聲光雙控節(jié)能燈

1、1 引言引言本設(shè)計(jì)的背景和意義隨著人們生活現(xiàn)代化水平不斷提高，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力的供需矛盾日益加 劇。同時(shí)生產(chǎn)更多的電即意味著要消耗更多的煤、石油、天然氣、核原料等不可再生資 源，還會(huì)帶來(lái)許多相應(yīng)的環(huán)境問(wèn)題。尤其是近兩年，全國(guó)用電量及電負(fù)荷增長(zhǎng)較快，前 年以來(lái)全國(guó)已有三分之二的省（區(qū)，縣）出現(xiàn)了不同程度的缺電甚至拉閘限電現(xiàn)象，嚴(yán) 重影響了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高。而照明系統(tǒng)在用電中占據(jù)著很大的比重， 據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，目前我國(guó)照明用電已占用電總量的 10% 12%，僅城市照明 （包 括景觀照明和路燈等功能照明 ）的年用電量，約占全國(guó)總發(fā)電量的 4%至 5%，相當(dāng)于在建 三峽水力發(fā)

2、電工程投產(chǎn)后的 840 億千瓦時(shí)發(fā)電能力。 在一些公共場(chǎng)所 （如學(xué)校，機(jī)關(guān)等） 的樓道、廁所中，長(zhǎng)明燈現(xiàn)象十分普遍，這造成了極大的能源浪費(fèi)，所以節(jié)約用電已經(jīng) 成為刻不容緩的問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)節(jié)電的主要途徑是對(duì)現(xiàn)有的照明系統(tǒng)進(jìn)行改造 , 采取加 節(jié)能設(shè)備的方法 , 比較方便、經(jīng)濟(jì)和實(shí)用。如果使用節(jié)能系統(tǒng)，我們的照明用電量將下降 60 ，一年可節(jié)約 740 億千瓦時(shí)電 能，相當(dāng)于節(jié)約 2989 萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。我國(guó)白熾燈泡每年的耗用量高達(dá) 30 億只;如果把其 中的 40%換用成節(jié)能燈 ,以每天照明 4 小時(shí)計(jì),全年即可節(jié)約用電 850 多億度,幾乎相當(dāng) 于三峽電站的全年發(fā)電量。在市場(chǎng)上出現(xiàn)了多種節(jié)電照明

3、燈，如聲光雙控?zé)?、微波感?yīng) 燈和熱釋遠(yuǎn)紅外感應(yīng)燈等。據(jù)調(diào)查，微波感應(yīng)燈的抗干擾性能不是很理想；紅外感應(yīng)燈 的性能比較理想，但價(jià)格較高，多用于一些管理完善的賓館等場(chǎng)所。從性價(jià)比角度考慮 的話。針對(duì)普通住宅樓、辦公樓道等普通場(chǎng)所，聲光雙控?zé)舨皇橐环N好的選擇。而且 聲光雙控節(jié)能燈工作穩(wěn)定，節(jié)電效果也十分明顯。國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r據(jù)中國(guó)照明學(xué)會(huì)調(diào)查資料表示：中國(guó)目前使用節(jié)能燈的家庭有一億戶，使用節(jié)能燈 的酒店及公共場(chǎng)所更是多得難以統(tǒng)計(jì)；全國(guó)每年單節(jié)能燈市場(chǎng)的總額在120 億以上，同時(shí)每年城市化的進(jìn)程在以 6%的速度增長(zhǎng)。據(jù)國(guó)家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心介紹，我國(guó) 已成為世界最大的節(jié)能燈生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)， 生產(chǎn)的

4、節(jié)能燈質(zhì)量逐年穩(wěn)步提高。 2005 年以 來(lái)節(jié)能燈質(zhì)量抽查產(chǎn)量合格率達(dá)到 80以上。消費(fèi)者使用節(jié)能燈既節(jié)能又省錢。我國(guó)節(jié)能燈產(chǎn)量從 1997 年的 2 億只飆升至去年的近 24 億只，產(chǎn)量與出口量均已 位居世界第一，世界上 85以上的節(jié)能燈來(lái)自中國(guó)。從 1998 年我國(guó)對(duì)節(jié)能燈實(shí)施監(jiān)督 抽查以來(lái)，由于加大了產(chǎn)品生產(chǎn)的監(jiān)管力度，在企業(yè)中推廣宣傳國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和要求，節(jié)能 燈產(chǎn)品產(chǎn)量合格率不斷提高由于大中型企業(yè)占主導(dǎo)地位，雖然歷年企業(yè)合格率增長(zhǎng)不 大，但是我國(guó)按產(chǎn)量計(jì)算的合格率逐年穩(wěn)步提高。 14美國(guó)、法國(guó)、荷蘭、英國(guó)、意大利等國(guó)家從上世紀(jì) 90 年代起，紛紛制訂出相關(guān)的聲光雙控節(jié)能燈的設(shè)計(jì)扶持政策，用

5、于推廣節(jié)能燈等節(jié)能產(chǎn)品。僅美國(guó)環(huán)保局從 1991 年開(kāi)始實(shí)施綠色照明計(jì) 劃以來(lái)，就投資了 10 多億美元用于推廣高效照明產(chǎn)品。美國(guó)能源部研究認(rèn)為，節(jié)能燈 的新科技也能令公司雇員提供生產(chǎn)效率， 這是因?yàn)楣蛦T能把光效調(diào)校至他們覺(jué)得舒服的 等級(jí)。研究指出，節(jié)能燈能減少雇員眼部疲勞和頭疼的發(fā)生率。這也構(gòu)成商業(yè)機(jī)構(gòu)樂(lè)于 更新?lián)Q代照明系統(tǒng)的另一個(gè)原因?？梢?jiàn)節(jié)能燈在國(guó)內(nèi)外都有著重大的發(fā)展和重要的作 用。15設(shè)計(jì)思路及優(yōu)缺點(diǎn)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我所設(shè)計(jì)的題目是“聲光雙控節(jié)能燈的設(shè)計(jì)” 。這是一種聲音和光 照雙控照明燈，它可以廣泛用于樓梯、過(guò)道、庫(kù)房的場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)是一種基于 555 定時(shí) 器的聲光雙控?zé)舻脑O(shè)計(jì)，電路主

6、要由電源電路、信號(hào)放大整形電路、延時(shí)處理電路單穩(wěn) 態(tài)電路組成。白天光照好，不管過(guò)路者發(fā)出多大聲音，都不會(huì)是燈泡發(fā)亮。夜晚光暗， 電路的拾音器只要檢測(cè)到有猝發(fā)聲響， 就會(huì)自動(dòng)亮為行人照明， 過(guò)幾分鐘后又自動(dòng)熄滅， 節(jié)能節(jié)電。聲光雙控節(jié)能燈具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。該設(shè) 計(jì)的缺陷是電路稍顯復(fù)雜，而且價(jià)格比市面上的同功能的貴，并且該設(shè)計(jì)在接入節(jié)能燈 后，因?yàn)楣?jié)能燈不能頻繁啟動(dòng)，容易造成節(jié)能燈壽命減少。節(jié)能燈適合接入采用繼電器 作為輸出器件的聲光控開(kāi)關(guān)。2 總體電路設(shè)計(jì)總體電路設(shè)計(jì)各部分支路電路設(shè)計(jì)2.1.1電源電路設(shè)計(jì)電源電路的種類繁多，如變壓器降壓；橋式整流全波整流； Lc、

7、 Rc 濾波；三端穩(wěn) 壓器穩(wěn)壓等。具體采用什么電路合適，則根據(jù)主體電路及執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同和可靠、價(jià)廉、 有效益等要求進(jìn)行選用。在本設(shè)計(jì)中采用的電源的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖 2-1：降壓 降壓整流濾波穩(wěn)壓穩(wěn)壓圖 2-1 電源電路流程圖降壓整流部分由 R1C1、全橋 QD 和濾波電容 C2 組成，穩(wěn)壓二極管 DW 穩(wěn)壓。接 入+220V 交流電源經(jīng)降壓整流濾波穩(wěn)壓后得到 +9V 的直流電壓，為電燈控制電路提供了 工作電壓，同時(shí) 220V 交流電源也為電燈提供工作電源。電源電路如圖 2-2- 3 -聲光雙控節(jié)能燈的設(shè)計(jì)2.1.2 信號(hào)放大整形電路設(shè)計(jì)放大電路實(shí)現(xiàn)方法很多，除分立器件實(shí)現(xiàn)之外，還可采用運(yùn)放，也可采用

8、門電路等 來(lái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)放大整形電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖 2-3圖 2-3 信號(hào)放大整形電路圖拾音器采用駐極體話筒 M，駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電聲性能好、價(jià) 格低的特點(diǎn)，廣泛用于盒式錄音機(jī)、無(wú)線話筒及聲控等電路中，屬于最常用的電 容話筒。由于聲 電效應(yīng)較小，設(shè)計(jì)了 VT1，VT2，直耦式音頻放大器，將信號(hào)放大，并 由 D2，D3，C7 倍壓整流再經(jīng) T3 倒相放大，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。延時(shí)處理電路單穩(wěn)態(tài)電路的設(shè)計(jì)2 總體電路設(shè)計(jì)555和 R9、C8、VT4 、VT5 等組成光控單穩(wěn)態(tài)電路。所謂光控就是利用光敏三極管 對(duì)不同光照呈現(xiàn)的阻抗不同，對(duì)時(shí)基電路 555 的四腳進(jìn)行高低電平的控制，或處于等

9、待 觸發(fā)狀態(tài)，或處于強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)。白天光照強(qiáng) VT5 呈低阻， VT4 正偏置而飽和導(dǎo)通。 其集電極電位，即 555的 4 腳被鉗制在 0.3V 左右，從而使 555處于強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)，此 時(shí)不管 2 腳有多大的觸發(fā)電平， 555均不會(huì)翻轉(zhuǎn)置位?？煽毓璨粫?huì)觸發(fā)導(dǎo)通，電燈無(wú)電 不亮。夜晚光暗，此時(shí) VT5 呈高阻而截止， VT4 無(wú)偏置電流，呈截止?fàn)顟B(tài)。 555的 4腳 呈高位，使 555 觸發(fā)器處于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)狀態(tài)，此時(shí)如果有聲響，經(jīng)拾音，放大，倍壓整 流后，正極性信號(hào)使 VT3 飽和導(dǎo)通，下跳變信號(hào)加之 555的 2 腳使 555翻轉(zhuǎn)置位。 3腳 由原來(lái)的低電平變?yōu)楦唠娖剑s +8.5V），經(jīng)

10、R3 限流后觸發(fā)雙向可控硅 SCR并導(dǎo)通，電 燈 H 得電點(diǎn)亮。電燈點(diǎn)亮的時(shí)間即單穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā)后高電平持續(xù)的時(shí)間（穩(wěn)態(tài)時(shí)間） ， 他取決于單穩(wěn)態(tài)電路的時(shí)間常數(shù)，其大小為，Td=1.1（R9）（C8）圖 2-4 所示電路的單穩(wěn)態(tài)時(shí)間為 120s，即電燈點(diǎn)亮后 2 分鐘熄滅。圖 2-4 延時(shí)處理電路單穩(wěn)態(tài)電路圖聲光雙控節(jié)能燈的設(shè)計(jì)聲光雙控節(jié)能燈電路的總體設(shè)計(jì)2.2.1 聲光雙控節(jié)能燈的基本構(gòu)成和原理（1）基本構(gòu)成原理簡(jiǎn)述白天光線強(qiáng)時(shí)，光敏器件呈低阻，時(shí)基電路 555 處于強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)，無(wú)論有沒(méi)有聲 音，可控硅都不能觸發(fā)導(dǎo)通，燈不會(huì)亮；夜晚或者光照弱時(shí)，光敏器件呈高阻， 555 觸 發(fā)器處于單穩(wěn)態(tài)觸

11、發(fā)狀態(tài)，此時(shí)如果有聲音傳入，經(jīng)放大整流后，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)，可控硅 導(dǎo)通燈亮并延時(shí)電路開(kāi)始延時(shí)，延時(shí)完燈熄滅。（2）電路工作原理電路簡(jiǎn)述555和 R9、C8、VT4、VT5 等組成光控單穩(wěn)態(tài)電路。所謂光控就是利用光敏三極管 對(duì)不同光照呈現(xiàn)的阻抗不同，對(duì)時(shí)基電路 555 的四腳進(jìn)行高低電平的控制，或處于等待 觸發(fā)狀態(tài)，或處于強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)。白天光照 VT5 呈低阻， VT4 正偏置而飽和導(dǎo)通。其 集電極電位，即 555的 4腳被鉗制在 0.3V 左右，從而是 555處于強(qiáng)制復(fù)位狀態(tài)，此時(shí) 不管 2 腳有多大的觸發(fā)電平， 555均不會(huì)翻轉(zhuǎn)置位?？煽毓璨粫?huì)觸發(fā)導(dǎo)通，電燈無(wú)電不 亮。夜晚光暗，此時(shí) VT5 呈

12、高阻而截止， VT4 無(wú)偏置電流，呈截止?fàn)顟B(tài)。 555的 4 腳呈 高位，使 555 觸發(fā)器處于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)狀態(tài)，此時(shí)如果有聲響，經(jīng)拾音，放大，倍壓整流 后，正極性信號(hào)使 VT3 飽和導(dǎo)通，下跳變信號(hào)加之 555的二腳使 555 翻轉(zhuǎn)置位。 3腳由2 總體電路設(shè)計(jì)原來(lái)的低電平變?yōu)楦唠娖剑s +8.5V），經(jīng) R3 限流后觸發(fā)雙向可控硅 SCR并導(dǎo)通，電燈 H 得電點(diǎn)亮。同時(shí)延時(shí)電路開(kāi)始延時(shí)， 延時(shí)結(jié)束，電燈 H 熄滅，等待下一次聲音的觸發(fā)。圖 2-6 總體電路圖聲光雙控節(jié)能燈的設(shè)計(jì)聲光雙控節(jié)能燈的技術(shù)性能指標(biāo)及主要特點(diǎn)1、輸入：交流 220V2、輸出：經(jīng)降壓整流濾波穩(wěn)壓后提供 +9V 的工作電壓

13、。3、延續(xù)時(shí)間： 120 秒，可調(diào)4、開(kāi)關(guān)燈全自動(dòng)化控制，包括白天全關(guān)閉，晚上自動(dòng)開(kāi)、關(guān)燈5、安裝方便。6、工作可靠，且價(jià)格低廉。聲光雙控節(jié)能燈的主要元器件及其特性2.3.1 555 定時(shí)器555 定時(shí)器是一種將數(shù)字功能和模擬功能集為一體的中規(guī)模集成電路。它的結(jié)構(gòu)比 較簡(jiǎn)單，使用卻非常靈活，也很方便，可以用它構(gòu)成多諧波振蕩器、施密特觸發(fā)器和施123 密特觸發(fā)器等。用 555 定時(shí)器構(gòu)成的各種電路，都是通過(guò)定時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生與 變換，從而完成其他控制功能。 101)555 定時(shí)器的結(jié)構(gòu)D圖 2-7 555 定時(shí)器的結(jié)構(gòu)圖各種 555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)大同小異， 它由比較器 C1和 C2 、基

14、本觸發(fā)器和輸出級(jí)三 個(gè)部分組成，外部共有 8 根引腳，各腳的名稱和功能如下：B1 腳為B接地端，也是芯片的公共端； 8 腳為電源端 VCC；3 腳為信號(hào)輸出端 VO；7 腳為放電端 VO 。如果經(jīng)過(guò)一個(gè)足夠大的電阻街道電源上那么放電端可獲得一個(gè)與輸出端2 總體電路設(shè)計(jì)相一致的電平。 4腳為直接復(fù)位端 RD 。只要在此輸入低電平， 輸出端立即被置為低電平， 不受其他輸入狀態(tài)的影響。 正常工作是接高電平可直接接到電源上 6 腳為 C1比較器的信 號(hào)輸入端 Vl1又稱閾值段 TH；2 腳為 C2比較器的信號(hào)輸入端 Vl 2又稱為觸發(fā)端。它們輸 入的信號(hào)可以是數(shù)字信號(hào)也可以是模擬信號(hào)， 分別與比較器所

15、設(shè)置的參考電壓進(jìn)行比較 便于控制輸出狀態(tài)。 5 腳為控制電壓輸入端 Vco 。如果 Vco 端沒(méi)有外加電壓時(shí)兩個(gè)比較器 的參考電壓，由電源電壓經(jīng)過(guò)三個(gè)等值電阻分壓提供，則 VR1=3 VCC ，VR2=3 VCC 。在這種情況下，該端可通過(guò)電容( 0.01 F)接地防干擾信號(hào)竄入。如果該端接入外 電壓 Vco 時(shí)，1則，VR1= Vco， V R2=1 Vco ，因此 V co可改變參考電壓值 VR 。2(2)芯片功能1、若 RD =0，不管其它輸入如何輸出端都為低電平。212、若 RD =1，當(dāng) Vl1( 32)V CC 且 VL2( 13 VCC )時(shí)，比較器 C1輸出為 0，C2 輸出為

16、 1，33即 VC1 =0，VC 2 =1，基本 RS觸發(fā)器狀態(tài) Q置成 0，輸出 Vo 為低電平；同時(shí)放電管 T1導(dǎo)通。213、若 RD =1，當(dāng) Vl1( 2 )VCC 且 VL2( 1 VCC )時(shí)，比較器 C1 、 C2輸出都為 0，即33VC1=VC2=0，基本 RS觸發(fā)器狀態(tài) Q=Q =1，輸出低 Q端為高電平， VO 也輸出為高電平，同時(shí)放電管 T1截止，放電端 VO 沒(méi)有放電回路。214、若 RD =1，當(dāng) Vl1( 2)V CC 且 VL2( 1 VCC )時(shí), 比較器 C1輸出為 1， C2輸出為 0， D l1 3 CC 3 CC即 VC1=1，VC2=0，基本 RS觸發(fā)

17、器狀態(tài) Q置成高電平， VO 也輸出為高電平，同時(shí)放電管T1截止，放電端 VO 沒(méi)有放電回路。215、若 RD =1，當(dāng) Vl1( 1 VCC )時(shí)，比較器 C1 、 C2輸出都為 1, 即D l1 3 CC L2 3 CC 1 2VC1=VC2=1, 基本 RS觸發(fā)器狀態(tài) Q保持不變， VO和放電管狀態(tài)保持不變。聲光雙控節(jié)能燈的設(shè)計(jì)表 2-1 555 定時(shí)器芯片功能輸入各級(jí)輸出T 1 狀態(tài)觸發(fā)器輸出RDV l1V L2V C1V C2輸出T 1 狀態(tài)n1VOQ n 100低電平導(dǎo)通121010低電平導(dǎo)通( )V CC3( V CC )3121001高電平截止( )V CC( V CC )33

18、121100高電平截止( )V CC3(3 V CC )312111Q不變不變( )V CC( V CC )33駐極體話筒駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電聲性能好、價(jià)格低的特點(diǎn)，廣泛用于 盒式錄音機(jī)、無(wú)線話筒及聲控等電路中。屬于最常用的電容話筒。由于輸入和輸 出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此 駐極體電容式話筒在工作時(shí)需要直流工作電壓。駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電聲性能好，價(jià)格低廉，應(yīng)用非常廣泛。圖 2-8 駐極體話筒結(jié)構(gòu)圖- 10 -總體電路設(shè)計(jì)高分子極化膜上生產(chǎn)時(shí)就注入了一定的永久電荷 (Q) ，由于沒(méi)有放電回路，這 個(gè)電荷量是不變的，在聲波的作用下

19、，極化膜隨著聲音震動(dòng)，因此和背極的距離 也跟著變化，也就是鎖極化膜和背極間的電容是隨聲波變化。電容上電荷的公式是 QCV，反之 V Q/C 也是成立的。 駐極體總的電荷量 是不變，當(dāng)極板在聲波壓力下后退時(shí)，電容量減小，電容兩極間的電壓就會(huì)成反 比的升高，反之電容量增加時(shí)電容兩極間的電壓就會(huì)成反比的降低。最后再通過(guò) 阻抗非常高的場(chǎng)效應(yīng)將電容兩端的電壓取出來(lái)，同時(shí)進(jìn)行放大，我們就可以得到 和聲音對(duì)應(yīng)的電壓了。由于場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)有源器件，需要一定的偏置和電流才可以 工作在放大狀態(tài)，因此，駐極體話筒都要加一個(gè)直流偏置才能工作。駐極體話筒由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分組成。 聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐 極體振動(dòng)膜。

20、它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜。然后 再經(jīng)過(guò)高壓電場(chǎng)駐極后，兩面分別駐有異性電荷。膜片的蒸金面向外，與金屬外 殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開(kāi)。這樣，蒸金膜 與金屬極板之間就形成一個(gè)電容。當(dāng)駐極體膜片遇到聲波振動(dòng)時(shí)，引起電容兩端 的電場(chǎng)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。駐極體膜片與金屬 極板之間的電容量比較小，一般為幾十pF 。因而它的輸出阻抗值很高 (Xc 12tfc) ，約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以 在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管來(lái)進(jìn)行阻抗變換。場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)是輸 入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。

21、普通場(chǎng)效應(yīng)管有源極(S) 、柵極 (G) 和漏極 (D) 三個(gè)極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再?gòu)?fù)合一只二極管的專用場(chǎng)效應(yīng)管。接二極管 的目的是在場(chǎng)效應(yīng)管受強(qiáng)信號(hào)沖擊時(shí)起保護(hù)作用。場(chǎng)效應(yīng)管的柵極接金屬極板。 這樣，駐極體話筒的輸出線便有三根。即源極S ，一般用藍(lán)色塑線，漏極 D，一般用紅色塑料線和連接金屬外殼的編織屏蔽線。駐極體話筒與電路的接法有兩種：源極輸出與漏極輸出。源極輸出類似晶體 三極管的射極輸出。需用三根引出線。漏極 D 接電源正極。源極 S 與地之間接一 電阻 Rs 來(lái)提供源極電壓，信號(hào)由源極經(jīng)電容 C 輸出。編織線接地起屏蔽作用。源 極輸出的輸出阻抗小于 2k ，電路比較穩(wěn)定，

22、動(dòng)態(tài)范圍大。但輸出信號(hào)比漏極輸出 小。漏極輸出類似晶體三極管的共發(fā)射極放入。只需兩根引出線。漏極 D 與電源 正極間接一漏極電阻 RD ，信號(hào)由漏極 D 經(jīng)電容 C 輸出。源極 S 與編織線一起接 地。漏極輸出有電壓增益，因而話筒靈敏度比源極輸出時(shí)要高，但電路動(dòng)態(tài)范圍 略小。Rs 和 RD 的大小要根據(jù)電源電壓大小來(lái)決定。 一般可在 22 5 1k 間選用。 例如電源電壓為 6V 時(shí)，Rs 為 47k，RD 為 2。2k。圖 3 輸出電路中，若電源為 正極接地時(shí)，只須將 D 、S 對(duì)換一下，仍可成為源、漏極輸出。一聲控電路前置放 大級(jí)中駐極體話筒的源極輸出和漏極輸出的兩種不同的接法，最后要說(shuō)明

23、一點(diǎn)，- 11 -聲光雙控節(jié)能燈的設(shè)計(jì)不管是源極輸出或漏極輸出，駐極體話筒必須提供直流電壓才能工作，因?yàn)樗鼉?nèi) 部裝有場(chǎng)效應(yīng)管。關(guān)于駐極體電容式話筒的檢測(cè)方法是：首先檢查引腳有無(wú)斷線 情況，然后檢測(cè)駐極體電容式話筒。駐極體話筒體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電聲性能好， 價(jià)格低廉，應(yīng)用非常廣泛。駐極體話筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。由聲電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和 場(chǎng)效應(yīng)管兩部分組成。它的電路的接法有兩種：源極輸出和漏極輸出。源極輸出 有三根引出線，漏極 D 接電源正極，源極 S 經(jīng)電阻接地，再經(jīng)一電容作信號(hào)輸出； 漏極輸出有兩根引出線，漏極 D 經(jīng)一電阻接至電源正極，再經(jīng)一電容作信號(hào)輸出， 源極 S 直接接地。所以，在使用駐極體話

24、筒之前首先要對(duì)其進(jìn)行極性的判別。在場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與源極之間接有一只二極管，因而可利用二極管的正反向 電阻特性來(lái)判別駐極體話筒的漏極D 和源極 S。將萬(wàn)用表?yè)苤?R1k 檔，黑表筆接任一極，紅表筆接另一極。再對(duì)調(diào)兩表筆，比較兩次測(cè)量結(jié)果，阻值較小時(shí)， 黑表筆接的是源極，紅表筆接的是漏極。光敏三極管光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不 只是受基極電路和電流控制，同時(shí)也受光輻射的控制。 通?；鶚O不引出，但一些 光敏三極管的基極有引出，用于溫度補(bǔ)償和附加控制等作用。當(dāng)具有光敏特性的 PN 結(jié)受到光輻射時(shí)，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流 由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中

25、得到一個(gè)放大了相當(dāng)于 倍的信號(hào)電流。 不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大 的光電流放大作用，即很高的靈敏度。通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體二極管和三極管的學(xué)習(xí)，我了解了晶體管的基本結(jié)構(gòu)和工作原 理，晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的 核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的 PN 結(jié)，兩個(gè) PN 結(jié) 把正塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列 方式有 PNP 和 NPN 兩種， 如圖從三個(gè)區(qū)引出相應(yīng)的電極， 分別為基極 b 發(fā)射極 e 和集電極 c 。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的 PN 結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之

26、間的 PN 結(jié)叫集電極。 基區(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)濃度大， PNP 型三極管發(fā)射區(qū) 發(fā)射 的是空穴， 其移動(dòng)方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里； NPN 型三極管發(fā)射區(qū) 發(fā)射 的 是自由電子，其移動(dòng)方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。 發(fā)射極箭頭指向也是 PN 結(jié)在正向電壓下的導(dǎo)通方向。 硅晶體三極管和鍺晶體三極 管都有 PNP 型和 NPN 型兩種類型。雖然重點(diǎn)學(xué)習(xí)了晶體管的放大作用，但是我 對(duì)晶體管的開(kāi)關(guān)作用更感興趣。半導(dǎo)體就像一個(gè)開(kāi)關(guān)，可以通過(guò)導(dǎo)通與截止來(lái)控 制電路。- 12 -2 總體電路設(shè)計(jì)半導(dǎo)體通過(guò)添加一部分微量元素會(huì)使其特性發(fā)生翻天覆地的變化。光敏晶體 管

27、就是一種重要的衍生物。視覺(jué)是人體最重要的感覺(jué)，因此，我覺(jué)得通過(guò)光來(lái)控 制電路真是太精妙了，而光敏的二極管三極管恰好就完成這個(gè)任務(wù)。因?yàn)楣饷羧?極管由于還具有放大作用，因此應(yīng)用比二極管更加廣泛。 光敏三極管用于測(cè)量光 亮度，經(jīng)常與發(fā)光二極管配合使用作為信號(hào)接收裝置。下面用事例說(shuō)明介紹一下 各種功能。一 測(cè)量光亮度 在教室圖書館，很多時(shí)候日光燈白天也亮著，在宿舍里面，日光燈經(jīng)常是晝夜不息，同學(xué)們對(duì)這種浪費(fèi)已經(jīng)麻木不仁了。有的同學(xué)早晨去教室，雖然教室很 明亮但還要開(kāi)燈，雖然一盞日光燈不會(huì)浪費(fèi)多少資源，但積少成多，浪費(fèi)就是很 大了。因此，我們可以在教室安裝一個(gè)控制電路，當(dāng)亮度達(dá)到一定程度的時(shí)候， 使得

28、教室里面和宿舍里面日光燈將無(wú)法啟動(dòng)。我們可以利用光敏三極管附加電磁 繼電器來(lái)完成這個(gè)電路。采光點(diǎn)的選取是一個(gè)關(guān)鍵，因?yàn)椴⒉皇敲恳粋€(gè)教室的明 亮程度都是相同的，我們可以采用多點(diǎn)取樣來(lái)達(dá)到這個(gè)要求。例如在 20 個(gè)教室中 都安放光敏三極管，我們可以設(shè)置，如果他們?nèi)炕蛘叽蟛糠至炼榷己芨?，那么?日光燈就無(wú)法正常啟動(dòng) ，達(dá)到節(jié)約能源的目的。還有一種情況，就是如果有一天天空布滿了烏云，亮度不夠，那么日光燈可 以開(kāi)啟了。但是不久云開(kāi)霧散，天氣放晴，日光燈不會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。同樣造成很大 浪費(fèi)?？梢栽诓晒恻c(diǎn)所在的教室外面再安裝一個(gè)采光點(diǎn)，當(dāng)室內(nèi)外強(qiáng)度的差值縮 小到一定范圍是，我們可以認(rèn)為日光燈的作用可以忽略了，

29、日光燈就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。另外一種情況，如果教室外面正下雨，教室里面日光燈亮著，此時(shí)窗外一個(gè) 閃電，使得外面很亮，日光燈就關(guān)閉了，這會(huì)造成麻煩。因此要避免這種問(wèn)題。 方法就是在電路中安裝計(jì)數(shù)器，使得亮度差維持一定時(shí)間才可以使日光燈強(qiáng)制關(guān) 閉。綜上所述，我們可以利用光敏三極管設(shè)計(jì)一個(gè)電路，使得日光燈無(wú)法正常啟 動(dòng)或者被強(qiáng)制關(guān)閉從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。當(dāng)然，這種方法的可行性從現(xiàn)在看 并不是很高，電路要改裝費(fèi)用可能很高都會(huì)影響實(shí)施。不過(guò)我認(rèn)為的確可以通過(guò) 光敏三極管的特性來(lái)得到節(jié)約的目的。二 光電隔離光敏三極管的另一個(gè)作用是傳輸信號(hào)，光耦合器（optical coupler ，英文縮寫為 OC）亦稱光電隔

30、離器，簡(jiǎn)稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸 入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目 前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成： 光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這- 13 -聲光雙控節(jié)能燈的設(shè)計(jì)就完成了電光電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器 輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能 力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具 有很強(qiáng)的共模抑

31、制能力。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大 提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大 大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔 離隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽 命長(zhǎng)，傳輸效率高。光耦合器是 70 年代發(fā)展起來(lái)產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣 絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開(kāi)關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào) 隔離、級(jí)間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài) 繼電器 （SSR） 、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開(kāi)關(guān)電源中，利用線性

32、 光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過(guò)調(diào)節(jié)控制端電流來(lái)改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn) 壓目的。聲光雙控節(jié)能燈的整機(jī)電路原理圖 （ 附錄 A）元件參數(shù)表（附錄 B）該電路 PCB圖以及 3D視圖（附錄 C、D）仿真調(diào)試本電路對(duì)元器件的選擇很重要， 拾音器選用駐極體話筒， 駐極體話筒具有體積小、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電聲性能好、價(jià)格低的特點(diǎn)，廣泛用于盒式錄音機(jī)、無(wú)線話筒及聲控 等電路中，屬于最常用的電容話筒。 V1 管選用 C485，的值不少于 150 倍。光敏三 極管 VT5 選用暗電流 Id較小,光電流 Ic 較大 3UD，降壓電容選用耐壓 400V以上的金屬 化紙介電容器，全橋整流的 QD的反向擊穿電壓選用 1A

33、300V 以上的器件，以確保安全。該燈在接入 220V直流電源后，白天電路不工作 , 它只會(huì)在光線不足或者夜晚的時(shí)候 電路才進(jìn)行工作 , 在發(fā)出一定聲音的情況下，燈亮并且持續(xù)一定時(shí)間后會(huì)自動(dòng)熄滅。設(shè)計(jì)完成后，用軟件進(jìn)行了仿真，得到以下仿真結(jié)果如圖2-9、2-10。其中用一個(gè)開(kāi)關(guān)代替駐極體話筒，用滑動(dòng)變阻器代替光敏三極管。- 14 -仿真調(diào)試U220V圖 2-9 白天光線強(qiáng)時(shí)仿真結(jié)果- 15 -聲光雙控節(jié)能燈的設(shè)計(jì)U220V圖 2-10 夜晚或者光線弱時(shí)仿真結(jié)果- 16 -電路 PCB板圖的制作電路 PCB板圖的制作本次設(shè)計(jì)中，我使用 PROTEU軟S 件來(lái)畫電路以及制作 PCB板，用 Prot

34、eus 制作 PCB 通常包括以下一些步驟：（1）繪制電路原理圖并仿真調(diào)試；（2）加載網(wǎng)絡(luò)表及元件封裝；（3）規(guī)劃電路板并設(shè)置相關(guān)參數(shù)； （4）元件布局及調(diào)整； （5）布線并調(diào)整；（6）輸出 及制作 PCB。其中對(duì)于封裝庫(kù)中沒(méi)有的封裝或者是與實(shí)際的元件不符的封裝，需要自己 畫。自建封裝保存后，再到庫(kù)中加載，就可以把自己制作的元件封裝加載到PCB中了 9- 17 -聲光雙控節(jié)能燈的設(shè)計(jì)致謝四年的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我 將面對(duì)又一次征程的開(kāi)始。四年的求學(xué)生涯在師長(zhǎng)、親友的大力支持下，走得辛苦卻也 收獲滿囊，在論文即將完成之際，思緒萬(wàn)千，心情久久不能平靜。

35、在此我想把我的敬意 和贊美獻(xiàn)給我的導(dǎo)師張?jiān)隽掷蠋?。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。 您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營(yíng)造了一種良好的精神氛圍。感謝我的爸爸媽媽，養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂(lè)是我最大的心愿。在 論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可 敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯謝意！同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的良師益友和同學(xué)， 以及在設(shè)計(jì)中 被我引用或參考的論著的作者。- 18 -參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)康華光；電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第四版）

36、北京，高等教育出版社出版， 2006彭介華；電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)北京，高等教育出版社， 2006楊旭東，劉行景，楊興瑤； 實(shí)用電子電路精選化學(xué)工業(yè)出版社， 2007華成英；電子技術(shù)北京；中央廣播電視大學(xué)出版社， 2006童詩(shī)白；模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 清華大學(xué)電子學(xué)教研組編， 第三版， 北京；高等教育出版社， 2004康華光， 陳大欽 電子技術(shù)基礎(chǔ) （模擬部分）（第四版） M 北京：高等教育出版社， 1999何希才新型電子電路應(yīng)用實(shí)例 M 北京：科學(xué)出版社， 2005李瀚蓀電路分析基礎(chǔ)（第 3 版） M 北京：高等教育出版社， 1993夏路易，石宗義電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程PROTEUS M北京：

37、北京希望電子出版社， 2002索明何 , 王立剛 , 饒運(yùn)濤 . 基于 555定時(shí)器的聲光雙控照明燈設(shè)計(jì) J. 科技信息 （ 科學(xué) 教研 ）, 2008（10）吳仲國(guó) . 高度聲控翻譯通信技術(shù) J. 深圳特區(qū)科技 , 1994,（01）馬鴻洋 . 光控照明燈的制作 J. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) , 2003,（01）陳剛 , 樊玲, 李婷. 聲控?zé)艄庑Ч难芯亢烷_(kāi)發(fā) J. 黑龍江科技信息 , 2007,（13）中國(guó)照明網(wǎng) HYPERLINK / /J. spangler.B. Hussain.A. K. Bchera Electronic ballast using a power factor con

38、ection techningues for loads over than 300 WattsCecilio Blanco.Marcos Monso A single stage fluorescent lamp ballast with high power- factorChins Chuang.Ching R A new power factor correction circuit for electronic ballasts with series - loaded ressonant inverter. APEC96張偉福 袁素蘭等電子節(jié)能燈 1995(6)張懷浚 節(jié)能燈綜述

39、1992(1)薦玉奎 , 吳克 .巧用聲光控開(kāi)關(guān)演示光敏電阻特性J. 物理實(shí)驗(yàn) ,2005,(6).- 19 -聲光雙控節(jié)能燈的設(shè)計(jì)附錄2.3.4 聲光雙控節(jié)能燈的整機(jī)電路原理圖（附錄 A）- 20 -附錄2.3.5 元件參數(shù)表（附錄 B）元器件名稱數(shù)量備注555 定時(shí)器1全橋電路 QD1駐極體話筒1C110.47ufC21220ufC3147ufC414.7ufC5110ufC6110ufC710.68ufC81100ufC910.01ufNPN5光敏三極管 VT51二極管3電阻11R1（560K），R2（200），R3（300），R4（430K），R5（4.3K），R6（2.7K），R7（

40、1.8K），R8（5.6K），R9（1.1M），R10（22K），R11（20K）- 21 -聲光雙控節(jié)能燈的設(shè)計(jì)2.3.6 該電路 PCB圖以及 3D視圖（附錄 C、D）附錄 C 電路 PCB圖- 22 -附錄附錄 D 電路 PCB的 3D視圖- 23 -聲光雙控節(jié)能燈的設(shè)計(jì)附錄 英文參考文獻(xiàn)Experimental study of using fuel cells in dwellings for energy saving lighting and other low power applicationsAbstractThe accompanying CO2 and other gr

41、eenhouse gas emissions have been identified as a primary cause of global warming and the demand for electricity is expected to rise sharply within two decades. New energy-efficient, environmentally friendly power systems are, therefore, urgently required to ensure a sustainable built environment and

42、 also to meet the current building regulation standards. Fuel cells provide a means of supplying electricity and improving the built environment. In this paper, two methods of producing home-made hydrogen are described. The performance of low cost proton exchange membrane (PEM) fuel cells in a build

43、ing trial is evaluated. The PEM fuel cells have been tested to provide electricity for high illuminating light-emitting diode (LED) lamps in a dwelling. It is found that a small quantity of home-produced low-pressure hydrogen could power the LED lamps for several hours. Moreover, by introducing an a

44、ppropriate electronic circuit, the power consumption by the LED lamp is reduced with an added advantage of increasing the number of light fittings. The results illustrate the energy savings that can be achieved. They also give important pointers to how the technology can be used safely in dwellings

45、in tandem with other energy saving technologies in future.Keywords: Hydrogen; Fuel Cell; LED; Dwelling1. Introduction2. Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) also called proton exchange membrane fuel cells deliver high power density and offer the advantages of low weight and volume, compa

46、red to other fuel cells. PEMFCs (Fig. 1) use a solid polymer as an electrolyte and porous carbon electrodes containing a platinum catalyst. They need only hydrogen and oxygen from the air to operate and do not require corrosive fluids like some fuel cells. They are typically fuelled with pure hydrog

47、en supplied from storage tanks or onboard reformers. They operate at relatively low temperatures, around 80C (176 F) which allows themto start quickly and results in less wear on system components, resulting in better durability. However, they require that a noble-metal catalyst (typically platinum)

48、 be used to separate the hydrogens electrons and protons, adding to system cost. The platinum catalyst is also extremely sensitive to CO poisoning, making it necessary to employ an additional reactor to reduce CO in the fuel gas if the hydrogen is derived from an alcohol or hydrocarbon fuel. This al

49、so adds cost. Developers are currently exploring platinum/ruthenium catalysts that are more resistant to CO 1.- 24 -附錄PEMFCs are used primarily for transportation applications and some stationary applications due to their fast start-up time, low sensitivity to orientation, and favourable power to we

50、ight ratio. They have recently passed the test or demonstration phase and have partially reached the commercialization stage due to the impressive worldwide research effort.Fuel cells are different from batteries in that they consume reactant, which must be replenished, while batteries store electri

51、cal energy chemically in a closed system. Additionally, while the electrodes within a battery react and change as a battery is charged or discharged, a fuel cells electrodes are catalytic and relatively stable. Fuel cells also have an environmental advantage over batteries, since certain kinds of ba

52、tteries require special disposal treatment. Fuel cells provide a much higher power density, packing more power in a smaller space.Despite the currently promising achievements and the plausible prospects of PEMFCs, there are many challenges remaining that need to be overcome before they can successfu

53、lly and economically substitute for the various traditional energy systems. With the many promising research efforts in overcoming these challenges, the most important tools for the commercialization will be the technical data and information from a real PEMFC application test 2.Fuel cell systems ar

54、e presently the focus of intense research efforts among industrial, academic, and government organizations, but this work is primarily concentrated on technical hurdles to fuel cell commercialization.Recently, Degiorgis et al. 3 described the design of a laboratory-scale high-pressure electrolyser a

55、nd- 25 -聲光雙控節(jié)能燈的設(shè)計(jì)investigated the energy savings related to this technology. They described a detailed design and an economic analysis proving the technical and economical feasibility of the installation.Marshall et al. 4 examined the performance of a PEM water electrolysis cell using Ir xRuyTazO2

56、anode -2electrocatalysts. The best cell voltage they achieved was 1.567 V at 1 A cm .Mart nez et al. 5 studied experimentally the generation of high-purity hydrogen gas from the chemical reaction of aluminium with sodium hydroxide. Their experimental results showed that the hydrogen yields are accep

57、table. They coupled a PEMFC with the hydrogen produced from chemical reaction 6.This research concentrates on the use of PEMFCs in dwellings for the purpose of low power requirements.The building regulations in UK state that the dwelling emission rate (DER) should be calculated using a fixed assumpt

58、ion of 30% low-energy lighting. Reasonable provision would be to provide, in the areas 2 affected by the building work, fixed energy-efficient light fittings that number not less than one per 25 m or one per four fixed lightings 7.For these reasons, this research introduces and discusses one of the

59、remaining challenges on the application test of PEMFC to real systems such as residential power generation. In addition, this paper describes two methods of producing low-pressure home-made hydrogen which can be coupled with a PEMFC to power energy saving lamps, particularly, light-emitting diode (L

60、ED) bulbs.ReferencesFuel cell works website (accessed February 2008).Jung-Ho Wee, Applications of proton exchange membrane fuel cell systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews 11 (2007), pp. 1720 1738. Article | View Record in Scopus | Cited By in Scopus (20)L. Degiorgis, M. Santarelli and M.