2.8　“一拍亮”延時小夜燈

許多讀者都有這樣的體會：半夜起床小便或凌晨醒來想看鐘表，都要在黑暗中摸索電燈開關，很不方便。尤其半夜醒來一開電燈，強烈的燈光對人的眼睛刺激作用很大，使人睡意頓消。

這里介紹的“一拍亮”延時小夜燈，可以很好地解決上述問題，它是你臥室里很有用的“好伙伴”。每當你拍一下手掌時，這盞延時小夜燈會自動點亮1min（分鐘），待你起床小便或看完鐘表后，它又會自動熄滅。多么實用而有趣呀，心動不如行動，趕快動手制作吧。

2.8.1　工作原理

“一拍亮”延時小夜燈的電路如圖2-21所示，它實際上是一個聲控延時小燈電路。壓電陶瓷片B與晶體三極管VT1、電阻器R1和R2等組成了聲控脈沖觸發電路，時基集成電路A與電阻器R3、電容器C等組成了典型單穩態延時電路，晶體三極管VT2、VT3和電阻器R4、R5等組成了小電珠H的功率驅動放大電路。整個電路的電源由干電池G提供。

平時，由于晶體三極管VT1的偏流電阻器R1取值較大，所以VT1處于不完全導通狀態（趨于截止狀態），其集電極輸出電壓高于1/3VDD=1.5V（VDD等于電源電壓，即4.5V），與之相連的時基集成電路A的觸發端第2腳處于高電平，單穩態電路處于穩態，A的第3腳輸出低電平，VT2、VT3均無偏流而截止，小電珠H無電不發光。

當在有效作用距離范圍內拍一下手掌時，猝發的聲波被壓電陶瓷片B接收，并被轉換成為微弱的相應電信號。該信號的正半周經晶體三極管VT1放大后，從其集電極輸出負脈沖電信號，時基集成電路A的第2腳即獲得瞬間低于1/3VDD=1.5V的低電平觸發信號，使A組成的單穩態電路受觸發進入暫穩態（即延時狀態），A的第3腳輸出高電平信號，VT2獲得合適偏流導通，VT3進入完全飽和導通狀態，小電珠H通電發出亮光。隨著A的第3腳變為高電平，電池G通過電阻器R3向電容器C開始充電。當C兩端充電電壓（即A的第6、7腳電位）達到1/3VDD=3V時，單穩態電路翻轉恢復穩態，A的第3腳重新輸出低電平，導致VT2、VT3失去偏流而截止，H斷電自動熄滅。

電路中，小電珠H每次延時點亮的時間長短，取決于單穩態電路中電阻器R3、電容器C的時間常數，具體可通過公式：t=1.1R3C來估算。按圖2-21所示選擇R3和C的數值，H延時點亮的時間約為1min。在晶體三極管VT1電流放大系數β、R1電阻值確定的情況下，通過改變R2電阻值，可調整靜態時A的第2腳電位高低；也就是說，通過適當調整R2電阻值大小，可達到控制聲控靈敏度的目的。

有的讀者會問：由晶體三極管VT2、VT3等構成的功率驅動放大電路，為何不采用如圖2-22（a）所示的典型復合管放大電路，而采用了如圖2-22（b）所示的由NPN和PNP兩種三極管構成的互補型放大電路？這是因為采用前一種放大電路時，復合管的飽和管壓降高達0.85V（為VT2飽和管壓降0.15V和VT3發射結飽和壓降0.7V之和），小電珠H工作時兩端電壓只有4.5V-0.85V=3.65V，電池向H的供電效率僅為81%，H發光亮度當然不高；而采用后一種放大電路時，由于VT3飽和管壓降僅為0.15V，所以H工作時兩端電壓可達到4.5V-0.15V=4.35V，電池向H的供電效率可達到96.7%，H發光亮度幾乎和采用三節干電池供電的手電筒亮度一樣。現在，你該明白采用互補型放大電路驅動小電珠H發光的道理了吧。

2.8.2　元器件選擇

A選用靜態功耗很小的CMOS時基集成電路（又稱“555”時基集成電路），如5G7555或ICM7555、CB7555、CH7555、SG7555型等，它是一種模擬、數字混合集成電路，其引腳排列和功能如圖2-23所示。這種CMOS時基集成電路的靜態電流非常小，只有75μA左右（4.5V工作電壓下測定），而且工作電壓低（實測不低于2V就能正常工作）。常用普通TTL工藝生產的“555”時基集成電路，因其功耗大，要求工作電壓較高（≥4.5V），所以不適宜在本制作中使用。

VT1、VT2均選用9014（集電極最大允許電流ICM=0.1A，集電極最大允許功耗PCM=310mW）或3DG8型硅NPN小功率晶體三極管，要求VT1的電流放大系數β＞200，VT2的電流放大系數β＞100；VT3選用9012（ICM=-0.5A，PCM=625mW）或3CG23型硅PNP中功率晶體三極管，要求電流放大系數β＞50。

R1～R5均用RTX-1/8W型碳膜電阻器。C用漏電很小的優質CD11-10V型電解電容器。B用?27mm壓電陶瓷片，如FT-27、HTD27A-l型等，要求配上簡易塑料或金屬共振腔蓋。H用手電筒常用的3.8V、0.3A小電珠（三節干電池供電的手電筒專用）。G用三節5號干電池串聯（需配套塑料電池架）而成，電壓4.5V。

2.8.3　制作與使用

如圖2-24所示為“一拍亮”延時小夜燈的印制電路板焊接圖，印制電路板實際尺寸約為50mm×30mm。印制電路板可直接采用相同大小的單孔“洞洞板”，并充分利用元器件引腳飛線連接，省去加工專用印制電路板的麻煩。焊接時注意：電烙鐵外殼一定要良好接地，以免交流感應電壓擊穿A內部CMOS集成電路。

全部電路可裝入一體積合適的市售塑料動物玩具或其他造型的工藝品硬殼體內，以起到裝飾美化作用。筆者裝配時采用了如圖2-25所示的一個“魚”造型塑料儲錢罐（高度約16cm）。具體做法：首先，將“魚”的底部“取錢口”處用刀開大，以便放進去電路板和電池架等大件。然后，用電烙鐵頭在“魚”嘴部燙一?9mm的小孔，引出電路板上焊接小電珠H的引線，焊接好小電珠，并由外向里裝牢小電珠。在靠近“魚”底座的適當位置處，用小電鉆打上一個?3mm的小孔，作為壓電陶瓷片B的受音孔。在“魚”體內部正對著小孔的位置，用強力膠緊粘壓電陶瓷片的助聲腔體。最后，用膠帶紙粘封住“魚”底座的開口。當然，以后更換干電池就通過此開口處進行。

使用時，可將延時小夜燈放置在床頭桌上的鐘表旁邊，或者距離床頭3～5m以內的其他地方。在床頭處通過擊掌，來檢驗電路工作性能。如果嫌聲控靈敏度不高，可通過適當增大電阻器R2的阻值來加以調整；反之，如果嫌聲控靈敏度太高，可通過適當減小R2的阻值來加以調整。R2阻值一般的選擇范圍為10～150kΩ。R2阻值太大，A的第2腳在靜態時就已處于低電平（＜1.5V），單穩態電路便不能正常工作，小電珠H就會常亮不滅。如果嫌1min的延時時間太短，可通過適當增大電阻器R3的阻值來加以調整；反之，如果嫌延時時間太長，可通過適當減小R3的阻值來加以調整。例如，當R3阻值分別取560kΩ、1.8MΩ、2.4MΩ、3MΩ和3.6MΩ時，所對應的延時時間依次約為30s、1.5min、2min、2.5min和3.1min。

該延時小夜燈的聲控電路由于采用了諧振頻率較高（約4kHz）的壓電陶瓷片B作為聲波傳感器，所以對猝發的擊掌聲、硬物相碰撞聲反應靈敏，而對于人們的說話聲以及環境其他低頻率的嘈雜聲，卻反應不靈敏。這就是說，電路具有比較好的防誤觸發性能。當然，將電路聲控靈敏度調得比較高時，防誤觸發能力就會相應降低。這一點讀者在調試聲控靈敏度時，要掌握并統籌兼顧好。

由于整個電路平時靜態耗電很少，實測靜態總電流≤130μA，故電路未設置電源開關。每換一次干電池，一般可使用數個月時間。但長時間不使用小夜燈時，應將干電池從電池架上取出來，以免電能消耗盡后，電池流液腐蝕壞電路。