PAGEPAGE2一、原始依據（資料）：LED照明具有節能，長壽，環保，抗震，抗壓，體積小，控制方便等特點，是現代照明的發展趨勢，從理論上講，聲光控LED照明燈應用在公共建筑的公共走廊等場所照明，可與建筑同壽，可免更換燈頭維護。劉樹林，高衛斌，尹衛平，低頻電子線路，北京：電子工業出版社，2003。周志敏，周紀海，紀愛華，LED驅動電路設計與應用，北京：人民郵電出版社，2006。黃繼昌集成電路應用300例[M]，北京：人民郵電出版社，2002。謝自美電子線路綜合設計[M]，武漢：華中科技大學出版社，2006。二、設計（論文）內容和要求：設計內容：聲光控LED節能燈，要求正常光線時，聲控部分的控制信號不起作用，當周圍光線暗到一定程度時，聲控部分的電路控制起作用，且電路濾噪功能要好，能有效地避免色偏。設計要求：1．基本要求（1）電源電路采用無變壓器橋式整流穩壓（最好是高效的開關電源）。（2）光控部分采用光敏電二極管。（3）聲控部分電路采用電容話筒。（4）負載采用新型超高亮27LED。（5）電路應具有實用、節能，長壽、電路合理、安裝方便、可靠性高。延時時間在30～120秒間可調整。（6）負載采用多個LED串聯或并聯，恒壓或恒流激勵。2.發揮部分(1)電路有較好的濾噪性能，抗干擾能力強。(2)驅動器間采用新型可控集成電路。(3)由于LED是單向導電電器件，所以要用直流電源或者單項脈沖電流給LED供電。(4)其他。三、建議查閱的技術資料：1.劉樹林，高衛斌，尹衛平，低頻電子線路，北京：電子工業出版社，2003。2.王成安，電子技術基本技能綜合訓練，北京：人民郵電出版社，2005。3.吳潤宇，軒蔭華，苗銀梅等，實用穩定電源，北京：人民郵電出版社，1997。4.周志敏，周紀海，紀愛華，LED驅動電路設計實例，北京：電子工業出版社，2003。5.蔣金波，杜雪，李榮彬.

自由區面LED路燈透鏡設計[J].

液晶與顯示，北京：人民郵電出版社，2008。

6.羅毅，張賢鵬，王霖等.

半導體照明中的非成像光學及其應用[J].

北京：電子工業出版社，2008。7.王霖，錢可元，羅毅.

新型LED

航標燈光學系統[J].

光電工程，2007。8.

丁毅，顧培夫.

實現均勻照明的自由曲面反射器[J].

光學學報，2007。9.黃繼昌集成電路應用300例[M]，北京：人民郵電出版社，2002。畢業設計（論文）進度計劃表序號起止日期計劃完成內容實際完成內容檢查日期檢查人簽字12010.5.10至2010.5.15了解題目內容、要求及任務，消化理解課題，整理、理順設計思路。能理解課題并理順思路22010.5.16至2010.5.20明確課題任務及要求，制定計劃，查找資料，學習、消化相關資料。完成資料的查找、部分資料的學習和消化理解32010.5.21至2010.5.25起草論文，論文撰寫過程繼續查閱、學習、理解相關信息，明確了論文的要求、格式并開始撰寫論文42010.5.26至2010.6.08完成論文初稿，不斷充實論文內容，審核電路的合理性與科學性。初稿完成，還有待進一步充實和修改52010.6.09至2010.6.19LED驅動電路、聲光控電路實驗及設計電路驗證和修正。能對所設計電路加深理解及參數的修正62010.6.20至2010.6.29完善電路、整理試驗結果，繪制電路圖，修正論文相關內容。基本完成計劃內容72010.6.30至2010.7.10論文修改并定稿，打印、提交論文，準備并完成答辯。完成計劃內容畢業設計（論文）開題報告畢業設計（論文）題目半導體節能聲光控照明燈1.課題的意義，現狀以及發展趨勢21世紀新光源，使得它越來越多地用在彩燈裝飾和照明領域。未來白光LED發光二極管的市場規模與應用將無限寬廣，并將進入一般家庭，取代各種傳統的室內外照明燈具。LED最大的特點在于無須暖燈時間、開關次數對壽命無影響、反應速度快(約在10^-9秒)、安全而且光源控制成本低，使頻繁開關成為可能，及運用于聲光控燈上的最佳光源。在地球資源日漸衰竭的今日，環保、節能是當今各產業發展的重心，尤其是需要消耗大量電力的照明產業，在燈種的研發上，更是趨向環保、節能的特性上著眼。因此，開發新型高效、節能、壽命長、顯色指數高、環保的光源對居家照明節能具有十分重要的意義。由此LED燈的諸多優點在未來有可能取代傳統的照明設備，尤其是白光LED，更被燈飾界寄以厚望，是照明產品的新興光源，有「綠色照明」光源之稱，未來將光芒耀眼，發展潛力無限。白光LED具有體積小、發熱量低、壽命長、耗電量小、反應速度快等眾多優點，卻無白熾鎢絲燈泡高耗電、發熱量大，光效能低，易碎及螢光粉燈廢棄物含汞污染環境等缺點，因此十分被燈飾業者看好。中國照明電器協會理事長陳燕生在2006年6月19日時預測說；“LED可望在5年左右廣泛應用于普通照明”。

因此，人們認為這是跨世紀的值得關注的電子革命大事，它既是科技專家爭先搶占的高新技術領域的制高點，又是企業家獲得巨大利潤的戰場。半導體節能聲光控照明燈在各個領域的新系統設計、研究等方面顯示出了強有力的推廣和應用前景。2.課題的研究內容、研究方法、研究手段、研究步驟（1）門電路介紹（2）紅外發光二極管、光敏晶閘管、雙向晶閘管（3）半導體節能聲光控照明燈的整體設計(4))元器件篩選與檢測3.課題所需的參考書目(1)劉樹林，高衛斌，尹衛平，低頻電子線路，北京：電子工業出版社，2003。(2)王成安，電子技術基本技能綜合訓練，北京：人民郵電出版社，2005。(3)吳潤宇，軒蔭華，苗銀梅等，實用穩定電源，北京：人民郵電出版社，1997。(4)周志敏，周紀海，紀愛華，LED驅動電路設計實例，北京：電子工業出版社，2003。(5)蔣金波，杜雪，李榮彬.

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北京：電子工業出版社，2008。(7)王霖，錢可元，羅毅.

新型LED

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光電工程，2007。(8)丁毅，顧培夫.

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光學學報，2007。(9)黃繼昌集成電路應用300例[M]，北京：人民郵電出版社，2002。畢業設計（論文）聲光控LED節能照明燈設計摘要常言道“眼睛是心靈的窗戶。”我認為燈則是指引心靈的方向標。在生活中，我們無時不在地使用著燈，諸如臺燈、路燈、日光燈、探照燈、彩燈等等，但不管是什么樣式的燈，它們的作用都是一致的——照明。因此，設計一個既實用又方便的照明燈則是我們人類共同的愿望。而生活中我們用的最為平常的燈則是樓道里的照明燈，住過居民樓的人都應該知道，樓道很窄，晚上行走很不方便，如果讓樓道的照明燈一直亮著，則難免會浪費國家資源，因此設計一種既不浪費國家電力又很方便實用的照明燈系統是很有實用價值意義的一件事。該設計主要介紹的是關于聲光控的電路設計。聲光控是通過光敏電阻來實現的，當光敏電阻在背光的的時候燈就會慢慢的熄滅，即這時也是人走過了的時候。在有的電路中這種原理也可以通過聲音的振動來實現，當人走過是只需用手輕排一下燈就會自動的亮，人離開后又熄滅。這樣就給路人提供了相應的方便，同時，也達到了節電和節能的目的；延長燈的壽命。在實際生活中節電節能，能夠實現更多的自動化。在學校、機關、廠礦企業等單位的公共場所以及居民區的公共樓道，長明燈現象十分普遍，這造成了能源的極大浪費。另外，由于頻繁開關或者人為因素，墻壁開關的損壞率很高，增大了維修量、浪費了資金。同時，為了加強我們對模擬電子技術，數字電子技術，電子工藝的理解和鞏固，我花了一個月的時間進行畢業設計，而我設計的課題是聲光控制照明燈的設計，我設計了一種電路新穎、安全節電、結構簡單、安裝方便、使用壽命長的聲光雙控白熾燈節能照明燈。

在本設計中介紹了多種聲光控路燈控制器的組成、性能，適用范圍及工作原理，給出各電路原理圖及元件參數選擇，節電效果十分明顯，同時也大大減少了維修量、節約了資金，使用效果良好。白天光照好，不管過路者發出多大聲音，都不會是燈泡發亮。夜晚光暗，電路的拾音器只要檢測到有碎發聲響，就會自動亮為行人照明，過數十秒后又自動熄滅，節能節電。關鍵詞：與非門放大；光敏二極管；可控開關；延遲電路。目錄聲光控LED節能照明燈設計 11摘要 11一、 緒言 151.課題背景 152.課題研究的目的和意義 153.國內外概況 16二、 LED燈的發展歷史 16三、LED燈的優點 171.發光效率高 172.耗電量少 173.使用壽命長 174.安全可靠性強 185.環保 186.其他 18四、LED燈的發光原理、特性 181.LED燈的發光原理 182.LED燈的發光機理 193.LED燈的發光效率 194.LED燈的光學特性 195.LED燈電氣特性 196.LED熱學特性 207.大功率LED封裝 208.LED燈的壽命 20五、LED的主要參數 201.主要參數 202.LED電學特性 20（1）正向死區 21（2）正向工作區 21（3）反向死區 21（4）反向擊穿區 213.最大允許功耗PFm 214.響應時間 22六、方案選擇 221.LED利用門電路來完成聲光控的調節 222.采用LM317供電 233.使用了數字集成電路cd4011 24七、總體方案 251.課題分析 252.設計方案 253.方案論證 254.電路的工作原理 265.器件的選擇及檢測方法 30（1）ic選擇cmos數字集成電路cd4011 30（2）測量方法 306.安裝制作 33八、結果和結論 331.實驗結果 332.實驗結論 33九、總結 34十、謝辭 34十一、參考文獻 35緒言隨著電子技術的發展，尤其是數字技術的發展，用數字電路技術實現燈的自動發亮、節能節電、延長燈的壽命變得越來越重要，而且貼近我們的實際生活。聲光控電路已成為人們日常生活中必不可少的必需品，它不需要開關，當有人經過時會自動的亮；廣泛應用于走廊、樓道招待所等公共場所，給人們的生活、帶來極大的方便。因此，得到了廣泛的應用。聲光控電路是聲音和光控制電路工作的電子開關。它將聲音（如擊掌聲）和光轉化為電信號，經放大、整形，輸出一個開關信號去控制各種電器的工作，在自動控制工業電器和家用電器方面有著廣泛的用途。由于，本電路廣泛應用于人們的日常生活中，所以，有很大的重用作用。該電路在設計時應用了仿真軟件，來進行仿真然后才確定下來的，雖然用的僅僅是EWB軟件，但是在論文中也是比較有特色。能夠使人們在不知不覺中感受方便。1.課題背景隨著千年鐘聲的敲響,歷史的車輪被推進了一個新的世紀──21世紀。站在新世紀的門檻上，我們感受到的是高速發展的現代科技。也因如此，照明燈的需求也在不斷地發展，人類有意識地采用各種方法改進它。照明，不僅改變了人們“日出而作，日落而息”的生活方式，也充斥豐富了我們的精神世界。是的，也許你不禁要問：“為什么一個小小的照明燈有如此神奇的功效”。我想這要歸功它的結構及發明原理啊！這當中到底包含了多少值得我們去探索，發現的奧秘呢？帶著這個問題，我們共同選擇了這個課題，一起從課題研究中找到答案！2.課題研究的目的和意義研究目的：通過這次的課題研究我們希望在理清它的發展脈絡上進一步了解它的發明原理，將平時所學習的知識運用到實驗探索上，這對提高我們的動手能力，創新意識，及鍛煉思維活動無疑是一個莫大的幫助。同時我們也希望這次的研究能讓同學進一步地了解照明燈，而不是僅局限與課本知識以內。從小的突破點入手，掌握又一項科技知識，從而實現課堂外的又一次提高,為現代教育科學盡一份力量！研究意義：用聲光控延時開關代替住宅小區的樓道上的開關，只有在天黑以后，當有人走過樓梯通道，發出腳步聲或其它聲音時，樓道燈會自動點亮，提供照明，當人們進入家門或走出公寓，樓道燈延時幾分鐘后會自動熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會亮，可以達到節能的目的。聲光控延時開關不僅適用于住宅區的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學樓等公共場所，它具有體積小、外形美觀、制作容易、工作可靠等優點，適合于各種樓房走廊的照明設備。降低能耗、節約能源、注重環保是當今世界的主潮流，高能耗且會加劇溫室效應的白熾燈越來越不受歡迎。繼公布“歐盟后年封殺白熾燈”的時間表后，世界各地陸續拋棄白熾燈已成定局，環保型節能熒光燈是白熾燈的替代者。節能熒光燈VS白熾燈，勝券在握已無懸念，但樓道照明卻限制了熒光燈的使用，因為樓道照明是非持續性的，有人經過才需要光亮，而不斷的開關通斷會影響熒光燈的使用壽命，所以聲光控白熾燈在樓道照明領域得到廣泛應用。3.國內外概況由于近年來我國的照明器材行業的迅速崛起，中國已經成為電光源產品的主要輸出國之一。照明器材行業屬一般性競爭行業，是我國輕工業對外開放較早的行業之一。WTO后，國際上一些知名品牌大企業相繼進入國內產銷領域，使得國內競爭國際化。努力增加節能光源和不同檔次、花樣、不同用途的照明器具的開發，加快綠色、節能光源產品的開發推廣和應用是我國目前照明器材行業結構調整的重點。我國照明器材行業將面臨著前所未有的機遇和挑戰，而由此帶來的巨大商業利益也成為一些企業矚目的焦點。隨著全球經濟一體化，發達國家產業調整的步伐進一步加快，一般照明電器產品生產大量向發展中國家轉移，而中國又是一個比較適合的國家，一是中國具備生產這些產品的條件，二是勞動力成本比較低，從而使中國逐步成為照明電器產品出口大國。展望未來的國內市場，需求仍會呈逐年增長趨勢，以下強力因素都預示著我國照明市場仍有很大的潛力可挖。基礎設施建設方面：機場、鐵路、港口、城市軌道交通等訊速發展，每一項工程均需要照明。城市亮化工程方面：城市廣場、綠地、道路、建筑物泛光照明，已從大城市發展到中小城市。根據國內外市場需求預測，我國照明電器行業的高速增長期還將繼續，對未來的預測如何更加科學化是我們面臨的問題。進一步提高照明產品的質量和檔次進一步提高照明產品的質量和檔次，這既是當前擺在我們面前的課題，同時也是全行業共同努力的長期目標。就國內市場需求而言，人們生活水平逐步提高，對生存環境質量的要求也越來越高，對照明電器產品提出更高的要求。新的建筑照明標準已完成制訂工作，即將批準執行，新標準基本與國際接軌，對不同場合的照明提高了要求，也需要我們生產企業適應新標準的要求，為各類照明場所提供相應的產品。從國際市場分析，雖然我們的出口逐年大幅度增長，但我國大部分產品在國際市場仍屬中低檔水平，去過法蘭克福的人都有體會，我們的產品與國際先進水平相比還存在較大差距。另外，如果大量劣質低價產品出口，還會遭遇反傾銷訴訟，從而影響全行業出口，因此我們仍要大聲疾呼，質量是企業的生命。我國目前已成為世界照明電器產品生產大國，我們的目標是要成為照明電器產品生產強國，我們與發達國家在照明電器產品的質量、檔次、生產工藝、設備、材料以及新產品開發能力等方面均存在明顯差距。看到我們取得成績的同時，也能清醒地認識我們存在的差距，才能不斷地進步。讓我們全行業共同努力，為照明電器行業的健康發展做出更大的貢獻。中國照明電器協會理事長陳燕生在2006年6月19日時預測說；“LED可望在5年左右廣泛應用于普通照明”。LED燈的發展歷史LED是一種能夠將電能直接轉化為可見光的半導體發光器件，材料使用III-V族化學元素[如：磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)等]，發光原理是將電能直接轉換為光能，也就是對化合物半導體施電流，透過電子與電洞的結合，能量會以光的形式釋出，形成發光的效果，屬于冷性發光，理論壽命長達十萬小時以上。最早LED光源問世于20世紀60年代初。當時所用的材料是砷磷化鎵（GaAsP），發紅光（λp=650nm），在驅動電流為20毫安時，光通量只有千分之幾個流明，相應的發光效率約0.1流明/瓦。70年代中期，引入元素銦（In）和氮（N），使LED產生綠光（λp=555nm），黃光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。到了80年代初，出現了砷鋁化鎵（GaAlAs）的LED光源，使得紅色LED的光效達到10流明/瓦。LED具有體積小、壽命長、驅動電壓低、耗電量低、反應速率快、耐震性佳等優點，被廣泛應用于信號指示、數碼顯示等領域。隨著技術的不斷進步，超高亮LED的研制得到了成功，尤其是白光LED的研制成功，近年來又生產出用超高亮白光LED發光二極管組裝的照明燈。與傳統的照明燈相比，在功耗、亮度與壽命方面以無與倫比的優勢成為21世紀新光源，使得它越來越多地用在彩燈裝飾和照明領域。未來白光LED發光二極管的市場規模與應用將無限寬廣，并將進入一般家庭，取代各種傳統的室內外照明燈具。LED最大的特點在于無須暖燈時間、開關次數對壽命無影響、反應速度快(約在10-9秒)、安全而且光源控制成本低，使頻繁開關成為可能，及運用于聲光控燈上的最佳光源。LED聲光控燈是及LED燈和聲光控電路為一體，安裝方便，使用壽命長，燈口采用國標E27。LED采用高亮度白光LED，單顆亮度6LM以上，色溫6500-7500，總能耗為2.5W相當于40W白熾燈的亮度。聲光控電路是集聲學、光學和延時技術為一體組成的自動照明開關，白天或光線較強時，開關電路為自鎖狀態，LED燈不亮，當光線黑暗時或晚上來臨時，開關進入預備工作狀態，此時，當來人有腳步聲、說話聲、拍手聲等聲源時，開關自動打開，燈亮，延時一段時間后自動熄滅，從而實現了“人來燈亮，人去燈熄”，杜絕了長明燈，使得LED聲光控燈低能耗、長壽命。三、LED燈的優點1.發光效率高LED經過幾十年的技術改良，其發光效率有了較大的提升。白熾燈、鹵鎢燈光效為12-24lm/W，熒光燈50-70lm/W，鈉燈90-140lm/W，大部分的耗電變成熱量損耗。LED光效經改良后將達到100-200lm/W，而且其光的單色性好、光譜窄，無需過濾可直接發出有色可見光。目前，世界各國都加緊了提高LED光效方面的研究，在不遠的將來其發光效率將有更大提高。2.耗電量少LED的反應速度快，可在高頻操作,同樣明效果的情況下，耗電量是白熾燈的八分之一，熒光燈管的二分之一。日本估計，如采用光效比熒光燈還要高兩倍的LED替代日本一般的白熾燈和熒光燈。每年可節約資源相當于60億升原油。就橋梁護欄燈而言，同樣效果的一只日光燈40W，而采用LED每只的功率只有8W，而且可以七彩變化。3.使用壽命長LED采用電子光場輻射發光，燈絲發光易燒、熱沉積、光衰減等缺點。而采用LED燈體積小、重量輕，環氧樹脂封裝，可承受高強度機械沖擊和震動，不易破碎。單個LED發光二極管，當亮度減半時，理論壽命可達到10萬小時。LED燈具使用壽命可達5-10年，可以大大降低燈具的維護費用，避免經常換燈之苦。而且，LED照明器材的整體封裝材料(如燈帶塑料和燈殼)在日曬雨淋下容易損壞，也直接影響LED照明器材的整體壽命。4.安全可靠性強LED發熱量低，無熱輻射，冷光源，可以安全接觸；能精確控制光型及發光角度，光色柔和，無眩光；不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質；內置微處理器可以控制發光強度，調整發光方式，實現光與藝術的結合。LED尺寸小、重量輕、不易破碎、防震以及24V的工作電壓等特點，所以在各種環境下都顯得十分安全可靠。5.環保LED為全固體發光體，抗震動、耐沖擊、不易破碎、廢棄物可回收,沒污染。光源體積小，可以隨意組合，易開發成輕便薄短小型照明產品，也便于安裝和維護。當然，節能也是我們考慮使用LED的主要原因，也許LED光源要比傳統光源昂貴，但是用一年時間的節能收回光源的投資，從而獲得4-9年中每年幾倍的節能凈收益期。如果應用在夜景照明，可以以簡潔明快的夜景照明方式突出建筑物的形狀特點和使用功能，充分體現建筑師的設計風格及意圖；通過相鄰面間的亮度變化和顏色差異，突出建筑物的輪廓，保證建筑物的完整性并具有良好的立體感；避免大量使用大功率投光燈，以減少眩光和由此產生的光污染，使燈光對環境的干擾降低到最小值。6.其他LED光源除了無汞、節能、節材、對環境無電磁干擾、無有害射線五項優點之外，在照明領域中，特別是在景觀照明中，還有很多優勢。如：低壓供電——無高壓環節，為了絕緣的開銷要小得多，可靠性高。附件簡單——無啟動器、鎮流器或超高壓變壓器。結構簡單——具有固體光源的最大優點，不充氣，無玻璃外殼，無氣體密封問題，耐沖擊。可控性好——響應時間快（微秒數量級），可反復頻繁亮滅，基本無惰性，不會疲倦。色彩純厚——由半導體PN結自身產生色彩，純正，濃厚。色彩豐富——三基色加數碼技術，可演變任意色彩。輕質結構——節材，節約費用；對燈具強度和剛度要求很低。四、LED燈的發光原理、特性1.LED燈的發光原理發光二極管，是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由三部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子，中間通常是1至5個周期的量子阱。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子和空穴就會被推向量子阱，在量子阱內電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的。2.LED燈的發光機理PN結的端電壓構成一定勢壘，當加正向偏置電壓時勢壘下降，P區和N區的多數載流子向對方擴散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多，所以會出現大量電子向P區擴散，構成對P區少數載流子的注入。這些電子與價帶上的空穴復合，復合時得到的能量以光能的形式釋放出去。這就是PN結發光的原理。3.LED燈的發光效率一般稱為組件的外部量子效率，其為組件的內部量子效率與組件的取出效率的乘積。所謂組件的內部量子效率，其實就是組件本身的電光轉換效率，主要與組件本身的特性（如組件材料的能帶、缺陷、雜質）、組件的壘晶組成及結構等相關。而組件的取出效率則指的是組件內部產生的光子，在經過組件本身的吸收、折射、反射后，實際在組件外部可測量到的光子數目。因此，關于取出效率的因素包括了組件材料本身的吸收、組件的幾何結構、組件及封裝材料的折射率差及組件結構的散射特性等。而組件的內部量子效率與組件的取出效率的乘積，就是整個組件的發光效果，也就是組件的外部量子效率。早期組件發展集中在提高其內部量子效率，主要方法是通過提高壘晶的質量及改變壘晶的結構，使電能不易轉換成熱能，進而間接提高LED的發光效率，從而可獲得70%左右的理論內部量子效率，但是這樣的內部量子效率幾乎已經接近理論上的極限。在這樣的狀況下，光靠提高組件的內部量子效率是不可能提高組件的總光量的，因此提高組件的取出效率便成為重要的研究課題。目前的方法主要是：晶粒外型的改變——TIP結構，表面粗化技術。4.LED燈的光學特性LED提供的是半寬度很大的單色光，由于半導體的能隙隨溫度的上升而減小，因此它所發射的峰值波長隨溫度的上升而增長，即光譜紅移，溫度系數為+2~3A/。LED發光亮度L與正向電流近似成比例,K為比例系數。電流增大，發光亮度也近似增大。另外發光亮度也與環境溫度有關，環境溫度高時，復合效率下降，發光強度減小。5.LED燈電氣特性電流控制型器件，負載特性類似PN結的UI曲線，正向導通電壓的極小變化會引起正向電流的很大變化（指數級別），反向漏電流很小，有反向擊穿電壓。在實際使用中，應選擇。LED正向電壓隨溫度升高而變小，具有負溫度系數。LED消耗功率，一部分轉化為光能，這是我們需要的。剩下的就轉化為熱能，使結溫升高。散發的熱量（功率）可表示為。6.LED熱學特性小電流下，LED溫升不明顯。若環境溫度較高，LED的主波長就會紅移，亮度會下降，發光均勻性、一致性變差。尤其點陣、大顯示屏的溫升對LED的可靠性、穩定性影響更為顯著。所以散熱設計很關鍵。7.大功率LED封裝主要考慮散熱和出光。散熱方面，用銅基熱襯，再連接到鋁基散熱器上，晶粒與熱襯之間以錫片焊作為連接，這種散熱方式效果較好，性價比較高。出光方面，采用芯片倒裝技術，并在底面和側面增加反射面反射出浪費的光能，這樣可以獲得更多的有消出光。8.LED燈的壽命LED的長時間工作會光衰引起老化，尤其對大功率LED來說，光衰問題更加嚴重。在衡量LED的壽命時，僅僅以燈的損壞來作為LED壽命的終點是遠遠不夠的，應該以LED的光衰減百分比來規定LED的壽命，比如35%，這樣更有意義。五、LED的主要參數LED是利用化合物材料制成pn結的光電器件。它具備pn結結型器件的電學特性：I-V特性、C-V特性和光學特性：光譜響應特性、發光光強指向特性、時間特性以及熱學特性。1.主要參數普通單色發光二極管的發光顏色與發光的波長有關，而發光的波長又取決于制造發光二極管所用的半導體材料。紅色發光二極管的波長一般為650~700nm，琥珀色發光二極管的波長一般為630~650nm，橙色發光二極管的波長一般為610~630nm左右，黃色發光二極管的波長一般為585nm左右，綠色發光二極管的波長一般為555~570nm。2.LED電學特性I-V特性表征LED芯片pn結制備性能主要參數。LED的I-V特性具有非線性、整流性質：單向導電性，即外加正偏壓表現低接觸電阻，反之為高接觸電阻。I-V特性曲線（1）正向死區（圖oa或oa′段）a點對于V0為開啟電壓，當V＜Va，外加電場尚克服不少因載流子擴散而形成勢壘電場，此時R很大；開啟電壓對于不同LED其值不同，GaAs為1V，紅色GaAsP為1.2V，GaP為1.8V，GaN為2.5V。（2）正向工作區電流IF與外加電壓呈指數關系IF=IS(eqVF/KT–1)IS為反向飽和電流。V＞0時，V＞VF的正向工作區IF隨VF指數上升IF=ISeqVF/KT（3）反向死區V＜0時pn結加反偏壓V=-VR時，反向漏電流IR（V=-5V）時，GaP為0V，GaN為10uA。（4）反向擊穿區V＜-VR，VR稱為反向擊穿電壓；VR電壓對應IR為反向漏電流。當反向偏壓一直增加使V＜-VR時，則出現IR突然增加而出現擊穿現象。由于所用化合物材料種類不同，各種LED的反向擊穿電壓VR也不同。3.最大允許功耗PFm當流過LED的電流為IF、管壓降為UF則功率消耗為P=UF×IFLED工作時，外加偏壓、偏流一定促使載流子復合發出光，還有一部分變為熱，使結溫升高。若結溫為Tj、外部環境溫度為Ta，則當Tj＞Ta時，內部熱量借助管座向外傳熱，散逸熱量（功率），可表示為P=KT（Tj–Ta）。4.響應時間響應時間表征某一顯示器跟蹤外部信息變化的快慢。現有幾種顯示LCD（液晶顯示）約10-3~10-5S，CRT、PDP、LED都達到10-6~10-7S（us級）。①響應時間從使用角度來看，就是LED點亮與熄滅所延遲的時間，即圖中tr、tf。圖中t0值很小，可忽略。②響應時間主要取決于載流子壽命、器件的結電容及電路阻抗。LED的點亮時間——上升時間tr是指接通電源使發光亮度達到正常的10%開始，一直到發光亮度達到正常值的90%所經歷的時間。LED熄滅時間——下降時間tf是指正常發光減弱至原來的10%所經歷的時間。不同材料制得的LED響應時間各不相同；如GaAs、GaAsP、GaAlAs其響應時間＜10-9S，GaP為10-7S。因此它們可用在10~100MHZ高頻系統。六、方案選擇從實驗的主要內容與要求中可以看出該電路可以有以下幾個方案：1.LED利用門電路來完成聲光控的調節電路圖如下：（圖一）LM317做LED的恒流源。本系統中4.7uF/400V的電解電容濾波后得到5V電壓提供給4011，白天有光時，光電二極管D5選用2CU2A，暗電流小于等于0.2uA，光電流大于30uA，靈敏度大于等于0.5uA/Uw，呈低阻狀態，IC1A中的1，2腳為低電位，3腳為高電位，白天不論有無聲音，也不論IC1B中的4腳電位如何，IC1D中的13腳始終鉗位于高電位，12腳也為高電位，因此11腳則為低電位，可控硅截止，LED燈不亮。D5夜晚無光照時，呈高阻狀態，IC1A中的3腳為低電位，IC1D中的11腳為高，觸發可控硅SCR導通，LED被點亮。同時10uF電容充電，充電之初IC1C中8，9腳為高電位，使12腳為低電位。聲音一分鐘之后IC1D中的13腳恢復高電位，但由于12腳為低電位，所以11腳繼續保持高電位，燈繼續被點亮。10uF電容繼續充電，一分鐘之后，IC1C中的8，9腳為低電位，11腳也翻轉為低電位，可控硅截止，燈滅。2.采用LM317供電LED要恒流供電，不然容易老化損壞。可以用LM317，原理是利用317的啟探控電壓不變，再除電阻，就是恒流值。電路如下圖。燈可以根據需求接多少個。改變R1可改變電流，電流=1.25/R1。3.使用了數字集成電路cd4011其內部含有4個獨立的與非門IC1A~~IC1D，使電路結構簡單，工作可靠性高。電路圖如下：圖三在這幾個方案中，由于我在學校學了數字電路和門電路，而且這個方法比較簡單，又實用，能充分體現出我在校期間對所學知識掌握的程度，然而此系統成本低、易于實現為恒流電路，如果采用恒壓電路則電壓高不穩定，故此我選擇了第三種方案。七、總體方案1.課題分析整流、穩壓二極管；話筒；光敏二極管；可控硅開關等。能夠通過調節電阻和電容的大小來改變燈亮的時間長短，如果時間過長就應該減小電阻或電容的值，反之則增大。光敏二極管和話筒的高度也會使燈的時間受到影響。聲光控節電開關,在白天或光線較亮時,節電開關呈關閉狀態,燈不亮；夜間或光線較暗時，節電開關呈預備工作狀態，當有人經過該開關附近時，腳步聲、說話聲、拍手聲等都能開啟節電開關。燈亮后經過40秒左右的延時節電開關自動關閉，燈滅。該開關適用于樓道、走廊、洗涮間、廁所等公共場合，能節電并延長燈泡使用壽命。給人們的生活帶來了很多的方便，受到了廣泛的應用。本電路是采用分分離元件的聲控延時電路，其電路原理圖如下圖所示（電路圖見方案三），原理圖說明：220V的燈充電直接整流。在輸入端串聯25W燈泡，輸出端接可控硅（負載）供電電路穩壓電路，穩壓電路是給話筒放大，音頻放大等提供8.2V直流電，話筒放大，可以把聲音信號轉換為電信號并放大，然后，經過音頻放大器使信號達到足夠大；檢波音頻信號的正半周，即：把音頻信號轉換為直流信號。經過延時電路以后送到控制電路，由控制電路去控制可控硅，若可控硅斷開，則整流電路負載斷開，若導通，則整流電路負載導通。光敏控制電路把光照變成電信號，從而去控制音頻信號往后邊輸送情況。可見：本電路燈泡要受可控硅的控制，可控硅受話筒取得的音頻信號和光敏電阻的控制，從而可以實現聲控和光控；燈亮的時間由延時電路的時間長度決定。2.設計方案利用門電路來完成聲光控的調節（見圖一）3.方案論證整流電路采用橋式整流電路，二極管穩壓電路加上濾波電容和電阻。可控硅開關起開關作用，非常重要，由這個開關去控制整流電路的工作與否，從而控制燈的亮和熄。穩壓電路需8.2V穩定電壓，并要求不高所以我們采用它話筒放大為實現聲控功能，要設制話筒放大電路，主要是由話筒拾音電路（就是把聲音信號變為電信號電路，由于聲音微小，所以加放大電路）和放大電路組成。光敏控制電路實現光控的功能，可以有光敏電阻來實現。音頻放大電路因話筒輸出的音頻信號小，不能滿足檢波的需要，設制二極管音頻放大電路，倍數幾千上萬倍。檢波電路音頻信號是交流信號，不用交流信號控制可控硅，需轉換為直流信號，才能控制可控硅，因是小信號，要反映信號的蜂值電路線變化。延遲電路在燈點亮時需要有延遲，檢波輸出直流電壓通過延遲電路是電壓消失，保持一段時間，所保持時間的長短由延遲電路的參數決定，實際上延遲電路由RC電路組成，時間常數τ=RC，這是可控制電壓。控制電路是控制可控硅柵極的開關電路，它的輸入由延時端的延時電路送來的電壓控制，輸出控制可控硅的導通情況。論證方案：聲源產生的聲音信號，經聲電轉換器后轉換成微弱的電信號，該信號經放大后送處理器處理，處理器將幅度、頻率不盡相同的一群聲波信號轉換成一次狀態改變的控制信號，該信號經延時處理電路達到設計要求時間與設計要求功能，經執行機構直接控制負載動作。4.電路的工作原理聲光控延時開關的電路原理圖見圖三所示。電路中的主要元器件是使用了數字集成電路CD4011，其內部含有4個獨立的與非門IC1A~~IC1D，使電路結構簡單，工作可靠性高。顧名思義，聲光控延時開關就是用聲音來控制開關的“開啟"，若干分鐘后延時開關“自動關閉"。因此，整個電路的功能就是將聲音信號處理后，變為電子開關的開動作。聲音信號(腳步聲、掌聲等)由駐極體話筒MIC接收并轉換成電信號，經c3耦合到ICIB基集進行電壓放大，放大的信號送到與非門(IC1A)的2腳，r8偏置電阻，c6是電源濾波電容。

為了使聲光控開關在白天開關斷開，即燈不亮，由光敏電二極管等元件組成光控電路，r9和D5組成串聯分壓電路，夜晚環境無光時，光敏二極管的壓降很大，D5兩端的電壓高，即為高電平間t=2πr8c1，改變r9或c1的值，可改變延時時間，滿足不同目的。ICIC和ICID4構成兩級整形電路，將方波信號進行整形。當c2充電到一定電平時，信號經與非門ICIC、ICID后輸出為高電平，使單向可控硅導通，電子開關閉合；c2充滿電后只向r2放電，當放電到一定電平時，經與非門IC1C、ICID輸出為低電平，使單向可控硅截止，電子開關斷開，完成一次完整的電子開關由開到關的過程。

二極管D1～D4將交流220v進行橋式整流，變成脈動直流電，又經r1降壓，D6濾波后即為電路的直流電源，為bm、vt、ic等供電。直流穩壓電源的組成框圖各種電器設備內部均是由不同種類的電子電路組成，電子電路正常工作需要直流電源，為電器設備提供直流電的設備稱為直流穩壓電源。直流穩壓電源可以將200V的交流輸入電壓轉變成穩定不變的直流電壓，直流穩壓電源的組成框圖如下所示。圖中變壓電路的作用是將220V的交流電變換成電路所需的低壓交流電。整流電路的作用是將輸入的交流電變換成單向脈動的直流電，利用半波整流或橋式整流電路均可以實現整流的目的。整流電路圖如下：（2）濾波穩壓電路濾波電路的作用是平滑整流輸出的單向脈動電壓，最簡單的濾波電路是電容器，橋式整流電路輸出的波形經電容濾波電路處理后的輸出電壓波形如圖下所示。穩壓電路的作用是穩定電源的輸出電壓，常采用穩壓管穩壓電路。穩壓管穩壓電路雖然結構簡單，但穩壓電路的輸出電流較小，輸出電壓不可調，在很多場合下不適用，利用三極管輸出電壓可調的特點也可以實現穩壓的目的。本電路的濾波穩壓部分如下圖所示：（3）聲光控電路聲控電路由可控硅SCR、話筒MIC及聲控電路，LED燈負載RL與可控硅SCR串接后與電源相連，話筒將聲音信號轉換成電信號，聲控電路通過聲音信號控制可控硅SCR的導通狀態，其特征在于，所述聲控電路包括電源部分，諧振放大部分及觸發器，電源部分通過電容降壓、整流及穩壓提供聲控電路所需的直流電壓，諧振放大部分包括多極三極管放大，話筒接在第一級放大三極管的基極上并由電容耦合，一個由電感和電容構成的振蕩電路接在末級放大三極管的基極上，放大后的信號影響觸發器的翻轉，并最終控制可控硅的控制極的電位。光敏電阻的工作原理是基于內光電效應，當光敏電阻受到光照時，價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導帶，成為自由電子，同時產生空穴，電子—空穴對的出現使電阻率變小。光照愈強，光生電子—空穴對就越多，阻值就愈低。當光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照增大而增大。入射光消失，電子-空穴對逐漸復合，電阻也逐漸恢復原值，電流也逐漸減小。聲光控電路如下圖：（4）延時電路聲光控延時開關就是用聲音來控制開關的“開啟”，若干分鐘后延時開關“自動關閉”。因此，整個電路的功能就是將聲音信號處理后．變為電子開關的開關動作。10管

腳輸出低電平，由ICID反相緩沖后經R6觸發可控硅導通，電燈正常點亮。（此時則由

2

向電路供電）如此后無聲被MICR接收，則ICIB輸出恢復為高電平，C2通過

R6

緩慢放電，當

C2電壓下降到低于

1/2

電源電壓時（按圖中參數約一分鐘）ICIC反轉、ICID反轉，可控硅（SCR）截止電燈關閉，等待下次觸發。延時部分電路如下圖：（5）顯示電路LED的發光原理是利用半導體中的電子和電洞結合而發出光子，不同於燈泡需要在3000度以上的高溫下操作，也不必像日光燈需使用高電壓激發電子束，LED和一般的電子元件相同，只需要2～4伏特（V）的電壓，在常溫下就可以正常動作，因此其壽命也比傳統光源來得更長。LED所發出的顏色，主要是取決於電子與電洞結合所釋放出來的能量高低，也就是由所用的半導體材料的能隙所決定。同一種材料的波長都很接近，因此每一顆LED的光色都很純正，與傳統光源都混有多種顏色相比，LED可說是一種數位化的光源。LED晶片大小可以因用途而隨意切割，常用的大小為0.3～1mm左右，跟傳統的燈泡或日光燈相比，體積相對小得多。為了使用方便，LED通常都使用樹脂包裝，做成5mm左右的各種形狀，十分堅固耐震。LED連接電路的常見形式串聯：這種電路需要電源提供較高的電壓。V總=各LED的VF之和=VF1+VF2+VF3+VF4+VF顯示部分電路如下：5.器件的選擇及檢測方法（1）ic選擇cmos數字集成電路cd4011ic選擇cmos數字集成電路cd4011，其里面含有四個獨立的與非門電路。內部結構見圖五，vss是電源的負極，vdd是電源的正極。可控硅t選用1a／400v的單向可控硅100-6型，如負載電流大可選用3a、6a、10a等規格的單向可控硅，單向可控硅的外形如圖六示。（2）測量方法①可控硅的檢測用r×1檔，將紅表筆接可控硅的負極，黑表筆接正極(如印制板圖所示)，這時表針無讀數，然后用黑表筆觸一下控制極k，這時表針有讀數，黑表筆馬上離開控制極k這時表針仍有讀數(注意觸控制極時正負表筆是始終連接說明該可控硅是完好的。②麥克風的選擇及檢測駐極體選用的是一般收錄機用的小話筒，它的測量方法是：用r×100檔將紅表筆接外殼的s、黑表筆接d，這時用口對著駐極體吹氣，若表針有擺動說明該駐極體完好，擺動越大靈敏度越高。③二極管的選擇及檢測二極管采用普通的整流二極管IN4001～IN4007。總之，元件的選擇可靈活掌握，參數可在一定范圍內選用。在測試時先把指針表滿偏同時將指針表打到1K檔，其次：用表筆對電容進行放電，在用表進行測試，用紅筆接負極，黑筆接正極；最后：看指針的偏轉，且還要指針還原，如能還原就表明電容正常，不能回到原位則表明電容漏電。測試漏電電容方法：用萬用表的電阻擋（R*100和R*1K），將表筆接觸電容器兩引線。剛接觸時，由于電容充電電流大，表頭指針偏轉角度大，隨著充電電流減小，指針逐漸向R=無窮方向返回，最后穩定處即漏電電阻值。④電容的檢測一般電容器的漏電電阻為幾百至幾千兆歐，漏電電阻相對小的電容質量不好。測量時，若表頭指針指到或接近歐姆零點，表示電容器內部短路。若指針不動，始終指在R=無窮處，則意味著電容器內部短路或已失效。對于電容量在0.1μF以下的小電容，由于漏電電阻接近無窮，難以分辨，故不能此法側漏電阻或判定好壞。電解電容器的極性檢測：電解電容的正負極性不允許接錯，當極性接反時，可能因電解液的反向極化，引起電解電容器的爆裂。當極性標記無法辨認時，可根據正向連接時漏電電阻大、反向連接時漏電電阻相對小的特點判斷極性。交換表筆前后兩次測量漏電電阻，阻值大的一次，黑表筆接觸的是正極，因為黑表筆與萬用表內電池正極相接（采用數字萬用表時，紅表筆接電池正極）。但用這種辦法有時并不能明顯地區分正、負向電阻，所以使用電解電容時，要注意保護極性標記。⑤二極管測試二極管主要分為三種：整流二極管、穩壓二極管、發光二極管；此外，還有開關二極管。先打磨引腳，再用指針表測試，因二極管具有單相導電性，所以，在測試時，紅筆接負極，黑筆接正極，若是導通，且紅筆接正極，黑筆接負極，為截止，則表明二極管是正常的，若不是則表明二極管是壞的。注：發光二極管用10K，其它用1K檔；發光二極管的光線是非常微弱的，因此，在觀察是要仔細。半導體二極管的極性判別一般情況下，二極管有色點的一端為正極，如2AP1-2AP7，2AP11-2AP17等。如果是透明玻璃殼二極管，可直接看出極性，即內部連觸絲的一頭是正極，連半導體片的一頭是負極。塑封二極管有圓環標志的是負極，如1N4000系別。⑥三極管測試和所有元件一樣三極管也要打磨引腳，然后在進行測試。用手拿住元件，用指針表來回測量六次，判斷出基極、是PNP型還是NPN型。若：紅筆不動——PNP型；黑筆不動——NPN型。如果是NPN型：用手捏住三支引腳，用表筆測試兩邊引腳，并交換表筆；若指針偏轉較大，黑表筆接的是集電極，另一方則是發射集。如果是PNP型：步驟與NPN型一樣，但當指針偏轉較大是，黑筆接的是發射極，另一方則是集電極。三極管除了判斷其管型和極點外，還要判斷出它所處的狀態，是截止、飽和、還是放大。圖五CD4011內部結構圖六單向可控硅可控硅的原理：可控硅是可控硅整流元件的簡稱,是一種具有三個PN結的四層結構的大功率半導體器件,一般由兩晶閘管反向連接而成.它的功用不僅是整流，還可以用作無觸點開關以快速接通或切斷電路，實現將直流電變成交流電的逆變，將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等。可控硅和其它半導體器件一樣，其有體積小、效率高、穩定性好、工作可靠等優點。它的出現，使半導體技術從弱電領域進入了強電領域，成為工業、農業、交通運輸、軍事科研以至商業、民用電器等方面爭相采用的元件。圖七圖八圖七，可以把它中間的NP分成兩部分，構成一個PNP型三極管和一個NPN型三極管的復合管，見圖八。晶閘管T在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。從晶閘管的內部分析工作過程：晶閘管是四層三端器件，它有J1、J2、J3三個PN結。當晶閘管承受正向陽極電壓時，為使晶閘管導銅，必須使承受反向電壓的PN結J2失去阻擋作用。圖二中每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。因此，兩個互相復合的晶體管電路，當有足夠的門極電流Ig流入時，就會形成強烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導通，晶體管飽和導通。設PNP管和NPN管的集電極電流相應為Ic1和Ic2；發射極電流相應為Ia和Ik；電流放大系數相應為a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，設流過J2結的反相漏電電流為Ic0,晶閘管的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和：Ia=Ic1+Ic2+Ic0或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0

若門極電流為Ig,則晶閘管陰極電流為Ik=Ia+Ig從而可以得出晶閘管陽極電流為：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2））（1—1）硅PNP管和硅NPN管相應的電流放大系數a1和a2隨其發射極電流的改變而急劇變化。當晶閘管承受正向陽極電壓，而門極未受電壓的情況下，式（1—1）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶閘管的陽極電流Ia≈Ic0晶閘關處于正向阻斷狀態。當晶閘管在正向陽極電壓下，從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經NPN管的發射結，從而提高起點流放大系數a2,產生足夠大的極電極電流Ic2流過PNP管的發射結，并提高了PNP管的電流放大系數a1,產生更大的極電極電流Ic1流經NP