四、新型声控灯的设计与制作 - cd4013楼梯延时照明灯的应用

　　四、新型声控灯的设计与制作

　　1、控灯电路组成

　　1.1声音信号传感器电路

　　由电阻R1、驻极体话筒BM组成。经 实验，电阻 R1取 值 4.7~24kΩ 均 能 正 常 工 作 。 当 然 ， 当 UBM=UR1时，此时的R1值最为恰当，其动态电压 范围最大。驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声 性能好、价格低廉等优点，当其接成漏极输出时， 其增益较高。故驻极体话筒BM的灵敏度很高。

　　1.2声音信号放大电路

　　三极管Q1、电阻R2、R3组成基本放大 电路。 R2为基极偏置电阻，R3为集电极电阻，当R2》β Q1*R3时，三极管Q1处于放大状态。C1为音频信号 耦合电容。

　　1.3 脉冲形成电路

　　由三极管Q2、二极管D5、电容C6、C7，电阻 R11 等组成开关电路。当三极管Q1集电极输出的音 频信号为负半周时，通过三极管Q2的发射极向C7充 电，三极管Q2导通，在R11上形成正向脉冲电压； 当音频信号为正半周时，电容C7上的正电荷通过D5 快速释放。二极管D5为积存在Q2基极上的正电荷提供通路，不能省略。C6能去除R11上的杂波信号， 为取得 较为有用纯净的脉冲信号立下了汗马功劳。

　　1.4 脉冲整形电路

　　由CD4013集成电路D触发器U1A单元、二极管 D2、电阻R4及电容C2组成单稳电路，其作用是将 不规则的脉冲信号整形为宽 度一致的脉冲，其脉冲 宽度由R4、C2的时间常数决定。

　　1.5双稳态电路

　　由CD4013集成电路D触发器U1B单元、电阻R8 及 电容C4等组成。R8、C4组成延时电路，使触发 器翻转延时，避免在 0.8s（t=0.7R8*C4）内多个音频 脉冲造成触发器多次翻转，而造成输出状态控制不 准。其输出的高、低电平通过电阻R9控制可控硅的 通、断，即可实现白炽 灯的亮暗控制。

　　1.6 延时开启电路

　　由三极管Q3、二极管D1、电容C3、电阻R5、 R6 等组成。当CD4013的第②引脚为高电平时，通过 二极管D1向C3迅速充电，使三极管Q3饱和导通， 电路处于封锁状态，音频脉冲控制无效；当CD4013 的第②引脚为低电平时，电容C3上的电荷通过电阻 R5、R6缓慢放电，放电结束后，三极管Q3截止。 此时，电路才处于延时开启状态，音频脉冲才能正 常控制双稳态电路翻转。选择R6、C3的值，可确定 第一、第二次掌声的有效时间间隔。其时间常数大， 有效时间间隔就长些，也就是说拍手的节拍要慢些 才能控制灯状态的变化；如果时间常数较小，有效 时间间隔就短些，也就是说拍手的速度快些也可控制 灯状态的变化。按图3中所示，其有效延时时间间 隔约为0.29s（根据C3的放电电压曲线uC=E*e-t/τ， 其中时间常数τ=R6*C3。取uC3=0.7V、E=11.3V， 得t=2.78τ=0.29s，详见图4中UC3波形）。注意： R6、C3的时间常数要远远小于R4、C2的时间常数 才行。

　　1.7简易电源电路

　　市电经整流堆D3桥式整流电路整流，形成 100Hz 的脉动直流电。经R10限流降压，电容C5滤波，稳 压管DW5稳压，就形成简易12V稳压电源了。由于 控制电路的工作电流很小，故电阻R10可取大些， 取值范围为100~150kΩ均可正常工作，其功率取值 为1W。

　　2、声控灯工作原理

　　2.1 声控开灯过程

　　加上市电后，三极管Q1处于放大状态，三极管 Q2处于截止状态，CD4013的①脚、○13脚输出低 电平，可控硅D4处于关断状态，灯不亮。②脚输出高电平，三极管Q3处于饱和状态，○12脚输出高电平 信号，通过延时电阻器R8，延时电容器C4加到数据 端D2上，故⑨脚为高电平。当出现第一次掌声时， 三极管Q2饱和导通，在R11上形成第一个正向脉冲 电压，此信号经D触发器U1A单元组成的单稳电路 整形，①脚输出高电平脉冲，其脉冲宽度为0.8s （tW=0.7R4*C2≈0.8s），详见图4中U1的波形图。C3 经R6放电，三极管Q3延时截止（详见图4中UC3的波 形图），为第二个音频脉冲控制双稳态电路做准备。 由于第一个正向脉冲电压出现时，三极管Q3还处于 饱和状态，故此信号被封锁，不能控制由D触发器 U2B单元组成的双稳态电路。在出现第一次掌声后 的大于0.29s小于0.8s时间内，当出现第二次掌声时， 三极管Q2再次饱和导通，在R11上形成第二个正向 脉冲电压，此脉冲对单稳电路无效，却能控制双稳 态电路的状态翻转，因为此时三极管Q3已截止。因 此，当连续出现两个脉冲时，双稳态电路的状态才 翻转一次，○13脚由低电平变为高电平，可控硅D4 获得触发电压而导通，灯由暗变为亮，实现了声控 开灯的目的。

　　2.2 声控关灯过程

　　当灯亮时，三极管Q1处于放大状态，三极管Q2处于截止状态，CD4013的①脚输出低电平、O13脚输出高电平，可控硅D4处于导通状态，②脚输出高电平，三极管Q3处于饱和状态；O12脚输出低电平信号，通过延时电阻器R8，延时电容器C4加到数据端D2土，故⑨脚为低电平。同理，只有当连续出现两个脉冲时，双稳态电路的状态才翻转一次，O13脚输出低电平，可控硅D4失去触发电压，脉动直流电过零时即关断，灯由亮变为暗，实现了声控关灯的目的。当无声控信号时，电路又进入等待状态。只有再次出现连续的两次掌声时，电路才会重新动作，重复声控开灯的过程。综上所述，本电路不会因为人的说话声或者其他普通声源干扰而受到影响！其抗干扰能力比常见声控开关要强：二次拍手亮，二次拍手暗。而且要求二次拍手的时间间隔大于0．3s小于0．8s，满足条件的拍掌声有效，否则无效。这样的控制才是“智能化”的控制，才是生活中需要的控制。