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實驗： 聲控延時開關

一、實驗目的

1．熟悉NE555內(nèi)部電路結構及其工作原理。

2．掌握由NE555組成的單穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā)電路工作原理。

3．進一步熟悉駐極體話筒前置放大器的設計及其在實際電路中的運用。

4．學會利用所學知識對電路工作原理進行分析，能夠根據(jù)實際的使用需要對電路進行功能上的改進和完善。

二、555及555構成的單穩(wěn)態(tài)電路

       1．555內(nèi)部電路及其工作原理

圖9-1

555內(nèi)部電路如圖9-1所示，A1、A2是電壓比較器，VT是放電三極管，R1、R2、R3為三個5K電阻構成分壓器，555的名稱由此而得。

       A1為上比較器，其同相輸入端（即555的5腳）電位固定在2/3Vcc，A1的反相輸入端（即555的6腳）為閥值輸入端；A2為下比較器，其反相輸入端電位固定在1/3Vcc，反相輸入端（即555的2腳）作為觸發(fā)信號輸入端，A1、A2比較器的輸出端分別接到觸發(fā)器的R（置0）端，和S（置1）端，以控制輸出端（555的3腳）的電平狀態(tài)和放電三極管VT的導通與截止。

       圖9-1外圍元件RT、CT與555構成單穩(wěn)態(tài)電路。由于A1基準電壓設置在同相端（2/3Vcc），當6腳電壓≥ 2/3Vcc時，A1輸出低電平“0”，觸發(fā)器復位，Q=0，

=1，VT導通，CT兩端被短接，CT通過VT進行放電，同時555的3腳輸出低電平。而A2的基準電壓設置在反相輸入端（1/3Vcc），當2腳電位≤1/3Vcc時，A2輸出低電平“0”，觸發(fā)器被置位，Q=1，555的3腳輸出高電平，=0，放電管VT截止，555的7腳與1腳之間斷開，此時Vcc通過RT對外接電容CT進行充電。

       閥值端只對“高電平”（≥2/3Vcc）有效，對低電平無效。觸發(fā)端只對“低電平”（≤1/3Vcc）有效，對高電平無效。555的真值表如表9-1所示。

表9-1

 

4腳	6腳	2腳	7腳	3腳
L	X	X	L	L
H	≥2/3Vcc	＞1/3Vcc	L	L
H	＜2/3Vcc	＞1/3Vcc	保持	保持
H	＜2/3Vcc	≤1/3Vcc	懸空	H

555的5腳位控制端，可以通過外接分壓電阻或穩(wěn)壓管來改變A1、A2兩個電壓比較器的基準電壓。若在5腳接一個交變電壓，則A1、A2兩比較器的基準電壓將隨5腳的交變電壓而變化，從而使CT的充放電時間也隨之變化，可以起到調(diào)制的作用。一般5腳懸空，或通過0.01uf的電容接地，以消除干擾。

 

 

2．555構成的單穩(wěn)態(tài)電路

圖9-2

如圖9-2所示，當555的觸發(fā)端（2腳）無觸發(fā)信號（＞1/3Vcc），時，3腳輸出低電平，同時內(nèi)部放電管導通，CT兩端被短接，此時555處于穩(wěn)態(tài)。當觸發(fā)信號（＜1/3Vcc）加到555的2腳時，555被置位，內(nèi)部放電管截止， 3腳輸出高電平，電路進入暫態(tài)，同時5V電源通過RT對CT開始充電，直到CT兩端電壓UCT≥ 2/3Vcc，555才會被復位，3腳輸出低電平，電路重新進入穩(wěn)態(tài)。

由RC零輸入響應一階方程 

  （9-1）可知，

                      

（9-2）

這里電路由暫態(tài)過度到穩(wěn)態(tài)時CT兩端的電壓Uc=2/3Vcc

則暫態(tài)保持的時間（就是Uc由0V充電到2/3Vcc所持續(xù)的時間）

                       

       （9-3）

三、實驗原理

       1．利用聲—電傳感器（駐極體話筒），將拾取到的聲音信號轉換為電信號，并利用這個電信號變換為觸發(fā)信號對555構成的單穩(wěn)態(tài)電路進行觸發(fā)，使電路在檢測到一定強度的環(huán)境聲音時，電路點亮LED燈，并能延時一段時間，然后LED自動熄滅。

圖9-3

2．如果將圖9-4電路接入圖9-3中C點，電路就成了一個聲控延時電燈。

 

圖9-4

四、實驗內(nèi)容及步驟

 

圖9-5

1．按照圖9-5和圖9-2分別在實驗箱面包板上接線。

2．先對圖9-2電路進行調(diào)試，將555的2腳接地，此時LED燈應點亮，再將2腳接到Vcc上，LED燈應該熄滅，否則應關閉電源仔細檢查電路是否連接正確。

3．對圖9-5電路進行調(diào)試，使用指針式萬用表DC10V擋，測量A電對地電壓，對著Mic（話筒）輕輕吹氣，此時，萬用表指針應隨吹氣而發(fā)生偏轉，否則應關閉電源，仔細檢查電路是否連接正確。然后調(diào)節(jié)Rp對著Mic輕輕吹氣時，使萬用表指針偏轉角度達到最大為止。

4．完成步驟2、3之后將兩部分電路按照圖9-3連接起來，對著Mic吹氣（或拍掌）LED燈應能點亮，并能延時一段時間后自動熄滅，記錄LED燈從點亮到熄滅所用的時間。

五、實驗報告

1．簡述圖9-3電路工作原理。

2．根據(jù)所給的RT和CT的參數(shù)，按照公式（9-3）計算圖9-3電路的暫態(tài)持續(xù)時間，然后將你記錄下數(shù)據(jù)與之比較，分析誤差原因。

3．請你將圖9-3電路改裝成一個樓道聲控延時燈，要求白天無論有何聲響電路均不會做出響應（燈始終熄滅），只有傍晚或天黑時，電路檢測到一定響度的聲音后，電燈才會點亮，并延時一段時間之后自動熄滅。畫出你設計的電路原理圖，并簡述其工作原理。

附錄：

 

NE555和LM358的引腳排列順序

駐極體話筒的電極區(qū)別及好壞判斷