1、1光电报警器的设计光电报警器的设计2一、一、光敏器件光敏器件1 1、光敏电阻光敏电阻的工作原理及结构的工作原理及结构3 当无光照时，光敏电阻值当无光照时，光敏电阻值(暗电阻暗电阻)很大，电路中很大，电路中电流很小；当有光照时，光敏电阻值电流很小；当有光照时，光敏电阻值(亮电阻亮电阻)急剧减急剧减少，电流迅速增加。少，电流迅速增加。(1)(1)暗电阻和暗电流暗电阻和暗电流：光敏电阻在室温条件下，在全暗：光敏电阻在室温条件下，在全暗后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时流后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电流，称为暗电流。过的电流，称为暗电流。（2 2）亮电阻亮电阻：光敏电阻
2、在某一光照下的阻值，称为该：光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻，此时流过的电流称为光照下的亮电阻，此时流过的电流称为亮电流亮电流。（3 3）光电流光电流：亮电流与暗电流之差，称为光电流。：亮电流与暗电流之差，称为光电流。4 一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级，亮电阻值在几千欧以下般在兆欧量级，亮电阻值在几千欧以下。5 结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中在结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中在电路中一般是处于反向工作状态
3、。电路中一般是处于反向工作状态。光敏二极管光敏二极管2 2、光敏二极管和光敏三极管、光敏二极管和光敏三极管6光敏三极管光敏三极管 与一般晶体管很相似，具有两个与一般晶体管很相似，具有两个pnpn结。把光结。把光信号转换为电信号同时，又将信号电流加以放大。信号转换为电信号同时，又将信号电流加以放大。7（1 1）、光敏三极管，光敏二极管的测试及判断）、光敏三极管，光敏二极管的测试及判断A、光敏二极管的的检测方法、光敏二极管的的检测方法a、根据外壳上的标记判定极性，外壳标有色点的管根据外壳上的标记判定极性，外壳标有色点的管脚或靠近管键的管脚为正极，另一管脚为负极。脚或靠近管键的管脚为正极，另一管脚为
4、负极。b b、电阻测量法，用万用表、电阻测量法，用万用表1K1K档测量，正向电阻约为档测量，正向电阻约为10K10K左右。无光照射时，反向电阻为左右。无光照射时，反向电阻为，则管子，则管子是好的。（若阻值不是是好的。（若阻值不是说明漏电流大）；有光照说明漏电流大）；有光照时，反向电阻随光照度的增加而减小，阻值可以降时，反向电阻随光照度的增加而减小，阻值可以降到几到几K K或或1K1K以下，则管子是好的，若反向电阻都是以下，则管子是好的，若反向电阻都是或或0 0，则管子是坏的。，则管子是坏的。8B、光敏三极管的检测方法、光敏三极管的检测方法a、管脚长为发射极，管脚短为集电极，无光照射时，、管脚长
5、为发射极，管脚短为集电极，无光照射时，正、反向电阻均为无穷大的是光敏晶体管。正、反向电阻均为无穷大的是光敏晶体管。b b、用万用表、用万用表1K1K档，黑表笔接档，黑表笔接c c极，红表笔接极，红表笔接e e极，无极，无光照射时接近光照射时接近，随着光照的增强，电阻逐渐减小，随着光照的增强，电阻逐渐减小，可从可从-1k-1k以下。黑表笔接以下。黑表笔接e e，红表笔接，红表笔接c c，无光照，无光照是是R-,R-,有光照时，表针微动或为有光照时，表针微动或为。9C C、使用注意事项、使用注意事项a a、光敏二极管的输出光电流小，输出特性的线性、光敏二极管的输出光电流小，输出特性的线性度好，响应
6、时间快。度好，响应时间快。b b、光敏三极管的输出光电流大，输出特性的线性、光敏三极管的输出光电流大，输出特性的线性度差，响应时间慢。度差，响应时间慢。c c、一般要求灵敏度高，工作频率低的开关电路，、一般要求灵敏度高，工作频率低的开关电路，可选用光敏三极管。要求光电流与照度成线性关可选用光敏三极管。要求光电流与照度成线性关系或要求工作频率高时，则采用光敏二极管。系或要求工作频率高时，则采用光敏二极管。10（1 1）、）、工作原理工作原理 直接将光能转换为电能的光直接将光能转换为电能的光电器件，是一个大面积的电器件，是一个大面积的pnpn结。当结。当光照射到光照射到pnpn结上时，便在结上时，
7、便在pnpn结的两结的两端产生电动势端产生电动势(p(p区为正，区为正，n n区为负区为负)。用导线将用导线将pnpn结两端用导线连接起来，就有电流结两端用导线连接起来，就有电流流过，电流的方向由流过，电流的方向由P P区流经外电路至区流经外电路至n n区。若将电区。若将电路断开，就可以测出光生电动势。路断开，就可以测出光生电动势。3 3、光电池、光电池11光电池的短路电流光电池的短路电流 外接负载电阻相对外接负载电阻相对于它的内阻来说很小情于它的内阻来说很小情况下的电流值。况下的电流值。负载越小，光电流与照负载越小，光电流与照度之间的线性关系越好，度之间的线性关系越好，而且线性范围越宽而且线
8、性范围越宽 。对于不同的负载电阻，可以。对于不同的负载电阻，可以在不同的照度范围内，使光电流与光照度保持线性在不同的照度范围内，使光电流与光照度保持线性关系，所以应用光电池时，所用负载电阻大小，应关系，所以应用光电池时，所用负载电阻大小，应依据光照的具体情况来定。依据光照的具体情况来定。124 4、光电耦合器件、光电耦合器件 光电耦合器件是由发光元件光电耦合器件是由发光元件(发光二极管发光二极管)和光电接和光电接收元件合并使用，以光作为媒介传递信号的光电器件。收元件合并使用，以光作为媒介传递信号的光电器件。根据其结构和用途不同，它又可分为用于实现电隔离的根据其结构和用途不同，它又可分为用于实现
9、电隔离的光电耦合器和用于检测有无物体的光电开关。光电耦合器和用于检测有无物体的光电开关。输入输出输入输出(a)(b)光电耦合器组合形式光电耦合器组合形式13发光元件窗接收元件壳体导线接收元件发光元件壳体导线(a)(b)反射物 图图(a)(a)是一种透射式的是一种透射式的光电开关，光电开关，它的发光元件它的发光元件和接收元件的光轴是重合和接收元件的光轴是重合的。的。当不透明的物体位于当不透明的物体位于或经过它们之间时，或经过它们之间时，会阻会阻断光路，使接收元件接收断光路，使接收元件接收不到来自发光元件的光，不到来自发光元件的光，这样就起到了检测作用。这样就起到了检测作用。14 图图(b)(b)
10、是一种反射式的是一种反射式的光电开关，它的发光元件和光电开关，它的发光元件和接收元件的光轴在同一平面接收元件的光轴在同一平面且以某一角度相交，交点一且以某一角度相交，交点一般即为待测物所在处。当有般即为待测物所在处。当有物体经过时，接收元件将接物体经过时，接收元件将接收到从物体表面反射的光，收到从物体表面反射的光，没有物体时则接收不到。光没有物体时则接收不到。光电开关的特点是小型、高速、电开关的特点是小型、高速、非接触，而且与非接触，而且与TTLTTL、MOSMOS等电路容易结合。等电路容易结合。发 光 元 件窗接 收 元 件壳 体导 线接 收 元 件发 光 元 件壳 体导 线(a)(b)反
11、射 物15 例例1 1：光控闪烁安全警示灯电路。：光控闪烁安全警示灯电路。当接通电源后，当接通电源后，220V220V经二极管经二极管VD1VD1半波整流，通过半波整流，通过R1R1向向C C充电，因充充电，因充电电流很小，警示灯电电流很小，警示灯E E不会被点亮。不会被点亮。电容电容C C上的电压取决上的电压取决R1R1和光敏电阻和光敏电阻RLRL的分压值。白天，光敏电阻的分压值。白天，光敏电阻RLRL受自然光源的照射而呈现低阻值，电容受自然光源的照射而呈现低阻值，电容C C两端的充电电两端的充电电压超不过双向触发二极管压超不过双向触发二极管VD2VD2的转折电压。双向晶闸管的转折电压。双向
12、晶闸管VSVS因无触发而处于截止状态，警示灯因无触发而处于截止状态，警示灯E E不亮。不亮。二、应用电路二、应用电路16傍晚自然光变暗，光敏电阻傍晚自然光变暗，光敏电阻RLRL呈高阻值，电容呈高阻值，电容C C上的上的电压不断增高、当电压超过双向触发管电压不断增高、当电压超过双向触发管VD2VD2的转折电的转折电压时压时VD2VD2导通，电容通过导通，电容通过VD2VD2和和R2R2放电，双向晶闸管获放电，双向晶闸管获得足够的触发电流而导通，警示灯得足够的触发电流而导通，警示灯E E被点亮。当电容被点亮。当电容C C上的电压放电到一定程度时，上的电压放电到一定程度时，VD2VD2重新截止，重新
13、截止，VSVS因失因失去触发电流在交流电过零时自动关断，警示灯去触发电流在交流电过零时自动关断，警示灯E E熄灭熄灭这之后，电容这之后，电容C C又按上述过程反复充电、放电，使又按上述过程反复充电、放电，使VSVS不断地截止与导通，控制着警示灯发出闪烁的亮光。不断地截止与导通，控制着警示灯发出闪烁的亮光。17 例例2 2：光敏三极管红外检：光敏三极管红外检测器的电路如图所示。当测器的电路如图所示。当红外遥控发射装置发出的红外遥控发射装置发出的红外光照射到光敏三极管红外光照射到光敏三极管VT1VT1时，其内阻减小，驱动时，其内阻减小，驱动VT2VT2导通，使发光二极管导通，使发光二极管VD1VD
14、1随着入射光的节奏被点亮。由于发光二极管随着入射光的节奏被点亮。由于发光二极管VD1VD1的亮度的亮度取决于照射到光敏三极管取决于照射到光敏三极管VT1VT1的红外光的强度，因此，的红外光的强度，因此，根据发光二极管根据发光二极管VD1VD1的发光亮度，可以估计出红外发射的发光亮度，可以估计出红外发射装置上的电池是否还可以继续使用。装置上的电池是否还可以继续使用。18+12V例例3：图所示电路为光电开关，多用于自动控制系统中。图所示电路为光电开关，多用于自动控制系统中。无光照时，系统处于某一工作状态，如通态或断态。当无光照时，系统处于某一工作状态，如通态或断态。当光电池受光照射时，产生较高的电
15、动势，只要光强大于光电池受光照射时，产生较高的电动势，只要光强大于某一设定的阈值，系统就改变工作状态，达到开关目的。某一设定的阈值，系统就改变工作状态，达到开关目的。BG2BG1C J R1 R2图图1 1：光电开关：光电开关IURL光电池的基本连光电池的基本连接电路接电路19三、实验用电路三、实验用电路光电式报警器光电式报警器1 1、任务：设计并制作光电式报警器、任务：设计并制作光电式报警器2 2、基本要求、基本要求A A、采用双光路结构，当任一光路被遮挡时，报警器、采用双光路结构，当任一光路被遮挡时，报警器 发出间歇式声光报警。发出间歇式声光报警。B B、采用、采用LEDLED显示被遮栏的
16、路数，无报警显显示被遮栏的路数，无报警显0 0，l l路显路显 1 1，2 2路显路显2 2，同时遮挡显，同时遮挡显3 3。C C、采用、采用5V5V供电。供电。20R1510ohmR247kohmR310kohmR4510ohmR547kohmR610kohmQ 1BJT_NPN_VIRTUALQ 2BJT_NPN_VIRTUAL5VV CC5VV CCD1DIO DE_VIRTUALD2DIO DE_VIRTUALLE D1LE D2U1 D4011BT121311U1 B4011BT564U1 C4011BT8910U2DA7DB1DC2DD6O A13O D10O E9O F15O C
17、11O B12O G14EL5BI4LT34511BTU3SEVEN_SEG _CO M_KA B C DE F GComU41DIS7O UT3RST48THR6CO N5TRI2G NDVCCLM555CMR74.7kohmR84.7kohm5VV CCC1100uFC20.01uFR9330ohmLE D3R1 0120ohm注：注：LED1与与D1为红外发射接收对管为红外发射接收对管211234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:26-May-2008Sheet of File:E:2007-2008(2)教学单片机培训竞赛ZZBS.DD
18、BDrawn B y:A7B1C2D6LT3BI/RBO4RB I5GND8a13b12c11d10e9f15g14VCC16U174LS48R1R2R3R4R7R8R9100*7abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpCOM3COM8DS 1DPY_7-SEG_DP123U2A74LS32456U2B74LS328910U2C74LS32TR IG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1U4555R610KR1310KR510KC110uFC20.01uFR14330R15200R10200R16220VC CVC CD1LEDU3H92B4R1220KR1820KR11510R17510VC CVC CU5蜂鸣器VC CVC CRARBQ18050U6H92B422
