四、新型聲控燈的設計與制作

　　1、控燈電路組成

　　1.1聲音信號傳感器電路

　　由電阻R1、駐極體話筒BM組成。經 實驗，電阻 R1取 值 4.7~24kΩ 均 能 正 常 工 作 。 當 然 ， 當 UBM=UR1時，此時的R1值最為恰當，其動態電壓 范圍最大。駐極體話筒具有體積小、結構簡單、電聲 性能好、價格低廉等優點，當其接成漏極輸出時， 其增益較高。故駐極體話筒BM的靈敏度很高。

　　1.2聲音信號放大電路

　　三極管Q1、電阻R2、R3組成基本放大 電路。 R2為基極偏置電阻，R3為集電極電阻，當R2》β Q1*R3時，三極管Q1處于放大狀態。C1為音頻信號 耦合電容。

　　1.3 脈沖形成電路

　　由三極管Q2、二極管D5、電容C6、C7，電阻 R11 等組成開關電路。當三極管Q1集電極輸出的音 頻信號為負半周時，通過三極管Q2的發射極向C7充 電，三極管Q2導通，在R11上形成正向脈沖電壓； 當音頻信號為正半周時，電容C7上的正電荷通過D5 快速釋放。二極管D5為積存在Q2基極上的正電荷提供通路，不能省略。C6能去除R11上的雜波信號， 為取得 較為有用純凈的脈沖信號立下了汗馬功勞。

　　1.4 脈沖整形電路

　　由CD4013集成電路D觸發器U1A單元、二極管 D2、電阻R4及電容C2組成單穩電路，其作用是將 不規則的脈沖信號整形為寬 度一致的脈沖，其脈沖 寬度由R4、C2的時間常數決定。

　　1.5雙穩態電路

　　由CD4013集成電路D觸發器U1B單元、電阻R8 及 電容C4等組成。R8、C4組成延時電路，使觸發 器翻轉延時，避免在 0.8s（t=0.7R8*C4）內多個音頻 脈沖造成觸發器多次翻轉，而造成輸出狀態控制不 準。其輸出的高、低電平通過電阻R9控制可控硅的 通、斷，即可實現白熾 燈的亮暗控制。

　　1.6 延時開啟電路

　　由三極管Q3、二極管D1、電容C3、電阻R5、 R6 等組成。當CD4013的第②引腳為高電平時，通過 二極管D1向C3迅速充電，使三極管Q3飽和導通， 電路處于封鎖狀態，音頻脈沖控制無效；當CD4013 的第②引腳為低電平時，電容C3上的電荷通過電阻 R5、R6緩慢放電，放電結束后，三極管Q3截止。 此時，電路才處于延時開啟狀態，音頻脈沖才能正 常控制雙穩態電路翻轉。選擇R6、C3的值，可確定 第一、第二次掌聲的有效時間間隔。其時間常數大， 有效時間間隔就長些，也就是說拍手的節拍要慢些 才能控制燈狀態的變化；如果時間常數較小，有效 時間間隔就短些，也就是說拍手的速度快些也可控制 燈狀態的變化。按圖3中所示，其有效延時時間間 隔約為0.29s（根據C3的放電電壓曲線uC=E*e-t/τ， 其中時間常數τ=R6*C3。取uC3=0.7V、E=11.3V， 得t=2.78τ=0.29s，詳見圖4中UC3波形）。注意： R6、C3的時間常數要遠遠小于R4、C2的時間常數 才行。

　　1.7簡易電源電路

　　市電經整流堆D3橋式整流電路整流，形成 100Hz 的脈動直流電。經R10限流降壓，電容C5濾波，穩 壓管DW5穩壓，就形成簡易12V穩壓電源了。由于 控制電路的工作電流很小，故電阻R10可取大些， 取值范圍為100~150kΩ均可正常工作，其功率取值 為1W。

　　2、聲控燈工作原理

　　2.1 聲控開燈過程

　　加上市電后，三極管Q1處于放大狀態，三極管 Q2處于截止狀態，CD4013的①腳、○13腳輸出低 電平，可控硅D4處于關斷狀態，燈不亮。②腳輸出高電平，三極管Q3處于飽和狀態，○12腳輸出高電平 信號，通過延時電阻器R8，延時電容器C4加到數據 端D2上，故⑨腳為高電平。當出現第一次掌聲時， 三極管Q2飽和導通，在R11上形成第一個正向脈沖 電壓，此信號經D觸發器U1A單元組成的單穩電路 整形，①腳輸出高電平脈沖，其脈沖寬度為0.8s （tW=0.7R4*C2≈0.8s），詳見圖4中U1的波形圖。C3 經R6放電，三極管Q3延時截止（詳見圖4中UC3的波 形圖），為第二個音頻脈沖控制雙穩態電路做準備。 由于第一個正向脈沖電壓出現時，三極管Q3還處于 飽和狀態，故此信號被封鎖，不能控制由D觸發器 U2B單元組成的雙穩態電路。在出現第一次掌聲后 的大于0.29s小于0.8s時間內，當出現第二次掌聲時， 三極管Q2再次飽和導通，在R11上形成第二個正向 脈沖電壓，此脈沖對單穩電路無效，卻能控制雙穩 態電路的狀態翻轉，因為此時三極管Q3已截止。因 此，當連續出現兩個脈沖時，雙穩態電路的狀態才 翻轉一次，○13腳由低電平變為高電平，可控硅D4 獲得觸發電壓而導通，燈由暗變為亮，實現了聲控 開燈的目的。

　　2.2 聲控關燈過程

　　當燈亮時，三極管Q1處于放大狀態，三極管Q2處于截止狀態，CD4013的①腳輸出低電平、O13腳輸出高電平，可控硅D4處于導通狀態，②腳輸出高電平，三極管Q3處于飽和狀態；O12腳輸出低電平信號，通過延時電阻器R8，延時電容器C4加到數據端D2土，故⑨腳為低電平。同理，只有當連續出現兩個脈沖時，雙穩態電路的狀態才翻轉一次，O13腳輸出低電平，可控硅D4失去觸發電壓，脈動直流電過零時即關斷，燈由亮變為暗，實現了聲控關燈的目的。當無聲控信號時，電路又進入等待狀態。只有再次出現連續的兩次掌聲時，電路才會重新動作，重復聲控開燈的過程。綜上所述，本電路不會因為人的說話聲或者其他普通聲源干擾而受到影響！其抗干擾能力比常見聲控開關要強：二次拍手亮，二次拍手暗。而且要求二次拍手的時間間隔大于0．3s小于0．8s，滿足條件的拍掌聲有效，否則無效。這樣的控制才是“智能化”的控制，才是生活中需要的控制。