一种声控延时照明灯的设计与仿真

[摘 要]本文设计的声控延时照明灯电路主要由声控脉冲触发电路，单稳态延时电路和功率放大电路组成。通过接收有效距离内的声波来触发声控脉冲触发电路，而后通过单稳态延时电路和功率放大电路来实现照明灯的持续发光。

[关键词]声控脉冲触发；单稳态延时；功率放大；持续发光

中图分类号：TM923；TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）41-0081-01

0 引言

随着人类社会的进步和电子科技的发展，人们想到并做到了用声音来控制灯泡的点亮，使得人来灯亮，人走灯熄。这一方面迎合了当今所提倡的科学发展观即节省电能，另一方面也体现了科技的进步以及人类的聪明才智。

本文设计的声控延时照明灯具有感应迅速，反应灵敏的功能。当在有效距离内有声波产生时，照明灯发光并具有一定时间的延时。原理简明易懂，实现操作简单，应用广泛，具有十分现实的意义。

1 总体电路的设计

总体电路设计可以分为三个不同的组成部分来完成，其中由压电陶瓷片，三极管及电阻组成声控脉冲触发电路，进行信号接收转化过程。再由NE555芯片、电阻等构成单稳态延时电路，可使电路从一个稳态翻转到一个暂稳态，并且让照明灯保持一定的延时时间。最后，由三极管和电阻等组成功率放大电路，实现较大输出功率，满足照明灯的照明要求。

声控延时照明灯的电路原理图如图1所示，压电陶瓷片B与晶体三极管VT1，电阻R1和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C等组成典型单稳态延时电路，晶体三极管VT2、VT3和电阻R4、R5等组成了照明灯DS的功率驱动放大电路。

平时，由于三极管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，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，照明灯DS不发光。

当在有效作用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，并转换为微弱的电信号。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脚即获得瞬间低于1/3VDD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，IC的3脚输出高电平信号，VT2获得合适偏流导通，VT3进入完全饱和导通状态，照明灯DS通电发出光亮。随着IC的3脚变为高电平，IC内部导通的三极管截止，解除了对电容C的短路，电池GT通过电阻R3开始向C充电。当C两端充电电压达到2/3VDD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脚失去偏流而截止，照明灯DS断电自动熄灭。

在三极管VT1电流放大系数β、R1电阻值确定的情况下，通过改变电阻R2的阻值，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电阻值大小，可以控制声控灵敏度。

2 单元电路的设计

2.1 声控脉冲触发电路

声控脉冲触发电路是声音信号采集电路，主要由压电陶瓷片，三极管及电阻组成。压电陶瓷片是一种电子发音元件，在兩片铜制圆形电极中间放入压电陶瓷介质材料。当在两片电极上面接通交流音频信号时，压电片会根据信号的大小频率发生震动而产生相应的声音来[1]。压电陶瓷片由于结构简单造价低廉，被广泛的应用于电子电器方面，所以对于声控照明灯来说，这样一个简单又灵敏度极高的新产品是最适用的。

2.2 单稳态延时电路

单稳态延时电路主要由一个单稳态触发器作用，它的突出特点是：输出端只有一个稳定状态，另一个状态则是暂稳态，加入触发信号后，它可以由稳定状态转入暂稳态，但是经过一定的时间以后，它又会自动返回原来的稳定状态。由此可见这个过程就达到了对于照明灯延时的控制。

2.3 功率驱动放大电路

功率驱动放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路，一般直接驱动负载，带载能力要强。功率放大电路通常作为多级放大电路的输出级，为了输出较大的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也比较大，由此可见功率管的参数选择与保护问题也不容忽视，因此在设计的电路中都需要加入限流电阻保护电路[2]。

3 基于Multisim10.0的声控延时照明灯电路的仿真分析

完成原理图的连接搭建后，便可以打开仿真开关进行仿真测试了，这里用函数信号发生器来代替压电陶瓷片。如果仿真时出现问题，一要检查原理图是否正确，二要检查元器件参数设置是否正确，不断调试直至仿真成功[3]。打开仿真开关运行时发现照明灯并不能够像理想的一样亮多长时间或者不亮、或者一直亮，最后经过反复实验与分析，才得知是原理图中的原件常数并不适合本实验要求，通过不断改变得出最佳常数。仿真电路图如图2所示。

4 总结

本文首先介绍了声控延时照明灯的整体设计以及电路原理图，其次具体分析了电路中三个电路模块的作用及电路的具体设计与实现，最后基于Multisim10.0仿真软件，从总体电路原理图和电路搭建，实现了声控延时照明灯的的总体功能，并对仿真结果进行了分析，达到了预期的目的。

参考文献

[1] 张丹，安向明，介龙梅.EDA技术在数字电路实验教学中的应用[J].电脑学习，2009（3）：75-761.

[2] 江国强.EDA技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2004.

[3] 黄智伟等.基于Multisim10的电子电路计算机仿真设计与分析[M].北京：电子工业出版社，2004.

作者简介

薛青（1984-），女，山西运城人，讲师，硕士，主要研究方向：电子技术。endprint