声光控开关灯座的组装大学本科毕业论文.doc

荆楚理工学院
声光控灯座的组装

学 院： 数理学院 班级：13级应用物理班
学生姓名： 党未福 学号： 2013409020135
设计地点（单位） 荆楚理工学院
设计题目： 关于灯座的组装

完成时间：2015年5月28日

教导师评语

成绩（五级计分制）
教 师 签 名：

JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

专业课程设计

关于声光控灯座的组装

学 院 数理学院
专 业 应用物理学
年级班别 13级应用物理班
学 号 2013409020135
学生姓名 党未福
指导老师 张定梅

2015年5月28日

关于声光控灯座的组装
摘要：
此次科技实践的题目是《声光控灯座的组装》，目的是应用各种电路元件，设计并组装一个有声光控开关的灯座。所谓声光控开关就是由声音、光来控制灯的亮与灭，起到节约电，方便使用的作用。它主要由9部分组成：电源电路、检音（话筒）、感光电路、信号放大电路、控制门、整形、延时、二级整形、开关（可控硅）等。能够通过调节电阻和电容的大小来改变灯亮的时间长短。声控是通过驻极体话筒采集声音，并产生脉冲信号。光控电路则是由光敏电阻控制，光敏电阻在有光和无光状态下电阻阻值差距很大，能产生高低电平及通过逻辑器件控制电路。延时电路则是由电阻和电容组成的充放电电路组成，通过电容的充放电来实现的。
预期目标：
用声与光控制路灯，白天光线强，路灯不亮，只有光线暗的时候，通过声音触发路灯亮，并且灯点亮一段时间后，自动熄灭。按照要求制作灯座实物。
关键字：声光控、光敏电阻、驻极体话筒、灯座。

前言
声光控开关能较好的为世界能源危机提供一点帮助。有利于我国实施可持续发展，构建节约社会型，造福于子孙后代，造福于全人类。
声光控开关的优点：
一是省电，灯泡大部分时间里都不同工作，因此节电效率很高，达80%左右；
二是方便，首先不用接触，全自动智能控制；另外，接线简朴，安装方便，是公共场所照明开关的理想选择，被人们形象的比喻为“长明灯的克星”。
再者，随着科技技术的发展，公共场所照明控制手段也将逐渐更新，除现在已有的声光控外还有由微博感应和热式远红外感应来控制的照明灯等等。目前微博感应的抗干扰性能不理想，红外感应在性能上较为理想，但安装复杂，比较娇气，价格也偏高，比较适合在一些治理完善的场所如宾馆、大饭店楼道及居家走廊的应用，在普通住在楼、办公楼道等场所的照明控制考虑到价格、管理及安装方便等因素，根据我国国情，可以预计在一段时期内，声光控将是首选的主流产品。所以，对于这一课题的研究是必要的。

一、 组装原理
根据已有的电路图，连接电路元件并调节调试、检测是否正常。

图 1-组装原理图

图 2-PCB电路板图
二、 装配说明安装要求：
1、光敏电阻安装时引脚不能剪得太短，要求光敏电阻插入外壳留的小孔，与外壳平面保持一致，以便接受光源，提高灵敏度。
2、话筒安装时用剪下的元件腿先焊接在话筒上，后再插入电路板上焊接，正负极不要接错。
本电路中三极管Q2在一般情况下是饱和桐庐的，把电阻R2提供的电源对地放掉，使可控硅没有触发信号不能导通工作。Q4为光控管，光敏电阻接受到光纤时阻值较低，把电源送入三极管Q4的B级使其饱和导通，C级为低电平，驻极体话筒停止工作。在黑夜中光敏电阻阻值较大，Q4截止。驻极体话筒接入电路。R3、RG、R8为Q4基极的分压式偏置电阻。C1为抗干扰电容，防止白天瞬间的光线变化引起声光控灯的点亮。Q3由驻极体话筒控制的，麦克风接到声音能发出音频信号使通过电容C3耦合送入Q3基极，使Q3导通，其集电极电位下降，电容C4内储存的电荷开始放电并反向充电，三极管Q2基极典韦降低，使Q2截止，Q2集电极电位上升，给可控硅提供触发信号，可控硅导通。灯泡点亮。随着反向充电的进行，Q2基极点位逐渐提高，一段时间后，Q2又重新导通，Q2集电极电位降低，可控硅管段，灯泡熄灭。定时原理由电筒C4充放电来控制延时时间长短，短绒容量越大，则延时时间越长，反之则越短。
特别提示：本声光控开关由220V供电，有触电危险、短路有引起火灾危险。仔细检查安装无误、无短路后在通电。
三、 元件清单
序号
名称
位号
型号规格
数量
1
电阻
R1R2R8
620K
3
2
电阻
R3R7
18K
2
3
电阻
R4
200
1
4
电阻
R5
3M
1
5
电阻
R6
150K
1
6
电解电容
C1C2
22uF
2
7
瓷片电容
C3
104
1
8
驻极体话筒
MIC
10
1
9
光敏电阻
RG
3
1
10
三极管
Q3Q4
9014
2
11
三极管
Q2
C945
1
12
可控硅
Q1
PCR606
1
13
外壳上盖

1
14
外壳下盖

1
15
灯座螺口

1
16
灯座中心触片

1
17
金属压片

2
18
螺丝

4
19
PCB电路板

1
20
双头镀锡导线

8cm
2
四、各元件简介：
1． 整流二极管1N4007
二极管1N4007 是封装形式为 DO-15 的塑料封装型通用硅材料整流二极管。广泛应用于各种交流变直流的整流电路中。 
IN4007的作用
利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。 
IN4007的主要参数:
二极管类型:Standard Recovery 0
电压:V=1000V 
电流:I平均:1A 
正向电压V最大:1.1V 
电流: I最大:30A 
封装形式:DO-41 
针脚数:2 　　
器件标记:1N4007  图 3-整容二极管
封装类型:DO-41 
总功率:P=2.5W
正向电压:I=1.1V 
　电流, I:30A 
　结温, Tj最高:175°C 
　表面安装器件:轴向引线
2． 三极管
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幅度值较大的电信号， 也用作无触点开关。晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。
①　 三极管的分类
a. 按材质分: 硅管、锗管b.按结构分: NPN 、 PNP。如图所示。c.按功能分: 开关管、功率管、达林顿管、光敏管等.
b. d. 按功率分:小功率管、中功率管、大功率管
e.按工作频率分:低频管、高频管、超频管
f.按结构工艺分:合金管、平面管
g.按安装方式:插件三极管、贴片三极管
②　 多用电表检测
三极管基极的判别:根据三极管的结构示意图，我们知道三极管的基极是三极管中两个PN结的公共极，因此，在判别三极管的基极时，只要找出两个PN结的公共极，即为三极管的基极。具体方法是将多用电表调至电阻挡的R×1k挡，先用红表笔放在三极管的一只脚上，用黑表笔去碰三极管的另两只脚，如果两次全通，则红表笔所放的脚就是三极管的基极。如果一次没找到，则红表笔换到三极管的另一个脚，再测两次;如还没找到，则红表笔再换一下，再测两次。如果还没找到，则改用黑表笔放在三极管的一个脚上，用红表笔去测两次看是否全通，若一次没成功再换。这样最多没量12次，总可以找到基极。
③　 三极管类型的判别
三极管只有两种类型，即PNP型和NPN型。判别时只要知道基极是P型材料还N型材料即可。当用多用电表R×1k挡时，黑表笔代表电源正极，如果黑表笔接基极时导通，则说明三极管的基极为P型材料，三极管即为NPN型。如果红表笔接基极导通，则说明三极管基极为N型材料，三极管即为PNP型。
④　 三极管的符号
中间横线是基极B，另一斜线是集电极C，带箭头的是发射极E。
图 4-各类三极管符号
3． 可控硅
可控硅又称晶闸管（Silicon Controlled Rectifier,SCR）。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶可控硅闸管、快速晶闸管，等等。
大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体 材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极〔图2(a)〕:第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号〔图2(b)〕可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。
本次使用的PCR606可控硅参数如下：
品名：0.6A单向微触发可控硅(SCR) 
型号：PCR606 
电流：0.6（A） 
电压：600（V） 
结温：125（℃） 
主要用途：
各种万能开关器，调光调速开关，触摸开关，继电器与灯控制，
小型马达控制器，灯饰、电风扇、家电控制电路，漏电保护器，
摩托车点火器等线路功率控制。
4． 色环电阻
色环电阻，是在电阻封装上(即电阻表面)涂上一定颜色的色环，来代表这个电阻的阻值。识别方法：
黑
棕
红
橙
黄
绿
蓝
紫
灰
白
金
银
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
5%
10%
倒数第二环，表示零的个数。最后一位，表示误差。
这个规律有一个巧记的口诀:棕一红二橙是三，四黄五绿六为蓝，七紫八灰九对白，黑是零，金五银十表误差.色环电阻分四环和五环，通常用四环。
倒数第二环，可以是金色(代表×0.1)和银色的(代表×0.01)，最后一环误差可以是无色(20%)的。
色环电阻的基本单位是:欧姆()、千欧()、兆欧()。1000欧()=1千欧()，1000千欧()=1兆欧()。
①　 五色环电阻
五色环电阻 就是指用五色色环表示阻值的电阻，从左向右数，如图所示。第一道色环表示阻值的最大一位数字;第二道色环表示阻值的第二位数字;第三道色环表示阻值的第三位数字;第四道色环表示阻值的倍乘数;第五道色环表示误差范围。
五环电阻为精密电阻，前三环为数值，最后一环还是误差色环，通常也是金、银和棕三种颜色，金的误差为5%，银的误差为10%，棕色的误差为1%，无色的误差为20%，另外偶尔还有以绿色代表误差的，绿色的误差为0.5%。精密电阻通常用于军事，航天等方面。色环实际上是早期为了帮助人们分辨不同阻值而设定的标准。现在应用还是很广泛的，如家用电器、电子仪表、电子设备中常常可以见到。但由于色环电阻比较大，不适合现代高度集成的性能要求。
图 5-色环电阻视图
5． 光敏电阻
①　 含义
光敏电阻器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。
②　 作用
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）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。
此次组装所用型号为C光敏电阻￠3mm
观尺寸： 基板:L3.3mm±0.2mm×W3.0mm±0.1mm×H1.8mm
引线长:L36mm±0.2mm /引线直径：￠0.4mm

图 6-光敏电阻结构图
③　 封装类型：属环氧树脂封装/直插型（DIP)
④　 常用型号：BD3526 / BD3537 /BD3548图 7
⑤　 工作原理
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。
⑥　 应用范围
光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及r值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关控制领域。下面给出几个典型应用电路。
6． 驻极体话筒
驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。
驻极体话筒的结构原理可以用图8来表示：
图 8-驻极体结构原理示意图
①　 驻极体话筒的结构与工作原理
话筒的基本结构由一片单面涂有金属的驻极体薄膜与一个上面有若干小孔的金属电极(背称为背电极)构成。驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，形成 一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。电容的两极之间有输出电极。由于驻极体薄膜上分布有自由电 荷。
当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时;改变了电容两极板之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式:Q =CU 所以当C变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号，实现声-电的变换。由于实际电容器的电容量很小，输出的电信号极为微弱，输出阻抗极高，可达数百兆欧以上。因此，它不能直接与放大电路相连接，必须连接阻抗变换器。通常用一个专用的场效应管和一个二极管复合组成阻抗变换器。电容器的两个电极接在栅源极之间，电容两端电压既为栅源极偏置电压U，U变化时，引起场效应管的源漏极之间Idc的电流变化，实现了阻抗变换。一般话筒经变换后输出电阻小于2千欧。
②　 驻极体话筒的正确使用
对应的话筒引出端分为两端式和三端式两种，图中R是场效应管的负载电阻，它的取值直接关系到话筒的直流偏置，对话筒的灵敏度等工作参数有较大的影响。
二端输出方式是将场效应管接成漏极输出电路，类似晶体三极管的共发射极放大电路。只需两根引出线，漏极D与电源正极之间接一漏极电阻R，信号由漏极输出有一 定的电压增益，因而话筒的灵敏度比较高，但动态范围比较小。市售的驻极体话筒大多是这种方式连接。三端输出方式是将场效应管接成源极输出方式，类似晶体三极管的射极输出电路，需要用三根引线。漏极D接电源正极，源极S与地之间接一电阻R来提供源极电压，信 号由源极经电容C输出。源极输出的输出阻抗小于2K，电路比较稳定，动态范围大，但输出信号比漏极输出小。三端输出式话筒市场上比较少见。
③　 驻极体话筒的特性参数
工作电压：U=1.5~12V（常用的有1.5V，3V，4.5V三种）
工作电流：I=0.1~1mA之间
输出阻抗：一般小于2K(欧姆)
灵敏度：单位:伏/帕（国产的分为4档，红点、黄点、蓝点、白点）
频率响应：一般较为平坦
指向性：全向
等效噪声级：小于35分贝

结论
在这次实践中用到了二极管、三极管、电容、色环电阻、光敏电阻等电路元件，尤其是设计合理的电路并应用适合的元件达到我们想要的效果，这就是应用我们学过的知识。该灯座可以方便的实现在黑夜中用声音来当灯泡的开关，设计思路明确、组装简单、成本廉价非常适合安装在需要自动照明的地方。

心得体会
这一周的课程实践已经结束了。在这一周的课程实践过程中，通过与同学们的交流、合作，使我学习到了很多知识，让我深深的体会到一个人的力量是有限的，只有与他人互相交流互相合作才能使我们更上一层楼。此次实践使我了解到如何把自己学过的知识应用到生活中，也让我认识到我们要善于发现，我们身边很多问题都可以用我们所学过的知识解决。通过这次实践也让我学会了如何与同学交流，学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．
最后感谢我们的熊老师、杨老师、张老师、蒋老师，感谢他在这次课程设计中给我的帮助。让我明白学知识就是用来解决我们生活中所碰到的难题而不只是为了学习而学习，学了不会用和没有学是一样的，在以后生活中我会多运用我所学到的知识去解决问题。

参考文献：
1) 童诗白，《模拟电子技术基础》， 高等教育出版社，2012-6-1
2) 刘慰平，《电子技能实训》，北京理工大学出版，2008-8-1
3) 张建，《声光控延时开关设计》，

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