声光控延时开关电路的分析与仿真

罗庚兴

（佛山职业技术学院机电工程系，广东佛山528137）

声光控延时开关电路的分析与仿真

罗庚兴

（佛山职业技术学院机电工程系，广东佛山528137）

采用Multisim软件对电路进行仿真研究，测试检测电路参数大小对非电量灵敏度的影响，分析声控信号和光控信号与逻辑输出电平信号之间的关系。结果表明，该研究成果对优化电路参数和提高设计质量，具有重要的应用价值。

声光控；开关电路；仿真

自动开关在楼道、走廊、卫生间等场所应用十分广泛。随着能源需求的剧增，节能降耗在国民经济的持续发展中日显重要，节能型产品获得了广阔的应用和发展空间。声光控延时开关能自动控制照明灯点亮、节能省电、延长灯的使用寿命，是现代理想的新颖绿色照明开关。利用Multisim10软件进行试验仿真，可以动态直观地观察不同参数对声光控电路性能的影响，对于理解原理、熟悉调试过程、优化参数具有很大的帮助。

本文介绍了一种声光控延时开关电路，并用Multisim10软件进行了仿真分析。

1　电路组成及原理

1.1电路组成

声光控延时开关电路原理图如图1所示，由主电路、电源电路、声控电路、光控电路、逻辑电平反转及触发电路和延时电路等几个单元组成。

图1中，各电路组成和工作情况如下。

（1）主电路由整流桥VD1～VD4和晶闸管SCR组成。

（2）电源电路由整流桥和VD6、C3、R7、R8等元件组成，构成一个简单的直流稳压电源，将交流220 V进行桥式整流，经R8降压，C3滤波，VD6稳压后，给整机供电。

（3）声控电路由驻极体BM，三极管VT、电容C1及电阻R1、R2、R3等组成。

当处于静态时，三极管VT处于饱和导通状态，集电极输出低电平。

当有噪声时，BM电阻瞬间降低，C1产生一个负脉冲，使VT截止，集电极输出高电平。

（4）光控电路主要由电阻R4和光敏电阻RG组成。光敏电阻RG的阻值随着光照强度的变化而变化，RG的亮电阻为2～10 kΩ，暗电阻为1～10 MΩ。当光照达到一定强度时，RG阻值小于10 kΩ，经R4分压后得到的电压小于0.2 V，ICA②脚为低电平。

当光照很暗时，RG阻值大于1 MΩ，其分得的电压高于4 V，ICA②脚为高电平。

（5）逻辑电平反转及触发电路由四二输入与非门IC（CD4011）及R6组成，其中ICA作为与非门使用，其余3个均接成反相器作放大用。

当ICA有一个输入端为低电平时，输出端③脚为高电平，经3个反相器后，ICD11脚输出低电平信号，晶闸管不被触发而截止。

当ICA②脚为高电平，ICA①脚也为高电平时，ICA③输出端跳变为低电平，经3个反相器后，ICD11脚输出高电平，晶闸管SCR被触发导通。

（6）延时电路由VD5、C2、R5等元件组成。

当ICB④脚输出由高电平跳变为低电平时，由于VD5的隔离作用，C2上的电压仍维持ICC⑧、⑨脚为高电平。

C2上的电压通过R5放电，直到C2上的电压降至逻辑低电平时，ICD11脚输出变为低电平，晶闸管在电压过零时正向阻断，灯熄灭。

1.2工作原理

其工作原理如图1所示，分为强光和暗光两种情况。

（1）当白天或光线很强时，光敏电阻RG受光照呈低阻值，CD4011②脚始终为低电平。与非门ICA③脚始终输出高电平，经3次反相放大后，CD401111脚输出为低电平，使晶闸管SCR截止，灯泡不亮。

（2）夜间或者光线很暗时，光敏电阻RG呈高阻值，CD4011②脚始终为高电平。若有声音信号输入使ICA①脚为高电平时，ICA③脚输出端跳变为低电平，经电平转换，ICD11脚输出高电平，晶闸管SCR被触发导通，灯点亮。晶闸管SCR触发导通后，C3上的电压降低，VT重新饱和，ICA①脚为低电平，使ICB④脚输出电平由高电平跳变为低电平，延时电路作用，ICD11脚延时跳变为低电平，晶闸管阻断，灯熄灭。

2　电路仿真与分析

2.1构建仿真电路

声光控延时开关仿真电路如图2所示，其仿真采用Multisim10软件。由于该仿真软件没有驻极体话筒和光敏电阻，需要作等效处理。

正常声音信号的频率范围为20～20 kHz，等级为20～60 dB，可以用信号发生器模拟。设置信号发生器XFG1的频率为1 kHz、幅值为100 mVpp、波形为方波。光敏电阻的亮电阻为2～10 kΩ，暗电阻为1～10 MΩ，可采用一个1 MΩ的电位器模拟。此外，三极管9014用性能相似的2N2222代替，CD4011用7400 N代替。在U1B和隔离二极管VD5之间增加一个很小的电阻，避免仿真时过流报警。

2.2仿真分析

用虚拟电压表检测三极管集电极的输出电位（即3号线电位），记作u3。其他，u4表示光敏电阻的电压值，u15表示电源电压值，u11表示延时电路的电压，u12表示IC输出的电压值，上述监测点也用电压表一一检测。在仿真软件中，分别模拟白天、夜间无声音和夜间有声音几种情况，并记录各监测点的电压值，将数据记录下来如表1所示。

表1　各监测点的电压值

由表1可知，白天（RG阻值小于10 kΩ）稳定状态时，电源电压u15约为12 V，光敏电阻电位u4恒为低电平，IC被封锁，逻辑输出电平u12为0 V，晶闸管不能被触发导通。夜间（RG阻值为1 MΩ），光敏电阻电位u4变为高电平，但是声控电路输出u3为低电平，逻辑输出电平u12为0 V，晶闸管也不能被触发导通。

因为启动仿真后，需要近1 s电源电压才能稳定。为了便于分析，从第2秒开始，闭合J1约1～2 s（模拟噪声出现）。用虚拟示波器分别监控各点的电压曲线，将跟踪的各监测点电压变化过程，绘制在一个图形中。夜间，声控使灯泡点亮到熄灭过程各监测点的电压变化曲线如图3所示。

由图3可知，夜间当有噪声出现时，声控电路输出u3出现一个正跳变脉冲，使逻辑输出电平u12为5 V，晶闸管被触发导通，灯泡亮。晶闸管导通后，电源电压u15被迅速拉低，在2～3 s内从12 V降至十几mV；同时光敏电阻电位u4也被从高电平拉为低电平。此后的近32 s内，u3和u4一直维持为低电平，而延时电路的电压u11则从4.7 V开始缓慢下降，下降速度由放电时间常数R5×C2决定。到31.85 s处，即u11下降到2.5 V时，逻辑电平反转，即u12从5 V跳变为0 V，此时灯泡熄灭。电源电压u15由于C3充电，迅速上升到12 V；同时光敏电阻电位u4也从低电平上升到高电平。跳变时，由于电源电压的变化，导致三极管VT的输出电压u3有一个很小的尖脉冲。此尖脉冲很小（只有70～80 mV），对逻辑电路没有影响。此后，u11一直下降到接近0 V，或者下一组声控信号到来。

3　小结

用实际元器件做成电路板，灯亮后延迟时间大约35 s左右开关自动关闭，得到的结果跟仿真基本一致。利用Multisim工具对电路过程进行仿真，花费少，效率高，而且结果快捷、准确、形象。这一科研成果应用在教学过程中，利用Multisim工具分析讲解电路参数对输出电压的影响，并观察不同情况下各点的电压值，可以取得良好的效果。同时，实际电路出现故障时，可以借鉴仿真效果来查找故障点。

［1］罗庚兴,庹朝永.模拟电路设计与实践［M］.北京:北京师范大学出版社,2012.

［2］张新喜,许军.Multisim10电路仿真设计及应用［M］.北京:机械工业出版社,2010.

［3］罗庚兴.晶闸管调光电路的仿真研究［J］.实验室研究与探索,2012,31（10）:208-211.

［4］罗庚兴,张艳.基于Multisim10的晶闸管调光电路的设计与仿真［J］.现代电子技术,2012,35（10）:186-188.

［5］赵应艳.声光控延时开关的制作［J］.电子制作,2013（2）:105.

【责任编辑：任小平renxp90@163.com】

Analysis and simulation of acoustic light-activated for delay switch circuit

LUOGeng-xing

（Department ofMechanical and Electrical Engineering,Foshan Polytechnic,Foshan 528137,China）

Using multisim software simulation of the circuit,to detect the influence of size of parameters in circuit on the non-power sensitivity,and to analyze the acoustic signals and optical signals and the relationship between the output logic level signal,for optimization of circuit parameters and improve the quality of design.It has very important application value.

acoustic light-activated;switching circuit;simulation

TM564

A

1008-0171（2015）02-0080-04

2014-05-22

佛山职业技术学院资助项目（2012KC-005）

罗庚兴（1972-），男，湖南郴州人，佛山职业技术学院教授。