巧用光電開(kāi)關(guān)經(jīng)典實(shí)用

1、巧用光電開(kāi)關(guān)硅光敏二極管、硅光敏三極管是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的半導(dǎo)體器件，由它組成的光電開(kāi)關(guān)不僅體積小、壽命長(zhǎng)和抗干擾能力強(qiáng)，而且還具有無(wú)觸點(diǎn)輸入和輸出等優(yōu)點(diǎn)，故被廣泛地應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防軍事、天文地理及日常生活等領(lǐng)域中。在實(shí)際應(yīng)用中，光電開(kāi)關(guān)既有觸發(fā)式、延時(shí)式，又有亮控式和暗控式等，可以說(shuō)是變化多端、適用性極強(qiáng)，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制不可少的重要器件?，F(xiàn)介紹多種以光電為開(kāi)關(guān)的實(shí)用電路，供讀者參考選用。1光敏三極管的工作原理在圖38-1中，（a)為亮控式光電開(kāi)關(guān)，（b)為暗控式光電開(kāi)關(guān)。圖38-1在圖（a)中，電阻R1與光敏三極管BG1組成BG2管的偏置電路，繼電器J為開(kāi)關(guān)電路負(fù)載。當(dāng)一定波長(zhǎng)

2、的光照射到BG1的基極時(shí)，便產(chǎn)生光電流，使BG2管基極處低電位而截止，BG2管集電極處高電位，BG3管導(dǎo)通，繼電器J得電動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了光電開(kāi)關(guān)的亮控制。在圖（b）中，無(wú)光照時(shí)，由于光敏三極管BG1的暗阻很大，BG2管基極處高電位導(dǎo)通，繼電器J得電動(dòng)作，這樣就實(shí)現(xiàn)了光電開(kāi)關(guān)的暗控制。依上述工作原理，可開(kāi)拓出許多實(shí)用性的光電開(kāi)關(guān)電路，今舉種種實(shí)用電路于后。2自控夜間閃光指示燈在夜間，城市許多地方（如道路施工場(chǎng)地）或野外作業(yè)施工的單位，都需要在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝指示燈，以保證夜間行人及行車的安全。自控夜間閃光指示燈，便具有白天自動(dòng)關(guān)閉而夜間又自動(dòng)開(kāi)啟閃光、指示的功能。電路簡(jiǎn)單、安裝容易、工作可靠。自控夜間閃

3、光指示燈的電路如圖38-2所示。圖38-2圖中，BG1BG3組成亮控式光電開(kāi)關(guān)電路，BG4、BG5組成自激多諧振蕩器，改變電容C1或C2的容量，即可改變閃光指示燈的頻率。BG6、BG7組成復(fù)合管放大器，以便用較小的電流帶動(dòng)較大的負(fù)載。在白天，BG3管導(dǎo)通，單向可控硅SCR的控制極因無(wú)觸發(fā)電壓而關(guān)斷，自激多諧振蕩器電路的電源不通，燈泡ZD不閃亮；進(jìn)入夜間，BG3管截止，可控硅SCR導(dǎo)通，使多諧振蕩器工作，指示燈便一閃一閃地發(fā)光，十分醒目。自控夜間閃光指示燈的印刷電路如圖38-3所示。圖38-33與電網(wǎng)并用的閃光指示燈目前，為整頓城市市容，美化城市面貌，都在搞穿過(guò)公路敷設(shè)地下電纜、地下排水溝等工程

4、建設(shè)，這樣必需在路面上開(kāi)溝挖槽，若不安裝施工指示燈，將給車輛行駛帶來(lái)很大危險(xiǎn)，因此施工現(xiàn)場(chǎng)都裝有安全信號(hào)燈。圖38-4便是由220V市電經(jīng)電容降壓的夜間光電開(kāi)關(guān)信號(hào)燈電路。圖38-4220V市電經(jīng)電容C1降壓、D1D4橋式整流和DW穩(wěn)壓后，向光電開(kāi)關(guān)電路提供穩(wěn)定的9V直流電源。白天在強(qiáng)光作用下光電開(kāi)關(guān)阻斷，由時(shí)基電路NE555構(gòu)成的振蕩器，因電路無(wú)電源電壓不能工作，雙向可控硅SCR1無(wú)觸發(fā)電流而處于關(guān)斷狀態(tài)，紅色信號(hào)燈ZD不亮。當(dāng)進(jìn)入夜晚，BG1因無(wú)光照，使光電開(kāi)關(guān)處于通的狀態(tài)，NE555等組成的振蕩器工作，腳便不斷地輸出超低頻矩形脈沖，觸發(fā)雙向可控硅SCR1不停地導(dǎo)通與關(guān)斷，使信號(hào)燈一閃一閃

5、地發(fā)亮。電路的印刷電路如圖38-5所示。圖38-54光控路燈圖38-6為光控路燈電路，白天路燈熄滅，夜間路燈自動(dòng)點(diǎn)燃。圖38-6圖中，電容C1、C2和二極管D1及穩(wěn)壓管DW，組成簡(jiǎn)單的電容降壓整流電路，接通電源后獲得12V左右的直流電壓。三極管BG、光敏二極管D2和雙向可控硅等，組成光電開(kāi)關(guān)電路。在白天，光敏二極管D2因受光照呈低電阻，BG管基極電位下降，使BG截止，電阻R1上無(wú)電壓輸出，故雙向可控硅SCR處于關(guān)斷狀態(tài)，燈泡ZD不亮。當(dāng)夜幕降臨時(shí)，D2因無(wú)光照其暗阻增大，使BG基極電位升高而導(dǎo)通，R1上輸出的電壓觸發(fā)可控硅SCR導(dǎo)通，路燈得電點(diǎn)亮。調(diào)節(jié)電位器W，可調(diào)節(jié)BG基極電位高低，即調(diào)整了

6、光控的靈敏度。在安裝時(shí)，光敏二極管D2應(yīng)加有防雨的透明玻璃罩，且安放在能全天被日光照射的地方。D2也可用光敏電阻或光敏三極管。光控路燈的印刷電路如圖38-7所示。圖38-75.光電自動(dòng)節(jié)水開(kāi)關(guān)光電自動(dòng)節(jié)水開(kāi)關(guān)的電路如圖38-8所示。圖38-8在光照時(shí)，BG1產(chǎn)生的電流提供給BG2的基極，使BG2導(dǎo)通，BG3截止，雙向可控硅SCR因無(wú)觸發(fā)電壓而關(guān)斷，控制水流的電磁閥不動(dòng)作，無(wú)水流出。當(dāng)有人去洗手將光線遮住時(shí)，BG1暗阻增大，促使BG2截止，BG2集電極電位升高，BG3導(dǎo)通，電阻R2上輸出電壓，觸發(fā)可控硅SCR導(dǎo)通，電磁閥線圈得電，使電磁閥打開(kāi)，水從水管中自動(dòng)流出。當(dāng)手離開(kāi)水池時(shí)，光線又直射到BG

7、1上，可控硅因BG3截止而無(wú)觸發(fā)電壓輸出，又關(guān)斷，使電磁閥關(guān)閉，水流停止。光電自動(dòng)節(jié)水開(kāi)關(guān)的安裝示意，如圖38-9所示。圖38-9光電自動(dòng)節(jié)水開(kāi)關(guān)的印刷電路，如圖38-10所示。圖38-106自動(dòng)照明門(mén)鈴當(dāng)天黑以后走廊又沒(méi)燈光的時(shí)候，門(mén)鈴按鈕是不容易找到的，尤其是初訪客人，只能敲門(mén)行事。如果在門(mén)鈴按鈕開(kāi)關(guān)上裝一只發(fā)光二極管，天黑后發(fā)光二極管能自動(dòng)閃光，天亮后自動(dòng)熄滅，則為來(lái)訪客人提供了方便。圖38-11，就是自動(dòng)照明門(mén)鈴的電路。圖38-11合上電源開(kāi)關(guān)K1后，在白天光敏三極管BG1因受光照電阻減小，BG2管基極電位降低，使BG2、BG3均截止，電路停振，發(fā)光二極管不亮。在晚上，由于光敏三極管B

8、G1未受到光照，暗阻增大，BG2的基極電位升高，便使BG2、BG3組成的直接耦合放大器，因電容C1的正反饋?zhàn)饔枚袷幑ぷ?，發(fā)光二極管LED便隨著閃閃發(fā)光。此時(shí)，按下按鈕開(kāi)關(guān)K2，繼電器J的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接通音樂(lè)門(mén)鈴電路的電源，即發(fā)出“叮囑”門(mén)鈴聲。調(diào)節(jié)W1，不但能改變“叮咚”門(mén)鈴的音量，又能改變“叮咚”門(mén)鈴的節(jié)奏；調(diào)節(jié)W2，可改變“叮咚”門(mén)鈴的音調(diào)。自動(dòng)照明門(mén)鈴的印刷電路，如圖38-12所示。圖38-127光電報(bào)警開(kāi)關(guān)光控報(bào)警開(kāi)關(guān)有兩種方式，一種是光控開(kāi)關(guān)待報(bào)警狀態(tài)，一直受到光照，當(dāng)光線受阻時(shí)，立即報(bào)警；另一種是光控電路在待報(bào)警期間不受光照，可一旦受到光照時(shí)，立即報(bào)警。光電報(bào)警開(kāi)關(guān)的電路，如圖

9、38-13所示。圖38-13平時(shí)由于外來(lái)光線被擋住，光敏三極管呈高阻狀態(tài)，BG2與BG3導(dǎo)通，而B(niǎo)G4截止，繼電器J處于釋放狀態(tài)，后部的報(bào)警聲響電路因無(wú)工作電源，不能報(bào)警發(fā)聲。當(dāng)某種原因有光線照在光敏三極管BG1上時(shí)，BG2、BG3均截止，而B(niǎo)G4導(dǎo)通，繼電器J得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)J1閉合，接通報(bào)警電路的電源，則立刻報(bào)警發(fā)聲。光電報(bào)警開(kāi)關(guān)的印刷電路，如圖38-14所示。圖38-148.低功耗路燈光電開(kāi)關(guān)本電路的特點(diǎn)是功耗小，無(wú)論白天或晚間其工作電流不大于1mA，若選用6節(jié)1號(hào)電池，可使用一年時(shí)間。低功耗路燈光電開(kāi)關(guān)電路，如圖38-15所示，它是由光電轉(zhuǎn)換部分、與非門(mén)、微分電路及控制執(zhí)行電路四部分組

10、成。圖38-15當(dāng)有光照時(shí)，光敏三極管BG1導(dǎo)通，a點(diǎn)電位達(dá)到與非門(mén)YF1的開(kāi)門(mén)電平，輸出端b點(diǎn)為低電位，則YF2輸出高電平，經(jīng)電容C1和電阻R5組成的微分電路，在C點(diǎn)輸出一個(gè)正尖峰脈沖，使BG2導(dǎo)通，繼電器J1得電吸合，常閉觸點(diǎn)J1-1斷開(kāi)，交流接觸器CJ斷電釋放，其自保觸點(diǎn)CJ1-1斷開(kāi)，路燈熄滅。當(dāng)進(jìn)入夜晚無(wú)光照時(shí)，a點(diǎn)為低電位，b點(diǎn)為高電平，經(jīng)與非門(mén)YF3及YF4和電容C2、電阻R6組成的另一微分電路，在d點(diǎn)又產(chǎn)生一正尖脈沖，使三極管BG3導(dǎo)通，繼電器J2又瞬間吸合（隨即釋放）。常開(kāi)觸點(diǎn)J2-1閉合，交流接觸器CJ得電動(dòng)作，CJ1-1又恢復(fù)自保，路燈電源被接通點(diǎn)亮。由于繼電器J1與J2

11、均采用了瞬間吸合便釋放的方法，故電路功耗極小。與非門(mén)是選用CMOS集成電路CO36，2輸入4與非門(mén)一塊。低功耗路燈光電開(kāi)關(guān)印刷電路，如圖38-16所示。圖38-169列車燈光控開(kāi)關(guān)在我國(guó)的火車列車上，各車廂的照明燈都是由乘務(wù)員手控其亮與熄，遇上隧道較多路段需乘務(wù)人員逐車接通開(kāi)關(guān)，很不方便。若采用光電開(kāi)關(guān)，遇有隧道或進(jìn)入夜間自動(dòng)點(diǎn)亮，出了隧道或進(jìn)入白天，燈又自行熄滅。列車燈光控開(kāi)關(guān)電路，如圖38-17所示。圖38-17電路十分簡(jiǎn)單，每一車廂裝一個(gè)如圖的光電控制開(kāi)關(guān)，便達(dá)到了列車燈自控之目的。列車燈光控開(kāi)關(guān)的印刷電路，如圖38-18所示。圖38-1810光電測(cè)光開(kāi)關(guān)往往有些工作場(chǎng)合（如車間、操作場(chǎng)

12、地等）的光線不足，可又無(wú)法去測(cè)量，有了光敏元件，利用一塊CMOS及少量元件，即可組成一個(gè)很好的測(cè)光器。光電測(cè)光開(kāi)關(guān)的電路，如圖38-19所示。圖38-19圖中YF1-YF4為CO36型二輸入與非門(mén)集成電路，其中，YF1與YF2、電阻R1、R3、電容C1等組成帶控端的節(jié)拍脈沖發(fā)生器；YF3、YF4與電阻R6、R，和電容C2及壓電蜂鳴片HTD等，組成帶控制端的音頻脈沖振蕩器。電源開(kāi)關(guān)K接通后，節(jié)拍脈沖發(fā)生器和音頻脈沖振蕩器即開(kāi)始工作。在節(jié)拍發(fā)生器部分，YF1與YF2輸出的脈沖極性相反，隨著振蕩脈沖的輸出，發(fā)光二極管LED1與LED2交替地發(fā)光，閃光周期由R3、C1的數(shù)值確定，在音頻振蕩部分，振蕩電

13、壓從YF4的輸出端取出，使HTD發(fā)出單頻響聲，其音頻脈沖頻率由R7、C2數(shù)值確立。YF1、YF3各有一輸入端用來(lái)作控制端，控制端輸入的電平高與低，將決定兩個(gè)脈沖發(fā)生器是否振蕩。輸入電平的高低，除調(diào)整W的阻值，而更主要是決定光敏三極管BG的變化，這樣將電位器W分檔刻度，即可達(dá)到測(cè)光的目的。為了便于讀者選用好光敏二極管和光敏三極管，現(xiàn)對(duì)光敏二極管及光敏三極管，做以下簡(jiǎn)要介紹。1光敏二極管的兩種工作狀態(tài)光敏二極管又稱光電二極管，它是一種光電轉(zhuǎn)換器件，其基本原理是光照到P-N結(jié)上時(shí)，吸收光能并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。它具有兩種工作狀態(tài)：（1）當(dāng)光敏二極管加上反向電壓時(shí)，管子中的反向電流隨著光照強(qiáng)度的改變而改變，光

14、照強(qiáng)度越大，反向電流越大，大多數(shù)都工作在這種狀態(tài)。（2）光敏二極管上不加電壓，利用P-N結(jié)在受光照時(shí)產(chǎn)生正向電壓的原理，把它用作微型光電池。這種工作狀態(tài)，一般作光電檢測(cè)器。光敏二極管分有P-N結(jié)型、PIN結(jié)型、雪崩型和肖特基結(jié)型，其中用得最多的是P-N結(jié)型，價(jià)格便宜。2光敏二極管的簡(jiǎn)易檢測(cè)方法（1）電阻測(cè)量法用萬(wàn)用表1k檔，測(cè)正向電阻約10k左右。在無(wú)光照情況下，反向電阻應(yīng)為，則管子是好的，反向電阻不是，說(shuō)明漏電流大；有光照時(shí)，反向電阻應(yīng)隨光照增強(qiáng)而減小，阻值小至幾k或1k以下，管子即是好的；若正、反向電阻都是或零，管子是壞的。（2）電壓測(cè)量法用萬(wàn)用表1V檔（無(wú)1V檔可用15V或3V檔），紅表

15、筆接光敏二極管的“十”極，黑表筆接“-”極，在光照情況下，其電壓應(yīng)與光照度成比例，一般可達(dá)0204V。（3）短路電流測(cè)量法用萬(wàn)用表50mA或500mA電流檔，紅表筆接光敏二極管的“十”極，黑表筆接“-”極，在白熾燈下（不能用日光燈），應(yīng)隨光照的增強(qiáng)，其電流隨之增加，則管子是好的。短路電流，可達(dá)數(shù)十mA數(shù)百mA。3光敏三極管光敏三極管又稱光電三極管，它也是光電轉(zhuǎn)換器件，可以等效的看作是由一個(gè)光敏二極管和一只半導(dǎo)體三極管結(jié)合而成，故具有放大作用。光敏三極管最常用的材料是硅，一般情況下，只引出集電極和發(fā)射極，其外形與發(fā)光二極管相同，使用時(shí)必須嚴(yán)加區(qū)分。光敏三極管的簡(jiǎn)易測(cè)試方法是：（1）電阻測(cè)量法用萬(wàn)用表1k檔，紅表筆接光敏三極管的發(fā)射極，黑表筆接集電極。無(wú)光照時(shí)，指針微動(dòng)并接近；有光照時(shí)，應(yīng)隨光照的增強(qiáng)，其電阻變小，可達(dá)1k以下。若黑表筆接光敏三極管的發(fā)射極，紅表筆接集電極，無(wú)光照時(shí)，電阻為；有光照時(shí)，電阻為或指針微動(dòng)。（2）電流測(cè)量法將電流表串在電路中，用50mA及05mA電流檔，電路工作電壓為10V，無(wú)光照時(shí)，電流應(yīng)小于03mA；有光照時(shí)，應(yīng)隨光照的增強(qiáng)