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《光控式报警器》PPT课件

时间:2018-11-20


光电报警器的设计

主讲教师:赵珂
1

一、

光敏器件

1、光敏电阻的工作原理及结构

2

当无光照时,光敏电阻值(暗电阻)很大,电路中 电流很小;当有光照时,光敏电阻值(亮电阻)急剧减 少,电流迅速增加。

(1)暗电阻和暗电流: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 过的电流,称为暗电流。 (2)亮电阻: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亮电流。 (3)光电流:亮电流与暗电流之差,称为光电流。
3

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。

4

2、光敏二极管和光敏三极管

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。

光敏二极管
5

光敏三极管
与一般晶体管很相似,具有两个pn结。把光

信号转换为电信号同时,又将信号电流加以放大。

6

(1)、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 a、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。 b、电阻测量法,用万用表1K档测量,正向电阻约为 10KΩ左右。无光照射时,反向电阻为∞,则管子 是好的。(若阻值不是∞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 到几K或1K以下,则管子是好的,若反向电阻都是 ∞或0,则管子是坏的。
7

B 、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, 正、反向电阻均为无穷大的是光敏晶体管。

b 、用万用表1K档,黑表笔接c极,红表笔接e极,无
光照射时接近∞,随着光照的增强,电阻逐渐减小, 可从∞->1k以下。黑表笔接e,红表笔接c,无光照 是R-> ∞,有光照时,表针微动或为∞。

8

C、使用注意事项
a 、光敏二极管的输出光电流小,输出特性的线性 度好,响应时间快。 b 、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。
c 、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
系或要求工作频率高时,则采用光敏二极管。
9

3、光电池 (1)、 工作原理 直接将光能转换为电能的光 I
?? ???? ? ? SiO2?¤ P?? ?? ?? I

电器件,是一个大面积的pn结。当

光照射到pn结上时,便在pn结的两
(a) 端产生电动势(p区为正, n区为负) 。 ?? ?? (b)

N?? ? è ??

PN?á

A

A

用导线将pn结两端用导线连接起来,就有电流
流过,电流的方向由P区流经外电路至n区。若将电 路断开,就可以测出光生电动势。
10

光电池的短路电流
外接负载电阻相对 于它的内阻来说很小情 况下的电流值。 负载越小,光电流与照 度之间的线性关系越好, 而且线性范围越宽 。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 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。

11

4、光电耦合器件

光电耦合器件是由发光元件 (发光二极管)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。 根据其结构和用途不同,它又可分为用于实现电隔离的 光电耦合器和用于检测有无物体的光电开关。

输入 输入 输出

输出

(a )

光电耦合器组合形式

(b )

12

图(a)是一种透射式的
光电开关, 它的发光元件

发光 元件



接收 元件 壳体

和接收元件的光轴是重合
的。 当不透明的物体位于 或经过它们之间时, 会阻 断光路,使接收元件接收 不到来自发光元件的光,
导线 (a )
13

这样就起到了检测作用。

图(b)是一种反射式的 光电开关,它的发光元件和 接收 元件 接收 元件 接收元件的光轴在同一平面 壳体 且以某一角度相交,交点一 般即为待测物所在处。当有 物体经过时,接收元件将接 收到从物体表面反射的光, 没有物体时则接收不到。光 导线 电开关的特点是小型、高速、 非接触,而且与TTL、 MOS 等电路容易结合。

反射 物 发光 元件

壳体

导线

(b )
14

二、应用电路 例1:光控闪烁安全警示灯电路。

当接通电源后, 220V经二极管VD1
半波整流,通过R1向C充电,因充 电电流很小,警示灯E不会被点亮。 电容C上的电压取决R1和光敏电阻 RL的分压值。白天,光敏电阻RL

受自然光源的照射而呈现低阻值,电容 C两端的充电电
压超不过双向触发二极管VD2的转折电压。双向晶闸管

VS因无触发而处于截止状态,警示灯E不亮。

15

傍晚自然光变暗,光敏电阻RL呈高阻值,电容C上的
电压不断增高、当电压超过双向触发管VD2的转折电

压时VD2导通,电容通过VD2和R2放电,双向晶闸管获
得足够的触发电流而导通,警示灯E被点亮。当电容C 上的电压放电到一定程度时,VD2重新截止,VS因失 去触发电流在交流电过零时自动关断,警示灯E熄灭 这之后,电容C又按上述过程反复充电、放电,使VS

不断地截止与导通,控制着警示灯发出闪烁的亮光。
16

例2:光敏三极管红外检 测器的电路如图所示。当 红外遥控发射装置发出的 红外光照射到光敏三极管 VT1时,其内阻减小,驱动 VT2导通,使发光二极管VD1 随着入射光的节奏被点亮。由于发光二极管 VD1的亮度 取决于照射到光敏三极管VT1的红外光的强度,因此, 根据发光二极管VD1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。
17

例 3: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 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。
+12V

R2 BG1 R1

J

C

RL

I

BG2

U

光电池的基本连 接电路 图1:光电开关
18

三、实验用电路——光电式报警器 1、任务:设计并制作光电式报警器 2、基本要求 A、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。 B、采用LED显示被遮栏的路数,无报警显0,l路显 1,2路显2,同时遮挡显3。 C、采用5V供电。

19

VCC

5V Com R1 510ohm R2 47kohm R3 10kohm A B C DE F G
13 12 11 10 9 15 14

U3 SEVEN_SEG_COM _K R9 330ohm

LED1

Q1 U1D BJT_NPN_VI RT UAL
12

U2
7 11 1 2

DA OA DB OB DC OC DD OD OE ~EL OF ~BI OG ~LT 4511BT

D1 DIODE_VIRT UAL

13

4011BT

6

5

VCC

4

5V

3

R4 510ohm

R5 47kohm

R6 10kohm
5

VCC U1B
4 6

5V

R7 4.7kohm

LED2 Q2

U1C 4011BT
8 4 7 6

10 D2 BJT_NPN_VI9 RT UAL DIODE_VIRT UAL 4011BT

RST DIS T HR T RI CON GND LM555CM R10 120ohm OUT
3

8

U4

VCC

R8 4.7kohm

LED3

2 5

注:LED1与D1为红外发射接收对管

C1 100uF

0.01uF

1

C2

20

2

3

4

U2A VC C 3

2 1

8

DS 1
DPY a dp g f e d c a b

U1 8 7 6 5 4 3 2 1 R1 R2 R3 R4 R7 R8 R9 100*7 14 15 9 10 11 12 13 g f e d c b a RB I BI/RBO LT D C B A 5 4 3 6 2 1 7

74LS32

GND

3 8

f

COM COM e

g d

b c dp

6 VC C

U2B

5 4

74LS32

DPY_7-SEG_DP

74LS48

VCC

R11 510 U3

R12 20K

16
VC C U2C 8 VC C R6 RA R5 10K 10K 74LS32 9 R10 200 VC C 10

① ②

③ ④

H92B4

8
U4 555 DIS

4

VCC

R

7 RB 2 6

Q1 8050 Q 3 R15 200 R14 330 U5

VC C

GND

THR

CVolt

R13 10K

TR IG

R17 510 U6

R18 20K

1

5

R16 220 C2 0.01uF D1 LED

① ② 蜂 鸣 器

③ ④

C1 10uF

H92B4

21

谢谢
22


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