选题
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课题3 声控灯开关
一、目的
（1） 作为电力电子技术的入门，学习晶闸管的应用。
（2） 设计模拟和数字电子混合电路，实现特定功能。学习这一技能，积累这方面的经验。
二、设计内容及要求
(1) 设计办公大楼、写字楼或居民住宅楼内应用的声控灯开关。
(2) 在白天照度较高时，即楼道内光线充足时本开关不启动，灯熄灭。
(3) 夜晚楼道内光线较差时，若楼道内充分安静(无人行动时)，灯泡不启动，
(4) 若在光线较差的楼道内有人发出声响，就启动该装置使灯泡点亮。
三、声控灯开关的工作原理
声控灯开关的原理图见图3-1。
图 3-1 声控灯开关原理图
由四个二极管组成的桥式整流电路将输入电路的220V50Hz交流电压变换成脉动直流。该脉动直流电压一路由R3和R1、C3分压并滤波后得到传感及逻辑控制电路所用的电压VCC；另一路接到晶闸管BTl69的阳极。
当BT169的控制极(栅极)为高电平且输入的交流信号Vi=cos(ωt+Φ)处于正半周期时，电流由D2→地→D4 →灯流过而将灯点亮。当Vi处于负半周期时，电流由灯→D3→地→D1 - 1 - 而将灯点亮。当BTl69的控制极为低电平时，晶闸管截止，此时不会产生驱动灯的电流，因此灯是熄灭的。由此可见，灯的亮灭是由晶闸管的控制极电平决定的。因此，关键的问题是如何控制其栅极电平的高低。
我们的目的是要达到：有光时灯灭；无光无声时灯灭：无光有声时灯亮。参见原理图3-1。对光敏电阻RW而言，当有光时，Rw<2KΩ，此时HDl4011的1脚亦即第一个与非门的一个输入端为低电平(地)，所以3脚为高电平、4脚为低电平，10脚为高电平，11脚为低电平(后文设上述由左至右四个与非门的输出分别为A，B，C，D)，则此时晶闸管截止，灯泡是暗的。相反，如果无光时，RW>2MΩ，此时HDl4011的1脚是高电平，此时第一个与非门的输出取决于2脚的状态，而2脚的状态将由噪声传感器来决定，当没有声音时，2脚为低电平，因此A为高电平，B为低电平，C为高电平，D为低电平，此时晶闸管截止，灯泡为暗。当有声音产生时，在麦克两端产生一个交流信号，经过电容而将2脚置成高电平，此时A为低电平，B为高电平，C为低电平，D为高电平，从而将晶闸管触发导通，灯泡点亮，同时由于B点为高电平，可对电容C2充电，这样，当声音消失之后，由于C2和R7的存在，使C点维持在低电平直到C2放电结束，在此过程中，灯泡将会一直保持在亮的状态直至此过程结束。
四、电路板上元器件布局及其明细
PCB电路板上的元件布局见图3-2。
图 3-2 元、器件布局示意图
元、器件明细：
R1：20kΩ R2：4.7MΩ R3：150kΩ R4：20kΩ
R5：470kΩ R6：2MΩ R7：2MΩ R8：43kΩ
R9：160kΩ - 2 - C1： 0.1μF C2：22μF C3：22μF
D1,D2,D3,D4：1N4007×4 噪声传感器 CZN-15E
晶体管S9014 晶闸管BT169 四双输入与非门 HD14011
五、安装及调试要点
1、由于灯开关是对声和光敏感的，因此在焊接时应尽可能地将光敏电阻和噪声
传传器的管脚留长，使之能够比较明显地探出壳外并对外界变化有所反应。
2、电路中有电解电容存在，因此在焊接前应注意其正负极性。
3、由于此开关电路的输入电压是220V交流电，因此在做调试时应注意不要用手接触电路。以免发生触电危险。
4、元器件的实用测试方法
(1)二级管的测试方法
二级管极性的识别是非常重要的，因为二级管具有单向导电性，所以在很多场合下，对其在使用时极性的正确与否是很重要的，在安装到电路上之前，即使管壳上的标志很清楚，也应用仪器核实其是否正确，方可使用。
二极管极性识别方法如下：
若使用指针式万用表，只需测量二极管的正向电阻和反向电阻就可确定电极了。用万用表的两只表笔交替测量二极管的2个电极时，应把万用表拔到“欧姆档”。一般采用R×l00或R×lK这二档，应当注意，不要用R×l或R×l0K档，因为R×l档使用的电流太大，而R×l0K档使用的电压太高，都容易损坏管子。万用表内装有电池，红表笔接电池的负极，黑表笔接电池的正极，万用表外电路电流的方向是从万用表的负端(黑表笔)流向万用表的正端(红表笔)。如果我们测出的是反向电阻，例如阻值达几百千欧，这时红表笔接触的一端是二极管的正极，而黑表笔接触的一端是二极管的负极。假如我们测出的是正向电阻，例如极间电阻为几百欧，这时红表笔的接触端是二极管的负极，而黑表笔的接触端是二极管的阳极。
若使用数字万用表，则应把万用表拔到PN结(二极管)测量档(画有二极管符号)，两只表笔分别接一个被测电极。此时万用表显示的是电压值，若为0．7V左右，则正表笔接的是正极(阳极)。检查二极管的好坏，显然可用判定电极的方法实现，不赘述．
(2) 双极型晶体管(三极管)测试方法如下：
首先用测量二极管的方法找到基极。基极找到后，就可以进一步判断剩下的两个管脚那一个是集电极，哪一个是发射极并进而测试管子的好坏。
数字万用表都有机晶体管的测试档，拨到此档后将晶体管的基极正确插入PNP或NPN插座内，另外两只引脚按猜测处理。此时测量及显示的是它的电流放大系数，由此法可测知管子的电极和好坏。
三极管和二极管在焊接时还必须注意以下几点：
i 切勿使电压、电流值超过规定的极限运用数据，以免烧坏管子。
ii 允许用20W-40W的电烙铁进行焊接，焊接时应小于3秒钟，并保证管脚有良好的散热(可用镊子夹住被焊管脚根部，以利散热)。
iii 管予应安装牢固，避免靠近电路中的发热元件。
iv 管子极性不得接错。
(3) 晶闸管及IC - 3 - 本课题需用一只晶闸管及一片集成电路14011。
晶闸管特性的最简单描述为：当控制极给一高电平时BTl69导通，当为低电平时，BTl69截止。
14011的测试应采用数字集成电路测试仪完成。
图3-3是高频小功率三极管S9014、可控整流器BTl69、集成电路HDl491l
的引脚分配图。
图 3-3 引脚分配
