声光控电路的设计与仿真

声光控电路的设计与仿真*

赵巧妮1，2

【摘 要】用multisim仿真软件来设计一款声光控电路，通过实验仿真法来研究声光控电路各个部分的工作状态，确定了电路各个部分的详细参数，并通过了实际电路的验证，减少了电路的开发成本，缩短了电路的实验周期。 【期刊名称】自动化技术与应用 【年(卷),期】2016(035)008 【总页数】5

【关键词】multisim；声光控；仿真

1 引言

在走廊、楼梯间、过道等处用声光控开关替代普通的开关，已是电路的主流控制方向。声光控开关可以实现在光线比较暗和有声音时，灯亮一段时间，之后会自动熄灭；在光线较好的时候，灯处于熄灭状态，有效的节约了能源，减少了无效的浪费。本论文通过multisim软件来仿真设计一款声光控电路，与传统的定量估算和电路试验为基础的设计方法相比［1］，易于实现电子设计自动化，缩短开发周期，降低开发成本，为实物的实验奠定了良好的基础［2］。 系统设计参数如下：

输入信号：声音：70dB +亮度：0.1LUX； 工作电源：220伏，50HZ； 负载：0.5A，220V；

功能：在满足输入信号条件下，亮灯时间40秒后自动熄灭。

2 总体系统设计

声光控延时开关的作用就是利用声音和光两个物理量来联合控制开关的“通和断\。在光线较亮时，灯灭；在光线暗和有声音时，灯亮且若干分钟后灯灭。因此，整个电路的功能就是检测声音信号和光信号，并将其处理为合适的电信号后，控制电子开关的动作。

系统框图如1所示，包括电源电路、控制电路和负载回路三大部分。主电路包括负载回路和控制电路的电源电路；控制电路包括声音处理电路、光信号处理电路、整形放大电路和延时电路；负载回路包括过零检测电路和负载主电路。

3 控制电路电源的设计

由于该控制电路所要求的电压值为10V左右的低压直流，所以需要将220伏工频的交流电进行整流、降压等处理才可以给控制电路供电，电路见图2所示。 将220V工频交流电源通过VD1～VD4整流后用两个阻值较大的电阻R1、R2进行分压，并在电阻R2上并联电容C1，对电阻R2的电压进行平滑滤波，最后在电容C1形成上正下负的直流电压，确保给控制电路的提供电源 不会突变。R1、R2的取值应该较大，使得电路上的电流较小，其中R2上的电压值要考虑与R2并联的负载大小，在此次电路设计中，后面连接的被控制电路、芯片、声控、光控电路上的电阻连接起来大约为RL为20K，所以取R2为20K，R1为180K，则R2上分得的电压为10伏，计算如下：

4 负载回路的设计

4.1 负载回路的设计

当工频交流电源V1为上+下-时，V1（+）通过二极管VD1---晶闸管VT---GND---VD3---V1（-）构成回路；输入工频交流电V1为上负下正时，V1（+）通过二极管VD4---晶闸管VT---GND---VD2---V1（-）构成回路；由此可见，

负载回路主要通过晶闸管来控制主电路的通和断，晶闸管阳极即A点的电压波形如图3所示，此时波形为脉动的直流。

为留有裕量，选用的晶闸管的门极触发电压和门极触发电流对应的参数如下：晶闸管通过的额定电流要大于0.45A，选用0.9A，晶闸管被触发导通的电流对应的电阻选用10K时，则晶闸管对应的导通电流的大小为

由式（2）（3）选用的晶闸管的额定电流0.9A，触发电流小与0.9mA。 4.2 过零检测回路的设计

在电容放电至CMOS与非门U1D的输入低阈值电压之前，晶闸管导通；当电容放电至与非门的，低输入阈值电压时，与非门U1D输出翻转为高电平1，经与非门U1B再次翻转至低电平0，晶闸管的触发电压和电流均接近于0，在A端电压的过零处，晶闸管彻底关断，灯熄灭。

5 控制电路的设计

控制电路包括声音处理电路、光信号处理电路、整形放大电路和延时电路四大部分，外界的声音信号和光信号经过处理变换后变成符合系统要求的一定幅值的电信号，两者一起控制电路的输出状态变化，从而控制灯的亮和灭。整形放大电路选用CMOS与非门集成芯片四—2输入与非门CD4011来做控制电路的核心部件。

在电源电压为10伏时，测试CD4011的输入与输出信号的传输特性，仿真结果如图5所示，正弦波为输入信号均接至与非门的输入端，矩形波为测得的输出信号。由图可知输入信号由最小值逐渐增大至阈值电压5.306V 时，输出由高电平1跳变至低电平0；当输入信号由最大值减小至阈值电压 4.839V，输出由低电平0跳变至高电平1。