光控報(bào)警器電路設(shè)計(jì)

1、南華大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)光控報(bào)警器電路設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)光控報(bào)警電路，達(dá)到在有光的條件下報(bào)警的目的。本設(shè)計(jì)以光敏電阻和三極管的組合作為開關(guān)電路，在無光的條件下，運(yùn)用光敏電阻阻值大的特點(diǎn)使三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，報(bào)警電路達(dá)不到工作電壓無法工作，在有光的條件下，光敏電阻阻值減小，三極管導(dǎo)通，報(bào)警電路獲得正常電壓，發(fā)出“滴嘟”報(bào)警聲，從而達(dá)到光控報(bào)警的目的。報(bào)警電路方面，通過以雙555達(dá)到雙音報(bào)警的目的。這個(gè)電路可放進(jìn)抽屜、保險(xiǎn)箱等陰暗放置貴重物品的地方，小偷一旦打開抽屜，便會(huì)發(fā)出報(bào)警，使主人及時(shí)警覺。關(guān)鍵字：光控 報(bào)警 555Abstract：The design requirements

2、for the design of an alarm circuit, reach in the light of the conditions of the purpose of warning. This design uses a photoresistor and three transistor combination as the switching circuit, where there is no light conditions, using the photosensitive resistance characteristics of large so that the

3、 three transistor in the off state, the alarm circuit is not up to the work voltage and unable to work, in the light of the conditions, photosensitive resistance is reduced, the three transistor is conducted, the alarm circuit to obtain normal voltage, issued a " drop . . Du . ." Alarm sou

4、nd, thereby achieving the purpose of alarm. The alarm circuit, through double 555 to two-tone alarm purpose. This circuit can be put into a drawer, a safe and a dark place valuables, the thief once opened the drawer, will then send out the alarm, so that the owner promptly alert. Keywords: alarm 555

5、 Light control目 錄一、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1任務(wù)要求.31.2總體方案設(shè)計(jì).31.2.1設(shè)計(jì)思路.31.2.2 方案論證與比較.3 1.2.3 系統(tǒng)最終方案.6二、單元電路設(shè)計(jì)與仿真2.1 光控部分電路的設(shè)計(jì)與仿真.7 2.1.1光控電路的設(shè)計(jì).7 2.1.2無光條件下的仿真.82.1.3有光條件下的仿真.82.2報(bào)警部分電路的設(shè)計(jì)與仿真.9 2.2.1 555多諧振蕩器的原理. 9 2.2.2 555振蕩報(bào)警器的設(shè)計(jì). 10 2.2.3 555振蕩報(bào)警器的仿真.10三、結(jié)論3.1設(shè)計(jì)評(píng)價(jià).123.2設(shè)計(jì)的心得與體會(huì).12四、參考文獻(xiàn).12五、附錄.13一、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1任務(wù)要

6、求實(shí)現(xiàn)一個(gè)以光控報(bào)警的設(shè)計(jì)，并要求在無光的條件下不報(bào)警，在有光的條件下發(fā)出“滴嘟”的報(bào)警聲。1.2總體方案設(shè)計(jì)1.2.1設(shè)計(jì)思路題目要求設(shè)計(jì)光控的報(bào)警電路，整個(gè)電路可劃分為3個(gè)部分，電源部分，光控部分，報(bào)警部分。電源光源光控電路報(bào)警電路圖1.光控報(bào)警電路基本方框圖1.2.2 方案論證與比較（1）電源電路的方案論證與選擇方案一：直接使用9v電源（圖2）方案二：自己制作電源，利用橋堆進(jìn)行整流，電容濾波，就可以得到我們所需要的9v電壓。（圖3）方案選擇：考慮到直流穩(wěn)壓電源的制作增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，且成品體積過大，不符合報(bào)警器隱蔽小巧的特點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)直接采用9v電池作為電源。圖2.堿性干電池圖3.直流

7、穩(wěn)壓電源 （2） 光控電路的方案論證與選擇方案一：用光敏三極管做光控電路方案二：用光敏二激管做光控電路方案三：用光敏電阻與三極管的組合做光控電路方案選擇：光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的,其管芯是一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時(shí)需加上反向電壓。無光照時(shí),有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時(shí)光敏二極管截止。當(dāng)受到光照時(shí),飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。當(dāng)光線照射PN結(jié)時(shí)，可以使PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強(qiáng)弱來改變電路中的電流。

8、光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時(shí)也受光輻射的控制。 通常基極不引出，但一些光敏三極管的基極有引出，用于溫度補(bǔ)償和附加控制等作用。當(dāng)具有光敏特性的PN 結(jié)受到光輻射時(shí)，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個(gè)放大了相當(dāng)于倍的信號(hào)電流。不同材料制成的光敏三極管具有不同的光譜特性，與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。由此可見光敏二極管與三極管靈敏度過高，造成可調(diào)性差的特點(diǎn)，且電路難于設(shè)計(jì)。晶體三極管（以下簡稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形

9、式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，（其中，N表示在高純度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在電壓刺激下產(chǎn)生自由電子導(dǎo)電，而p是加入硼取代硅，產(chǎn)生大量空穴利于導(dǎo)電）。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。 對(duì)于NPN管，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié),而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié),三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c。當(dāng)b點(diǎn)電位高于e點(diǎn)電位零點(diǎn)幾伏時(shí)，發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，而C點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位幾伏時(shí)，集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。在制造三極管時(shí)

10、，有意識(shí)地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時(shí)基區(qū)做得很薄，而且，要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）及基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ綌U(kuò)散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流了。由于基區(qū)很薄,加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結(jié)進(jìn)入集電區(qū)而形成集電集電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進(jìn)行復(fù)合，被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補(bǔ)給，從而形成了基極電流Ibo.根據(jù)電流連續(xù)性原理得：Ie=Ib+Ic，這就是說，在基極補(bǔ)充一個(gè)很小的Ib，就可以

11、在集電極上得到一個(gè)較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關(guān)系，即：1=Ic/Ib 式中：1-稱為直流放大倍數(shù)，集電極電流的變化量Ic與基極電流的變化量Ib之比為：= Ic/Ib 。式中-稱為交流電流放大倍數(shù)，由于低頻時(shí)1和的數(shù)值相差不大，所以有時(shí)為了方便起見，對(duì)兩者不作嚴(yán)格區(qū)分，值約為幾十至一百多。三極管是一種電流放大器件，但在實(shí)際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔?。根?jù)三極管的特點(diǎn)，可采用通過控制基極電流控制三極管反偏還是正偏方式與光敏電阻進(jìn)行搭配以達(dá)到光控開關(guān)的目的，故此設(shè)計(jì)采用光敏電阻與三極管的組合，既可達(dá)到光控的目的，可調(diào)性能也高。（

12、3） 報(bào)警電路的方案論證與選擇方案一：利用IC音樂芯片（圖4）方案二：利用雙555模塊方案選擇：IC音樂芯片具有眾多單元電路，具有極強(qiáng)的可編程能力，不僅能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的控制方式，亦可根據(jù)需求，訂做各種功能，盡可能的使產(chǎn)品的性價(jià)比提升到最高。亦可控制各種電器設(shè)備等，可應(yīng)用在很多領(lǐng)域，例如：高級(jí)玩具、兒童學(xué)習(xí)機(jī)、汽車防盜設(shè)備、智能家電、保健不理療產(chǎn)品、儀器儀表，以及各類自動(dòng)控制系統(tǒng)等等。但市面上很難買到具有報(bào)警聲音的芯片。555在電路結(jié)構(gòu)上是由模擬電路與數(shù)字電路組合而成，它將模擬功能與邏輯功能融為一體，能夠產(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩，555的最大輸出電流達(dá)200mA，帶負(fù)載能力強(qiáng)?？芍苯域?qū)動(dòng)小電機(jī)、喇叭

13、、繼電器等負(fù)載，故本設(shè)計(jì)采用由兩個(gè)555集成塊組成的雙音報(bào)警器。圖4.IC音樂芯片1.2.3 系統(tǒng)最終方案電路部分：9v電池光控部分：光敏電阻+普通三極管報(bào)警部分：兩個(gè)555集成塊組成的雙音報(bào)警器9v電池光源光敏電阻+三極管555振蕩報(bào)警電路圖5.系統(tǒng)最終方案二、單元電路設(shè)計(jì)與仿真（本設(shè)計(jì)采用multisim進(jìn)行仿真）2.1 光控部分電路的設(shè)計(jì)與仿真2.1.1光控電路的設(shè)計(jì)光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂

14、敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體 及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對(duì)了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)

15、換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。圖6.光敏電阻原理圖本設(shè)計(jì)如圖7所示，光敏電阻無光照呈高電阻（1M），VT處于截止?fàn)顟B(tài)，。此時(shí)整機(jī)耗電甚微，實(shí)測靜態(tài)電流4.5A。當(dāng)室內(nèi)光線照到RL（光敏電阻）上，使其內(nèi)阻迅速下降（50k），VT即進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，調(diào)節(jié)電位器R1，使AB倆端電壓等于555振蕩報(bào)警電路額定工作電壓6v，光控部分便調(diào)試完成。圖7.光控電路因multisim不含9013三極管，故采用性能相近的2sc1815進(jìn)行代替。2.1.2無光條件下的仿真無光條件下光敏電阻以實(shí)測電阻100千歐為準(zhǔn)，仿真圖

16、如圖8。圖8.在無光條件下光控電路的仿真及結(jié)果仿真結(jié)果：在無光條件下，輸出的電壓較小，不足以驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路。2.1.3有光條件下的仿真有光條件下光敏電阻以實(shí)測電阻10千歐為準(zhǔn)，仿真圖如圖9。圖9. 在有光條件下光控電路的仿真及結(jié)果仿真結(jié)果：在有光條件下，輸出電壓能調(diào)至6v，可正常驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路。2.2 報(bào)警部分電路的設(shè)計(jì)與仿真2.2.1 555多諧振蕩器的原理555多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。接通電源后，假定是高電平，則T截

17、止，電容C充電。充電回路是VCCR1R2 C地，按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到時(shí)（TH、端電平大于），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。是低電平，T導(dǎo)通，C放電，放電回路為CR2T地，按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)下降到時(shí)（TH、端電平小于），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得，輸出高電平時(shí)間 T=(R1+R2)Cln2 ，輸出低電平時(shí)間T=R2Cln2 ，振蕩周期 T=(R1+2R2)Cln2圖10.555多諧振蕩電路及工作波形2.2.2 555振蕩報(bào)警器的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)選用555多諧振蕩器。而整個(gè)電路由兩個(gè)555定時(shí)器、組成。如圖11，其:5腳為控制端，片內(nèi)接比較器的反相輸入端，電

18、位為。一般555組成自激多諧振蕩器時(shí)，將5腳通過一個(gè)小電容(0.01F-0.1F)接地，以防止外界干擾對(duì)閥值電壓的影響，當(dāng)需要把它變成可控多諧振蕩器時(shí)，可以在電路的5腳外加一個(gè)控制電壓，這個(gè)電壓將改變芯片內(nèi)比較電平，從而改變振蕩頻率，當(dāng)控制電壓升高(降低)時(shí)，振蕩頻率降低(升高)，這就是控制電壓對(duì)振蕩信號(hào)頻率的調(diào)制。利用這種調(diào)制方法，可組成雙音報(bào)警器。輸出的方波信號(hào)，通過控制的電平。當(dāng)輸出高電平時(shí)，的振蕩頻率低，當(dāng)輸出低電平時(shí)，的振蕩頻率高。因此的振蕩頻率被的輸出電壓調(diào)試為兩種音頻，使揚(yáng)聲器發(fā)出“滴、嘟、滴、嘟”的雙音聲響。要求輸出功率為120mW，輸出阻抗為。為了與輸出阻抗匹配，則應(yīng)選用的揚(yáng)

19、聲器。IC1的振蕩頻率f1=1.43/（R1+R2）C1，f1約為0.7Hz，IC2的振蕩頻率f2=1.43/（R3+2R4）C3，f2約為500Hz。頻率范圍為高頻1500Hz，低頻500Hz。 由得高頻下周期為0.67ms，低頻下周期為2ms。圖11。555振蕩報(bào)警電路2.2.3 555振蕩報(bào)警器的仿真根據(jù)原電路圖，在multisim中連接好電路，測試倆個(gè)555第3個(gè)引腳（out）波形，仿真圖如圖11，結(jié)果如圖12。圖11.555振蕩報(bào)警電路仿真圖圖12.555振蕩報(bào)警電路仿真結(jié)果仿真結(jié)果：上面的波形為近喇叭端555芯片3腳輸出波形，下面的波形為遠(yuǎn)喇叭端555芯片3腳輸出波形，由波形可以看出，近喇叭端555輸出倆種不同頻率的波形，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)測的效果，并且仿真聲音可聽見明顯的“滴嘟”聲。三、結(jié)論3.1設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)的光控部分、報(bào)警部分的整體測試，基本達(dá)到設(shè)計(jì)制作要求。本設(shè)計(jì)以555芯片、光敏電阻、三極管等為主要部件，實(shí)現(xiàn)見光報(bào)警的防盜功能。3.2心得與體會(huì)本人在設(shè)計(jì)中，運(yùn)用簡單的電路及已學(xué)過的模