光敏三極管構(gòu)成的燈光亮度轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※2011級測試技術(shù)課程設(shè)計光敏三極管構(gòu)成的燈光亮度轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計姓名王濤學(xué)號20117288院、系、部電氣工程系班號方1110-6完成時間2014年6月23日目錄TOC\o"1-3"\h\u9216第1章設(shè)計目的 第1章設(shè)計目的隨著時代的進步，科技水平發(fā)展越來越快。汽車已經(jīng)是人們生活中必不可少的交通工具。當夜晚行車遠光燈打開時，若前方有相對行駛車輛，駕駛員通常會將遠光變成近光，避免對面車輛因受到強光照射無法判斷前面路段情況而造成危險。傳統(tǒng)方式下，駕駛員通過手動調(diào)光延時時間較長，并且駕駛員因頻繁手動調(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)計一種汽車遠近燈自動控制系統(tǒng)。第2章設(shè)計要求設(shè)計一個由兩只光敏三極管構(gòu)成的燈光亮度轉(zhuǎn)換電路，適用于汽車遠光燈與近光燈切換。(1)選擇兩只光敏三極管組合設(shè)計一個能進行燈光亮度轉(zhuǎn)換的電路；(2)用仿真軟件設(shè)計出電路圖；(3)提示：當被對面行駛車輛的燈光照射時，傳感器接受的信號呈低阻狀態(tài)，單向晶閘管導(dǎo)通，繼電器線圈得電吸合，近光燈亮，遠光燈滅；反之，遠光燈亮，遠近光燈滅。第3章硬件電路設(shè)計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)生電動勢的光電器件為內(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關(guān)也隨之發(fā)生改變，進而引起不同LED燈的亮滅和光強的改變，實現(xiàn)了在現(xiàn)實生活中用光敏元件對汽車遠近光燈的自動調(diào)節(jié)。電路設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如3-1圖所示。遠近光燈切遠近光燈切換電流繼電器光敏電阻直流工作電壓源圖3-1電路設(shè)計結(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控制電路的自動切換電器。電流繼電器是根據(jù)輸入電流大小而動作的繼電器。電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)光二極管的特點是在低電壓（1.5～2.5V），小電流（5～30mA）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。防震動及抗沖擊穿性能好，功耗低，壽命長。發(fā)光二極管內(nèi)部是具有發(fā)光特性的PN結(jié)。當PN結(jié)導(dǎo)通時，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)白熾燈有幾個優(yōu)點，第一個發(fā)光二極管沒有等死會燒壞，此外發(fā)光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是能將電信號轉(zhuǎn)換成光信號的結(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)，其阻值隨光照增強而減小。光敏電阻的優(yōu)點是靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬，體積小，質(zhì)量輕，機械強度高，耐沖擊，耐振動，抗過載能力強和壽命長等。缺點是需要外部電源，有電流時會發(fā)熱。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，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，說明光敏電阻的靈敏度越高，性能越好。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元件，一般在自動控制系統(tǒng)中用作光電開關(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也不同。因此，在選用光敏電阻時，應(yīng)把光敏電阻的材料和光源的種類結(jié)合起來考慮，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，而且無飽和現(xiàn)象。但是電壓不能無限地增大，因為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：當光敏電阻受到脈沖光照射時，光電流要經(jīng)過一段時間才能達到穩(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特性，通常用時間常數(shù)來描述。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)的作用還沒有達到平衡，所以性能是不穩(wěn)定的。但在人工加溫、光照及加負載的情況下，經(jīng)1-2周，性能可達穩(wěn)定。光敏電阻在最初的老化過程中，有些阻值會上升，有些阻值會下降，但最后達到一個穩(wěn)定值就不再變化。有時為了提高靈敏度，或為了能夠接收較長波段的輻射，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)換電路采集光信號的部分，用滑動變阻器代替光敏電阻。光照時光敏電阻阻值很小。光敏電阻阻值的變化轉(zhuǎn)換成繼電器的動作。電路的工作原理如下：當被對面的汽車燈光照射時，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，常閉觸點斷開，遠光燈LED1滅，同時常開觸點閉合，近光燈LED2亮.當無光照時，第一部分電路相當于處于斷路狀態(tài)，繼電器都不動作，遠光燈亮，近光燈滅。3.6元件參數(shù)計算信號處理電路中各元件的計算參數(shù)如下所示：第1部分電路中繼電器的電阻是700歐姆，千歐，滑動變阻器千歐姆。當無光照射時，電阻值為零，電路中的電流為。第2部分的電路中千歐姆，工作電流為。第3部分電路中的電阻均為1000歐姆，工作時兩燈流過的電流均為。第4章仿真調(diào)試本次課程設(shè)計實現(xiàn)了當被面對的汽車燈光照射時，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，常閉觸點斷開，遠光燈LED1滅，同時常開觸點閉合，近光燈LED2亮.當無光照時，第一部分電路相當于處于斷路狀態(tài)，繼電器都不動作，遠光燈亮，近光燈滅。圖4-1仿真圖第5章誤差分析處于臨界光照時,運算放大器同相及反相輸入端電壓差值很小,容易波動.運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的Q點是相互影響的，由于各級的放大作用，第一級的微弱變化，會使輸出級產(chǎn)生很大的變化。當輸入短路時（由于一些原因使輸入級的Q點發(fā)生微弱變化，如溫度），輸出將隨時間緩慢變化，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漂移。同時還可能受到背景光的影響。第6章設(shè)計總結(jié)本設(shè)計還有很多不足，包括當光敏電阻不敏感時，會導(dǎo)致燈亮出現(xiàn)錯誤，所以可以在電路中多加幾個光敏電阻，以提高電路的可靠性。遠光燈和近光燈出現(xiàn)故障時，可以安裝一個報警系統(tǒng)以免發(fā)生故障時，發(fā)生事故。通過對光敏三極管、光敏二極管和光敏電阻的對比分析，最終決定使用光敏電阻來代替光敏三極管。在對光敏電阻的選擇之后，又面臨著一個電流繼電器型號的選擇。通過查閱書籍資料和仿真軟件中各種繼電器的參數(shù)分析對比，電流繼電器線圈最終能成功地得電吸合及斷開的操作。最后，通過對各個電阻的參數(shù)計算，完成了光敏電阻構(gòu)成的燈光亮度轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計，實現(xiàn)了遠近光等的切換。在本電路設(shè)計參數(shù)選擇的時候，遇到過很多的問題，一直不能實現(xiàn)設(shè)計要求，最終在同學(xué)的幫助下我弄懂了參數(shù)的選擇及計算。剛開始設(shè)計電路的時候，想到了用放大器設(shè)計電路，設(shè)計出三個放大器，但是總不能實現(xiàn)。又試著用電橋電