聲光控元件效能模擬演示器的設計與製作

！！二塑墮

實驗室科學

第１５卷第２期２０１２年４月

ａｐｒ．２０１２

聲光控元件效能模擬演示器的設計與製作

景彥君，張凱豔

（山西師範大學物理與資訊學院，山西臨汾

摘０４１０００）

要：通過用聲、光敏感測器等常用電子元器件設計製作聲、光控電路模擬演示器，利用ｌｅｄ發光管的有

序流動效果模擬演示聲光控元件的導通效能，這對聲光控原理的講述起到畫龍點睛的效果，由於該演示電路的創新之處是將聲光控及閃光電路集為一體，簡單明瞭，說服力強，便於學生實際動手操作，加深學生對感測器知識的理解，激發學生學習的探索慾望，使老師的教學可取得很好的教學效果。關鍵詞：ｌｅｄ；聲光控；感測器；模擬演示器中圖分類號：

０４２文獻標識碼：ｂ

當今電子工業發展迅速，湧現出各種新型聲光

１電路的設計原理

該演示器用聲、光敏感測器及ｌｍ３８６積體電路，可控矽、繼電器等電子元器件設計製作，輸出端觸發ｋｄ－０７所帶動的７只ｌｅｄ發光管分別製成用於控制顯示聲光控元件效能的電路，通過按鍵轉換開關來控制，從而實現電路聲控和光控的效果的模

控產品，如聲光控燈、聲光控報警器等，既給我們生活帶來極大便利，又避免了能源浪費、延長了照明燈

的壽命、使用方便和衛生。所以我們分析和研究聲光控元件效能，設計製作一套聲光控模擬演示實驗演示器，演示器上的ｌｅｄ發光管會沿著導通電路的電流方向流動點亮。如果把每乙個發光的ｌｅｄ比

作乙個「電荷」，則ｌｅｄ的流動點亮就預示著電流的流動狀態。它非常直觀、形象，動感十足，把聲光控元件的特性具體、生動地呈現在學生面前，能給學生留下深刻的印象，一方面有助於加強學生對感測器

的學習興趣和深入**的慾望，另一方面作為一種新穎獨特的演示教具可以很好地用於課堂教學演示實驗。

擬演示。當ｓ１開關接通，ｓ２開關斷開，通過光線對光敏感測器照射，光敏感測器把光訊號轉變為電信

號，經三極體控制電路從而使得繼電器的常開點吸

合，控制ｋｄ－０７ｌｅｄ流水燈的工作，即有光線照射，ｌｅｄ燈流動閃光；無光線照射，ｌｅｄ燈不流動閃光，實現了光控元件導通特性的模擬演示。同樣，當開

關ｓ１斷開，開關ｓ２接通，通過聲音或者是振動，使

景彥君，等：聲光控元件效能模擬演示器的設計與製作１９３

得聲敏感測器把聲音頻號轉變為電訊號，經ｌｍ３８６

功放電路繼而使得可控矽導通控制ｋｄ－０７ｌｅｄ流

受到的資訊，按一定規律變換成為電訊號或其他所需形式的資訊輸出，以滿足資訊的傳輸、處理、儲存、

顯示、記錄和控制等要求。本實驗裝置就是利用聲

一水燈流動，即有聲音帶動聲敏感測器振動，ｌｅｄ燈

流動，無聲音或感測器無振動，ｌｅｄ燈不流動，實現了聲控元件導通特性的模擬演示¨ｊ。

光敏感測器，把光訊號和聲訊號轉變成電訊號，製作

個新型的聲光控模擬演示器。下面就光敏感測器

和聲敏感測器這兩類感測器分別作一簡單介紹。

（１）光敏感測器

２元器件簡介

２．１感測器元件簡介

感測器是自動檢測和自動控制方面不可或缺的

光敏感測器是利用光敏元件將光訊號轉換為電訊號的半導體感測器件　ｊ，常用的有光敏電阻、光敏二極體、光敏三極體、光耦合器等。它的敏感波長

在可見光波長附近，光感測器不只侷限於對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他感測器，對許多非電量進行檢測，只要將這些非電量轉換為光訊號的變化即可。本實驗中用光敏電阻器把光訊號轉變

器件，對於提高生產的自動化程度、促進現代科學技

術的發展具有極其重要的作用。感測器的定義是：

「指能感受並能按一定規律將所感受的被測非電量，包括物理量、化學量、生物量轉換成便於處理與

傳輸的電量，或其它物理量的器件或裝置，通常由敏

感元件和轉換元件組成」。也就是說，感測器是一

種檢測裝置，能感受到被測量的資訊，並能將檢測感

為電訊號，實現光控。如圖１為光敏電阻的實物圖、

符號圖及原理圖。

先ｔ電阻豳彤符號

ｉ圖１光敏電阻器實物、符號及原理圖

（２）聲敏感測器間加入音訊電壓時，壓電陶瓷片又能發出聲音。

聲敏感測器文字元號用ｈａ表示，它是由兩塊圓形金屬片之間的壓電陶瓷片構成，是一種利用壓本實驗裝置用壓電陶瓷片作為聲感測器件，不斷對壓電陶瓷片施加壓力或者是敲擊它，能夠將聲訊號轉變為電訊號、實現了聲控。圖２是壓電陶瓷片的符號及效能測試圖。

電效應原理工作的電聲轉換器件，當壓電陶瓷片兩

邊有壓力或者有聲音時，兩片金屬片在壓電陶瓷作

用下，會產生音訊電壓。反過來，當在兩片金屬片之

壓電換能舞

廿（ａ）圖形符號

（ｂ）效能測試圖

圖２壓電陶瓷片的符號及效能測試圖

（ｃ）ｆ－ｉ曲線圖

景彥君，等：聲光控元件效能模擬演示器的設計與製作１９５

門《甄圖５單向可控矽結構示意圖和電路符號

圖６　發光二極體的新舊符號圖及ｋｄ－０７流水燈電路圖

（４）ｌｍ３８６功放簡介

腳功能圖如圖７所示，１腳和８腳的增益設定端，用以改善效能。當１腳和８腳斷開時，放大倍數為２０倍；若在１腳和８腳間接入旁路電容時，可將電壓增益公升至２００倍；若在１腳和８腳之間接人ｒｃ串聯

ｌｍ３８６是乙個低頻功率放大積體電路　ｊ。它

具有頻帶寬，最高可達３００ｋｈｚ；功耗低（常溫下為

６００ｍｗ）；工作電壓範圍寬（４～１２ｖ）；失真低；外接元件少；使用時不需加散熱片；調整方便等特點，ｌｍ３８６的外形是８腳雙列直插式塑封結構。它的管

網路，其中電阻ｒ可調，其倍數可在２０～２００之間

任意調整。

ｌｉｌ益｛ｌ渲

旁路哇蟪ｖ，，￣ｔｌｌ出

圖７　ｌｍ３８６的管腳及應用圖

１９６３　電路原理圖設計

窯驗室科

基本常用器件電容、電阻、二極體等設計出圖８聲光

通過對聲敏感測器、光敏感測器、繼電器、可控矽等主要元器件簡單介紹，並結合

控訊號模擬演示器方框圖電路　。

圖８聲光控模擬演示電路框圖

３．１聲控演示電路介紹光控演示電路是乙個以三極體為主體的電路，通過實驗給電路設定合適的引數，輸入端接有光敏電阻，有光照時，ｔ，得到合適的偏壓導通，使ｔ　截

聲控演示電路是乙個以ｌｍ３８６為主體功放的聲控電路，其外圍加上少量元件組成的，６腳接電源

６ｖ，在１腳和８腳之間接入ｒｃ串聯網路，為保證其

止，使ｌ導通，繼電器ｊ線圈加上電壓，常開點閉合控制ｋｄ一０７所帶動的７只ｌｅｄ燈像電流一樣的流動，從而實現光控訊號的模擬演示。３．３　聲光控一體化演示電路

確定的放大倍數，接人的電阻ｒ１＝１３ｋ，電容ｃ２＝

１０　，２腳和４腳接地，３腳接入壓電陶瓷片，５腳輸

出通過ｃ３＝１００　耦合到單向可控矽的門極ｇ，當按壓或用嘴吹壓電陶瓷片時，壓電陶瓷片將這種聲訊號轉化成電訊號直接送到ｌｍ３８６的輸入端２、３之間，經過ｌｍ３８６內部多級放大後由５腳輸出，通過可控矽控制ｋｄ－０７使ｌｅｄ流動發光，從而實現聲控訊號的模擬演示。３．２光控演示電路介紹

整體的聲光控電路模擬演示器原理圖如圖９所示　，當開關ｓ２斷開，開關ｓｌ閉合，電源接到９ｖ～１２ｖ的電壓，通過光線對光敏感測器的照射，實現的是光控電路的模擬演示。當開關ｓ２閉合，ｓ１斷開，電源接到６ｖ的電壓上，通過聲音或者是振動，實現

的是聲控電路的模擬演示。

圖９整體聲光控模擬演示原理設計圖

景彥君，等：聲光控元件效能模擬演示器的設計與製作１９７

４　製作過程

４．１元器件的準備

共１０只，分別是各１只，２ｋｑ的２只，１８ｋｎ的２只，三極體３只，１ｎ４００７二極體１只電解

萬能電路板２塊，壓電陶瓷片１個，電磁繼電器

１個，單向可控矽１個，ｋｄ—ｏ７整合晶元１個，ｌｍ３８６積體電路及管座各１塊，光敏電阻１只，電阻

電容各１只，高亮度白髮紅光二極體７只，白髮藍光二極體１只，撥動開關２只，導線若干，封裝盒子乙個。

圖１ｏ聲光控元件模擬演示教具實物圖

４．２電路的設計安裝

室研究與探索

［２］馮一兵，冀曉群．聲光器件及其在大學物理實驗中的應用［ｊ］，

對電路中所涉及的元器件首先進行檢測，然後根據聲光控電路原理圖對照元器件進行布局、連線和焊接，檢查電路連線正確後，就可以按照以上的方

實驗室科學

［３］姚久民，祝玉華，楊希東，等．氣體壓力感測器測量血壓與心率

的設計性實驗［ｊ］．實驗室研究與探索

３０．法進行演示實驗測試，電路工作正常後，將所有電路

進行適當封裝，表面安裝如圖９所示的控制部分和

顯示部分，即控制開關、光敏電阻、壓電陶瓷片及發光管等，這樣乙個新穎的、獨特的聲光控導通效能模擬演示器就安裝成功了。圖ｌｏ所示為聲光控元件模擬演示教具實物圖。

［４］姚彬編．電子元器件與電子實習實訓教程［ｍ］．北京：機械工

業出版社

［５］閻石，王紅．數字電子技術基礎［ｍ］．北京：高等教育出版社，

［６］張肅文．高頻電子線路［ｍ］．北京：高等教育出版社，２００９：１５—

２０．５　結語

通過用聲光控元件設計製作感測器特性模擬演示器，使學生對感測器元件的效能有了更深一步的了解，也培養了學生的創新精神，開闊了眼見，該製

［７］張曉光．模擬電流流向演示器［ｊ］．電子世界陳文彬，吳援明．資訊顯示技術專業實驗室建設［ｊ］．實驗室科

學與技術

［９］孫余凱．基礎電路使用技術［ｍ］．北京：電子工業出版社，

［１０］李嵐，張輝．新編電子技能基礎［ｍ］．成都：電子科技大學出

版社，２００２．

作電路具有靈敏度高，穩定性好，顯示效果生動活潑等優點。已經在感測器教學中得到應用，提高了課堂教學的質量。如果對本演示器進一步擴充套件，我們還可以製作出各種電子新器件的效能模擬演示器，值得在教學和科研中推廣。

參考文獻

［１］陳漢軍．創新型物理演示實驗室建設的探索與實踐［ｊ］．實驗

［１１］吳建明，張紅琴．電子工藝實訓教程［ｍ］．北京：機械工業出

版社收稿日期

修改日期

作者簡介：景彥君（１９５５－），女，山西臨汾人，高階實驗師，主

要從事電子實驗教學工作。

聲光控元件效能模擬演示器的設計與製作

聲光控開關

聲光控實習報告

聲光控設計報告

聲光控元件效能模擬演示器的設計與製作

聲光控開關

聲光控實習報告

聲光控設計報告

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