光控电路开关的设计与制作剖析教学文案

1、物理实验课程设计题目 :光控电路开关的设计与制作学院（系） :理学院专业 :光信息科学与技术班级:光学 * 班学生姓 名：*指导教 师：*评阅人： *设计（论文）所在单位:西安石油大学理学院完成时间：2014年 3月摘要光控灯和声光控灯是居家照明的重要组成部分（如楼道、卫生间、小巷等） ，它们的出现使我们的生活方便许多， 既可避免摸黑找开关造成的摔伤碰伤， 又可杜绝楼道灯有人开、没人关浪费能源的现象。介绍了用三极管和与非门芯片实现光控灯的原理，重点介绍了实现方法和具体细节，及制作过程中遇到的问题和相应的解决方案。关键词：光控灯、光敏电阻、三极管、发光二极管目录.11.21.1.21.2.21.

2、3.21.4.41.5. .41.6.42 .73 .7光控电路开关的设计与制作*引言随着现代科学技术的发展，越来越多的高科技节能产品出现在我们生活的方方面面，声控灯、光控灯是居家照明的重要组成部分，光控灯是由光控开关和 LED灯组合而成。声控灯由麦克风，放大电路和 LED灯组成。在地球资源日渐衰竭的今日，环保、节能是当今各产业发展的重心，尤其是需要消耗大量电力的照明产业，基于此目的的研发工作更是趋向环保、节能的特性上著眼。因此，开发新型高效、节能、寿命长、环保的电路对居家照明节能具有十分重要的意义。由此声控、光控LED灯的诸多优点在现在正逐渐取代传统的照明设备，是照明产品的新兴光源，有绿色照

3、明光源之称，未来将光芒耀眼，发展潜力无限。声控、光控LED具有节能、体积小、发热量低、寿命长、耗电量小、反应速度快、易控制等众多优点，极大的满足了人们日常生活的需要，因此十分被灯饰业者看好。光控灯，安装方便，使用寿命长。集光学、材料和电路技术为一体组成的自动照明开关，白天或光线较强时，开关电路为自锁状态， LED灯不亮，当光线黑暗时或晚上来临时，开关自动打开， LED灯亮，从而实现了白天自动熄灭夜间自动打开的目的，节省了人为的控制。声光控集声控、光控、延时自动控制技术为一体 , 内置声音感应元件 , 光效感应元件 , 白天光线较强时，受光控自锁，有声响也不通电开灯；当傍晚环境光线变暗后，开关自

4、动进入待机状态，遇有说话声、脚步声等声响时，会立即通电 , 亮灯，延时半分钟后自动断电；能延长灯泡寿命 6 倍以上，节电率达 90。二者都为人们的日常生活提供诸多方便。本文的主要内容包括：通过模拟电子技术的学习，提出了一种基于晶体三极管工作状态的系统设计方法，结合光敏电阻的随着外部环境的阻值改变的特性，给出光控灯的设计方案，在此基础上结合数字电子技术的优点。1. 光控灯11 实验原理：要设计光控灯，首先要掌握光敏电阻的特性，光敏电阻又称光导管，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器 , 常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具

5、有在特定波长的光照射下（光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（ 0.40.76 ） m的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化） ，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极， 从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。 光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化） 。经测量随着外部环境的改变，本次所用光敏电阻阻值的变化范围为 2K-3M,即在有光照射时电阻阻值下降，无光照时阻值上升，根据这一特性可以控制三极管工作状态进而控制灯的亮灭的电路。三极管工作状态分为放大

6、、截止和饱和。当工作在放大区时，发射极正偏，集电极反偏；当工作在截止区时，发射极和集电极均反偏；当工作在饱和状态时，发射极和集电极均正偏。同时三级管有两种材料做成，一种为硅管，其正偏发射结导通电压为 0.7V；一种为锗管，其正偏发射结导通电压为 0.3V。三极管种类有 NPN和PNP两种，本次课设用到的三极管为 NPN型硅管 9014和PNP型硅管 9012。1.2 实验器材：面包板、电阻（ 4.7K、 470）、三极管、光敏电阻、继电器、发光二极管、电位器、蜂鸣器、万用表1.3 元器件介绍(1) 光敏电阻A、在光照情况下，测量光敏电阻的阻值，即为光敏电阻的亮阻；B、在遮光情况下，测量光敏电阻

7、的阻值，即为光敏电阻的暗阻；(2) 发光二极管发光二极管有两个接线柱，一个长的一个短的，长端为正极，短端为负极。可以利用万用表测量两种接法时的电阻值，可知道当正极接到长端，负极接到短端的时候，发光二极管的阻值比较小，此即是二极管的单向导通特性。(3) 可变电阻可变电阻有三个引脚，它的接法和滑动变阻器的接法一样，有三端接入式和两端接入式，本实验采用两端接入式比较简单。采用两端接入时，其中一端必须接在中间的那个引脚上，另外一个在剩余的两个引脚中，可以任选一个（两者的区别是，滑动头的转动方向不一样）。选择好引脚后，可以将其接在万用表上，测其阻值的大小，转动滑动头，看顺时针转动时阻值是增加还是减小，这

8、样做对调试电路时有好处，可以知道自己旋转的方向是增加电阻还是减小电阻。(4) 蜂鸣器本实验所用的蜂鸣器和平时看到的扬声器、耳机等发声器件有微小的差别，它里边多了一个振荡器，输入电流时振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。可以尝试的将其正负极接上电源，可看到只有正负极接入正确时，蜂鸣器才会发声。也可根据蜂鸣器上的引线长度按来判断正负极（长正短负） 。所以在实验室中要把蜂鸣器的正负极接正确。(5) 三极管三极管有两种，一种是PNP管，一种是 NPN管。三极管有三个引脚，分别是基极（b) ，发射极 (e) ，集电极(c) 。

9、本实验所用的三极管判断极点的方法是，面对有型号标记的一面，然后看着三个引脚，从左到右依次是，发射极 (e) ，基极 (b) ，集电极 (c ）。接线时三个极端不能接错，否则三极管就没有起到作用。图 1 三极管符号、管脚排列集电极和基极之间形成集电结，发射极和基极之间形成发射结，三极管起放大作用的条件，发射结正向偏置， 集电结反向偏置。 正向偏置时必须达到正向偏置电压， 即为导通，否则，为截止状态。(6) 继电器（如图 2）继电器是本实验中引脚最多的器件。根据以前所学的知识可知道在继电器当中有一个带铁芯的电磁线圈，线圈一出两个引脚，剩下三个引脚是单刀双掷开关的三个接线柱。图 2继电器1.4 实际

10、电路 :1.5 光控灯的实现：当 A 点电压未达到晶体管基极的转折电压，晶体管 BG1，BG2均处于截止状态继电器不运作， LED灯不亮，表示继电器处于释放状态，当外来光线发生变化照射在Cds 光敏电阻上时， R1， R2，Cds， W组成的分压偏置电路，当W上分压使 BG1,BG2导通，继电器吸合，LED发亮表示继电器处于正常工作状态，本实验中在普通灯光下正常工作（LED发亮，继电器吸合），需要进行调节使光线变暗情况下继电器释放。电路中 W作用是在不同环境下进行适当的灵敏度调节。1.6 电路的测试与调试：（图 a、b 未加电源）a.（图 c、d 接通电路 LED灯亮，蜂鸣器不响）c.（图 e

11、、f 遮挡光敏电阻 LED灯熄灭，蜂鸣器响）e.（图 g、h 正常光线 LED灯亮，蜂鸣器不响）g.总结以上光控电路主要是利用三极管的开关作用完成。在实际电路中灯用继电器间接实现对灯的亮灭控制。调试时发现电路的感光灵敏度不高，在很暗的时候灯才能亮，可以在光敏电阻哪里串联一个阻值适当的滑动变阻器，这样的话、就可以调节光敏电阻的灵敏度了。本文通过对各部分电路的具体设计实现了光控电路自动将开关关断，夜晚或阴雨天时，光控电路自动将开关打开，该光控制开关结构简单，原理明了, 性能稳定，功耗也很小 , 使用灵活方便 , 在节约大量的能源同时 , 也为生活提供了方便，它实现了灯的自动点亮、节能节电、延长了灯的使用寿命 , 贴近我们的实际生活，是现代极理想的绿色照明自动控制开关。本次设计鉴于个人水平的限制以及时间的紧迫就没有对该部分内容做过多详细的介绍，只是从大体思路上做了一些简单的说明。参考文献1 王宏亮 , 郭文阁，等 . 大学物理实验 M. 北京：机械工业出版社， 20092 肖志红，苏娟，等 . 电工电子技术 M. 上，下册 . 北京：机械工业出版社， 20103 周雪 . 模拟电子技术 M. 西安电子科技大学出版社， 20044 张晓东 . 有趣的家用电子制作 M. 人民邮电出版社， 20035 李振声 . 实验电子技术 M. 国防工业