光敏三極管構(gòu)成的燈光亮度轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)資料

1、*2011 級(jí)*X測(cè)試技術(shù)課程設(shè)計(jì)派光敏三極管構(gòu)成的燈光亮度轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)姓名王濤學(xué) 號(hào)20117288院、系、部電氣工程系班號(hào)方1110-6完成時(shí)間2014年6月23日第1章設(shè)計(jì)目的1第2章設(shè)計(jì)要求1第3章硬件電路設(shè)計(jì)13.1 結(jié)構(gòu)框圖13.2 電流繼電器的選擇23.3 發(fā)光二極管的選擇 23.4 傳感器的選擇23.5 總電路43.6 參數(shù)計(jì)算4第4章仿真調(diào)試5第5章誤差分析5第6章設(shè)計(jì)總結(jié)6參考文獻(xiàn)7石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院測(cè)試技術(shù)課程設(shè)計(jì)第1章設(shè)計(jì)目的隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技水平發(fā)展越來(lái)越快。汽車已經(jīng)是人們生活中必不可少的交 通工具。當(dāng)夜晚行車遠(yuǎn)光燈打開(kāi)時(shí)，若前方有相對(duì)行駛車輛，駕駛員通常會(huì)將

2、遠(yuǎn)光變 成近光，避免對(duì)面車輛因受到強(qiáng)光照射無(wú)法判斷前面路段情況而造成危險(xiǎn)。傳統(tǒng)方式下，駕駛員通過(guò)手動(dòng)調(diào)光延時(shí)時(shí)間較長(zhǎng)， 并且駕駛員因頻繁手動(dòng)調(diào)光容易造成注意力 分散，極易因此而造成交通事故。為了人身安全以及駕駛員的駕駛舒適性， 利用傳感 器設(shè)計(jì)一種汽車遠(yuǎn)近燈自動(dòng)控制系統(tǒng)。第2章設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)由兩只光敏三極管構(gòu)成的燈光亮度轉(zhuǎn)換電路，適用于汽車遠(yuǎn)光燈與近光 燈切換。(1)選擇兩只光敏三極管組合設(shè)計(jì)一個(gè)能進(jìn)行燈光亮度轉(zhuǎn)換的電路；(2)用仿真軟件設(shè)計(jì)出電路圖；(3)提示：當(dāng)被對(duì)面行駛車輛的燈光照射時(shí)， 傳感器接受的信號(hào)呈低阻狀態(tài)，單向 晶閘管導(dǎo)通，繼電器線圈得電吸合，近光燈亮，遠(yuǎn)光燈滅；反之，遠(yuǎn)光燈

3、亮，遠(yuǎn)近光 燈滅。第3章硬件電路設(shè)計(jì)3.1 結(jié)構(gòu)框圖利用物質(zhì)在光的照射下電導(dǎo)性能改變或產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的光電器件為內(nèi)光電效應(yīng)器件。在直流工作電壓源連接光敏電阻在感受到光照以后引起組織的變化，通過(guò)電路的傳導(dǎo)使得由電壓源供電的電流繼電器工作。 由于不同的光照使光敏電阻阻值變化而電 流繼電器的開(kāi)關(guān)也隨之發(fā)生改變， 進(jìn)而引起不同LED燈的亮滅和光強(qiáng)的改變，實(shí)現(xiàn)了 在現(xiàn)實(shí)生活中用光敏元件對(duì)汽車遠(yuǎn)近光燈的自動(dòng)調(diào)節(jié)。電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖如3-1圖所示圖3-1電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖3.2 電流繼電器的選擇繼電器是一種根據(jù)電氣量或非電氣量的變化接通或斷開(kāi)控制電路的自動(dòng)切換電 器。電流繼電器是根據(jù)輸入電流大小而動(dòng)作的繼電器。 電

4、流繼電器的線圈串入電路中， 以反映電路電流的變化，其線圈匝數(shù)少、導(dǎo)線粗、阻抗小。電流繼電器的電流的大小是根據(jù)電流的繼電器的電阻值和電阻的阻值之和而計(jì) 算得出，并選擇電流繼電器。3.3 發(fā)光二極管的選擇發(fā)光二極管的特點(diǎn)是在低電壓（1.52.5V）,小電流（530mA的的條件下工 作，即可獲得足夠高的亮度。發(fā)光響應(yīng)速度快，高頻特性好，能顯示脈沖信息。防震 動(dòng)及抗沖擊穿性能好，功耗低，壽命長(zhǎng)。發(fā)光二極管內(nèi)部是具有發(fā)光特性的PN結(jié)。當(dāng)PN結(jié)導(dǎo)通時(shí)，依靠少數(shù)載流子的注入以及隨后的復(fù)合而輻射發(fā)光。LED屬于電流控制性半導(dǎo)體器件。發(fā)光二極管比傳統(tǒng)白熾燈有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)， 第一個(gè)發(fā)光二極管沒(méi)有等 死會(huì)燒壞，此外發(fā)光

5、二極管的小小塑性燈泡使得發(fā)光二極管更耐用，還更容易適合現(xiàn)在的電子電路。發(fā)光二極管LED是能將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的結(jié)型電致發(fā)光半導(dǎo)體器 件。3.4 傳感器的選擇光敏電阻又稱為光導(dǎo)管，為純電阻元件，其工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小。光敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬，體積小，質(zhì)量輕，機(jī)械強(qiáng)度高， 耐沖擊，耐振動(dòng)，抗過(guò)載能力強(qiáng)和壽命長(zhǎng)等。缺點(diǎn)是需要外部電源，有電流時(shí)會(huì)發(fā)熱被璃儂板光敏電阻的結(jié)構(gòu)如圖3-2(a)所示。連接電路如圖3-2(b)所示，Hib0EG圖3-2光敏電阻的結(jié)構(gòu)與電路連接光敏電阻的暗電阻越大，亮電阻越小，即暗電流越小，光電流越大，說(shuō)明光敏電 阻的靈敏度越高，性

6、能越好。光照特性：在一定外加電壓下，光敏電阻的光電流和光通量之間的關(guān)系叫做光敏 電阻的光照特性。不同類型的光敏電阻的光照特性不同，但光照特性曲線均呈非線性。 因此光敏電阻不宜作線性檢測(cè)元件，一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作光電開(kāi)關(guān)。光譜特性：光敏電阻的光譜靈敏度不同，而且不同種類光敏電阻的峰值波長(zhǎng)也不 同。因此，在選用光敏電阻時(shí)，應(yīng)把光敏電阻的材料和光源的種類結(jié)合起來(lái)考慮，以 取得好的效果。伏安特性：在一定照度下，加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關(guān)系稱為光敏 電阻的伏安特性。在給定偏壓下，光照度越大，光電流也越大；在一定的光照度下， 所加的電壓越大，光電流也越大，而且無(wú)飽和現(xiàn)象。但是電壓不能無(wú)限地增

7、大，因?yàn)?任何光敏電阻都受額定功率、最高工作電壓和額定電流的限制，超過(guò)最高工作電壓和 最大額定電流，可能導(dǎo)致光敏電阻永久性的損壞。頻率特性：當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照射時(shí)，光電流要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定 值；而在停止光照后，光電流也不能立刻為零，即光敏電阻產(chǎn)生的光電流有一定的惰 性或延時(shí)特性，通常用時(shí)間常數(shù)來(lái)描述。溫度特性：光敏電阻的暗電阻和靈敏度受溫度的影響較大。隨著溫度的身高，其 暗電阻和靈敏度都會(huì)下降初制成的光敏電阻，由于電阻體與其介質(zhì)的作用還沒(méi)有達(dá)到平衡， 所以性能是不 穩(wěn)定的。但在人工加溫、光照及加負(fù)載的情況下，經(jīng) 1-2周，性能可達(dá)穩(wěn)定。光敏電 阻在最初的老化過(guò)程中，有些阻值會(huì)上升，

8、有些阻值會(huì)下降，但最后達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值 就不再變化。有時(shí)為了提高靈敏度，或?yàn)榱四軌蚪邮蛰^長(zhǎng)波段的輻射， 可將元件降溫 使用。3.5 總電路圖3-3兩只光敏三極管構(gòu)成的燈光亮度轉(zhuǎn)換電路采集光信號(hào)的部分，用滑動(dòng)變阻器代替光敏電阻。光照時(shí)光敏電阻阻值很小。光 敏電阻阻值的變化轉(zhuǎn)換成繼電器的動(dòng)作。電路的工作原理如下：當(dāng)被對(duì)面的汽車燈光照射時(shí)，光敏電阻的阻值很小，繼電器導(dǎo)通，K2閉合，繼電器K1也導(dǎo)通，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，遠(yuǎn)光燈 LED1滅，同時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，近光燈 LED2 亮.當(dāng)無(wú)光照時(shí)，第一部分電路相當(dāng)于處于斷路狀態(tài)，繼電器都不動(dòng)作，遠(yuǎn)光燈亮， 近光燈滅。3.6 元件參數(shù)計(jì)算信號(hào)處理電路中各元件的計(jì)算參數(shù)

9、如下所示：第1部分電路中繼電器的電阻是 700歐姆，Ri 1.05千歐，滑動(dòng)變阻器Rg 10千 g歐姆。當(dāng)無(wú)光照射時(shí)，電阻值為零，電路中的電流為 24 1.75 13.7mA。第2部分的電路中R3 2.4千歐姆，工作電流為24 2.4 10mA。第3部分電路中R2的電阻均為 1000歐姆，工作時(shí)兩燈流過(guò)的電流均為12 1000 12mA。第4章仿真調(diào)試本次課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了當(dāng)被面對(duì)的汽車燈光照射時(shí)， 光敏電阻的阻值很小，繼電器 導(dǎo)通，K2閉合，繼電器K1也導(dǎo)通，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，遠(yuǎn)光燈 LED1滅，同時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn) 閉合，近光燈LED2亮.當(dāng)無(wú)光照時(shí)，第一部分電路相當(dāng)于處于斷路狀態(tài)， 繼電器都不 動(dòng)作，遠(yuǎn)

10、光燈亮，近光燈滅。第5章誤差分析處于臨界光照時(shí)，運(yùn)算放大器同相及反相輸入端電壓差值很小 ，容易波動(dòng).運(yùn)算 放大器均是采用直接耦合的方式，直接耦合式放大電路的各級(jí)的Q點(diǎn)是相互影響的，由于各級(jí)的放大作用，第一級(jí)的微弱變化，會(huì)使輸出級(jí)產(chǎn)生很大的變化。當(dāng)輸入短路 時(shí)（由于一些原因使輸入級(jí)的 Q點(diǎn)發(fā)生微弱變化，如溫度），輸出將隨時(shí)間緩慢變化， 由于晶體三極管的參數(shù)受溫度的影響，這樣就可能形成零點(diǎn)漂移。同時(shí)還可能受到背 景光的影響。第6章設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)還有很多不足，包括當(dāng)光敏電阻不敏感時(shí)，會(huì)導(dǎo)致燈亮出現(xiàn)錯(cuò)誤，所以可以在電路中 多加幾個(gè)光敏電阻，以提高電路的可靠性。遠(yuǎn)光燈和近光燈出現(xiàn)故障時(shí)，可以安裝一個(gè)報(bào)警系統(tǒng) 以免發(fā)生故障時(shí)，發(fā)生事故。通過(guò)對(duì)光敏三極管、光敏二極管和光敏電阻的對(duì)比分析，最終決定 使用光敏電阻來(lái)代替光敏三極管。在對(duì)光敏電阻的選擇之后，又面臨著一個(gè)電流繼電器型號(hào)的選 擇。通過(guò)查閱書籍資料和仿真軟件中各種繼電器的參數(shù)分析對(duì)比，電流繼電器線圈最終能成功地 得電吸合及斷開(kāi)的操作。最后，通過(guò)對(duì)各個(gè)電阻的參數(shù)計(jì)算，完成了光敏電阻構(gòu)成的燈光亮度轉(zhuǎn) 換電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)近光等的切換。在本電路設(shè)計(jì)參數(shù)選擇的時(shí)候，遇到過(guò)很多的問(wèn)題，一 直不能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求， 最終在同學(xué)的幫助下我弄懂了參數(shù)的選擇及計(jì)算。剛開(kāi)始設(shè)計(jì)電路的時(shí)候,想到了用放大器設(shè)計(jì)電路，設(shè)計(jì)出三個(gè)放大器，但是總不能實(shí)現(xiàn)