简易延时LED灯

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发布时间 2008-11-28

   本装置的电路如图1所示。主要由单电源低功耗运算放大器集成电路IC1、二只低功率晶体管、麦克风和高亮度发光二极管所组成。当麦克风MIC接收到一定强度外界声响(包括各种噪声),产生相应强度的输出电压,加到比较器IC1c,当此电压超过比较器门限值,其输出为高电位,使V1导通,它输出电压加到比较器IC1b,同样地,此电压器高于IC1b的门限值,IC1b输出高电位去激励IC1a和V2组成的功率放大器,从而驱动LED发光。预设的延时长短,则由C2和R6,以及R7、R8组成的充放电电路的时间常数决定。
    在这种照明装置上,也可以加上一只按钮开关使LED点亮,并在预定的时间继续发光。电路供电也很方便, 用4 节镍氢(MiMH)供电。整个装置间歇性地工作,电池可使用2个月,整个电路处在待机状态,消耗电流400 uA,在LED点亮时消耗电流24mA。

工作原理及参数选择
    从电路结构看,麦克风MIC通过导线连接输入端与地线之间。并通过R1接到电源正极,信号交流成分通过电容C1耦合到运放IC1c同相引脚。麦克风灵敏度的调节在很大程度上取决于R1值大小。建议R1值取15kΩ,对于所用麦克风品牌型号不同,R1值也应作相应改变,以便达到所期望的灵敏度。在最大灵敏度调节时,在房门打开,空气气流对麦克风振动膜的压力作用下,就应该使LED受到触发而点亮。IC1采用TLC274,其引脚图见图2。


简易延时LED灯 
简易延时LED灯 


    用C1隔除麦克风信号的直流成分,用电阻R2构成交流信号对地电位的通道。电阻R3和R4构成分压器,供给比较器IC1c反相输入端(9脚)电压的门限值。然而外界各种杂散声响所产生的信号电平超过这一门限值,IC1c的脚8输出高电位,驱动晶体管V1导通。从而造成C2快速充电。使运放IC1b同相输入端(5脚)信号电平按指数规律上升。这一过程与按下按钮开关S1具有同样的效果。因为开关与V1并联。由于电容C2充电路径上没有串接电阻。故即使杂散声响持续时间很短,也能使C2很快地充满电荷。运放IC1b构成比较器,电阻R7/R8形成分压器,它决定了反相输入端(6脚)的电压为电源电压的20%。为其门限值(约1V)。换句话说当C2上充满电荷。通过R6放电,经过约1.5分钟才能使C2上的电压降到门限值。
    最后一级是由运放IC1a和晶体管V2共同构成功率放大器,通过LED电流大小(即亮度)。可改变R11值加以调节(Iled=0.44V/R11)。IC1a用跨在R11上的电压去控制反馈环路中V2的导通。从而确保在电池电压降到它的特性曲线拐点处,LED的发光强度保持不变。连接器K1用于外接充电器,使电池BT1反为便充电。

延迟时间的计算
    LED发光的持续时间。也就是LED断开前的延迟时间。见图1,只要比较器IC1b同相输入端(5脚)上的信号电压高于反相输入端(6脚)的电压。其输出就保持高电位。在IC1b反相输入端(6脚)上的电压电平为:
UPIN6=UBT1 ×R8/(R7+R8)
    C2上的电压按照自然对数函数规律放电表示为:
UC2=UBT1×e-t/R6C2
    对t整理一下方程式:
UC2/UBT1=e-t/R6C2
ln(UC2/UBT1)=-t/R6C2
t=-R6C2 × ln(UC2/UBT1)
    UC2和UPIN6 应该相等,经代换有:
t=-R6C2×ln [(UBT1×R8/(R7+R8))/UBT1]
    从方程式中消除电池电压。这样延迟时间只处决于电阻和电容值:
t=-R6C2 × ln[R8/(R7+R8)]
    把电路中元件实际参数值代入。则得:
t=-106 X 47 X 10-6 X ln[105/(3.9 X 105+1 X 105)]
= -47 × ln(105/4.9 X 105)
= 75s(秒)

安装注意事项
    本制作用于学习的实验课目。电路可以安装在条形插件板上。装拆和调试都方便。若要实际使用,可设计一只不大的印刷电路板。调试好后装入盒内。元件排列安装应注意。IC1集成电路要配上插座,定位在电路板的中间位置,电路的输入和输出部分相应装在IC1的左边和右边。在板上分别焊接麦克风、按钮开关和电池供电三条引线。如果印板要装入盒内,按钮开关和充电器的连接插座尽量不要引线,而直接焊在板的相应引脚上。麦克风壳体装在盒内。盒上要开孔洞。以便声波通过。LED焊在电路板上。最好加装反光罩。另外要注意C2极性。

标签: 延时, LED
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