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用于控制4.5V直流供電小燈泡的聲控小燈電路

電子設(shè)計(jì) ? 2019-01-20 10:31 ? 次閱讀

這個(gè)聲控小燈用于控制4.5V直流供電的小燈泡,可用作學(xué)生實(shí)驗(yàn)也可用作聲控夜光小燈。電路主要由5G555時(shí)基集成電路和一些分立元件組成,如下圖所示:

工作原理

壓電陶瓷片B與晶體三極管VT1,電阻R1,和電阻R2等組成了聲控脈沖觸發(fā)電路,時(shí)基集成電路IC與電阻R3,電容器C等組成了典型單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路,晶體三極管VT2,VT3和電阻R4,R5等組成了小電珠H的功率驅(qū)動(dòng)放大電路。

平時(shí),由于晶體三極管VT1的偏流電阻R1取值較大,所以VT1趨于截止?fàn)顟B(tài),其集電極輸出電壓高于1/3VDD=1.5V(VDD等于電源電壓,即 4.5V),與之相連的時(shí)基集成電路IC的低電位觸發(fā)端2腳處于高電平,單穩(wěn)態(tài)電路處于穩(wěn)態(tài)。電容器C兩端通過(guò)IC的7,1腳被IC內(nèi)部導(dǎo)通的三極管短路,IC的3腳輸出低電平,VT2,VT3均無(wú)偏流而截止,小電珠H不發(fā)光。

當(dāng)在有效距離范圍內(nèi)拍一下手掌時(shí),突發(fā)的聲波被壓電陶瓷片B接收,并轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào),該信號(hào)的正半周經(jīng)VT1放大后,從其集電極輸出負(fù)脈沖,時(shí)基集成電路IC的2腳獲得瞬間低于1/3VDD=1.5V 的低電平觸發(fā)信號(hào),使IC組成的單穩(wěn)態(tài)電路受觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)(即延時(shí)狀態(tài)),IC的3腳輸出高電平,VT2獲得適合的偏流而導(dǎo)通,VT3進(jìn)入完全飽和導(dǎo)通狀態(tài),小電珠通電發(fā)出亮光,隨著IC的3腳變成高電平,IC內(nèi)部導(dǎo)通的三極管截止,解除對(duì)電容器C的短路,電池GB通過(guò)電阻R3向電容器C開(kāi)始充電,當(dāng)C兩端的充電電壓(即IC的高電位觸發(fā)端6腳電位)達(dá)到2/3VDD=3V時(shí),單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)恢復(fù)穩(wěn)態(tài),IC內(nèi)部三極管重新導(dǎo)通,C通過(guò)IC的7,1腳放電并被再次短路,IC的3腳重新輸出低電平,導(dǎo)通到VT2,VT3失去偏流而截止,H斷電自動(dòng)熄滅。

電路中,小電珠H每次延時(shí)點(diǎn)亮的時(shí)間長(zhǎng)短,取決于單穩(wěn)態(tài)電路中電阻器R3,電容器C的時(shí)間常數(shù),具體可以通過(guò)公式:T=1.1R3C來(lái)估算。按圖選擇R3和C的值,H延時(shí)點(diǎn)亮的時(shí)間約為 1min。在晶體三極管VT1電流放大系數(shù)β,R1電阻值確定的情況下,通過(guò)改變R2的電阻值,可調(diào)整靜態(tài)時(shí)IC的2腳電位高低,也就是說(shuō),通過(guò)適當(dāng)調(diào)整 R2的電阻值,可以控制聲控靈敏度。

元器件選擇:
IC選用靜態(tài)功耗很小的CMOS 工藝的555時(shí)基集成電路,這種CMOS時(shí)基集成電路的靜態(tài)電流很小,只有75uA左右(4.5V工作電壓下測(cè)定),而且工作電壓低(實(shí)測(cè)不低于2V就能工作)。常用的普通TTL工藝生產(chǎn)的“555”時(shí)基集成電路,因其功耗大,要求工作電壓較高(≥4.5V),所以不適宜在本制作中使用。

VT1,VT2 均選用9014(集電極允許最大電流ICM=0.1A,集電極最大允許功耗PCM=310mW)或3DG8型硅NPN小功率三極管,要求VT1的電流放大系數(shù)β>200,VT2的電流放大系數(shù)β>100,VT3選用9012(ICM=-0.5A,PCM=625mW)或3CG23型硅PNP中功率晶體三極管,要求電流放大系數(shù)β>50。
R1-R5均選用RTX-1/8W型碳膜電阻器。C用漏電很小的優(yōu)質(zhì)CD11-10V 型電解電容器。B用φ27mm壓電陶瓷片,如FT-27,HTD27A-1型等,要求配上簡(jiǎn)易塑料或金屬共振腔盒。H用手電筒常用的3.8V,0.3A小電珠(三節(jié)干電池供電的手電筒專用)。GB用三節(jié)5號(hào)干電池串聯(lián)(須配塑料電池架)而成,電壓4.5V。

如果嫌聲控靈敏度不高,可通過(guò)適當(dāng)增大電阻器R2的阻值加以調(diào)整;反之,如果嫌聲控靈敏度太高,則適當(dāng)減小R2阻值加以調(diào)整。R2阻值一般的選擇的范圍為10-150K。R2阻值太大,(IC的2腳在靜態(tài)時(shí)就已處于低電平(< 1.5V),單穩(wěn)態(tài)電路便不能正常工作。小電珠H就會(huì)常亮不滅。如果嫌1min的延時(shí)時(shí)間太短,可通過(guò)適當(dāng)增大電阻器R3阻值來(lái)加以調(diào)整;反之,可通過(guò)適當(dāng)減小R3的阻值來(lái)加以調(diào)整。例如,當(dāng)R3阻值分別取560K,1.8M,2.4M,3M和3.6M 時(shí),所對(duì)應(yīng)的延時(shí)時(shí)間依次為30S,1.5min,2min,2.5min和3.1分鐘。

該延時(shí)小夜燈由于采用了諧振頻率較高(約 4K左右)的壓電陶瓷片B作為聲波傳感器,所以對(duì)猝發(fā)的擊掌聲,硬物相碰撞聲反應(yīng)靈敏,而對(duì)于人們的講話聲以及環(huán)境其他低頻率的嘈雜聲,卻反應(yīng)不靈敏。這就是說(shuō),電路具有比較好的防誤觸發(fā)性能。當(dāng)然,將電路聲控靈敏度調(diào)得比較高時(shí),防誤觸發(fā)能力就會(huì)相應(yīng)降低。這一點(diǎn)在調(diào)試聲控靈敏度時(shí),要掌握并統(tǒng)籌兼顧好。

由于整個(gè)電路平時(shí)靜態(tài)耗電很小,實(shí)測(cè)靜態(tài)總電流小于130μA,故電路末設(shè)置電源開(kāi)關(guān)。

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