课程设计--声控开关的制作1

成绩：分

××××系

课 程 设 计 报 告 书

课程设计名称

题 目

学 生 姓 名 专 业 班 级 指 导 教 师 电子技术课程设计 声控开关的制作

日期： 2010年 7 月 1日

摘要：声音传感器，采用灵敏度较高的驻极体电容传声器BM ，输出阻抗2k Ω，R1为BM 内部场效应管外接负载电阻器，注意BM 两个焊点中与金属屏蔽壳相连的焊点为负极接地端。射随驱动电路采用基极无偏置电压电路，当VT2基极输入电压达到一定值时，射极电阻器R5上有电压输出，VD1为VT2基极反向电荷提供通路。电阻器具有调压和限流作用，它的“开”和“关”是靠可控硅的导通和阻断来实现的，而可控硅的导通和阻断又是受自然光的亮度（或人为亮度）的大小所控制的。当有足够信号的声音传入的时候，声控部位将声音信号转化为电信号，延时通过电容放电实现。阻容耦合放大电路，只要耦合电容选的足够大，就可以做到前一级的输出信号在一定的频率范围内几乎不衰减地加到后一级的输入端上去，使信号得到了充分的利用。

关键字：声音传感器，射随驱动电路，延时部分，可控硅，阻容耦合放大电路

Abstract: Optical fiber acoustic sensor，the sensitivity high in a body from the sound of a BM, output impedance 2kΩ,R1 BM, for internal effects of the external resistors to load BM two welds with metal screen of the welds the negative is very end. From the ground with a driven circuit from the base region is without bias, voltage, when a circuit VT2 the input voltage to value highly the resistorsR5, the voltage and output, VD1 VT2 the very reverse the charges for providing access. The resistors have limited effect a regulated pressure and flow. It "open" and "close" is to control the lead block silicon and implemented, and control of block silicon report leads and is a natural or artificial brightness size by its brightness. When there are enough of the sound, sound signals area will be transformed into electrical signals and delay. Through a discharge Resistance, coupled with a circuit, when coupled a choice of large enough, you can do the first step in the output signal frequency range and almost never decay with the higher the input port, the signal has been full of sound transducers.

Key words: Optical fiber acoustic sensor，Hit with the driving circuit，Partial-duration series ，SCR ，Resistance coupled with a circuit.

目 录

1. 总体设计方案………………………………………………………………………1

1.1 声控开关设计方案………………………………………………………………1

1.2 电路工作原理……………………………………………………………………1

2. 单元模块设计………………………………………………………………………2

2.1 可控硅……………………………………………………………………………2

2.1.1可控硅主要用途……………………………………………………………2

2.1.2 可控硅原理简介……………………………………………………………2

2.2 光敏二极管的结构与工作原理……………………………………………………3

2.3 三极管………………………………………………………………………………4

2.3.1三极管的定义………………………………………………………………4

2.3.2三极管的工作原理…………………………………………………………4

2.3.3三极管的基本放大电路……………………………………………………5

2.4 传声器………………………………………………………………………………7

2.5 电阻…………………………………………………………………………………7

2.5.1 电阻的定义…………………………………………………………………7

2.5.2 电阻的种类…………………………………………………………………7

2.6 电容…………………………………………………………………………………8

2.7 调试…………………………………………………………………………………8

3. 系统功能………………………………………………………………………………9

4. 设计总结………………………………………………………………………………9

5. 参考文献……………………………………………………………………………10

6. 附录…………………………………………………………………………………11

前言

为了适应发展，更好的锻炼自己，使理论和实践更好的结合，做了这次课程设计。课程设计是教学过程中一个十分重要的环节，是锻炼学生运用所学知识正确分析解决实际问题的一个重要方面，也是培养应用型专业人才的要求。我们本着一切从实际出发的

方针，严肃认真，独立思考，自己动手，实事求是的态度完成这次课程设计。在指导老师的大力帮助下运用自己所学知识做了这个设计。

社会的进一步发展，各式各样的开关层出不穷，为了防止公物损坏，节约用电，设计了各种控制灯开关，例如公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关，由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象，故使灯泡寿命短，浪费电量，为国家、单位、个人造成经济损失。另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声控灯节能自动开关显得相当有必要。使公共场所和居民居住区的公共楼道灯在白天时不亮，晚上闻声自亮，待人走后，几十秒后自动关闭，既方便，又省电。下面主要介绍这种声控开关的原理。

1. 总体设计方案

1.1声控开关电路设计方案

图1 声控开关电路设计流程图

1.2声控开关电路工作原理

本电路三极管是开的，把电阻供来的电源对地放掉，使可控硅没有触发不能导通工作。

VT2由麦克风控制的，麦克风接到声音能发出频率使管B 极0.6V 负载下降，管便停止工作把电源信号送往第二只管。

VT4为光控，光敏二极管接收到光线时把电源送入管B 极使其工作，在黑夜中停止供电，使管停止工作，失去对地放电作用。

VT3起开关作用，由R5电阻供电来的信号进入B 极使其导通对地放电，把电容22uF 、16的存电放去。

VT1的B 极电压由22uF 提供使管工作。在有信号来时把22uF 电源对地放去时使管B 极低于0.6V 的时候停止工作，使触发电源回位升触发可控硅导通负载工作。

定时原理由22uF 冲放电来控制时间长短。

下图为声控开关的电路原理图及PCB 图

图2 声控开关电路原理图

图3 声控开关原理图的PCB 图

2. 单元模块设计

2.1可控硅

2.1.1可控硅主要用途

普通可控硅最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。如果把二极管换成可控硅，就可以构成可控整流电路。现在我画一个最简单的单相半波可控整流电路。在正弦交流电压U2的正半周期间，如果VS 的控制极没有输入触发脉冲Ug ，VS 仍然不能导通，只有在U2处于正半周，在控制极外加触发脉冲Ug 时，可控硅被触发导通。只有在触发脉冲Ug 到来时，负载RL 上才有电压UL 输出Ug 到来得早，可控硅导通的时间就早；Ug 到来得晚，可控硅导通的时间就晚。通过改变控制极上触发脉冲Ug 到来的时间，就可以调节负载上输出电压的平均值UL(阴影部分的面积大小) 。在电工技术中，常把交流电的半个周期定为180°，称为电角度。这样，在U2的每个正半周，从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制角α；在每个正半周内可控硅导通的电角度叫导通角θ。很明显，α和θ都是用来表示可控硅在承受正向电压的半个周期的导通或阻断范围的。通过改变控制角α或导通角θ，改变负载上脉冲直流电压的平均值UL ，实现了可控整流。

2.1.2可控硅原理简介

可控硅是可控硅整流元件的简称, 是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件, 一般由两晶闸管反向连接而成. 它的功用不仅是整流，还可以用作无触点开关以

快速接通或切断电路，实现将直流电变成交流电的逆变，将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电等等。可控硅和其它半导体器件一样，其有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。它的出现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域，成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。

2.2光敏二极管的结构与工作原理

光敏二极管又称光电二极管，它与普通半导体二极管在结构上是相似的。图4是光敏二极管的结构图。在光敏二极管管壳上有一个能射入光线的玻璃透镜，入射光通过透镜正好照射在管芯上。发光二极管管芯是一个具有光敏特性的PN 结，它被封装在管壳内。发光二极管管芯的光敏面是通过扩散工艺在N 型单晶硅上形成的一层薄膜。光敏二极管的管芯以及管芯上的PN 结面积做得较大，而管芯上的电极面积做得较小，PN 结的结深比普通半导体二极管做得浅，这些结构上的特点都是为了提高光电转换的能力。另外，与普通半导体二极管一样，在硅片上生长了一层S i O 2保护层，它把PN 结的边缘保护起来，从而提高了管子的稳定性，减少了暗电流。

图4 光敏二极管结构图

光敏二极管与普通光敏二极管一样，它的PN 结具有单向导电性，因此，光敏二极管工作时应加上反向电压，如图所示。当无光照时，电路中也有很小的反向饱和漏电流，一般为1 * 10-8 -- 1 * 10 -9A(称为暗电流) ，此时相当于光敏二极管截止; 当有光照射时，PN 结附近受光子的轰击，半导体内被束缚的价电子吸收光子能量而被击发产生电子一空穴对O 这些载流子的数目，对于多数载流子影响不大，但对P 区和N 区的少数载流子来说，则会使少数载流子的浓度大大提高，在反向电压作用下，反向饱和漏电流大大增加，形成光电流，该光电流随入射光强度的变化而相应变化。光电流通过负载R L 时，

在电阻两端将得到随人射光变化的电压信号。光敏二极管就是这样完成电功能转换的。 2.3三极管

2.3.1三极管的定义

三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管, 晶体三极管, 是一种电流控制电流的半导体器件. 其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号, 也用作无触点关。 三极管在中文含义里面只是对三个引脚的放大器件的统称，我们常说的三极管，如图5

所示

图5 三极管实物图

2.3.2三极管的工作原理

晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN 和PNP 两种结构形式，但使用最多的是硅NPN 和锗PNP 两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN 硅管的电流放大原理如图

6。

图6三极管原理图

对于NPN 管，它是由2块N 型半导体中间夹着一块P 型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN 结称为发射结, 而集电区与基区形成的PN 结称为集电结三条引线分别称为发射极e 、基极b 和集电极c 。

当b 点电位高于e 点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C 点电位高

于b 点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec 要高于基极电源Ebo 。 在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）极基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流了。

由于基区很薄, 加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic ，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb 重新补给，从而形成了基极电流Ibo. 根据电流连续性原理得：

Ie=Ib+Ic

这就是说，在基极补充一个很小的Ib ，就可以在集电极上得到一个较大的Ic ，这就是所谓电流放大作用，Ic 与Ib 是维持一定的比例关系，即：

β1=Ic/Ib

式中：β1--称为直流放大倍数，

集电极电流的变化量△Ic 与基极电流的变化量△Ib 之比为：

β= △Ic/△Ib

式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。

三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。

2.3.3三极管的基本放大电路

基本放大电路是放大电路中最基本的结构，是构成复杂放大电路的基本单元。它利用双极型半导体三极管输入电流控制输出电流的特性，或场效应半导体三极管输入电压控制输出电流的特性，实现信号的放大。本章基本放大电路的知识是进一步学习电子技术的重要基础。

图7放大电路结构示意图

基本放大电路一般是指由一个三极管或场效应管组成的放大电路。从电路的角度来看，可以将基本放大电路看成一个双端口网络（如图7）。放大的作用体现在如下方面：

△放大电路主要利用三极管或场效应管的控制作用放大微弱信号，输出信号在电压或电流的幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。

△输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。

共射组态基本放大电路的组成

共射组态基本放大电路是输入信号加在加在基极和发射极之间，耦合电容器C1和Ce 视为对交流信号短路。输出信号从集电极对地取出，经耦合电容器C2隔除直流量，仅将交流信号加到负载电阻RL 之上。放大电路的共射组态实际上是指放大电路中的三极管是共射组态。

在输入信号为零时，直流电源通过各偏置电阻为三极管提供直流的基极电流和直流集电极电流，并在三极管的三个极间形成一定的直流电压。由于耦合电容的隔直流作用，直流电压无法到达放大电路的输入端和输出端。

当输入交流信号通过耦合电容C1和Ce 加在三极管的发射结上时，发射结上的电压变成交、直流的叠加。放大电路中信号的情况比较复杂，各信号的符号规定如下：由于三极管的电流放大作用，ic 要比ib 大几十倍，一般来说，只要电路参数设置合适，输出电压可以比输入电压高许多倍。uCE 中的交流量 有一部分经过耦合电容到达负载电阻，形成输出电压。完成电路的放大作用。

由此可见，放大电路中三极管集电极的直流信号不随输入信号而改变，而交流信号随输入信号发生变化。在放大过程中，集电极交流信号是叠加在直流信号上的，经过耦合电容，从输出端提取的只是交流信号。因此，在分析放大电路时，

可以采用将交、直流信号分开的办法，可以分成直流通路和交流通路来分析。 放大电路的组成原则：

△保证放大电路的核心器件三极管工作在放大状态，即有合适的偏置。也就是说发射结正偏，集电结反偏。

△输入回路的设置应当使输入信号耦合到三极管的输入电极，形成变化的基极电流，从而产生三极管的电流控制关系，变成集电极电流的变化。

△输出回路的设置应该保证将三极管放大以后的电流信号转变成负载需要的电量形式（输出电压或输出电流）。

2.4传声器

传声器，一种电声器材，属传声器，是声电转换的换能器，通过声波作用到电声元件上产生电压，再转为电能。用于各种扩音设备中。话筒种类繁多，电路简单。分析话筒电路主要掌握信号传输回路分析，比较简单，分析各种话筒输入插口电路。话筒信号放大器分析，话筒放大器是一种小信号低噪声音频放大器，分析话筒电平控制电路并不困难。

2.5电阻

2.5.1电阻的定义

电阻，英文名resistance ，通常缩写为r ，它是导体的一种基本性质，与导体的尺寸、材料、温度有关。电阻的基本单位是欧姆，表示电阻阻值的常用单位还有千欧，兆欧。

2.5.2电阻的种类

电阻器的种类有很多，通常分为三大类：固定电阻，可变电阻，特种电阻。光敏电阻是一种电阻值随外界光照强弱（明暗）变化而变化的元件，光越强阻值越小，光越弱阻值越大。如果把光敏电阻的两个引脚接在万用表的表笔上，用万用表测量在不同的光照下光敏电阻的阻值：将光敏电阻从较暗抽屉里移到阳光下或灯光上，万用表读数将会发生变化。在完全黑暗处，光敏电阻的阻值可达到几兆欧以上（万用表指示电阻为无穷大时，则指针不动），而在强光线下，阻值可降到几千欧甚至一千欧以下。光敏电阻又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器：入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。 根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：

紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉，硒化镉光敏电阻器等。 红外光敏电阻器：主要有硫化铅。碲化铅、硒化铟等光敏电阻器，广泛用于天文探测、非接触测量、人体病变探测等。

可见光敏电阻器：包括硒、硫化镉，硒化镉，碲化镉等。主要用于各种光电控制系统，机械上的自动保护装置和“位置检测器”等。

光敏电阻的主要参数有亮电阻，暗电阻，光电特性，光谱特性，频率特性，温度特性。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。没有极性纯粹是个电阻，使用时可加直流也可以加交流。

在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下，其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。

2.6电容

电容器是“储存电荷的容器”，简称电容，用字母C 表示。尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属成为极板，中间的物质叫介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是容量固定的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来储存和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。

2.7调试

在通电调试之前，必须认真检查电路连线是否正确，对照电路图按照一定顺序逐级检测，特别要注意电源是否接错，电源与地是否有短接，二极管是否接反，轻轻拨一拨元器件，观察焊点是否牢固。

先用万用表测量电路有关点电位是否正常。检查发光二极管是否正常工作。发现不正常现象时，及时找出原因进行修改。

注意接线不得有误，接入电源，使脉冲发生电路正常工作。在光电二极管有光与无

光的情况下看总体电路的工作情况。观察灯泡是否按要求进行亮暗变化。如不能顺利完成以上功能，则应认真检查电路的连接及功能设计是否有误并作出相应调整。

3. 系统功能

在本电路调试中，发现无论光电二极管遮光与否，灯一直保持亮的状态不变，测得三极管各引脚、单向晶闸管两端均无电压。

声控电路已成为人们不可缺少的必需品，它不需要开关，当有人经过时会自动的亮；广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所，给人们的生活带来极大地方便。声光控电路是声音和光控电路工作的电子开关。它将声音（如跺脚）和光转化为电信号，经放大、整形，输出一个开关信号去控制各种电器的工作，在自动控制工业电器和家用电器方面 有着广泛的用途。

本次课程设计成功地制作出了一个节能的声光双控电子开关，它能实现以下功能： △白天正常光照下，无论有无声音，灯泡不亮； △夜晚无声音的时候，灯不亮；有声音触发时，灯亮； △灯亮一定时间以后，自动熄灭且延时20S 左右； △灵敏度较高

本设计安全节电、使用寿命长且成本低。达到了设计的要求。同时也实现了声光双控且能自动延时，可广泛使用于公共场所的照明控制，在日常生活中具有很大的实用性。

4. 设计总结

本次课程设计给我们带来了许多新知识，增强了我们的动手能力，也同时告诉我们应该相互帮助、相互团结的团队精神。就此产品，是对我们两年来所学知识的总结，明白了自己学到了什么，还缺少什么，找到自己的不足之处，多我们以后的工作有很大的帮助。课程设计是教学过程中一个十分重要的环节，是锻炼学生运用所学知识正确分析解决实际问题的一个重要方面，也是培养应用型专业人才的要求。

制作电路班之前要注意很多问题 ，例如如何合理的布线和布局，如何焊接得更加的美观整洁。连接电路时一定要仔细，要确保每条线路接触性良好。为保证接好的电路不出先错误，在接线时不能只看着电路原理图去接，应该先把电路图中的每个元件的与阿里和用途 搞清楚，明白每个元件的各个管脚与它哪里相对应，最主要的是搞清楚元

件与元件之间的联系，他们在一起有怎么样的作用，他们接在一起可以实现那些功能，他们之间有什么相互的影响。在接电路的过程中要仔细并且得很有耐心，在检查错误时要更有耐心，当出现错误时首先检查线接对了没有，如果没有错误就看是不是元件错在问题，遇见错误要一步一步的来，可以借助万用表辅助检查。虽然这次设计制作的两个电路板并不是很美观，但是制作出来的电路板没有故障，一调试就成功。看见制作成功的实物有一种成就感。课程设计让我明白了实践的重要性，课程设计课激发了我的动手能力，也让我的能力从中得到完善和提高。

在此，衷心感谢学院及系上领导给予这次宝贵的机会，让我的动手能力得到了很好的锻炼，对我以后的发展有很大的帮助。同时，也非常感谢我的指导老师××老师和××老师在期间对我的指导和帮助，在两位老师的指导下我才能够做好本次课程设计。同时我也感谢我的合作伙伴，谢谢他们让我意识到当今社会分工合作的重要性. 谢谢他们对我的支持与鼓励。

5. 参考文献

[1] 杨帮文. 实用电子小制作精选. 人民邮电出版社，2006年1月

[2] 李恩林, 刘玉阶. 建筑装饰声控·光控·电控手册. 中国计划出版社，1995年09月 [3] 康华光. 电子技术基础---模拟部分. 高等教育出版社，2009年12月 [4] 康华光. 电子技术基础数字部分（第五版）. 高等教育出版社，2009年12月 [5] 彭介华. 电子技术课程设计指导. 高等教育出版社，2008年12月

[6] 华成英, 童诗白. 模拟电子技术基础（第三版）. 清华大学电子学教研组编, 高等教育出版社,2004

年6月

[7] 杨旭东, 刘行景, 杨兴瑶. 实用电子电路精选. 化学工业出版社,2002年4月 [8] 华成英. 电子技术. 北京. 中央广播电视大学出版社,1996年1月

6. 附录

6.1电子元器件

表1 电子元器件清单

6.2注意事项

本声控开关为220V 供电，有触电危险、短路有引起火灾危险。仔细检查元件安装无

误、无短路后再通电。