电子小制作:自制声控灯

声控灯已经广泛应用在居民楼的楼道中,它给人民的生活带来很多的方便。这些声控灯电路中几乎都使用了集成电路,并且直接使用220V的交流电源。虽然这样做简化了电路,但对于初学者来说他们理解电路有一定的困难,调试电路也具有一定的危险性。这里介绍一个简单的声控灯电路,采用了三极管等分立元件和低压电源,不仅适合初学者的学习,而且通过电路中的继电器也可以控制其它电器进行工作。当你对着声控电路拍手或喊叫时,电路中的继电器会动作,如果用它控制小灯,可以使小灯工作几秒钟,然后自动关闭。
一、元器件的准备
表7

序号
元器件规格
R1、R2
680kΩ、1/8W碳膜电阻器
R3
330kΩ、1/8W碳膜电阻器
R4
13kΩ、1/8W碳膜电阻器
R5、R6
2.7kΩ、1/8W碳膜电阻器
C1
10μF/10V电解电容器
C2
47μF/10V电解电容器
C3
100μF/10V电解电容器
VD
1N4148二极管
VT1~VT3
9014等NPN型三极管
VT4
9015等PNP型三极管
B
φ27压电陶瓷片
K
JRC4098型6V继电器
SA
1×2小型开关

6V电池夹

50mm×25mm电路板
所用的元器件如表7所示。电路中使用了一只φ27的压电陶瓷片,它的符号和外形见图7-1所示,最好带有共鸣腔。电路板是按JRC4098型6V继电器的尺寸设计的,也可以根据需要选用其他符合要求的继电器。电路也可以使用外接电源。

图7-1 压电陶瓷片的符号和外形
三、电路工作原理
图7-2中三极管VT2、VT3及其电阻器、电容器组成了单稳态电路。电阻器R3为三极管VT2提供了基极电流;而三极管VT3的基极电流则是从三极管VT2的集电极电阻R4上得到的。三极管VT2集电极与三极管VT3基极之间是直接耦合的;而三极管VT3集电极与三极管VT2基极之间的耦合则是由电容器C2来完成的。电阻器R4是三极管VT2的集电极负载,三极管VT3的集电极负载是电阻器R5。
单稳态电路的特点是它只有一个稳定状态。电路在没有信号输入时,选择合理的R3使三极管VT2稳定在饱和状态,此时它的集电极电压约为0.3V以下。这样使三极管VT3稳定在截止状态。这就是单稳态电路的稳定状态。
当一个负脉冲通过C1到达三极管VT2的基极时,三极管VT2开始趋向截止,它的集电极电流减小,集电极电压升高;经过直接耦合,使三极管VT3的基极电压升高,三极管VT3开始导通,它的集电极电压下降;经电容C2的藕合又使三极管VT2的基极电压进一步下降(虽然这时负脉冲已经不再存在),形成一个正反馈,很快达到一个新的状态。此时三极管VT2截止,三极管VT3饱和导通。这就是单稳态电路的暂稳态现象。
单稳态电路的暂稳态是不能持久的。在暂稳态期间,电容器C2通过电阻器R3进行放电,随着放电的进行,三极管VT2的基极电压逐渐升高,当它达到0.5V以上时,三极管VT2开始导通,正反馈现象再次发生,整个电路很快又回到VT2饱和导通,VT3截止的稳定状态。电容C2通过电阻R3的放电过程决定了电路暂稳态的维持时间。根据计算,这个时间t =0.7×R3×C2。在本电路中电阻R3为330KΩ,电容C2为47μF,所以
t=0.7×330×103×47×10-6≈1ls.根据这个公式改变电阻R3或电容C2的参数,可以延长或缩短电路的延迟时间。
电路复原后,电容器C2通过电阻器R5和三极管VT2的发射结进行充电。充电完成后电路才可以接收下一次的触发。
电路中的B是一只压电陶瓷片,它能将声音信号转变为电信号。压电陶瓷片所转换的电信号很微弱,只有通过由三极管VT1组成的放大器把微弱的信号进行放大后,才能去触发单稳态电路。放大后信号中的负脉冲作用在三极管VT2的基极上时,可以使单稳态电路翻转。电路中的电容器C3是电源退耦滤波电容器。
在电路的稳态过程下,单稳态电路中三极管VT2导通,三极管VT3截止。三极管VT3的集电极为高电平,接在它上面的三极管VT4是PNP型三极管,所以三极管VT4没有导通,继电器不工作。一旦有外界的声音来触发电路,单稳态电路中三极管VT2的基极受到负脉冲的作用而截止,单稳态电路处在了暂态的过程中。这时三极管VT3导通,它的集电极电压下降,导致与它连接的三极管VT4也导通,继电器吸合。由于单稳态电路的暂态时间是由电阻器R3与电容器C2的参数决定的,所以十秒钟后单稳态电路会自动恢复到稳态过程下,继电器停止工作。

图7-2 声控电路电原理图
三、电路的制作与调试
图7-3是声控电路的电路板安装图,图7-4是电路板元件图。对照电原理图7-2中元器件的数值认清元器件。安装时首先将六只电阻器焊到电路板上,然后依次将电容器、二极管、三极管、继电器焊到电路板上,注意电解电容器的极性和三极管的管脚排列。压电陶瓷片要通过导线与电路板连接,注意在焊接压电陶瓷片时,时间不能太长以免烫坏压电陶瓷片的镀银层。小型开关和电池夹也通过导线与电路板连接。只要元器件正确,焊接可靠,电路不需调整就可以工作

7-3 电路板安装图

图7-4 电路板元件图
元器件装好后可接通直流电源进行调试。首次通电时继电器会吸合几秒钟然后释放。这时可以拍手来触发声控电路,每拍一下手,继电器就应吸合,十秒钟后继电器会自动释放。
继电器的一组常开触点可以作为受控电路的开关,这一部分在电原理图中没有画出。电路板安装图的右边两接点即为继电器的常开触点。声控电路调试成功后就可用这两点作为电灯开关。