传感器与逻辑电路应用讲解

传感器与逻辑电路应用讲解
现在住宅小区的楼道上常用声光控延时开关，只有在天黑以后，当有人走过时发出声音时，楼道灯会自动点亮，延时几分钟后会自动熄灭。在声光控延时开关的设计过程中要用到许多传感器和逻辑电路的知识。
　　一、关键的电学元件
　　1．电路中的主要控制元器件是使用了集成电路CD4011。与非门集成电路CD4011（如图1），与课本上介绍的集成电路74LS00相似，其内部含有4个独立的与非门vd1～vd4，用VDD和Vss两脚供电（如图2）。与非门是与门之后加一个非门组成，其真值表如图3。

　　2．电路中的主要传感器元器件是驻极体话筒（如图4）和光敏电阻（如图6）

　　驻极体电容话筒有两块金属板（如图5），其中一块表面涂有驻极体薄膜，当膜片受到振动、摩擦时，膜片上会出现表面电荷。驻极体膜片上的电荷量由于声音气流变化而发生变化微弱电流。
　　光敏电阻器又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。
　　3．电路中的主要执行元器件是可控硅
　　与三极管的外观类似，可控硅也有三极，是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率可控整流电子元件。它的功用不仅是整流，还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路。要使可控硅导通，一是在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压，二是在它的控制极G与阴极K之间输入一个正向触发电压。导通后，去掉触发电压，仍然维持导通状态。如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。

　　三极管的有三个极，发射极E、基极B和集电极C。工作时，在BE极间加上很小的电流IB，就可以控制CE极间很大的电流Ic，放大率β=Ic/Ib。可见三极管是成比例的放大电流的元件。
　　二、电路的工作原理
　　1．供电线路，如（图9）整流二极管vd1～vd4将交流220v进行桥式整流，变成脉动直流电，又经R1降压，C2滤波后即为电路的直流电源，为BM、VT、通过7和14号腿给集成块的CD4011供电。

　　2．控制电路，电路原理(图10)

　　(1)声音传感器信号通过放大电路得到一路信号，光传感器得到另一路信号一起进入与非门D1进行判定。声音信号(脚步声、掌声等)由驻极体话筒BM接收并转换成电信号，经C1耦合到VT的基极进行电压放大，放大的高电平信号送到D1的2脚(图11)。为了使声光控开关在白天开关断开，由光敏电阻RG等元件组成光控电路，R5和RG组成串联分压电路，夜晚环境无光时，光敏电阻的阻值很大，RG两端的电压高，高电平信号送到D1的1脚(图12)。与非门(D1)的两脚都是高电平（值为1）时，在3脚输出低电平（值为0）。

　　 (2)D1的3脚输出低电平（值为0）信号同时输入与非门(D2)的5．6两脚，D2的输出端4脚会输出高电平（值为1）经二极管进入延时控制电路。给C3充电，充满电后经R8放电。高电平间t=2πR8C3，改变R8或C3的值，可改变延时时间。高电平信号再经与非门(D3．D4)两级整形电路，将方波信号进行整形，从11腿输出还是高电平信号。

　　(3)D4的11腿输出高电平信号使单向可控硅导通，电子开关闭合；c3充满电后只向r8放电，当放电到一定电平时，经与非门(D3、D4)输出为低电平，使单向可控硅截止，电子开关断开，完成一次完整的电子开关由开到关的过程。

　　附录：声光控延时开关的电路图（图15）