摘要：电路设计不同与电路制作，电路制作比较直接一点，根据给出的电路进行制作。而电路设计没有直接的电路原理图，需要查找一些相关的资料，然后进行调试，确定最终电路图。该题目是设计类题目，所以相对制作麻烦些。该电路可以实现三种信号对同一个LED的控制。此制作在设计过程中巧妙的运用了单稳态电路解决了触摸控制，让电路简化了许多。关键词：单稳态电路 Abstract : In the making by which circuit design is an electric circuit, "Be different.", it's a little direct in comparative way that an electric circuit makes, and it's made by an offered electric circuit. There are no principle diagrams of a direct electric circuit, and circuit design has to look for several related material, and debugs a program, and fixes the last circuitry. It's made a theme of the kind is designed, so troublesome how much this theme is relatively. This electric circuit can achieve 3 kinds of signal to control of an identical LED. Much this making settled the used electric circuit of one state which is just steady skillful in the design process and touched control, and made an electric circuit simplified.                                                                  

Key words : The electric circuit which is just one state

一、设计任务与要求

1、设计并制作实现光、声、触摸3种方式控制灯，采用LED作为受控灯，LED点亮表明接通电源。细则：声控和触摸控制，控制灯亮的时间为17秒；光控为即时控制（有光照时灯不亮，无光照时灯亮）。声控和触摸控制时光控无效；光控时，有声控或触摸控制信号传入会锁定灯亮17秒。 2、技术指标：采用12V的直流电源作为主电源（可以自制）；响应时间≤1S。

二、设计思路及原理图  

1、设计思路：先通过网络和图书选择三种单独控制电路若干，从中挑出简单易行的电路，分析其控制原理。分别对三种电路做接线实验，调试成功后两两进行整合。由于各电路的工作电压及某些其他因素影响，所以电路的整合难度稍大。最终搭试出一个新的电路，此电路设计符合实验的要求。再对新电路进行测试，不断修改，成功后焊接到电路板上。

2、电路原理图

图 (1)

图 (1)是通过实验测试成功后自己绘出来的电路图。优点：声控和触摸控制共用一个电路,元器件相对较少且都是常用的，这样就节约了制作成本。

3、元器件清单

4、电路板的焊接安装时首先将电阻焊到电路板上,然后依次将三极管、发光二极管、光敏二极管、驻极体传声器、开关、电解电容、继电器焊到电路板上（在电路板上的高度由低到高依次焊接）,注意电解电容器的极性和三极管的管脚排列。只要元器件正确,焊接可靠,电路基本不再需调整就可以工作了。首次通电，继电器会吸合。当灯熄灭后，可以拍手使灯亮，也可以触摸图钉A使灯亮，这两种方法点亮灯后约17秒（t=0.7×R3×C2=16.779）后灯自动熄掉，可以调节R3或C2控制亮灯时间。三、电路工作原理 1、声控原理

图（2）

图（3）

图（4）

图（2）为声控电路部分，由图（3）声音感应、放大电路和图（4）单稳态电路构成。图（4）中三极管VT2、VT3及其电阻、电容器组成了单稳态电路。电阻R3为三极管VT2提供了基极电流；而三极管VT3的基极电流则是从三极管VT2的集电极电阻R4上得到的。三极管VT2集电极与三极管VT3基极之间是直接耦合的；而三极管VT3集电极与三极管VT2基极之间的耦合则是由电容器C2来完成的。电阻R4是三极管VT2的集电极负载,三极管VT3的集电极负载是电阻R5。

单稳态电路的特点是它只有一个稳定状态。电路在没有信号输入时,选择合理的R3使三极管VT2稳定在饱和状态,此时它的集电极电压约为0.3V以下。这样使三极管VT3稳定在截止状态。这就是单稳态电路的稳定状态。

当一个负脉冲通过C1到达三极管VT2的基极时,三极管VT2开始趋向截止,它的集电极电流减小,集电极电压升高；经过直接耦合,使三极管VT3的基极电压升高,三极管VT3开始导通,它的集电极电压下降；经电容C2的藕合又使三极管VT2的基极电压进一步下降(虽然这时负脉冲已经不再存在),形成一个正反馈,很快达到一个新的状态。此时三极管VT2截止,三极管VT3饱和导通。这就是单稳态电路的暂稳态现象。

单稳态电路的暂稳态是不能持久的。在暂稳态期间,电容器C2通过电阻R3进行放电,随着放电的进行,三极管VT2的基极电压逐渐升高,当它达到0.5V以上时,三极管VT2开始导通,正反馈现象再次发生,整个电路很快又回到VT2饱和导通,VT3截止的稳定状态。电容C2通过电阻R3的放电过程决定了电路暂稳态的维持时间。根据计算,这个时间t =0.7×R3×C2。在本电路中电阻R3为510KΩ,电容C2为47μF,所以t≈17s.根据这个公式改变电阻R3或电容C2的参数,可以延长或缩短电路的延迟时间。

电路复原后,电容器C2通过电阻R5和三极管VT2的发射结进行充电。充电完成后电路才可以接收下一次的触发。

电路中的B是一只驻极体传声器,它能将声音信号转变为电信号。驻极体传声器压所转换的电信号较微弱,只有通过由三极管VT1组成的放大器把微弱的信号进行放大后,才能去触发单稳态电路。放大后信号中的负脉冲作用在三极管VT2的基极上时,可以使单稳态电路翻转。

在电路的稳态过程下,单稳态电路中三极管VT2导通,三极管VT3截止。三极管VT3的集电极为高电平,接在它上面的三极管VT4是PNP型三极管,所以三极管VT4没有导通,继电器不工作。一旦有外界的声音来触发电路,单稳态电路中三极管VT2的基极受到负脉冲的作用而截止,单稳态电路处在了暂态的过程中。这时三极管VT3导通,它的集电极电压下降,导致与它连接的三极管VT4也导通,继电器吸合，LED电路导通从而灯亮。 2、触摸控制原理在搞懂单稳态电路原理的基础上，很好的利用单稳态电路的性质尝试了触摸控制的实现，经试验得到了两个点可以通过触摸来控制的即R6电阻两端（VT3的集电极和VT4的基极），取的是VT4基极，这样有利于我焊接分布元件。

图（5）

如图（5），当人体触摸A点时，人体感应电压使得VT4的基极电压降低，VT4导通。继电器吸合，LED发光。其熄灭原理与声控电路相同。 3、光控原理光敏二极管性质：当有光照时（达到一定强度）相当于断路，当无光照时，相当于导线。

如图（6）当有光照D2时，三极管VT6的基极与R10的交叉点断路，VT6截止，从而VT5也截止。当无

光照时，VT6导通，其集电极电压接入VT5基极使其导通，VT5发射极的电压触发继电器吸合。LED电路

通路。（之所以这样设计，是为了直接实现光控功能。也可以将光控作为电路的总开关。）

图（6）

四、电路的调试在起初选用三个控制电路的时候，三个电路的工作电压是不同的。触摸与声控合并后，难点就在于光控与其他两个电路的整合（将三个信号直接控制继电器吸合的信号加在一个控制点）。

当时在实验的时候，第一次灯控电路直接无效，无法实现光控功能。作出几种假设：

一、光控电路放大信号不足以使继电器吸合。

二、单稳态电路间接影响了VT5发射极的电试，经多次调节两个电路电阻，最后可以光控，但光控同样会被单稳态电路锁定17秒。而与预想的控制不同。这个原因很明显，光控电路触发了单稳态电路，使其稳定状态受破坏。LED的发光情况间接的由单稳态电路控制。用万用表测各节点电压发现：在声控和触摸都没激发单稳态的时候，光控信号一旦过大，VT5发射极的高电平信号将直接加在VT4的集电极，这样可能是使单稳态电路的稳态被破坏的直接原因。通过多次控制D2的进光量观察，最后解决了电路的融合。

还有在刚开始进行声控电路调试时，须很大的声音才可以触发LED发光，很明显，声音信号的放大还不够触发单稳态电路。肯定是放大电路放大不够，然后翻开以前的模电书找到放大电路的章节。重新设置了R1和R2，起初由于设置阻值不合理，光控电路会被锁定。多次调节测试找到了一个适中的声控点。在整个过程中还遇到了很多细小的问题，在此就不再细说了。

五、总结及感想感悟最深的是一句话：说起来容易做起来难。真正做起来，就会遇到很多意想不到的麻烦。可以说很不顺利，步步受阻。从九月二十六号晚上的8：30的单独光控电路的成功到十月五号晚上22：10分的整个电路的成功，在这期间尝到了失败的苦涩与成功的甜美。最终的成功的心情是语言难以表达的。

作为电路设计，最主要的是有自己的东西，体现出自己的思路及方案。在此次制作中可以说是边学边用，刚开始我实验之前，我按正常思路打算分别用三个电路再进行整合。通过查资料，声控电路我选单稳态来做。当时我对单稳态一无所知，但经过仔细推敲后搞清了它的工作原理，该电路只有一个稳定状态，声音信号通过放大触发该电路的稳态，从而使NPN型三极管导通（因为NPN型三极管基极电压降低），继电器吸合。我起初选用的触摸电路我想到如果能用该稳态电路来实现触摸控制那就太好了，即简化了电路节约了制作成本又能在触摸信号发出控制灯亮17秒后自动熄灭。这真是一举两得，所以放弃了原触摸电路，通过测试，取了NPN型三极管的基极作为触摸控制点。通过调电路中电阻，使得人体感应电压可以触发NPN型三极管。这样实际上就用了两个电路实现了三种信号的控制。

在制作的这些日子，我曾有两次失眠，第一次就是声控与触摸电路的合并成功；第二次就是最终的三个电路的成功。在制作过程中，查了许多资料，当然也学了很多的东西。并因此喜欢搞一些电子小制作了，感觉这样才能够学到很多东西，提高动手能力，而不像以前那样只学理论很少动手。同时更加珍惜学习机会，有问题会多与老师交流。

在此感谢三系的陈羽老师和一系的刘磊老师，在他们的热心帮助下让我顺利完成此次制作。同时感谢一系举办的电子制作大赛给我这个学习机会。