光敏三极管构成的灯光亮度转换电路的设计

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※2011级测试技术课程设计光敏三极管构成的灯光亮度转换电路的设计姓名王涛学号20117288院、系、部电气工程系班号方1110-6完成时间2014年6月23日目录TOC\o"1-3"\h\u9216第1章设计目的 第1章设计目的随着时代的进步，科技水平发展越来越快。汽车已经是人们生活中必不可少的交通工具。当夜晚行车远光灯打开时，若前方有相对行驶车辆，驾驶员通常会将远光变成近光，避免对面车辆因受到强光照射无法判断前面路段情况而造成危险。传统方式下，驾驶员通过手动调光延时时间较长，并且驾驶员因频繁手动调光容易造成注意力分散，极易因此而造成交通事故。为了人身安全以及驾驶员的驾驶舒适性，利用传感器设计一种汽车远近灯自动控制系统。第2章设计要求设计一个由两只光敏三极管构成的灯光亮度转换电路，适用于汽车远光灯与近光灯切换。(1)选择两只光敏三极管组合设计一个能进行灯光亮度转换的电路；(2)用仿真软件设计出电路图；(3)提示：当被对面行驶车辆的灯光照射时，传感器接受的信号呈低阻状态，单向晶闸管导通，继电器线圈得电吸合，近光灯亮，远光灯灭；反之，远光灯亮，远近光灯灭。第3章硬件电路设计3.1结构框图利用物质在光的照射下电导性能改变或产生电动势的光电器件为内光电效应器件。在直流工作电压源连接光敏电阻在感受到光照以后引起组织的变化，通过电路的传导使得由电压源供电的电流继电器工作。由于不同的光照使光敏电阻阻值变化而电流继电器的开关也随之发生改变，进而引起不同LED灯的亮灭和光强的改变，实现了在现实生活中用光敏元件对汽车远近光灯的自动调节。电路设计结构框图如3-1图所示。远近光灯切远近光灯切换电流继电器光敏电阻直流工作电压源图3-1电路设计结构框图3.2电流继电器的选择继电器是一种根据电气量或非电气量的变化接通或断开控制电路的自动切换电器。电流继电器是根据输入电流大小而动作的继电器。电流继电器的线圈串入电路中，以反映电路电流的变化，其线圈匝数少、导线粗、阻抗小。电流继电器的电流的大小是根据电流的继电器的电阻值和电阻的阻值之和而计算得出，并选择电流继电器。3.3发光二极管的选择发光二极管的特点是在低电压（1.5～2.5V），小电流（5～30mA）的的条件下工作，即可获得足够高的亮度。发光响应速度快，高频特性好，能显示脉冲信息。防震动及抗冲击穿性能好，功耗低，寿命长。发光二极管内部是具有发光特性的PN结。当PN结导通时，依靠少数载流子的注入以及随后的复合而辐射发光。LED属于电流控制性半导体器件。发光二极管比传统白炽灯有几个优点，第一个发光二极管没有等死会烧坏，此外发光二极管的小小塑性灯泡使得发光二极管更耐用，还更容易适合现在的电子电路。发光二极管LED是能将电信号转换成光信号的结型电致发光半导体器件。3.4传感器的选择光敏电阻又称为光导管，为纯电阻元件，其工作原理是基于光电导效应，其阻值随光照增强而减小。光敏电阻的优点是灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小，质量轻，机械强度高，耐冲击，耐振动，抗过载能力强和寿命长等。缺点是需要外部电源，有电流时会发热。光敏电阻的结构如图3-2(a)所示。连接电路如图3-2(b)所示，图3-2光敏电阻的结构与电路连接光敏电阻的暗电阻越大，亮电阻越小，即暗电流越小，光电流越大，说明光敏电阻的灵敏度越高，性能越好。光照特性：在一定外加电压下，光敏电阻的光电流和光通量之间的关系叫做光敏电阻的光照特性。不同类型的光敏电阻的光照特性不同，但光照特性曲线均呈非线性。因此光敏电阻不宜作线性检测元件，一般在自动控制系统中用作光电开关。光谱特性：光敏电阻的光谱灵敏度不同，而且不同种类光敏电阻的峰值波长也不同。因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，以取得好的效果。伏安特性：在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为光敏电阻的伏安特性。在给定偏压下，光照度越大，光电流也越大；在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流也越大，而且无饱和现象。但是电压不能无限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流的限制，超过最高工作电压和最大额定电流，可能导致光敏电阻永久性的损坏。频率特性：当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值；而在停止光照后，光电流也不能立刻为零，即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性或延时特性，通常用时间常数来描述。温度特性：光敏电阻的暗电阻和灵敏度受温度的影响较大。随着温度的身高，其暗电阻和灵敏度都会下降。初制成的光敏电阻，由于电阻体与其介质的作用还没有达到平衡，所以性能是不稳定的。但在人工加温、光照及加负载的情况下，经1-2周，性能可达稳定。光敏电阻在最初的老化过程中，有些阻值会上升，有些阻值会下降，但最后达到一个稳定值就不再变化。有时为了提高灵敏度，或为了能够接收较长波段的辐射，可将元件降温使用。3.5总电路图3-3两只光敏三极管构成的灯光亮度转换电路采集光信号的部分，用滑动变阻器代替光敏电阻。光照时光敏电阻阻值很小。光敏电阻阻值的变化转换成继电器的动作。电路的工作原理如下：当被对面的汽车灯光照射时，光敏电阻的阻值很小，继电器导通，K2闭合，继电器K1也导通，常闭触点断开，远光灯LED1灭，同时常开触点闭合，近光灯LED2亮.当无光照时，第一部分电路相当于处于断路状态，继电器都不动作，远光灯亮，近光灯灭。3.6元件参数计算信号处理电路中各元件的计算参数如下所示：第1部分电路中继电器的电阻是700欧姆，千欧，滑动变阻器千欧姆。当无光照射时，电阻值为零，电路中的电流为。第2部分的电路中千欧姆，工作电流为。第3部分电路中的电阻均为1000欧姆，工作时两灯流过的电流均为。第4章仿真调试本次课程设计实现了当被面对的汽车灯光照射时，光敏电阻的阻值很小，继电器导通，K2闭合，继电器K1也导通，常闭触点断开，远光灯LED1灭，同时常开触点闭合，近光灯LED2亮.当无光照时，第一部分电路相当于处于断路状态，继电器都不动作，远光灯亮，近光灯灭。图4-1仿真图第5章误差分析处于临界光照时,运算放大器同相及反相输入端电压差值很小,容易波动.运算放大器均是采用直接耦合的方式，直接耦合式放大电路的各级的Q点是相互影响的，由于各级的放大作用，第一级的微弱变化，会使输出级产生很大的变化。当输入短路时（由于一些原因使输入级的Q点发生微弱变化，如温度），输出将随时间缓慢变化，由于晶体三极管的参数受温度的影响，这样就可能形成零点漂移。同时还可能受到背景光的影响。第6章设计总结本设计还有很多不足，包括当光敏电阻不敏感时，会导致灯亮出现错误，所以可以在电路中多加几个光敏电阻，以提高电路的可靠性。远光灯和近光灯出现故障时，可以安装一个报警系统以免发生故障时，发生事故。通过对光敏三极管、光敏二极管和光敏电阻的对比分析，最终决定使用光敏电阻来代替光敏三极管。在对光敏电阻的选择之后，又面临着一个电流继电器型号的选择。通过查阅书籍资料和仿真软件中各种继电器的参数分析对比，电流继电器线圈最终能成功地得电吸合及断开的操作。最后，通过对各个电阻的参数计算，完成了光敏电阻构成的灯光亮度转换电路的设计，实现了远近光等的切换。在本电路设计参数选择的时候，遇到过很多的问题，一直不能实现设计要求，最终在同学的帮助下我弄懂了参数的选择及计算。刚开始设计电路的时候，想到了用放大器设计电路，设计出三个放大器，但是总不能实现。又试着用电桥电