極管的故障主要表現(xiàn)在開路、短路和穩(wěn)壓值不穩(wěn)定。在這3種故障中，前一種故障表現(xiàn)出電源電壓升高;后2種故障表現(xiàn)為電源電壓變低到零伏或輸出不穩(wěn)定。