工作于直流4.5V电压的声控小灯

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发布时间 2009-07-18

  这个声控小灯用于控制4.5V直流供电的小灯泡,可用作学生实验也可用作声控夜光小灯。电路主要由5G555时基集成电路和一些分立元件组成,如下图所示:

声控小灯

  工作原理
  压电陶瓷片B与晶体三极管VT1,电阻R1,和电阻R2等组成了声控脉冲触发电路,时基集成电路IC与电阻R3,电容器C等组成了典型单稳态延时电路,晶体三极管VT2,VT3和电阻R4,R5等组成了小电珠H的功率驱动放大电路。

  平时,由于晶体三极管VT1的偏流电阻R1取值较大,所以VT1趋于截止状态,其集电极输出电压高于1/3VDD=1.5V(VDD等于电源电压,即 4.5V),与之相连的时基集成电路IC的低电位触发端2脚处于高电平,单稳态电路处于稳态。电容器C两端通过IC的7,1脚被IC内部导通的三极管短路,IC的3脚输出低电平,VT2,VT3均无偏流而截止,小电珠H不发光。

  当在有效距离范围内拍一下手掌时,突发的声波被压电陶瓷片B接收,并转换成微弱的电信号,该信号的正半周经VT1放大后,从其集电极输出负脉冲,时基集成电路IC的2脚获得瞬间低于1/3VDD=1.5V 的低电平触发信号,使IC组成的单稳态电路受触发进入暂稳态(即延时状态),IC的3脚输出高电平,VT2获得适合的偏流而导通,VT3进入完全饱和导通状态,小电珠通电发出亮光,随着IC的3脚变成高电平,IC内部导通的三极管截止,解除对电容器C的短路,电池GB通过电阻R3向电容器C开始充电,当C两端的充电电压(即IC的高电位触发端6脚电位)达到2/3VDD=3V时,单稳态电路翻转恢复稳态,IC内部三极管重新导通,C通过IC的7,1脚放电并被再次短路,IC的3脚重新输出低电平,导通到VT2,VT3失去偏流而截止,H断电自动熄灭。

  电路中,小电珠H每次延时点亮的时间长短,取决于单稳态电路中电阻器R3,电容器C的时间常数,具体可以通过公式:T=1.1R3C来估算。按图选择R3和C的值,H延时点亮的时间约为 1min。在晶体三极管VT1电流放大系数β,R1电阻值确定的情况下,通过改变R2的电阻值,可调整静态时IC的2脚电位高低,也就是说,通过适当调整 R2的电阻值,可以控制声控灵敏度。

  元器件选择:
  IC选用静态功耗很小的CMOS 工艺的555时基集成电路,这种CMOS时基集成电路的静态电流很小,只有75uA左右(4.5V工作电压下测定),而且工作电压低(实测不低于2V就能工作)。常用的普通TTL工艺生产的“555”时基集成电路,因其功耗大,要求工作电压较高(≥4.5V),所以不适宜在本制作中使用。

  VT1,VT2 均选用9014(集电极允许最大电流ICM=0.1A,集电极最大允许功耗PCM=310mW)或3DG8型硅NPN小功率三极管,要求VT1的电流放大系数β>200,VT2的电流放大系数β>100,VT3选用9012(ICM=-0.5A,PCM=625mW)或3CG23型硅PNP中功率晶体三极管,要求电流放大系数β>50。
R1-R5均选用RTX-1/8W型碳膜电阻器。C用漏电很小的优质CD11-10V 型电解电容器。B用φ27mm压电陶瓷片,如FT-27,HTD27A-1型等,要求配上简易塑料或金属共振腔盒。H用手电筒常用的3.8V,0.3A小电珠(三节干电池供电的手电筒专用)。GB用三节5号干电池串联(须配塑料电池架)而成,电压4.5V。

  如果嫌声控灵敏度不高,可通过适当增大电阻器R2的阻值加以调整;反之,如果嫌声控灵敏度太高,则适当减小R2阻值加以调整。R2阻值一般的选择的范围为10-150K。R2阻值太大,(IC的2脚在静态时就已处于低电平(< 1.5V),单稳态电路便不能正常工作。小电珠H就会常亮不灭。如果嫌1min的延时时间太短,可通过适当增大电阻器R3阻值来加以调整;反之,可通过适当减小R3的阻值来加以调整。例如,当R3阻值分别取560K,1.8M,2.4M,3M和3.6M 时,所对应的延时时间依次为30S,1.5min,2min,2.5min和3.1分钟。

  该延时小夜灯由于采用了谐振频率较高(约 4K左右)的压电陶瓷片B作为声波传感器,所以对猝发的击掌声,硬物相碰撞声反应灵敏,而对于人们的讲话声以及环境其他低频率的嘈杂声,却反应不灵敏。这就是说,电路具有比较好的防误触发性能。当然,将电路声控灵敏度调得比较高时,防误触发能力就会相应降低。这一点在调试声控灵敏度时,要掌握并统筹兼顾好。

  由于整个电路平时静态耗电很小,实测静态总电流小于130μA,故电路末设置电源开关。

标签: 声控, 4.5V, 555
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