張愛迪

2009年是牛年。牛素以勤勞、踏實(shí)、穩(wěn)健而著稱。動手制作一個聲控式“牛唱歌”玩具送給小弟弟或小妹妹，一定會博得他們的歡心!

一、工作原理

聲控“牛唱歌”玩具的電路如圖①所示。壓電陶瓷片B1和晶體三極管VTI等組成聲控正脈沖觸發(fā)電路，模擬“牛唱歌”專用集成電路A和晶體三極管VT2、揚(yáng)聲器B2等組成音響發(fā)生電路，發(fā)光二極管VDI、VD2組成隨聲同步閃光電路。

平時，由于晶體三極管VTI的偏流電阻器R1取值較大，所以VT1處于不完全導(dǎo)通狀態(tài)，其集電極輸出<1/2VDD=1.5V的低電平，與之相連的模擬聲集成電路A的觸發(fā)端TG亦處于低電平，A內(nèi)部電路不工作，晶體三極管VT2截止，揚(yáng)聲器B2無聲，發(fā)光二極管VD1、VD2亦不亮。此時整機(jī)靜態(tài)耗電極小，實(shí)測總電流<0.15mA。

當(dāng)有人在距壓電陶瓷片B1一定范圍(<1m)內(nèi)拍一下手掌時，猝發(fā)的聲波經(jīng)B1聲——電轉(zhuǎn)換、晶體三極管VTl放大后，使模擬聲集成電路A的觸發(fā)端TG獲得包含有正脈沖成份的音頻觸發(fā)信號，于是A內(nèi)部電路受觸發(fā)工作，其輸出端OUT輸出長達(dá)35s的內(nèi)儲“牛唱歌”電信號。該信號經(jīng)晶體三極管VT2功率放大后，推動揚(yáng)聲器B2發(fā)出“?！币粑妒愕臉非晛恚慌c此同時，也驅(qū)動發(fā)光二極管VD1和VD2發(fā)出同步閃光，十分滑稽、逗人。

電路中，電阻器R1阻值大小直接影響著聲控靈敏度。只有當(dāng)R1取值合適時，晶體三極管VT1的集電極在靜態(tài)時才會輸出略低于1/2 VDD=1.5V的電壓，電路才會具有比較高的聲控觸發(fā)靈敏度。如果R1取值過大，則向VT1提供的偏流幾乎為零，VT1靜態(tài)時趨于截止，模擬聲集成電路A會因TG端始終處于高電平(≥1/2VDD)而處于持續(xù)工作狀態(tài)，電路便發(fā)聲、發(fā)光不止：反之，如果R1取值太小，則VT1靜態(tài)時趨于飽和，就會起不到有效提高聲控靈敏度的作用。

R3為模擬聲集成電路A的外接振蕩電阻器，其阻值大小影響“牛唱歌”的速度和音調(diào)。C是交流旁路電容器，主要用來消除電池G快用舊時所產(chǎn)生的較大交流內(nèi)電阻(電池電能快用盡時，內(nèi)阻會顯著增大)，使揚(yáng)聲器B2發(fā)聲始終保持清晰響亮，同時還相對延長了電池的使用壽命。

二、元器件選擇

A選用HL-168E型模擬“牛唱歌”專用集成電路。該集成電路采用黑膠封裝形式制作在一塊54mm×20ram的小印制電路板上，并給有較多的外圍元件焊裝腳孔，使用很方便。HL-168E的主要參數(shù)：工作電壓范圍2.4～5V，典型值為3V；觸發(fā)電壓(正脈沖或高電平有效)≥1/2VDD，觸發(fā)電流≤40μA；音頻輸出電流最大可達(dá)6mA，靜態(tài)總耗電≤1μA；工作溫度范圍-10℃+60℃。

VT1用9014(集電極最大允許電流ICM=100mA，集電極最大允許功耗PCM=310mW)或3DG8型硅NPN小功率三極管，要求電流放大系數(shù)B>150；VT2用8050型(ICM=1.5A、PCM=IW)硅NPN中功率三極管，要求電流放大系數(shù)B>100。VD1、VD2均用φ5mm紅色(或黃色)高亮度發(fā)光二極管。

R1～R3均用RTX-1/8W型碳膜電阻器；C用CD11-10V型電解電容器；B1用FT-27或HTD27A-1型壓電陶瓷片；B2用YD58-1型(8n、0.25W)小口徑動圈式揚(yáng)聲器。

G用兩節(jié)5號干電池串聯(lián)(須配套塑料電池架)而成，電壓6V。因整機(jī)靜態(tài)時耗電甚小，故不用設(shè)置電源開關(guān)。

三、制作與使用

整個電路元器件按照圖②所示，以模擬聲集成電路A的芯片為基板進(jìn)行焊接，無需另外再設(shè)計(jì)制作印制電路板。焊接時注意：電烙鐵外殼一定要良好接地，以免交流感應(yīng)電壓擊穿A內(nèi)部CMOS電路!

焊接好的電路全部裝入一尺寸約為75mm×75mm×35mm的薄木制(或塑料)小盒內(nèi)，其外形如圖③所示。盒子面板粘一彩色(或自畫)牛頭像，在眼睛部位開出φ5mm小孔，伸出發(fā)光二極管VD1、VD2的發(fā)光帽；牛嘴部位開出多個小孔，作為揚(yáng)聲器B2的釋音孔。壓電陶瓷片B1則用強(qiáng)力膠粘貼在盒子頂部的內(nèi)壁上即可。

由于模擬聲集成電路A存在著固有的輸出信號結(jié)束后延時觸發(fā)特性，故不必?fù)?dān)心揚(yáng)聲器B2發(fā)出的聲音會由壓電陶瓷片B1接收后，造成電路自我觸發(fā)而發(fā)聲不息。如果讀者能夠從市面上購得普通塑料牛造型玩具做殼體，則效果更佳。

裝配成的聲控“牛唱歌”玩具，電路一般無需調(diào)試便可投入使用。如果發(fā)生接通電源后“牛唱歌”不止或聲控靈敏度不夠的現(xiàn)象，可通過適當(dāng)調(diào)整電阻器R1的阻值(1.5～4.7MΩ)，使晶體三極管VT1集電極與發(fā)射極之間的靜態(tài)電壓略低于1.5V，即獲得理想穩(wěn)定性和最佳聲控靈敏度。如嫌“牛唱歌”的速度不理想，可通過適當(dāng)改變電阻器R3的阻值(820kΩ～1.5MΩ)來加以調(diào)整。

該聲控“牛唱歌”玩具長時間不使用時，應(yīng)取出里面的干電池，以免電能耗盡后流出腐蝕液損壞電池架及其內(nèi)部電路。