聲控開關

聲光控延時開關是集聲學、光學和延時技術為一體組成的自動照明開關，廣泛用於樓道、建築走廊、洗漱室、廁所、廠房、庭院等場所，是現代極理想的新穎綠色照明開關，並延長燈泡使用壽命，還可以做到節約用電。

白天或光線較強時，開關電路為自鎖狀態，燈不亮，當光線黑暗時或晚上來臨時，開關進入預備工作狀態，此時，當來人有腳步聲、說話聲、拍手聲等聲源時，開關自動打開，燈亮，延時一段時間后自動熄滅，從而實現了“人來燈亮，人去燈熄”，杜絕了長明燈，免去了在黑暗中尋找開關的麻煩，尤其是上下樓道帶來不便。

由於聲控光控延時開關有居多好處，所以很早就有人開始對此做研究。隨著科學技術的發展，聲控光控延時開關的設計得越來越精簡與方便，為克服現有技術中節電開關無光控功能及開關均為有觸點形式的不足，特別是這種具有聲控、光控及延時三功能的節電開關，人們常用的是利用集成晶元來設計。這次課程設計我們是根據我所學的知識和所擁有的元器件來設計的。它由穩壓電源電路、聲光信號的收集電路、控制電路、被控制電路等模塊構成，所用的主要晶元是TC4081BP。整個過程我們通過對電路中各個器件參數的計算，電路的模擬，麵包板上電路連接，最終做出實物，並加入電源后得到了我們所預期的結果。

現在聲光控延時開關的品種繁多，設計也各有不同，但是我們可以對電路進行改革，加大它的控制因素，做到更加精準的來控制整個電路，比如對延時電路的重新設計，使其對不同年齡段的人所保持的時間不同。聲光控延時開關的利用非常廣泛，我們應該在此方面做更深的研究，來大大提高聲光控延時開關的價值。

發聲啟控

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

延時自關

開關一旦受控開啟便會延時數十秒后將自動關斷，減少不必要的電能浪費，實用方便。

延時用電器使用壽命

聲控開關可控制迴路採用電子元件，無接觸觸點，可消除浪沖電流及火花。

聲控開關可用於各類樓道、走廊、衛生間、陽台、地下室車庫等場所的自動延時照明。

在分析其聲控開關的工作原理前，先來介紹一下單向可控硅的工作原理。

可控硅是P1N1P2N2四層三端結構元件，共有三個PN結，分析原理時，可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成，當陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處於放大狀態。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發信號，BG2便有基流Ib2流過，經BG2放大，其集電極電流Ic2=β2Ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連，所以Ib1=Ic2。此時，電流Ic2再經BG1放大，於是BG1的集電極電流Ic1=β1Ib1=β1β2Ib2。這個電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使Ib2不斷增大，如此正向饋循環的結果，兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導通。由於BG1和BG2所構成的正反饋作用，所以一旦可控硅導通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導通狀態，由於觸發信號只起觸發作用，沒有關斷功能，所以這種可控硅是不可關斷的。

由於可控硅只有導通和關斷兩種工作狀態，所以它具有開關特性，這種特性需要一定的條件才能轉化，

可控硅導通和關斷條件如下：

從關斷到導通：1）陽極電位高於陰極電位；2）控制極有足夠的正向電壓和電流；兩者缺一不可。

維持導通狀態：1）陽極電位高於陰極電位；2）陽極電流大於維持電流；兩者缺一不可。

從導通到關斷：1）陽極電位低於陰極電位；2）陽極電流小於維持電流；任一條件即可。

聲控燈就是運用聲音來控制燈的開關的。

原理分析：聲控開關內有一麥克風、光敏電阻、三極體、電容器等電子元件，白天的時候，由於光敏電阻的阻值較小。就會屏蔽掉麥克風的信號輸入。這樣即使有很大的聲音。但是因為光敏電阻的下拉導致信號無法繼續傳送，所以白天的時候不亮。

夜晚的時候，光敏電阻阻值變大。此時如果有較大的聲音的話。聲音會通過麥克風轉化為電信號。然後后級的放大電路將此小信號放大。最後推動晶閘管導通，此時燈泡就會點亮。在晶閘管驅動電路中有一個阻容放電電路。這個電路就是延時電路。電容值的大小和電阻值的大小都會影響到延時量的變化。當電容器中的電荷放盡的時候，晶閘管就會在交流過零后自動關閉，此時燈泡就會熄滅了。

從電路原理圖中可以看出，當白天或者亮度大於一定程度的時候，光敏電阻的阻值非常的小，這樣對於光敏的支路來說，相當於直接接地，則相當於將後面的電路和前面的電路隔離開來，三極體②就始終處於截止的狀態，單向可控硅無觸發電流就不會導通，電路就不會工作。當黑暗無光的情況下，光敏電阻呈現高阻值狀態，不影響三極體①和三極體②之間的信號傳送。此時，聲控的部分才能夠發揮作用。

當有足夠信號的聲音傳入的時候，聲控部位將聲音信號轉化為電信號，通過三極體①將其信號放大，使其信號的大小能夠觸發三極體②。電路的第一級和第二級之間通過電阻和電容元件連接，故稱為阻容耦合放大電路。阻容耦合的優點是，由於前、后級之間通過電容相連，所以各級的直流電路互不相通，每一級的靜態工作點都是相互獨立的，不致互相影響，這樣就給分析、設計和調試帶來很大的方便。而且，只要耦合電容選得得夠大，就可以做到前一級的輸出信號在一定的頻率範圍內幾乎不衰減地加到后一級的輸入端上去，使信號得到了充分的利用。

經過測試，三極體②在有聲音信號的情況下基極和射極之間產生偏置電壓，使的三極體②導通。三極體②的導通使的其集電級電壓降低，從而使的三極體9015導通，電流經過二極體1N4148傳向三極體③，同時也對電容充電。當三極體③導通的時候，單向可控硅PCR406得到一個能夠使其導通的電流。當單向可控硅導通的時候燈即能正常變亮。

當聲音信號消失的時候，二極體截止，三極體②和三極體9015都不再工作，但是通過電容放電，使三極體③仍然能夠再導通一段時間，還能對單向可控硅提供電流。這樣的延遲不至於在信號消失的時候燈就不亮了，可實用性高。當電容的電量放完之後，電路恢復最開始沒有信號的時候。當聲音信號再進來的時候，重複循環以上的情況。

隨著led技術的日益成熟，led燈具已經逐漸走進了人們的生活，並且得到了大量的應用。作為最新一代的照明替代產品，led燈具的技術也已經完善。海格公司率先研發的led一體化聲光控開關已經取得了大量應用。以其獨特的優勢，進入歷史舞台。

LED光源一體化聲控開關優點:

1、自身具有燈具功能，無需單獨配備光源。利用led作為光源，採用先進的集成技術，把智能聲控、智能光空及驅動集成到燈具內，將光源和底座結合，實現聲控底座和光源的完美融合。

2、安裝方式符合國標設計標準。底座安裝孔採用傳統聲控底座尺寸，更換替代沒有任何障礙。

3、替代傳統聲控開關，順應政策主題。更加節能，壽命更長，降低維修成本。led光源的理論壽命長達5萬小時，且其發光效率非常高，3w的led燈可完全替代15w的白熾燈，節能效果非常明顯。

一、電源控制：

首先在上圖可以看到，我們日常用的220V加在4個二極體組成的單向橋式整流電路之間，220V的交流電經過整流之後送到100K電阻處，通過100K的電路進行限流，9.1V的穩壓管進行穩壓和47μf的電容濾波，從而得到7.5V的電壓，以保持其後電路的正常工作。

二、整流：

對於4個二極體而言，從左至右，從上至下，我們將其分為VD1，VD2，VD3，VD4。當交流信號的正半周的時候，二極體VD1，VD4導電，VD2，VD3截止；當信號變化為負半周的時候，VD2，VD3導電，VD1，VD4截止。正、負半周均有電流流過後面的負載電阻，而且無論在正半周還是負半周，流過後面的負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，脈衝成分被降低。

由圖可見，橋式整流電路無需採用具有中心抽頭的變壓器，仍能達到全波整流的目的。而且，整流二極體承受的反向電壓也不高，但是電路中需要四個整流二極體。

在橋式整流電路中，負載上得到的直流電壓實際上為輸入電壓有效值的90%這個結果是在理想情況下得到的，如果考慮到整流電路內部二極體正向內阻和變壓器等效內阻上的壓降，輸出直流電壓的實際數值還要低一些。

三、濾波：

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

並聯電容以後，在信號的正半周，當二極體VD1，VD4導電時，二極體導電時，除了有一個電流流向負載外，同時還有一個電流向電容充電，電容電壓的極性為上正下負，如果忽略二極體的內阻，則在二極體導通時，輸出電壓等於輸入電壓。當信號達到最大值以後開始下降，此時電容上的電壓也將由於放電而逐漸下降。當信號小於電容電壓時，二極體VD1，VD4被反向偏置，因而不導電，於是電容電壓以一定的時間常數按指數規律下降，直到下一個半周，當信號的絕對值大於電容電壓的時候，二極體VD2，VD3導通。

對於電容濾波可以得到下面幾個結論：

1．加了電容濾波以後，輸出電壓的直流成分提高了。

2．加了電容濾波以後，輸出電壓中的脈動成分降低了。這是由於電容的儲能作用造成的。當二極體導電時，電容被充電，將能量儲存起來，然後在逐漸放電，把能量傳送給負載，因而輸出波形比較平滑。

3．電容放電的時間常數τ=RC愈大，放電過程愈慢，則輸出電壓愈高，同時脈動成分也愈少，即濾波效果愈好。

4．接入電容之後，整流二極體的導電時間縮短了。二極體的導電角〈180°，而且電容放電時間常數愈大，則導電角愈小。由於加了電容濾波以後，平均輸出電流比原來提高了，而導電角卻減小了，因此，整流管在短暫的導電時間內流過一個很大的衝擊電流，對管子的壽命不利，所以必須選擇較大容量的整流二極體。

四、穩壓：

穩壓二極體的穩壓原理：穩壓二極體的特點就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。這樣，當把穩壓管接入電路以後，若由於電源電壓發生波動，或其它原因造成電路中各點電壓變動時，負載兩端的電壓將基本保持不變。

故障特點：穩壓二極體的故障主要表現在開路、短路和穩壓值不穩定。在這3種故障中，前一種故障表現出電源電壓升高；后2種故障表現為電源電壓變低到零伏或輸出不穩定。