调光电路与光强监控电路设计终期报告

1、电路与电子线路基础课外设计制作总结报告题目(C)： 调光电路与光强监控电路设计 组 号： 8号 任课教师： 张嘉毅 组 长：学号12122549 姓名 刘赟 工作量比例20签名 成 员：学号12122381姓名 顾辉 工作量比例20签名 成 员：学号12120767姓名 伊超 工作量比例 20签名 成 员：学号12122760姓名 褚艳 工作量比例20签名 成 员：学号12122210姓名 安彦涵工作量比例20签名 联系方式：二零一三年10月28日目录一、 电路设计方案及工作原理 .31.1、电路一 31.2、电路二 6 1.3、电路三 7二、实际电路的调试过程 92

2、.1、电路一 92.2、电路二 9 2.3、电路三 10三、实际电路测试及结果分析 103.1、电路一 103.2、电路二 11 3.3、电路三 11四、电路设计各元器件工作原理 124.1、整流二极管（备选） 13 4.2、Lm393电压比较器原理 13 4.3、Lm324电压比较器14 4.4、光敏电阻 14 4.5、发光二极管 .15五、团队分工合作情况 16电路与电子线路基础课外实验终期报告一、 电路设计方案及工作原理（根据所选题目要求，说明电路原理图，设计思想、设计指标及功能实现方式，物料清单，关键元器件选型理由等。）1、电路原理图电路一：光控小夜灯设计思想及功能实现方式：这个实验设

3、计要求是：采用一只光敏电阻和一只发光二极管，配合其它电路元件，设计制作光控小夜灯，能在环境光较暗时自动开启，环境光较亮时自动关闭。由于我得到的光敏电阻在光照下阻值变小在暗处阻值增大，所以光敏电阻和灯串联是不可能实现的。于是我们利用电压比较器设计了上图中的电路图。光敏电阻与定值电阻串联，再并联和串联的支路。电压比较器脚测电压，脚测电压为定值。为保护电阻。当处于灯光下时电阻变小，电势减小且小于电压，于是电压比较器不输出电压，小灯不亮。当处于暗处时阻值变大，电压增大且大于电压，于是电压比较器输出电压，小灯亮。达到实验要求。经过计算，我们选用的电阻阻值分别为、。设计指标：用一只光敏电阻和一只发光二极管

4、，配合其它电路元件，设计制作光控小夜灯，能在环境光较暗时自动开启，环境光较亮时自动关闭。物料清单：稳压电源、光敏电阻、电阻个、和电阻各个、电压比较器一个、导线若干关键元器件选型理由：电压比较器，因为可以控制小灯所在回路的接通和断开。（附）UA741运算放大器uA741M，uA741I，uA741C（单运放）是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。uA741M，uA741I，uA741C芯片引脚和工作说明：1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入

5、端，4接地，6为输出，7接电源 8空脚（另附）LM393引脚图及内部框图采用双列直插8 脚塑料封装（DIP8）和微形的双列8 脚塑料封装（SOP8）LM393引脚功能排列表：引出端序号功能符号引出端序号功能符号1 输出端1 OUT1 5 正向输入端2 1N+(2) 2 反向输入端1 1N-(1) 6 反向输入端2 1N-(2) 3 正向输入端1 1N+(1) 7 输出端2 OUT2 4 地GND 8 电源VCC 电路二：白炽灯三档调光电路o设计思想及功能实现方式：这个实验设计要求是：对于给定的交流电源（约36V，50Hz）和白炽灯（36V，15W），设计三档调光电路，使白炽灯分别发出强、中、弱

6、三种强度的光，要求电路简单合理，能量损耗较少。我们曾考虑过最简单的电路模型，即用电阻串联的方法来实现分压，但实际操作发现，阻值小的的电阻容易在电路中烧坏，而大阻值的电阻会让灯泡完全不亮。我们只能寻找其他方案，采用了串联电容的方式。如图，将电路板的两根引线与电源连接后，打开开关1时，此时电路中仅有电源、灯泡、开关串联，灯泡电压即为电源电压36V，此时小灯泡的功率最大；打开开关2时，此时电路中有电源、灯泡、开关和一个电容串联，电容有分压作用，灯泡两端电压减小，功率减小，所以亮度减小；打开开关3时，此时电路中有电源、灯泡、开关、两个电容串联，故灯泡两端电压更小，所得功率更低，所以亮度最低。设计指标：

7、在交流电的条件下，利用电子元件与白炽灯形成有效电路，在分别闭合三个电键时，白炽灯发出强中弱三种不同强度的光，并且能耗较小物料清单：36V交流稳压电源、36V 15W小灯泡一只、47F电容两个、电键3个、导线若干关键元器件选型理由：电容可以在交流电路中形成电流并且有分压效果，使实验效果得以实现。电路三：光强监控电路设计思想及功能实现方式：本电路图的要求是采用一只光敏电阻和三只发光二极管设计制作光强监控电路，用发光二极管的数目，指示白炽灯的亮度。当白炽灯的光强较弱时，仅使一个发光二极管发光，当白炽灯的光强中等时，使二个发光二极管同时发光，当白炽灯的光强较强时，使三个发光二极管同时发光。我们采用类似

8、于电路一的思路来设计了上图中的电路图。不同的是我们用了的电压比较器。图中为光敏电阻，我们分别测出来光敏电阻在弱、中、强光下的不同阻值，然后根据计算决定了的阻值大小。当在弱光下时，输出电压，、不输出，亮一个小灯。当在中光下时，和输出电压，亮个小灯。当在强光下时，输出电压，亮个灯。达到实验要求。设计指标：采用一只光敏电阻和三只发光二极管设计制作光强监控电路，用发光二极管的数目，指示白炽灯的亮度。当白炽灯的光强较弱时，仅使一个发光二极管发光，当白炽灯的光强中等时，使二个发光二极管同时发光，当白炽灯的光强较强时，使三个发光二极管同时发光。物料清单：稳压电源、LM324N电压比较器、K电阻3个、47K电

9、阻、1K电阻2个、820电阻3个、20K电阻、光敏电阻、导线若干关键元器件选型理由：电压比较器，因为可以根据不同电压控制每个小灯所在回路的接通和断开。二、实际电路的调试过程电路一：按照电路图接好后，发现环境光较暗时亮，环境光较亮时不亮，和要求正好相反。刚开始我们以为是光敏电阻和与其串联的电阻接反了，导致电压比较器输出相反。但是反过来后发现，二极管根本不亮了。仔细检查，发现电压比较器的管脚接错了，导致其未接入电路中，然后根据8脚电压比较器的接法图进行调整，最终符合要求，电路调试基本完成。电路二:我们小组最开始是想让灯泡分别接上不同阻值的3个电阻，让灯泡发出3挡不同强度的光。灯泡的规格是36V，1

10、5W，能计算得到其电阻大约是84。但是初步实验后，发现串联一个100或者200的电阻进去，当电压放到10V的时候电阻会烧坏掉，于是我们尝试用1000的电阻，但是电压即使加到了36V，灯泡一点都不亮（可以大概算出灯泡的电压连3.6V都没有）。大的电阻灯泡不亮，小的电阻会烧坏。要求上灯泡是接到交流电上，于是我们试着将电阻换成了电容，然后将电容和灯泡串联进电路，接入36V的交流电，灯泡亮了，而且电容没有烧坏。我们便将原先的电阻换成电容，并进行电容值的调整，最终达到目的。电路三：电路三的原理和电路一一样，只是将8脚的电压比较器换成了14脚的比较器。测好了光敏电阻在不同光强下的3个阻值，然后计算其他电阻

11、的大小。然后接成电路，按照14脚的电压比较器的接法图，很快变接好了，实验一下，发现符合要求。焊接电路的时候，发现一个二极管始终不亮，仔细检查，原来是一个管脚焊错了位置，将其调整好后，实验符合要求。三、实际电路测试及结果分析：电路一：光控小夜灯实际电路测试：电路板两根引线与电源连接后，形成闭合回路，发光二极管不发光，用黑布包住光敏电阻，发光二极管发光，移开黑布，发光二极光熄灭，符合设计要求。结果分析：在环境光较亮时，光敏电阻(R4)阻值约为3K，此时，R4:R3=3:10，R1:R2=1:1，此时电压比较器2脚(+)电压低于3脚(-)电压，所以电压比较器输出低电平，二极管不发光。在环境光较暗时，

12、光敏电阻(4)阻值约为30K，此时R4:R3=3:1，R1:R2=1:1，此时电压比较器2脚(+)电压高于3脚(-)电压，所以电压比较器输出高电平，二极管发光。与二极管串联的820电阻起保护作用，防止发光二极管损坏。电路二：白炽灯三档调光电路实际电路测试：将电路板的两根引线与36交流电源的两极相连，打开开关1，白炽灯发出微弱的光亮；打开开关2，白炽灯发出亮光；打开开关3，白炽灯发出很亮的光。符合要求。结果分析：将电路板的两根引线与电源连接后，打开开关1时，此时电路中仅有电源、灯泡、开关串联，灯泡电压即为电源电压36V，此时小灯泡的功率最大；打开开关2时，此时电路中有电源、灯泡、开关和一个电容串

13、联，电容有分压作用，灯泡两端电压减小，功率减小，所以亮度减小；打开开关3时，此时电路中有电源、灯泡、开关、两个电容串联，故灯泡两端电压更小，所得功率更低，所以亮度最低。电路三：光强监控电路实际电路测试：将电路板的两根引线与电源连接后，白炽灯开到光强较弱时，只有红色发光二极管发光；当白炽灯光强中等时，红色和黄色发光二极管发光；当白炽灯光强较强时，红色黄色绿色发光二极管均发光。符合设计要求。结果分析：R4:R3=1:1，R6:R5=2:1，R8:R7=4.7:1此电路与电路一相似，白炽灯光照很弱的情况下，光敏电阻R1的阻值约为6K，R2:R1=5:3，3脚电压大于2脚电压，6脚电压大于5脚电压，9

14、脚电压大于10脚，这时U1A输出高电平，U1B、U1C输出低电平，发光二极管1有电流通过，发光二极管2、3无电流通过，此时发光二极管1亮，发光二极管2、3灭；在白炽灯光照强度中等的情况下，光敏电阻的阻值约为2.5K，R2:R1=4:1，3脚电压大于2脚，5脚电压大于6脚，9脚电压大于10脚，这时U1A、U1B输出高电平，U1C输出低电平，发光二极管1、2有电流通过，发光二极管3无电流通过，此时发光二极管1、2亮，发光二极管3灭，且亮度发光二极管12；白炽灯光照很强的情况下，光敏电阻R1的阻值约为2K，R2:R1=5:1，3脚电压大于2脚，5脚电压大于6脚，10脚电压大于9脚，这时U1A、U1B

15、、U1C输出高电平，发光二极管1、2、3均有电流通过，此时发光二极管1、2、3均亮，且亮度发光二极管123。三个820的电阻均为保护发光二极管。四、电路设计各元器件工作原理1、整流二极管（备选）：二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode)，它是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的转导性。一般来讲，晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平

16、衡状态，这也是常态下的二极管特性。利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电，从而达到整流的目的。2、 Lm393电压比较器：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。简单的电压比较器结构简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，因此我们就要对它进行改进。改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器。运放，是通过反馈回路和输入回路的确定“运算参数”，比如放大倍数，反馈量可以是输出的电流或电压的部分或全部。而比较器则不需要反馈，直接比较两个输入端的量，如果同相输入大于反相，则输出高电平，否则输出

17、低电平。电压比较器输入是线性量，而输出是开关（高低电平）量。一般应用中，有时也可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。3、LM324 电压比较器LM324是运算放大器，一般用作线性放大用，常用作功放的放大电路。由于它的内部是晶体管互补输出，所以输出电阻很低，输出的电流较大。4、光敏电阻：光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用