简易延时LED灯

简易延时LED灯

   本装置的电路如图1所示。主要由单电源低功耗运算放大器集成电路IC1、二只低功率晶体管、麦克风和高亮度发光二极管所组成。当麦克风MIC接收到一定强度外界声响(包括各种噪声)，产生相应强度的输出电压，加到比较器IC1c，当此电压超过比较器门限值，其输出为高电位，使V1导通，它输出电压加到比较器IC1b，同样地，此电压器高于IC1b的门限值，IC1b输出高电位去激励IC1a和V2组成的功率放大器，从而驱动LED发光。预设的延时长短，则由C2和R6，以及R7、R8组成的充放电电路的时间常数决定。
    在这种照明装置上，也可以加上一只按钮开关使LED点亮，并在预定的时间继续发光。电路供电也很方便， 用4 节镍氢(MiMH)供电。整个装置间歇性地工作，电池可使用2个月，整个电路处在待机状态，消耗电流400 uA，在LED点亮时消耗电流24mA。

工作原理及参数选择
    从电路结构看，麦克风MIC通过导线连接输入端与地线之间。并通过R1接到电源正极，信号交流成分通过电容C1耦合到运放IC1c同相引脚。麦克风灵敏度的调节在很大程度上取决于R1值大小。建议R1值取15kΩ，对于所用麦克风品牌型号不同，R1值也应作相应改变，以便达到所期望的灵敏度。在最大灵敏度调节时，在房门打开，空气气流对麦克风振动膜的压力作用下，就应该使LED受到触发而点亮。IC1采用TLC274，其引脚图见图2。

    用C1隔除麦克风信号的直流成分，用电阻R2构成交流信号对地电位的通道。电阻R3和R4构成分压器，供给比较器IC1c反相输入端(9脚)电压的门限值。然而外界各种杂散声响所产生的信号电平超过这一门限值，IC1c的脚8输出高电位，驱动晶体管V1导通。从而造成C2快速充电。使运放IC1b同相输入端(5脚)信号电平按指数规律上升。这一过程与按下按钮开关S1具有同样的效果。因为开关与V1并联。由于电容C2充电路径上没有串接电阻。故即使杂散声响持续时间很短，也能使C2很快地充满电荷。运放IC1b构成比较器，电阻R7/R8形成分压器，它决定了反相输入端(6脚)的电压为电源电压的20％。为其门限值(约1V)。换句话说当C2上充满电荷。通过R6放电，经过约1.5分钟才能使C2上的电压降到门限值。
    最后一级是由运放IC1a和晶体管V2共同构成功率放大器，通过LED电流大小(即亮度)。可改变R11值加以调节(Iled=0.44V/R11)。IC1a用跨在R11上的电压去控制反馈环路中V2的导通。从而确保在电池电压降到它的特性曲线拐点处，LED的发光强度保持不变。连接器K1用于外接充电器，使电池BT1反为便充电。

延迟时间的计算
    LED发光的持续时间。也就是LED断开前的延迟时间。见图1，只要比较器IC1b同相输入端(5脚)上的信号电压高于反相输入端(6脚)的电压。其输出就保持高电位。在IC1b反相输入端(6脚)上的电压电平为：
U_PIN6=U_BT1 ×R8/(R7+R8)
    C2上的电压按照自然对数函数规律放电表示为：
U_C2=U_BT1×e^-t/R6C2
    对t整理一下方程式：
U_C2/U_BT1=e^-t/R6C2
ln(U_C2/U_BT1)=-t/R6C2
t=-R6C2 × ln(U_C2/U_BT1)
    UC2和UPIN6 应该相等，经代换有：
t=-R6C2×ln [(U_BT1×R8/(R7+R8))/U_BT1]
    从方程式中消除电池电压。这样延迟时间只处决于电阻和电容值：
t=-R6C2 × ln[R8/(R7+R8)]
    把电路中元件实际参数值代入。则得：
t=-10⁶ X 47 X 10^-6 X ln[10⁵/(3.9 X 10⁵+1 X 10⁵)]
= -47 × ln(10⁵/4.9 X 10⁵)
= 75s(秒)

安装注意事项
    本制作用于学习的实验课目。电路可以安装在条形插件板上。装拆和调试都方便。若要实际使用，可设计一只不大的印刷电路板。调试好后装入盒内。元件排列安装应注意。IC1集成电路要配上插座，定位在电路板的中间位置，电路的输入和输出部分相应装在IC1的左边和右边。在板上分别焊接麦克风、按钮开关和电池供电三条引线。如果印板要装入盒内，按钮开关和充电器的连接插座尽量不要引线，而直接焊在板的相应引脚上。麦克风壳体装在盒内。盒上要开孔洞。以便声波通过。LED焊在电路板上。最好加装反光罩。另外要注意C2极性。