聲控“牛唱歌”玩具

張愛迪

2009年是牛年。牛素以勤勞、踏實、穩健而著稱。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電路，模擬“牛唱歌”專用集成電路A和晶體三極管VT2、揚聲器B2等組成音響發生電路，發光二極管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處于不完全導通狀態，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的觸發端TG亦處于低電平，A內部電路不工作，晶體三極管VT2截止，揚聲器B2無聲，發光二極管VD1、VD2亦不亮。此時整機靜態耗電極小，實測總電流<0.15mA。

當有人在距壓電陶瓷片B1一定范圍(<1m)內拍一下手掌時，猝發的聲波經B1聲——電轉換、晶體三極管VTl放大后，使模擬聲集成電路A的觸發端TG獲得包含有正脈沖成份的音頻觸發信號，于是A內部電路受觸發工作，其輸出端OUT輸出長達35s的內儲“牛唱歌”電信號。該信號經晶體三極管VT2功率放大后，推動揚聲器B2發出“牛”音味十足的樂曲聲來；與此同時，也驅動發光二極管VD1和VD2發出同步閃光，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R1取值合適時，晶體三極管VT1的集電極在靜態時才會輸出略低于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)而處于持續工作狀態，電路便發聲、發光不止：反之，如果R1取值太小，則VT1靜態時趨于飽和，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。C是交流旁路電容器，主要用來消除電池G快用舊時所產生的較大交流內電阻(電池電能快用盡時，內阻會顯著增大)，使揚聲器B2發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：工作電壓范圍2.4～5V，典型值為3V；觸發電壓(正脈沖或高電平有效)≥1/2VDD，觸發電流≤40μA；音頻輸出電流最大可達6mA，靜態總耗電≤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B>100。VD1、VD2均用φ5mm紅色(或黃色)高亮度發光二極管。

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)小口徑動圈式揚聲器。

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

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的芯片為基板進行焊接，無需另外再設計制作印制電路板。焊接時注意：電烙鐵外殼一定要良好接地，以免交流感應電壓擊穿A內部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，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，伸出發光二極管VD1、VD2的發光帽；牛嘴部位開出多個小孔，作為揚聲器B2的釋音孔。壓電陶瓷片B1則用強力膠粘貼在盒子頂部的內壁上即可。

由于模擬聲集成電路A存在著固有的輸出信號結束后延時觸發特性，故不必擔心揚聲器B2發出的聲音會由壓電陶瓷片B1接收后，造成電路自我觸發而發聲不息。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，電路一般無需調試便可投入使用。如果發生接通電源后“牛唱歌”不止或聲控靈敏度不夠的現象，可通過適當調整電阻器R1的阻值(1.5～4.7MΩ)，使晶體三極管VT1集電極與發射極之間的靜態電壓略低于1.5V，即獲得理想穩定性和最佳聲控靈敏度。如嫌“牛唱歌”的速度不理想，可通過適當改變電阻器R3的阻值(820kΩ～1.5MΩ)來加以調整。

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