声控开关电路
学习目标
1．能够分析声控转换、双稳态转换电路的工作过程。
2．熟悉电子电路信号之间的转换方法。
3·能够合理设计电路安装布局，熟练地对元器件进行检测和处理。
4·能够熟练地对声控转换、双稳态转换电路进行调试、检修和排除故障。
在日常生活和一些小型设备中，各种信号之间的转换和控制应用越来越广泛。如电视机
的遥控开关就是通过发射器发射高频脉冲信号，并经过相应处理转换成对电视机的开、关控
制。本课题的任务是制作一个声控开关电路，通过小型驻极话筒接收声音信号，经电路转换
产生脉冲，利用触发器的转换功能完成对信号的放大和处理，然后通过三极管驱动控制直流
继电器完成对较大负载的控制，电路原理图如图2—2—1所示。
图2—2—1声控开关电路原理图
一、电路工作原理分析
本电路由音频信号采集电路、负脉冲形成电路、双稳态触发电路以及继电器控制电路4部分组成。各部分电路的工作过程分析如下：
1．音频信号采集电路
音频信号采集电路由驻极话筒组成。驻极话筒由驻极传
声器和阻抗转换两部分组成，如图2—2—之所示。其结构是
由一个张紧的敷有金属薄膜的振膜和驻极体做背极而组成的
平行板电容器。声波作用时，振膜与驻极体的背极之间距离
改变，使平行板电容器电容量发生变化，两端电压随之改
变，其变化与声振动相对应，金属驻极板在内部连接到一个
场效应管的栅极，场效应管的漏、源极作为驻极话筒的输出，当声音使驻极体振动膜振动
时，金属板驻极感应的电压使场效应管漏、源极电压改变，完成声电转换过程。这种话筒除
具有一般电容话筒的理想特性外，还具有稳定、体积小、质量轻及抗振性能良好等优点。由
于输出信号比较微弱，因此需要加前置放大器。
图2—2—2驻极话筒结构原理图
1一驻极体振动膜
2一绝缘垫3金属极板
2．负脉冲形成电路
负脉冲形成电路由vTl、v12、R2、R3、R4、R5、R6、c3、c4组成，如图2_2—3
所示。
静止状态时，无声音信号，VTl饱和导通，其基极电位为低电位，V他截止，输出
f，。为高电位。当有声音信号时，话筒阻抗增大，R1上的电压降低，VTl退出饱和状
态，其集电极电位升高，V亿开始导通，u．电位降低；经R3、C3形成正反馈，其反馈
过程为：
音频信号经c1耦合到VTl的基极时，VTl的，。．1一，c，0一酞，T，导致V他的k T一
七t—u。0，产生负电平。当没有声音时，R3、c3的交流负反馈又加速了VTl的饱和和
v12的截止。话筒每接收一次声音信号就使V12产生一次饱和和截止的转换，在V12集电
极产生一个负脉冲信号。
3．双稳态触发电路
双稳态触发电路由VT3、VT4、R8、R9、R10、R11、R12、R13、VDl、VD2、c5、C6
组成，如图2—2—4所示。
图2—2—3负脉冲形成电路
图2—2—4双稳态触发电路
接通电源时，由于R。，。，两个三极管V13和V_r4处于不对称偏置，所以
VT4处于饱和状态，VB处于截止状态。
当接收到声音信号时，Vrl2集电极产生负脉冲信号，负脉冲以加到双稳态触发器的输
入端vT4的基极使v．r4退出饱和，由于D点电位的升高，通过Rll使VB退出截止，进而
使c点电位升高；经过相互之间的影响和反馈，导致三极管V13由截止变为饱和，三极管
vT4由饱和变为截止，完成了状态的转换。当再次接收到声音信号时，V．12集电极产生负脉
冲信号加到v13基极，使vB退出饱和状态而截止，VT4由截止变为饱和状态。每两次产
生声音信号，进行一次循环转换。完成对后面电路的启动与停止。
4．继电器控制电路
继电器控制电路由VD3、VT5、VD4、K、VHI、VH2、R14、R15、R16组成。当双稳
态电路输出高电平时，通过VD3、R14使三极管VT5进入饱和状态，直流继电器线圈通电
吸合，其常开触电闭合，发光二极管VHI点亮，常闭触点打开，发光二极管VH2熄灭。当
双稳态触发器输出低电平时，VD3、VT5截止，继电器K线圈不得电，常闭触点闭合，VH2
发光，常开触点断开，VHI不发光。R15、R16为VDl、VD2的限流电阻，控制发光二极管
的亮度。vD4是继电器线圈的续流二极管，防止继电器线圈中电流被阻断时产生电磁感应
能量，造成对三极管的损伤。
5．电路的工作原理
当有声音或拍手时，由于小型驻极话筒阻抗减小，在Rl上产生一个正脉冲，该脉冲加
在三极管vTl上，使其集电极电位升高，并使VT导通，通过R3、c3的正反馈，使VB
饱和导通，形成一个负脉冲，用这个负脉冲去触发双稳态触发器。由于双稳态触发器静态
时，v_乃截止，V_r4导通，当第一个声音形成的负脉冲到来时，触发器翻转，Vr乃导通，
vT4截止，其集电极为高电位，通过VD3、R14使VT5饱和导通，继电器吸合，发光二极
管VHl点亮、VH2熄灭。当再次产生声音信号时，负脉冲再次使触发器翻转，继电器断电，
负载停止工作。在本电路中，利用继电器的触点控制的发光二极管功率很小，主要是为了装
接和技能训练的方便。实际中，继电器的触点可以控制交流220 V，5 A以内的负载，如电
灯、录音机、洗衣机、电视机等。
二、电路装接准备
1．元件明细表
本课题电路的元件明细表见表2 2 1。
2．工具及仪器
电子焊接工具一套；矩阵电路板一块；万用表一块；示波器一台。
3．元件检测
(1)本电路中使用的电阻、电容、二极管和三极管均为通用的常规元件，在使用前应
用万用表相应挡位，测量选用元件的大小、极性和好坏，对三极管还应测其电流放大系数，
以口=60～120为好，太小容易造成电路灵敏度不够，太大可能引起工作不稳定。由于三极
管vT3、vT4工作于触发器反转状态，因此，应尽量选用同型号、同规格的三极管，其电流
放大系数也要尽量一致，略有差别不会影响其正常的状态翻转。检测好的元件应当分类存放
并做好标记，以方便使用。
(2)元件管脚受到氧化、有污物的需进行清污处理，并对各元件管脚进行整形和镀锡。
(3)对使用的直流继电器应检查其型号和规格，了解继电器的线圈电压和直流电阻值，
确定常开和常闭触点的位置；必要时加上额定电压，验证其能否正常通断。
(4)本电路使用驻极话筒，要尽量选灵敏度高一些的。使用驻极话筒时，要注意引出
端与外电路的接法，因为出线有三端式和两端式两种。通常两端式的话筒外接电阻，先接电
源正极，再串接话筒，话筒另一端接地，话筒和外接电阻的连接点处经电容器输出信号。本
电路为两端式接法，利用有声音信号时漏极与源极问电阻减小来控制信号转换。
三、电路装接
1．电路装接布局设计
本电路完全由分立元件构成，安装可采用印制矩阵板或铆钉矩阵板，设计电路布局时可
以先在纸上画草图，基本合理后再用电路板插装和焊接。基本要求是：总体占用空间要合
理，元器件分布要均匀、端正，四边要整齐，电路板周边要留有一定的边距；连线要尽量合
理，减少走线交叉；每个引脚单独占用一个焊盘，要了解各引脚的功能和排列关系，使走线
尽量少走弯路。分立元件布局要有一定的轴线方向，元件的疏密程度应尽量一致，要考虑到
将来的安装固定，相邻元件要保持一定的装接距离，保证元件的稳定性。元件布局时，要考
虑到控制方便，有利于输入和输出的连接和调整。元件高低差别较大时应做适当调节，保证
相互适应，同类元件要尽量保持高低、形状一致。
本电路的布局设计和走线图如图2—2—5所示。
图2—2—5声控开关电路的布局设计及走线图
2．电路安装要求
(1)话筒的引线应尽量短，远距离控制时，引线应采用屏蔽线。
(2)电路中使用的元件在安装前，应进行整形和镀锡，其高度为1～1．5 crfl。
(3)怕热元件和功率大的元件的引线应略长一些。
(4)元件标称值应处于便于观察的位置。
(5)焊接晶体管元件时，要选用合适的电烙铁，掌握好焊接时间，提高焊接速度。
(6)电子元件安装要端正，摆放要整齐，同类元件高度最好一致。
(7)焊接面的焊点要均匀一致，表面光亮，无虚焊和假焊。
(8)需要调试的元件，放置时应有利于调整操作。
(9)在使用焊接工具、焊接材料时，应培养规范操作、文明生产的良好习惯。
声控开关电路的安装图如图2～2—6所示。
图2—2—6声控开关电路的安装图
四、电路调试
1．话筒音频的调整
用示波器测量话筒的输出端，当有声音时，应能检测出声音波形信号，如果检测不到．
应检查话筒是否接线错误或损坏。电路中Rl的大小对话筒的灵敏度有很大影响，因此，通
过调整R1的大小可改变话筒的灵敏度。电容C1应选的尽量小一些，主要是抑制中低频的
其他干扰一
2．负脉冲形成电路的调整
由VTl、VT2组成负脉冲产生电路，静态时，VTl工作在接近饱和状态，集电极电压约
为0．6 V左右，可通过调整R4或R6使其状态最佳；v他可以工作于截止状态，也可以工
作于放大状态，调整VT2集电极电位不低于3 V，可以保证形成足够的负脉冲。
3．双稳态触发器的调整
静态时，由于双稳态触发器VT]、VT4两个管的集电极电阻R8和R12不对称，通电以
后，VT4会抢先饱和，而V13截止；可用导线在C5、C6的公共端与地碰接，检查触发器能
否翻转，否则检查两三极管的工作状态。
4．开关控制环节
调整时，分别使触发器的VT4管工作于高电位和低电位，检查v巧三极管是否工作于
饱和和截止状态，可以调整R14的大小，使电路满足要求。
五、故障排除
1．话筒对声音不灵敏，不能控制三极管VTI、v亿的状态转换。其原因有：
(1)话筒灵敏度低，极性接反或话筒内部有故障。
(2)VTl或VT2静态调整不当，声音信号到达时，没有完成翻转。
(3)三极管放大倍数小或质量差。
2．VT3、VT4组成的触发器不翻转。其原因有：
(1)其中的一支管损坏。
(2)R1、R2电阻值太大。
(3)二极管VDl或VD2损坏。
3．继电器不动作。其原因有：
(1)继电器线圈断路，虚焊或连线断。
(2)v．r5或二极管VD3损坏。
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