光控電路開關(guān)的設計與制作剖析.doc

物理實驗課程設計題 目: 光控電路開關(guān)的設計與制作學 院（系）: 理學院專 業(yè): 光信息科學與技術(shù)班 級: 光學*班學 生 姓 名：*指 導 教 師：*評 閱 人：*設計（論文）所在單位: 西安石油大學理學院完 成 時 間：2014年3月摘要光控燈和聲光控燈是居家照明的重要組成部分（如樓道、衛(wèi)生間、小巷等），它們的出現(xiàn)使我們的生活方便許多，既可避免摸黑找開關(guān)造成的摔傷碰傷，又可杜絕樓道燈有人開、沒人關(guān)浪費能源的現(xiàn)象。介紹了用三極管和與非門芯片實現(xiàn)光控燈的原理，重點介紹了實現(xiàn)方法和具體細節(jié)，及制作過程中遇到的問題和相應的解決方案。關(guān)鍵詞：光控燈、光敏電阻、三極管、發(fā)光二極管目錄引言.11 光控燈.21.1 實驗原理.21.2 實驗器材.21.3 元器件介紹.21.4 實際電路.41.5 光控燈的實現(xiàn).41.6 電路的測試與調(diào)試.42 總結(jié).73 參考文獻.7 光控電路開關(guān)的設計與制作* 引言隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高科技節(jié)能產(chǎn)品出現(xiàn)在我們生活的方方面面，聲控燈、光控燈是居家照明的重要組成部分，光控燈是由光控開關(guān)和LED燈組合而成。聲控燈由麥克風，放大電路和LED燈組成。在地球資源日漸衰竭的今日，環(huán)保、節(jié)能是當今各產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重心，尤其是需要消耗大量電力的照明產(chǎn)業(yè)，基于此目的的研發(fā)工作更是趨向環(huán)保、節(jié)能的特性上著眼。因此，開發(fā)新型高效、節(jié)能、壽命長、環(huán)保的電路對居家照明節(jié)能具有十分重要的意義。由此聲控、光控LED燈的諸多優(yōu)點在現(xiàn)在正逐漸取代傳統(tǒng)的照明設備，是照明產(chǎn)品的新興光源，有綠色照明光源之稱，未來將光芒耀眼，發(fā)展?jié)摿o限。聲控、光控LED具有節(jié)能、體積小、發(fā)熱量低、壽命長、耗電量小、反應速度快、易控制等眾多優(yōu)點，極大的滿足了人們?nèi)粘Ｉ畹男枰虼耸直粺麸棙I(yè)者看好。光控燈，安裝方便，使用壽命長。集光學、材料和電路技術(shù)為一體組成的自動照明開關(guān)，白天或光線較強時，開關(guān)電路為自鎖狀態(tài)，LED燈不亮，當光線黑暗時或晚上來臨時，開關(guān)自動打開，LED燈亮，從而實現(xiàn)了白天自動熄滅夜間自動打開的目的，節(jié)省了人為的控制。聲光控集聲控、光控、延時自動控制技術(shù)為一體,內(nèi)置聲音感應元件,光效感應元件,白天光線較強時，受光控自鎖，有聲響也不通電開燈；當傍晚環(huán)境光線變暗后，開關(guān)自動進入待機狀態(tài)，遇有說話聲、腳步聲等聲響時，會立即通電,亮燈，延時半分鐘后自動斷電；能延長燈泡壽命6倍以上，節(jié)電率達90。二者都為人們的日常生活提供諸多方便。本文的主要內(nèi)容包括：通過模擬電子技術(shù)的學習，提出了一種基于晶體三極管工作狀態(tài)的系統(tǒng)設計方法，結(jié)合光敏電阻的隨著外部環(huán)境的阻值改變的特性，給出光控燈的設計方案，在此基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)字電子技術(shù)的優(yōu)點。1.光控燈11實驗原理：要設計光控燈，首先要掌握光敏電阻的特性，光敏電阻又稱光導管，是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器,常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下（光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.40.76）m的響應很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化），其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。經(jīng)測量隨著外部環(huán)境的改變，本次所用光敏電阻阻值的變化范圍為2K-3M,即在有光照射時電阻阻值下降，無光照時阻值上升，根據(jù)這一特性可以控制三極管工作狀態(tài)進而控制燈的亮滅的電路。三極管工作狀態(tài)分為放大、截止和飽和。當工作在放大區(qū)時，發(fā)射極正偏，集電極反偏；當工作在截止區(qū)時，發(fā)射極和集電極均反偏；當工作在飽和狀態(tài)時，發(fā)射極和集電極均正偏。同時三級管有兩種材料做成，一種為硅管，其正偏發(fā)射結(jié)導通電壓為0.7V；一種為鍺管，其正偏發(fā)射結(jié)導通電壓為0.3V。三極管種類有NPN和PNP兩種，本次課設用到的三極管為NPN型硅管9014和PNP型硅管9012。1.2實驗器材：面包板、電阻（4.7K、470）、三極管、光敏電阻、繼電器、發(fā)光二極管、電位器、蜂鳴器、萬用表1.3元器件介紹(1)光敏電阻A、在光照情況下，測量光敏電阻的阻值，即為光敏電阻的亮阻；B、在遮光情況下，測量光敏電阻的阻值，即為光敏電阻的暗阻；(2)發(fā)光二極管發(fā)光二極管有兩個接線柱，一個長的一個短的，長端為正極，短端為負極?？梢岳萌f用表測量兩種接法時的電阻值，可知道當正極接到長端，負極接到短端的時候，發(fā)光二極管的阻值比較小，此即是二極管的單向?qū)ㄌ匦浴?3)可變電阻可變電阻有三個引腳，它的接法和滑動變阻器的接法一樣，有三端接入式和兩端接入式，本實驗采用兩端接入式比較簡單。采用兩端接入時，其中一端必須接在中間的那個引腳上，另外一個在剩余的兩個引腳中，可以任選一個（兩者的區(qū)別是，滑動頭的轉(zhuǎn)動方向不一樣）。選擇好引腳后，可以將其接在萬用表上，測其阻值的大小，轉(zhuǎn)動滑動頭，看順時針轉(zhuǎn)動時阻值是增加還是減小，這樣做對調(diào)試電路時有好處，可以知道自己旋轉(zhuǎn)的方向是增加電阻還是減小電阻。(4)蜂鳴器本實驗所用的蜂鳴器和平時看到的揚聲器、耳機等發(fā)聲器件有微小的差別，它里邊多了一個振蕩器，輸入電流時振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲?？梢試L試的將其正負極接上電源，可看到只有正負極接入正確時，蜂鳴器才會發(fā)聲。也可根據(jù)蜂鳴器上的引線長度按來判斷正負極（長正短負）。所以在實驗室中要把蜂鳴器的正負極接正確。(5)三極管三極管有兩種，一種是PNP管，一種是NPN管。三極管有三個引腳，分別是基極（b)，發(fā)射極(e)，集電極(c)。本實驗所用的三極管判斷極點的方法是，面對有型號標記的一面，然后看著三個引腳，從左到右依次是，發(fā)射極(e)，基極(b)，集電極(c）。接線時三個極端不能接錯，否則三極管就沒有起到作用。 圖1 三極管符號、管腳排列集電極和基極之間形成集電結(jié)，發(fā)射極和基極之間形成發(fā)射結(jié)，三極管起放大作用的條件，發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。正向偏置時必須達到正向偏置電壓，即為導通，否則，為截止狀態(tài)。(6)繼電器（如圖2）繼電器是本實驗中引腳最多的器件。根據(jù)以前所學的知識可知道在繼電器當中有一個帶鐵芯的電磁線圈，線圈一出兩個引腳，剩下三個引腳是單刀雙擲開關(guān)的三個接線柱。 圖2繼電器1.4實際電路:1.5光控燈的實現(xiàn)：當A點電壓未達到晶體管基極的轉(zhuǎn)折電壓，晶體管BG1，BG2均處于截止狀態(tài)繼電器不運作，LED燈不亮，表示繼電器處于釋放狀態(tài)，當外來光線發(fā)生變化照射在Cds光敏電阻上時，R1，R2，Cds，W組成的分壓偏置電路，當W上分壓使BG1,BG2導通，繼電器吸合，LED發(fā)亮表示繼電器處于正常工作狀態(tài)，本實驗中在普通燈光下正常工作（LED發(fā)亮，繼電器吸合），需要進行調(diào)節(jié)使光線變暗情況下繼電器釋放。電路中W作用是在不同環(huán)境下進行適當?shù)撵`敏度調(diào)節(jié)。1.6電路的測試與調(diào)試：（圖a、b未加電源）a. （圖c、d接通電路LED燈亮，蜂鳴器不響）c. （圖e、f遮擋光敏電阻LED燈熄滅，蜂鳴器響）e. （圖g、h正常光線LED燈亮，蜂鳴器不響）g. 總結(jié)以上光控電路主要是利用三極管的開關(guān)作用完成。在實際電路中燈用繼電器間接實現(xiàn)對燈的亮滅控制。調(diào)試時發(fā)現(xiàn)電路的感光靈敏度不高，在很暗的時候燈才能亮，可以在光敏電阻哪里串聯(lián)一個阻值適當?shù)幕瑒幼冏杵?，這樣的話、就可以調(diào)節(jié)光敏電阻的靈敏度了。本文通過對各部分電路的具體設計實現(xiàn)了光控電路自動將開關(guān)關(guān)斷，夜晚或陰雨天時，光控電路自動將開關(guān)打開，該光控制開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，原理明了,性能穩(wěn)定，功耗也很小,使用靈活方便,在節(jié)約大量的能源同時,也為生活提供了方便，它實現(xiàn)了燈的自動點亮、節(jié)能節(jié)電、延長了燈的使用壽命,貼近我們的實際生活，是現(xiàn)代極理想的綠色照明自動控制開關(guān)。本次設計鑒于個人水平的限制以及時間的緊迫就沒有對該部分內(nèi)容做過多詳細的介紹，只是從大體思路上做了一些簡單的說明。參考文獻1王宏亮,郭文閣，等.大學物理實驗M.北京：機械工業(yè)出版社，20092肖志紅，蘇娟，等.電工電子技術(shù)M.上，下冊.北京：機械工業(yè)出版社，20103周雪.模擬電子技術(shù)M.西安電子科技大學出版社，20044張曉東.有趣的家用電子制作M.人民郵電