音控電路" target="_blank">音控電路既是用聲音對電路進行控制，不必象無線遙控和紅外遙控一樣需要專門的遙控發(fā)射裝置,，因而得到廣泛的應用,。目前市場上廣泛使用的樓道音控延時開關，音控玩具開關等即是如此,。但是這只是一種輸出狀態(tài)的開關或只能順序控制多種輸出狀態(tài)的開關,，不能任意控制輸出狀態(tài)。查閱國內(nèi)的一些刊物和雜志，目前還沒有發(fā)現(xiàn)對音控電路進行任意控制輸出狀態(tài)的文章或論文,。針對這一情況,，研究音控電路特點，設計制作出一種能任意控制輸出狀態(tài)的較廉價的抗噪性能較好的音控電路,。
1 一般音控電路分析及任意控制輸出狀態(tài)音控電路設計思路
1.1 一般音控電路特點分析
無線遙控和紅外遙控容易對多路輸出進行任意控制,，其原因是都可以采用對發(fā)射裝置進行狀態(tài)編碼，接收裝置又可以對收到的信號進行解碼,，因而可以任意控制輸出狀態(tài),。但音控電路一般無專門的發(fā)射裝置，無法對發(fā)射信號進行編碼,。另外,，音控電路的最大缺點是抗干擾能力非常差，環(huán)境噪音很容易使音控電路產(chǎn)生誤動作,，造成嚴重的不良結果,。所以提高音控電路的抗噪能力是非常必要的。
1.2 設計思路
以掌聲作為輸入信號,，見圖1波形示意圖,，圖1(a)為掌聲輸入信號，圖1(b)為經(jīng)正向整流濾波后的波形示意圖,。
由計數(shù)器進行計數(shù),，計數(shù)器輸出經(jīng)RC電路選擇觸發(fā)T'觸發(fā)器翻轉使開關電路動作。由圖2可知,，RC電路的時間常數(shù)選擇得遠大于掌聲輸入信號的間隔時間,，電容上的電壓小于T'觸發(fā)器翻轉的電壓，雖然掌聲1和掌聲2使計數(shù)器的輸出y1,，y2為高電平,，但時間都很短暫，對應1路和2路的RC電路輸出信號電平都很低,，1,，2路的開關電路都不動作。第3掌聲使計數(shù)器的輸出y3一直為高電平,，(因為后面再沒有掌聲了)該路的RC電路輸出信號為高電平,，對應T'觸發(fā)器翻轉使開關電路動作。由此可見,，用快速的連續(xù)掌聲就能任意控制音控電路的輸出狀態(tài),。
2 電路設計
2.1 電路組成方框圖
(1)音控輸入放大電路：由駐極體話筒，三極管T1和外圍元件構成,，作用是進行聲電轉換和初步放大,。
(2)帶通放大電路：由RC網(wǎng)絡和雙運放或4運放LM324內(nèi)的1個運放A1構成帶通放大器,，作用是進行帶通放大，提高抗干擾能力,。
(3)靈敏度控制與信號處理電路：由4運放LM324內(nèi)的1個運放A2及外圍元件和D1,，C2等構成，作用是進行電壓放大,，Rp可以調整音控電路靈敏度,。放大的音頻信號再由D1，C2進行整流和濾波,，得到觸發(fā)脈沖信號,。
(4)計數(shù)器電路：8進制計數(shù)器CD4022對輸入的掌聲信號進行計數(shù)。8個輸出端只用了4個,，當計到5掌聲Y5為高點平時,，觸發(fā)CD4022的異步復零端，使計數(shù)器復零,。Y6,，Y7未用。因為只有4路輸出,。
(5)延時選擇電路：R13～R19和C5～C8組成RC充放電積分回路,，D3～D6是電容C的放電二極管。作用是對前級輸出信號的脈沖進行分離和選擇,。
(6)雙穩(wěn)態(tài)電路：2塊上升沿雙D觸發(fā)器中的4個D觸發(fā)器接成4路T'觸發(fā)器,，具有翻轉計數(shù)和保持功能。
(7)開關控制電路：三極管T2～T5工作于開關狀態(tài),，雙向可控硅BCR1～BCR4受到三極管T2-T5的控制而導通或關斷,，從而交流供電通路導通或關斷。
(8)電源：因為整個電路耗電極微,，由R21,，C9，D11,，Q10,，D12組成簡單的穩(wěn)壓電源。
2.2 電路工作原理與電路設計
電原理圖如圖4所示,。
圖4(a)為音控輸入放大電路,、帶通放大電路、靈敏度控制與信號處理電路和計數(shù)器電路的電原理圖,。圖4(b)圖為雙穩(wěn)態(tài)電路,、開關控制電路和電源電路的電原理圖。
2.2.1 音控輸入放大電路
駐極體話筒將掌聲轉換成微弱的音頻信號送入到三極管T1的基極,，該級為共射小信號放大器,。若β=100，R1=5.1 MΩ時,，Ic△0.14 mA,，R3為20多kΩ，為了適應不同的三極管,，R1用5.1 MΩ的可調電阻,，R3用51 kΩ的可調電阻。電壓增益為：
2.2.2 帶通放大電路
帶通濾波器是由高通濾波器和低通濾波器組合而成的,，其典型電路及幅頻特性曲線見圖5,。
輸入端的電阻R和電容C組成低通電路，另一個電容C和電阻R2組成高通電路,，二者串聯(lián)起來接在集成運放的同相輸入端,，設R2=2R，R3=R,，帶通濾波器的電壓放大倍數(shù)為：
由式(2)可知,，改變電阻RF或R1阻值可以調節(jié)通帶寬度，但中心頻率fo不受影響,。
掌聲頻率若為500 Hz,，由式(1)，取C=0.1μF,，可計算出：R=3.3 kΩ,，f0=483 Hz，若Q取5,，Aup=2.8(特別注意Aup不能大于或等于3,，否則電路要產(chǎn)生自激)，R1=10 kΩ,，RF=18 kΩ,，(為調整方便RF可選33 kΩ的可調電阻)，由式(2)可知,，通帶寬度B=0.2f0=96.6 Hz,。
2.2.3 靈敏度控制與信號處理電路
本級為音控信號的電壓增益主放大器，波形失真對音控信號觸發(fā)計數(shù)器影響不太大,。因而運放的最大電壓增益設計為500,，R11取2 kΩ2時，R12取1 kΩ的可調電阻,，整流濾波的波形如圖6所示,，取R12=10 kΩ，C4=10μF,。濾波后的波形與矩形脈沖相似,，矩形脈沖幅度為0.45 VCC大于手冊查到的CD4022的最小高電平觸發(fā)脈沖幅度0.3VCC,，脈沖下降沿的時間滯后由電容C4的放電時間決定，約為C4R12=0.1 s(略去了CD4022輸入電阻的影響),，此值不可取得過大,，若掌聲間隔時間過小，則電容上的電壓未降到CD4022的最大低電平觸發(fā)脈沖幅度,，后面的掌聲不會起到任何作用,。
2.2.4 計數(shù)分配電路
8進制計數(shù)器CD4022對輸入的掌聲信號進行計數(shù)分配。該電路與常見的計數(shù)器設計完全相同,，8個輸出端只甩了6個,，將Y5輸出信號送到CD4022的復位端RD端，梅成6進制計數(shù)器,。第1掌聲Y0為高電平,，Y0為空腳，作為關斷電路之用,。當計到5掌聲Y5為高電平時,，觸發(fā)CD4022的異步復零端，使計數(shù)器復零,。Y6,，Y7未用。
2.2.5 延時選擇電路
R12～R15和C6～C9組成4路RC充電回路,，實際構成RC積分電路,。D3～D6是電容C的放電二極管。放電時間常數(shù)為RdC6,，Rd是放電二極管的內(nèi)阻,，隨通過二極管的電流而變,；由于Rd很小,，放電時間常數(shù)很短,。
RC充電回路的時間常數(shù)：
此時C5上的電壓為0.63 VCC=3.8 V。實際上電容上的電壓只要大于雙D觸發(fā)器的最小高電平觸發(fā)電壓0.3 VCC=1.8 V,，雙D觸發(fā)器就會翻轉,。由RC一階零狀態(tài)響應規(guī)律可導出對應的時間為：
圖7是延時選擇電路輸出電壓波形(以連續(xù)4掌聲為例)。
第1掌聲無脈沖,，第2,、第3掌聲脈沖寬度很窄??第4掌聲脈沖寬度很寬，輸出電壓uC3很高,，可以使T'觸發(fā)器翻轉,。只要連續(xù)擊掌周期小于0.8 s，就可以對輸出電路進行任意控制,。
2.2.6 雙穩(wěn)態(tài)保持電路與開關控制電路
兩塊上升沿雙D觸發(fā)器中的4個D觸發(fā)器都是獨立的,，將輸入端D與輸出端Q相連就成為T'觸發(fā)器,，具有翻轉計數(shù)和保持功能。觸發(fā)器輸出高電平電壓約為VCC,，低電平電壓約為0 V,。
三極管T2～T5工作于開關狀態(tài)，設雙向可控硅選用最大陽極電流IA為3 A,。控制極電流IG為10 mA,，三極管β=100,，限流電阻R21為：
為使三極管可靠飽和，R21～R24取20 kΩ,，并在三極管T2～T5的集電極加200 Ω的限流電阻,。
2.2.7 電源
因為整個電路耗電極微，由R21,，C9,，D11，C10,，D12組成電容降壓,，半波整流，電容濾波,，穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓常見的簡單穩(wěn)壓電源,。但注意的是電路接地端與220 V交流相連。調整時要特別注意安全,。
3 結 語
根據(jù)設計制作出的音控裝置達到任意控制4路輸出的目的,。功能為：間斷掌聲(間斷時間大于0.8 s)可使前幾路或4路都同時通電；連續(xù)掌聲(間斷時間小于0.8 s)可選擇任意路通電,；連續(xù)掌聲加間斷掌聲可使后幾路或第4路都同時通電,；第5掌聲使CD4022復位，但通電的路數(shù)仍保持通電,；CD4022復位后,，也可以采用前述的間斷掌聲或連續(xù)掌聲切斷欲關斷的路數(shù)。如果要簡單地切斷任意一路輸出,，可將雙D觸發(fā)器的異步復位端RD由接地改為接8進制計數(shù)器CD4022的Y0輸出端,。當Y0為高電平，4路D觸發(fā)器都被復位,，4路輸出都被切斷,。