双光控延时节电开关的设计与制作

双光控延时节电开关的设计与制作摘 要 随着科学技术的发展，人们在享受着高科技带来的高质量现代生活的同时，对于节约能源的问题给予越来越多的重视。近些年，照明控制手段在公共场所得到逐步提升,光控开关、声光控开关、微波感应开关和热释远红外感应开关等节能产品出现在日常生活中。其中，光控开关不易受环境噪声影响而产生误动作，节能效果又很理想，省去了开灯、关灯的麻烦，将其作为街道、宿舍走廊或其它公共场所的照明灯，既节约用电，符合日熄夜亮的调节作用，亦可作为防盗报警以及光控节水开关之用，给人们的生活带来了无比的方便，因而备受青睐。本论文介绍了照明电子开关的研究目的、意义、发展趋势以及分类，并利用物理学、光电技术和电工电子学等知识，对光控开关进行了研究。首先掌握相关元器件的主要性能参数、工作原理和光控开关的基础知识，通过参数计算、电路调试、电路设计，自然光与红外光双光控延时节电开关就可以完成制作。双光控延时节电开关节电效果明显，适合于走廊、楼道等场合的照明，从而实现日熄夜亮的自动控制。论文还对此开关的工作原理、元件选用、电路调试和结果作了阐述。 关键字：光控开关 结型光电器件 光生伏特效应 半导体 The Design and Fabrication of Double Light-operated Switch with Delay and Energy SavingABSTRACTAlong with the development of science and technology, people give more and more attention on the problem of energy saving when they enjoy the high-quality modern lives brought by high technology. In recent years, the control instruments of lighting in public have been updated gradually. There are many energy-saving productions, for instance, acousto-optic controlled switch, light-operated switches, microwave sensors switches, pyroelectric far-infrared sensors switches and so on. Among of them, light-operated switches hardly make malfunction which is brought by the environment or the noise. At the same time, the energy-saving effects of them are very satisfactory and they also make us save the time for turn on and turn off the light. They are appropriate for lighting of streets, dormitory corridors and other public places. In addition, they have the function of turning off when its bright and turning on when its dark for saving electricity. They can also use as annunciator for alarm and light-operated switches for saving water. They catch the most intention of people for bringing convenience to lives. Consequently, they are in peoples good graces.In this dissertation, the purpose, meaning, development trends and classification of the electronic switch for lighting were introduced. With the knowledge of physics, photoelectric technology and electronics, the research on light-operated switch was done. Based on the basic knowledge of light-operated switch, the operating principle of the components and the main performance parameters, double light operated switch which is infrared light and natural light operated switch with delay and energy saving was fabricated through design electro-circuit, calculation parameters and debugging electro-circuit. This switch has autonomous control of the light in the corridors and other public occasions, to achieve the purpose of conservation of electricity. Moreover, the operating principle, component selecting, electro-circuit debugging and result on this switch were elaborated. Key words：Light-operated switch Semiconductor Photovoltaic effect Junction photo-conducting device 目 录第一章 绪论- 1 -1.1照明电子开关研究目的与意义- 1 -1.2光控开关的简介- 1 -1.3本文主要研究工作- 1 -第二章 光控开关的基础知识- 3 -2.1 半导体的基础知识- 3 -2.1.1半导体的结构56- 3 -2.1.2热平衡态下的载流子- 4 -2.1.3非平衡态下的载流子- 5 -2.1.4载流子的输运扩散与漂移- 6 -2.1.5半导体对光的吸收- 6 -2.2 半导体的光生伏特效应68- 7 -2.2.1半导体P-N结- 7 -2.2.2 P-N结的电流电压特性- 9 -2.2.3 P-N结光伏效应- 9 -2.3 结型光电器件原理- 10 -2.3.1热平衡态下的P-N结8- 10 -2.3.2光照下的P-N结- 11 -2.4 本章小结- 12 -第三章 光控开关的原理与制作- 13 -3.1光控开关中相关元器件的介绍- 13 -3.1.1光敏二极管- 13 -3.1.2光敏三极管- 14 -3.1.3发光二极管- 16 -3.2 光控开关的工作原理- 18 -3.3 光控开关的元件选用- 18 -3.4 电路调试及结果- 19 -3.5本章小结- 20 -第四章 总结与展望- 21 -4.1 工作总结- 21 -4.2 光控开关领域的展望- 21 -参考文献- 23 -致 谢- 24 -天津理工大学2015届本科毕业设计说明书第一章 绪论1.1照明电子开关研究目的与意义 随着社会的不断进步和发展，人们的生活水平也随之逐步提高,大家对于节约能源的问题也越来越重视。我国的住宅建筑设计规范中规定，除了部分高层住宅的电梯与应急照明灯，其余均应采用自熄开关。自熄开关既能节约能源，又可以改善人们的居住环境。如果照明用的是夜间长明灯，每年的灯泡损耗费用，更换灯泡等人工费用，每个灯的年消耗近百元，这不仅会浪费大量能源，还会由于频繁更换灯泡导致维修工作量增加。采用自熄开关达到节能及方便文明的目的，才能从根本改变这一现象 1 。对于已出现的各式各样自熄电子开关，在使用过程中，逐步凸显了它的优越性。自熄电子开关是一种照明电子开关，依据启动电子开关工作的方式, 照明电子开关可以归纳为接触型和非接触型。接触型开关，顾名思义，就是启动开关时，需要按一下按钮或触摸传感部件。此类开关本身具有很多弊端，因其安装于公共场所，既不卫生，又不安全，这使得接触型开关逐步被淘汰。非接触型开关本身带有光控部件，晚间在传感器的作用范围内，只要接受到人体信息，灯便照明。实际情况也很好说明开关类型正在由接触性转变为非接触型 2 。在人民生活水平不断提高的当今社会，在我们享受着高科技给我们带来的高质量现代生活的同时，节约能源是我们千万不能忽视的问题。通过对照明电子开关的研究发现，光控开关就是这样一种节能产品，它既很好地解决了能源节约的问题，又给人们的生活带来了无比的方便。不仅如此，它还能推广到其它的开关装置（如水龙头，从而大大节约水资源）以及防盗报警的装置等。随着人们对于节约能源的问题给予越来越多的重视，近年来，许多的节能产品越来越受到人们的青睐，所以光控延时节电开关会有很好的市场前景。1.2光控开关的简介光控开关，就是依靠光强度来控制的开关。它是一种内无接触点，带自动检测亮度，采用光线的强弱来实现对用电器电源自动控制的节能电子开关。光控开关的工作是根据其受到光亮度的大小控制可控硅的导通和阻断，从而控制开关的“开”和“关”。目前，声控或声光双控自动照明灯开关在一些住宅小区中使用较多，但由于声控开关易受环境噪声影响产生错误感应，不能起到很好的节能效果。行人在夜间经过楼道也会通过跺脚或拍手制造一些噪音，使开关工作。而光控开关则可以弥补这些不足之处，不但省去了开灯、关灯的麻烦，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电，更适合作为控制此类公共场所照明的开关4，还可作为防盗报警以及光控节水开关之用。1.3本文主要研究工作本毕业设计主要研究工作是在前期查阅大量的文献资料的基础上，并通过相关的实验系统，实际动手进行了光电开关实验，从而将自己在大学四年中学习的有关方面的理论知识进一步巩固，学会综合运用所学物理学、电工电子学和光电技术的知识。首先对光控开关所用的元器件进行选择，从而初步设计出双光控延时节电开关的电路，并通过实际操作在面包板上连接出电路，经过调试，对电路进行多次修改，从而达到双光控延时节电的目的。然后在由此制出的实际的电路，经过调试，从而完成红外光与自然光双光控延时节电开关实用系统的设计与制作，达到所要的性能和指标。通过这些实际操作，可以很好地把所学的理论知识用于实践操作，通过实际的应用，熟练掌握一些光电器件的工作原理、主要特性和用途，增强动手能力，创新能力以及理论联系实际的能力，培养自己如何处理好从发现问题、分析问题到解决问题这一系列的过程，为今后的实际工作以及进一步的学习打下良好的基础。- 2 -第二章 光控开关的基础知识 光控开关所采用的元器件大多是由半导体材料制备的，因此，本章简述半导体的基础知识，半导体的光生伏特效应和结型光电器件的原理。2.1 半导体的基础知识2.1.1半导体的结构56 实际应用的半导体材料大多为晶体，又有单晶与多晶之分。图2.1 晶体实物图Fig.2.1 The actual picture of crystal1. 半导体的能带结构由于在半导体的晶体中有大量距离很近的原子聚集在一起，造成原子的各个壳层之间交叠。最外面的电子壳层交叠程度最深，内层交叠程度则较轻，如图2.2所示。电子有可能在整个晶体中运动即电子的共有化运动。图2.2 电子共有化运动示意图Fig.2.2 The schematic drawing of electronic communization movement本来处于同一能量状态的电子通过电子共有化运动会发生了能量微小的差异。例如，组成晶体的N个原子在某一能级上的电子本来都具有相同的能量，现在它们由于处于共有化状态而具有各自不尽相同的能量。如果一块晶体中有N个原子，那么N个原子中每一个相同能级都分裂成为N个新的能级，这N个能级之间能量差异极小。一般N值很大，这N个能级就形成了有一定宽度的能带。能带示意图如图2.3所示。图2.3 原子能级分裂成能带示意图Fig.2.3 The schematic drawing of atomic energy level splits energy band原子中每一个电子所在的能级都可在晶体中分裂成能带。电子总是先占满内层能级所分裂的允带，再占据能量更高的外一层允带。满带上电子不导电，泡利不相容原理认为，每个能级上能仅能容纳两个自旋方向相反的电子，若外加电场，这两个自旋相反的电子受力方向也相反。2本征半导体与杂质半导体(1)本征半导体：本征半导体是指结构完整无晶格缺陷、纯净无掺杂的半导体称为本征半导体。例如纯净的硅称为本征硅。 (2)杂质半导体：图2.4.1 图2.4.2图2.4.1 N型半导体，图2.4.2 P型半导体图2.4 杂质硅的原子图象和能带图Fig.2.4 The atomic image and energy band diagram of impurity silicon 2.1.2热平衡态下的载流子在没有其他外界作用的情况下，温度固定的半导体通过热激发产生自由电子和空穴。能量为E的能态，在某温度下热平衡态，被电子占据的概率可以由费米-狄拉克函数给出，即 (2.1)图2.5 费米-狄拉克函数曲线Fig.2.5 Fermi - Di Lake function curvef(E)：费米分布函数；k：波耳兹曼常数，1.3810-23J/K；T：绝对温度；EF：费米能级。常温下EF随材料掺杂程度而变化5。2.1.3非平衡态下的载流子在外界条件有变化时，半导体中载流子浓度也要随之变化，系统状态为非热平衡态。这时载流子浓度与热平衡状态时浓度相比，所增加的量称为非平衡载流子。1产生与复合 N型半导体在非平衡状态下载流子浓度为： (2.2) (2.3) (2.4)nn和pn分别是N型半导体中多数载流子电子和少数载流子空穴的浓度；nn0和pn0分别是光照前一定温度下热平衡时电子和空穴的浓度；nn和pn分别是非平衡载流子电子和空穴的浓度。满足 (2.5) (2.6)条件的注入称为强光注入；满足 (2.7) (2.8)条件的注入称为弱光注入。2.1.4载流子的输运扩散与漂移 晶体中电子的运动类似于气体分子的热运动。无外加电场时，电子做平均定向速度为零的无规则运动。下图为光注入，非平衡载流子扩散示意图。图2.6 光注入，非平衡载流子扩散示意图Fig.2.6 The schematic drawing of non-balance current carrier diffusion when the light pours in2.1.5半导体对光的吸收入射到半导体表面的光方式为垂直进入到半导体，光强遵照吸收定律： (2.9)图2.7 光垂直入射于半导体表面时发生反射与吸收Fig.2.7 The light happens reflection and absorption when it has a normal incidence in semiconductor surfaceIx：距离表面x远处的光强；I0：入射光强；r：材料表面的反射率；：材料吸收系数。1.本征吸收： 产生本征吸收的条件：即 (2.10) 从而有 (2.11) (2.12) h：普朗克常数；c：光速；0：材料的频率阈值；0：材料的波长阈值2.非本征吸收：杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收和晶格吸收等都属于非本征吸收。2.2 半导体的光生伏特效应68 光生伏特效应是一种简称为光伏效应的内光电效应，指由于光照使不均匀，使半导体或半导体与金属不同组合部位之间产生电位差。2.2.1半导体P-N结如图2.8所示。P-N结在半导体材料的交界处就形成。图2.8 P-N结的原理结构Fig.2.8 The principle structure of P-N junctionP-N结的能带图如图2.9所示。费米能级因在N型材料中电子浓度较高，位置亦较高。空穴浓度在P型材料中较高，费米能级位置较低。费米能级在平衡时，应在同一高度上。图2.9 P-N结能带Fig.2.9 The energy band of P-N junctionP-N结势垒高度与掺杂程度密切相关。电子浓度在P区导带中为 (2.13)同样，n区内的电子浓度为 (2.14)如上所述，平衡时P区和N区的费米能级相等，即Efp=Efn= Ef。上两式整理后可得 (2.15)其中qV0为势垒高度，V0为电势差。于是 (2.16)在室温下，多数载流子的浓度等于杂质浓度，即nn=Nd，pp=Na，且有np=ni2/Na，则式(2.16)也可改写成 (2.17)由上式可见，P-N结两边的掺杂浓度愈高，P-N结的势垒也愈大。P-N结两边少数载流子与多数载流子浓度之间的重要关系： (2.18)同理 (2.19)2.2.2 P-N结的电流电压特性图2.10 P-N结导电特性Fig.2.10 The conductivity of P-N junctionP-N结主要特性是整流效应，即单向导电性，如图2.10所示。2.2.3 P-N结光伏效应P-N结光伏器件的结构如图2.11所示。图2.11 P-N结光伏器件结构示意图Fig.2.11 The structural diagram of the P-N junction photovoltaic devices在光照下流过P-N结的总电流为 (2.20)式中I0=LWJ0为反向饱和电流；LW为材料的截面积；Ip为光生电流。光电流在入射光的辐通量为时为 (2.21)式中，为量子效率。在短路(RL=0)情况下，V=0，得到短路电流为 (2.22)在开路(RL)情况下，I=0，开路电压为 (2.23)从上式及式(2.21)可见，开路电压与入射光辐通量两者成对数关系。2.3 结型光电器件原理2.3.1热平衡态下的P-N结81.P-N结的形成：图2.12 热平衡下P-N结模型及能带图Fig.2.12 The p-n junction model and its energy band diagram at the thermal equilibrium2.P-N结能带与接触电势差：费米能级在单独存在势垒高度等于N型、P型半导体时之差为： (2.24) 得 (2.25) 电子电量为q；接触电势差又称为内建电势用UD表示。对于在耗尽区以外的状态： (2.26) 受主、施主、本征载流子浓度分别用NA、ND、ni表示。 可见UD与掺杂浓度有关。2.3.2光照下的P-N结1.P-N结光电效应： 图2.13 光照下光电流的产生动态图Fig.2.13 The dynamic chart of photoelectric current production under illumination Ln+Lp=L远大于P-N结本身的宽度。2.光照下的P-N结电流方程： IpI0。此时 (2.27) 令Ip=SE，则 (2.28)3.开路电压Uoc：上述电流方程中I=0时的U值： (2.29) (2.30)4.短路电流Isc：弱光照下，Isc与E有线性关系。图2.14.1 图2.14.2图2.14.1无光照时热平衡态；图2.14.2稳定光照下P-N结外电路开路；图2.14.3 图2.14.4图2.14.3稳定光照下P-N结外电路短路；图2.14.4有光照有负载。图2.14 不同状态下P-N结的能带图Fig.2.14 The energy band diagram of P-N junction in different states2.4 本章小结 本章首先介绍了一下半导体的基础知识，包括半导体的结构、热平衡态下的载流子、非平衡态下的载流子、载流子的输运扩散与漂移和半导体对光的吸收，然后介绍了一下半导体的光生伏特效应，使得对半导体P-N结、P-N结的电流电压特性以及P-N结光伏效应有一个了解。最后对结型光电器件原理作了一下简单介绍，由此对热平衡态下的P-N结以及光照下的P-N结有了一个初步的了解，为下一章光控开关具体的设计与制作工作作了理论上的铺垫。- 12 -第三章 光控开关的原理与制作本章简单介绍一下光控开关中的相关元器件，包括光敏二极管、光敏三极管以及它们之间的区别，然后叙述光控开关的工作原理与电路设计，并对其元件的选用也作了简单介绍，最后对电路的调试以及调试后的结果进行阐述。3.1光控开关中相关元器件的介绍3.1.1光敏二极管光敏二极管是一种光电变换器件，是依据光照到PN结后产生的光电效应原理（即将吸收的光转变为电能）而制成的，其符号如图3.1.2所示。它有两种工作状态： 图3.1.1 图3.1.2图3.1.1型号为2CU2A的光敏二极管实物图；图3.1.2光敏二极管符号；VD1VD1图3.1.3 图3.1.4图3.1.3典型偏置方式之一；图3.1.4 典型偏置方式之二。图3.1 光敏二极管的实物图、符号以及其典型偏置方式11Fig.3.1 The actual picture,sign and its typical bias style of photosensitive diode第一种情况是有反向电压加在光敏二极管上，光照强度对反向电压的影响。无光照时为暗电流。第二种是没有电压加在光敏二极管上，光照对PN结产生正向电压。流过光敏二极管的电流在有光照时为光电流光敏二极管从结构来分，一般有2DU型和2CU型两种。2DU型是带有环极的，而一般常用的是2CU型，它是全密封、金属外壳，顶端有玻璃，如图3.1.1所示。 光敏二极管的管顶为PN结，是可以直接感应光照的地方。如图3.2所示为光敏二极管的简易结构原理图。图3.2光敏二极管结构原理图Fig.3.2 The structure of photodiode 3.1.2光敏三极管如图3.3为光敏三极管的结构使用电路以及其等效电路，光敏三极管有两个PN结，一般其基极无引线。一般情况下，光敏三极管引出电极数为两个，它的光电特性显示出非线性。图3.3光敏三极管结构原理图Fig3.3 The structure of photoelectricity triode光敏三极管的电路图形符号以及外形图如图3.4.1所示，光敏三极管的两种典型偏置方式如图3.4.2及3.4.2.图3.4.1 图3.4.2 图3.4.3图3.4.1 电路图形符号以及外形；图3.4.2光敏三极管的典型偏置方式之一；图3.4.3光敏三极管的典型偏置方式之二；图3.4.4 图3.4.5图3.4.4光敏三极管的基极接地；图3.4.5 通过一个可调电阻接地。图3.4 光敏三极管的实物图、符号以及其典型偏置方式11Fig.3.4 The actual picture,sign and its typical bias style of the Phototransistor光敏三极管在输出特性、测试方法、应用电路有自己的特性；它也有比较重要的注意事项：在制作前要按照规定方法对其进行测试，无论是红外发射管还是接收管都要如此，目的是为了判别光敏二极管和光敏三极管，同时判断它的好坏；制作方面还要注意周围环境光太强导致放大电路输出方面达到饱和而不可控，可以加入红色的有机玻璃减轻影响。图3.5显示了照度与光电流的关系在硅光敏二极管和硅光敏三极管的区别。图3.5硅光敏二极管（a）和硅光敏三极管（b）光电流与照度曲线Fig3.5 The photoelectric and illumination curve of photodiode（a）and photoelectricity transducer（b）3.1.3发光二极管核心为PN结，并由元素周期表中-族化合物GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的为发光二极管。发光原理图如图3.6所示图3.6 LED发光原理Fig.3.6 The luminescence principle of light emitting diode除发光特性外，它还具有正向导通，反向截止、击穿的特性。光谱特性如图3.7所示。图3.7 LED光谱特性Fig.3.7 The spectral character of light emitting diode发光二极管也有其主要特性：允许功耗Pm 、大正向直流电流IFm 、最大反向电压VRm 、工作环境topm等为极限参数方面的特性；光谱分布和峰值波长、发光强度IV 、光谱半宽度 、.半值角1/2和视角、正向工作电流If 、正向工作电压VF 、V-I特性等是电参数方面的特性。图3.8给出不同封装窗口的LED的角分布曲线。图3.8 不同封装窗口的LED的角分布曲线Fig.3.8 The angle distribution curve of LED at different packaging window图3.9为发光二极管的电压与电流的关系。图3.9 发光二极管的电压与电流的关系Fig.3.9 The relationship of voltage and current of light-emitting diode3.2 光控开关的工作原理 基于对楼道、走廊等场合的照明灯实现自动控制的目的，使其在白天照明灯都不会点亮；如果有任何物体或人在夜晚经过时，照明灯就会自动点亮并延时一段时间后熄灭。根据光控开关的基础知识以及相关元器件的原理，从而设计出一个红外线与自然光双光控延时节电开关的电路，其电路原理图如图3.10所示。图3.10 双光控延时节电开关原理图Fig.3.10 The schematic diagram of double light-operated and delayed energy-saving switch3.3 光控开关的元件选用 若是控制距离在5m 以下，光敏二极管VD1可选用小功率红外线发光二极管HG410系列。若是控制距离达几十米，可选用大功率红外线发光二极管HG520系列。光敏三极管VT1和VT3用3DU31或3DU5。VT2和VT4用9014小功率硅管，在80120之间均可。时基电路555用国产SL555或5GI555，也可用进口NE555等。灯泡L1选用红色发光二极管。电阻选用1/2W和1/4W的小功率电阻即可，阻值大小参照原理图中的标注。电解电容选用10F。3.4 电路调试及结果1.准备工作：首先，由于加工少量PC板价格较高，所以一开始采用普通面包板来连接电路，这样既简单实用又易改动。按照图3.10，在面包板上接出电路。连接时必须注意面包板背面的跳线，即哪几个点是焊接在一起的，哪几个点是没有焊接在一起的，否则连接的电路就会出现问题。另外还要注意考虑每一个元器件在面包板上的布局，尽量做到所用导线数量合理，连接的电路简单明了，以便于接下来电路的检查。连接完后，仔细对照原理图检查电路的连接是否正确。注意调整红外线发光二极管VD1与光敏三极管VT1，使其对准。制作一个小帽，模拟黑夜，当把小帽盖在光敏三极管VT3上时表示夜晚，当把小帽揭开时表示白天。在红外线发光二极管VD1与光敏三极管VT1之间使用一个遮挡物，当遮住时表示有人通过光控开关，从而把VD1挡住；当不遮住时表示没人通过光控开关，此时VD1发出红外光照射在光敏三极管VT1上。发现电路连接无误后，便可以在电路的电源端接上5V的电源，注意正负极不要接反。2.第一次调试、结果和原因分析：参照原理图对电路进行检查后，接上5V的电源。发现无论怎样，灯泡L1都不亮。于是切断电源，仔细对电路作进一步的检查，并用万用表逐点检测。发现晶体三极管、光敏三极管的c、e极在电路中的接法可能有误。于是按照晶体三极管、光敏三极管c、e极检测方法，用万用表对它们进行逐一的检测，从而分清它们的哪端接电源的正极，哪端接电源的负极。然后按照正确的极性将它们接入电路中，并再次对整个电路仔细检查一遍。3.第二次调试、结果和原因分析：检查电路后，再次在电路的电源端接上5V的电源，发现此次灯泡虽然亮却并不符合电路应有的情况，并且发现光敏三极管的金属外壳和顶端玻璃出现了裂痕。于是切断电源，分析电路，认为是因为光敏三极管的破裂而造成的灯泡的非正常点亮。然后重新换上一个完好的光敏三极管。4.第三次调试、结果和原因分析：再次在电检查完电路后路的电源端接上5V的电源，发现出现了相同的情况，光敏三极管还是在金属外壳和顶端玻璃处出现了裂痕。于是切断电源，通过上网查阅资料可知，光敏三极管可能是由于光照太强，于是造成光电流太大，从而达到了反向击穿电压，所以光敏三极管被击穿，出现裂痕。于是重新换上一个完好的光敏三极管，并在其上盖上一个小帽。5.第四次调试、结果和原因分析：再次检查电路，然后在电路的电源端接上5V的电源。观察灯泡的亮暗情况，同时用万用电表测出不同状态下555电路各管脚的情况，发现无论小帽是否盖住光敏三极管，当红外线发光二极管VD1与光敏三极管VT1之间用遮挡物遮住时，2脚为低电平，3脚为高电平，4脚为高电平，灯泡不亮；把遮挡物拿开时，2脚为高电平，3脚为低电平，4脚为高电平，灯泡就亮。此结果与光控开关电路应有的情况不符，于是切断电源，分析电路。由工作原理可知VT4处于截止状态，4脚为高电平；VT4有较大的偏流而导通时，4脚为低电平，因为4脚总保持高电平，所以可以判断VT4总处于截止状态，应该是VT4出了问题。于是重新换上一个三极管VT4。 6.第五次调试、结果和原因分析：检查电路后，再次在电路的电源端接上5V的电源，观察灯泡的亮暗情况，同时用万用电表测出不同状态下555电路各管脚的情况，发现当不用小帽盖住光敏三极管时，无论红外线发光二极管VD1与光敏三极管VT1之间是否有遮挡物遮住，2脚为高电平，3脚为低电平，4脚为低电平，灯泡不亮；当用小帽盖住光敏三极管时，若红外线发光二极管VD1与光敏三极管VT1之间没有遮挡物遮住，2脚为高电平，3脚为低电平，4脚为高电平，灯泡不亮，若有遮挡物遮住，2脚为低电平，3脚为高电平，4脚为高电平，灯泡点亮。此结果与光控开关电路的工作原理相符。最后，在根据此光控开关原理图制成的印刷板电路上接出电路，通过调试发现：当不用小帽盖住光敏三极管时，无论红外线发光二极管VD1与光敏三极管VT1之间是否有遮挡物遮住，灯泡L1均不亮；当用小帽盖住光敏三极管时，若红外线发光二极管VD1与光敏三极管VT1之间没有遮挡物遮住，则灯泡L1不亮，若有遮挡物遮住，则灯泡L1点亮，即成功地实现了一开始电路所要达到的目的。3.5本章小结在本章中首先简单介绍了一下光控开关中相关的元器件，包括光敏二极管、光敏三极管、发光二极管，然后详细讲述了所设计光控开关的工作原理并给出了其原理图，接着说明了此光控开关选用的元器件，最后叙述了对电路的多次调试，包括每次如何进行调试、调试的结果、对结果的分析和根据结果对电路所作的改进或是解决办法，最终成功地实现了一开始电路所要达到的目的。- 24 -第四章 总结与展望4.1 工作总结 本文在介绍了照明电子开关发展趋势以及分类的基础上，对其中的一种开关光控开关作了分析和研究。通过查阅大量文献，从而了解了许多光控开关的基础知识，同时对光控开关相关元器件的工作原理与主要特性有了一定的掌握，进而为了对楼道、走廊等场合的照明灯实现日熄夜亮的自动控制，以达到节约用电的目的，利用这些已掌握的物理学、电工电子学和光电技术的知识，设计了红外光与自然光双光控延时节电开关。本文所作的工作集中在以下几个方面： 1调查研究照明电子开关，尤其是光控开关方面的内容，对其进行了详细的分析，查阅 了大量的相关文献，选择了双光控延时节电开关作为本文的研究对象。2通过研究光控开关的基础知识，进而了解了半导体的基础知识，半导体的光生伏特效 应以及结型光电器件的原理。3通过相关的实验和文献资料，对光控开关中相关结型光电器件以及555时基集成电路的工作原理与主要特性有了一定的了解。4基于对楼道、走廊等场合的照明灯实现日熄夜亮自动控制的目的，借助已掌握的这些原理和知识，设计了双光控延时节电开关的电路。5对接出的电路进行反复的调试，并对每次的调试结果作出分析及解决方法，对设计的电路作出相应的改进。6通过所设计的实验，找出其能应用的领域，分析出其应用于实际的可能性，为以后制备实际器件做准备。在电路的设计、连接和调试过程的中，遇到了很多之前没有考虑到的问题，比如结型光电器件接入电路时没有考虑到正负极；光敏三极管没有盖一个小帽使得接受的光照太强电流太大而被击穿。不过，这些问题最后还是一一解决了，这使我了解到在以后的研究以及分析问题中要全面考虑所要面对的问题，使设计做得更完善，更准确。4.2 光控开关领域的展望本文设计的这种红外光与自然光双光控延时节电开关，不仅可对楼道、走廊等公共场合的照明灯实现自动控制，还可作为防盗报警以及光控节水开关之用。下面就对光控开关在这些方面的应用作一下简单的介绍。 当作为防盗报警和节水开关使用时，图3.10中的光敏三极管VT3不接入电路即可。由于红外光为非可见光，它具有良好的隐蔽性，作防盗报警用非常台适。图3.10中的发