光控電路開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與制作剖析教學(xué)文案

1、物理實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)題目 :光控電路開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與制作學(xué)院（系） :理學(xué)院專業(yè) :光信息科學(xué)與技術(shù)班級(jí):光學(xué) * 班學(xué)生姓 名：*指導(dǎo)教 師：*評(píng)閱人： *設(shè)計(jì)（論文）所在單位:西安石油大學(xué)理學(xué)院完成時(shí)間：2014年 3月摘要光控?zé)艉吐暪饪責(zé)羰蔷蛹艺彰鞯闹匾M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(kāi)關(guān)造成的摔傷碰傷， 又可杜絕樓道燈有人開(kāi)、沒(méi)人關(guān)浪費(fèi)能源的現(xiàn)象。介紹了用三極管和與非門(mén)芯片實(shí)現(xiàn)光控?zé)舻脑恚攸c(diǎn)介紹了實(shí)現(xiàn)方法和具體細(xì)節(jié)，及制作過(guò)程中遇到的問(wèn)題和相應(yīng)的解決方案。關(guān)鍵詞：光控?zé)?、光敏電阻、三極管、發(fā)光二極管目錄.11.21.1.21.2.21.

2、3.21.4.41.5. .41.6.42 .73 .7光控電路開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與制作*引言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)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?zé)?、光控?zé)羰蔷蛹艺彰鞯闹匾M成部分，光控?zé)羰怯晒饪亻_(kāi)關(guān)和 LED燈組合而成。聲控?zé)粲甥溈孙L(fēng)，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(dāng)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(kāi)發(fā)新型高效、節(jié)能、壽命長(zhǎng)、環(huán)保的電路對(duì)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(diǎn)在現(xiàn)在正逐漸取代傳統(tǒng)的照明設(shè)備，是照明產(chǎn)品的新興光源，有綠色照

3、明光源之稱，未來(lái)將光芒耀眼，發(fā)展?jié)摿o(wú)限。聲控、光控LED具有節(jié)能、體積小、發(fā)熱量低、壽命長(zhǎng)、耗電量小、反應(yīng)速度快、易控制等眾多優(yōu)點(diǎn)，極大的滿足了人們?nèi)粘Ｉ畹男枰?，因此十分被燈飾業(yè)者看好。光控?zé)簦惭b方便，使用壽命長(zhǎng)。集光學(xué)、材料和電路技術(shù)為一體組成的自動(dòng)照明開(kāi)關(guān)，白天或光線較強(qiáng)時(shí)，開(kāi)關(guān)電路為自鎖狀態(tài)， LED燈不亮，當(dāng)光線黑暗時(shí)或晚上來(lái)臨時(shí)，開(kāi)關(guān)自動(dòng)打開(kāi)， LED燈亮，從而實(shí)現(xiàn)了白天自動(dòng)熄滅夜間自動(dòng)打開(kāi)的目的，節(jié)省了人為的控制。聲光控集聲控、光控、延時(shí)自動(dòng)控制技術(shù)為一體 , 內(nèi)置聲音感應(yīng)元件 , 光效感應(yīng)元件 , 白天光線較強(qiáng)時(shí)，受光控自鎖，有聲響也不通電開(kāi)燈；當(dāng)傍晚環(huán)境光線變暗后，開(kāi)關(guān)自

4、動(dòng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，遇有說(shuō)話聲、腳步聲等聲響時(shí)，會(huì)立即通電 , 亮燈，延時(shí)半分鐘后自動(dòng)斷電；能延長(zhǎng)燈泡壽命 6 倍以上，節(jié)電率達(dá) 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(guò)模擬電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，提出了一種基于晶體三極管工作狀態(tài)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)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?zé)舻脑O(shè)計(jì)方案，在此基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)字電子技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。1. 光控?zé)?1 實(shí)驗(yàn)原理：要設(shè)計(jì)光控?zé)?，首先要掌握光敏電阻的特性，光敏電阻又稱光導(dǎo)管，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)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

5、有在特定波長(zhǎng)的光照射下（光敏電阻器對(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見(jiàn)光（ 0.40.76 ） m的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)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(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)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(cè)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(cè)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(shí)電阻阻值下降，無(wú)光照時(shí)阻值上升，根據(jù)這一特性可以控制三極管工作狀態(tài)進(jìn)而控制燈的亮滅的電路。三極管工作狀態(tài)分為放大

6、、截止和飽和。當(dāng)工作在放大區(qū)時(shí)，發(fā)射極正偏，集電極反偏；當(dāng)工作在截止區(qū)時(shí)，發(fā)射極和集電極均反偏；當(dāng)工作在飽和狀態(tài)時(shí)，發(fā)射極和集電極均正偏。同時(shí)三級(jí)管有兩種材料做成，一種為硅管，其正偏發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓為 0.7V；一種為鍺管，其正偏發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓為 0.3V。三極管種類有 NPN和PNP兩種，本次課設(shè)用到的三極管為 NPN型硅管 9014和PNP型硅管 9012。1.2 實(shí)驗(yàn)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(wàn)用表1.3 元器件介紹(1) 光敏電阻A、在光照情況下，測(cè)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(cè)量光敏電阻

7、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(gè)接線柱，一個(gè)長(zhǎng)的一個(gè)短的，長(zhǎng)端為正極，短端為負(fù)極?？梢岳萌f(wàn)用表測(cè)量?jī)煞N接法時(shí)的電阻值，可知道當(dāng)正極接到長(zhǎng)端，負(fù)極接到短端的時(shí)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(gè)引腳，它的接法和滑動(dòng)變阻器的接法一樣，有三端接入式和兩端接入式，本實(shí)驗(yàn)采用兩端接入式比較簡(jiǎn)單。采用兩端接入時(shí)，其中一端必須接在中間的那個(gè)引腳上，另外一個(gè)在剩余的兩個(gè)引腳中，可以任選一個(gè)（兩者的區(qū)別是，滑動(dòng)頭的轉(zhuǎn)動(dòng)方向不一樣）。選擇好引腳后，可以將其接在萬(wàn)用表上，測(cè)其阻值的大小，轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)頭，看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)阻值是增加還是減小，這

8、樣做對(duì)調(diào)試電路時(shí)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(shí)驗(yàn)所用的蜂鳴器和平時(shí)看到的揚(yáng)聲器、耳機(jī)等發(fā)聲器件有微小的差別，它里邊多了一個(gè)振蕩器，輸入電流時(shí)振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。可以嘗試的將其正負(fù)極接上電源，可看到只有正負(fù)極接入正確時(shí)，蜂鳴器才會(huì)發(fā)聲。也可根據(jù)蜂鳴器上的引線長(zhǎng)度按來(lái)判斷正負(fù)極（長(zhǎng)正短負(fù)） 。所以在實(shí)驗(yàn)室中要把蜂鳴器的正負(fù)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(gè)引腳，分別是基極（b) ，發(fā)射極 (e) ，集電極(c) 。

9、本實(shí)驗(yàn)所用的三極管判斷極點(diǎn)的方法是，面對(duì)有型號(hào)標(biāo)記的一面，然后看著三個(gè)引腳，從左到右依次是，發(fā)射極 (e) ，基極 (b) ，集電極 (c ）。接線時(shí)三個(gè)極端不能接錯(cuò)，否則三極管就沒(méi)有起到作用。圖 1 三極管符號(hào)、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(shí)必須達(dá)到正向偏置電壓， 即為導(dǎo)通，否則，為截止?fàn)顟B(tài)。(6) 繼電器（如圖 2）繼電器是本實(shí)驗(yàn)中引腳最多的器件。根據(jù)以前所學(xué)的知識(shí)可知道在繼電器當(dāng)中有一個(gè)帶鐵芯的電磁線圈，線圈一出兩個(gè)引腳，剩下三個(gè)引腳是單刀雙擲開(kāi)關(guān)的三個(gè)接線柱。圖 2繼電器1.4 實(shí)際

10、電路 :1.5 光控?zé)舻膶?shí)現(xiàn)：當(dāng) A 點(diǎn)電壓未達(dá)到晶體管基極的轉(zhuǎn)折電壓，晶體管 BG1，BG2均處于截止?fàn)顟B(tài)繼電器不運(yùn)作， LED燈不亮，表示繼電器處于釋放狀態(tài)，當(dāng)外來(lái)光線發(fā)生變化照射在Cds 光敏電阻上時(shí)， R1， R2，Cds， W組成的分壓偏置電路，當(dāng)W上分壓使 BG1,BG2導(dǎo)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(shí)驗(yàn)中在普通燈光下正常工作（LED發(fā)亮，繼電器吸合），需要進(jìn)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(jìn)行適當(dāng)?shù)撵`敏度調(diào)節(jié)。1.6 電路的測(cè)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

11、、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(kāi)關(guān)作用完成。在實(shí)際電路中燈用繼電器間接實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的亮滅控制。調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)電路的感光靈敏度不高，在很暗的時(shí)候燈才能亮，可以在光敏電阻哪里串聯(lián)一個(gè)阻值適當(dāng)?shù)幕瑒?dòng)變阻器，這樣的話、就可以調(diào)節(jié)光敏電阻的靈敏度了。本文通過(guò)對(duì)各部分電路的具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了光控電路自動(dòng)將開(kāi)關(guān)關(guān)斷，夜晚或陰雨天時(shí)，光控電路自動(dòng)將開(kāi)關(guān)打開(kāi)，該光控制開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí) , 也為生活提供了方便，它實(shí)現(xiàn)了燈的自動(dòng)點(diǎn)亮、節(jié)能節(jié)電、延長(zhǎng)了燈的使用壽命 , 貼近我們的實(shí)際生活，是現(xiàn)代極理想的綠色照明自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)。本次設(shè)計(jì)鑒于個(gè)人水平的限制以及時(shí)間的緊迫就沒(méi)有對(duì)該部分內(nèi)容做過(guò)多詳細(xì)的介紹，只是從大體思路上做了一些簡(jiǎn)單的說(shuō)明。參考文獻(xiàn)1 王宏亮 , 郭文閣，等 . 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) M. 北京：機(jī)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(cè) . 北京：機(jī)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(xué)出版社， 20044 張曉東 . 有趣的家用電子制作 M. 人民郵電出版社， 20035 李振聲 . 實(shí)驗(yàn)電子技術(shù) M. 國(guó)防工業(yè)