光控开关电路设计

课程设计说明书

题目：光控开关电路设计

课程名称：模拟电子技术基础

学院：电子信息与电气工程学院学生姓名：

学号：201102010063

专业班级：自动化2011级2班

指导教师：杨欣

2013年6月7日

课程设计任务书

光控开关电路

摘要：此光控灯电路是基于光电传感器特性的基础上而设计的。该光控开关由光控部分，开关部分，LED灯三部分组成。当自然光的亮度（或人为亮度）发生改变时，光控灯将随着“开”和“关”。适合作为街道、宿舍走廊或其它公共场所照明灯，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。它具有体积小、外形美观、制作容易、工作可靠等优点，适合于各种楼房走廊的照明设备，降低能耗，节约能源。

关键词：光敏二极管；电压比较器；继电器；晶体三极管

目录

1.设计背景 (1)

1.1满足现实生活需求 (1)

1.2适应现代科技发展 (1)

2.设计方案 (1)

2.1可供选择方案 (1)

2.2方案论证 (2)

3.方案的实施 (2)

3.1原理图的设计 (2)

3.2PCB板的设计和制作 (4)

3.3元器件的组装与焊接 (6)

3.4光控开关的调试 (6)

4.结果与结论 (6)

4.1.光控开关设计结果 (6)

4.2.结论 (6)

5.收获与致谢 (7)

6.参考文献 (8)

7.附件 (8)

1. 设计背景

1.1满足现实生活需求

在现代社会现实生活中我们无时无刻不在使用这电灯，现在市场上出现了各种各样的灯，比如：白炽灯，节能灯，彩灯等等，但是不论如何都少不了控制这些灯的开关。因此，设计一个可行性的开关显的尤为的重要。本次设计就是为了满足现实生活的需求而设计的光控开关。

1.2适应现代科技发展

随着现代科学技术的发展传统式开关已经不能满足现代生活。在现代社会很多地方夜晚需要长明灯，比如一些公共场所，一些生产车间。如果这些地方使用传统的开关很可能产生夜晚开灯之后，等到白天的时候就会忘记关灯而造成严重的能源浪费。

还有在一些生产过程中，我们能把这些光控开关当做报警装置的一部分。当人手触碰到那些危险区域之前，由于人手的遮光而使得光线变暗而触发开关产生报警。

因此我们的光控开关的设计是很有必要很有意义的一件事。

2. 设计方案

2.1可供选取方案：

方案一：

用µA741与光敏二极管构成光控部分

通过改变µA741的正向与反向输入电压的不同使µA741的输出端输出稳定的高电平或低电平从而使8050晶体三极管导通或截止来控制继电器的锡合与断开。

方案二：

用555定时器构建单稳态电路与光敏二极管够成光控部分

用555定时器构建的单稳态触发器同样能输出稳定的高电平或低电平从而使8050晶体三极管导通或截止来控制继电器的锡合与断开。

2.2方案的论证和选取：

用µA741与光敏二极管构成的光控电路部分，电路结构更加简单可行，现实情况更容易制作。因此，通过比较最终方案选用方案一。

3. 方案实施

3.1原理图的设计：

设计原理：

光敏二极管也叫光电二极管，光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的，其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时，饱和反向漏电流大大增加，形成光电流，它随入射光强度的变化而变化，此时光敏二极管导通。因此可以通过改变光照的强度来控制µA741正向和反向输入端电压的变化使正向和反向输入电压产生电压差，从而使µA741输出一个稳定的高电平或低电平，使8050晶体三极管导通或截止，既而使继电器锡合和断开，而控制LED灯的亮与灭。

元器件的选取

通过对设计原理的分析可以选取以下元器件

表3.1元器件表

用Mltisim仿真软件仿真原理图及分析如下：

图3.1 无光照是LED灯变亮

图3.2 有光照时LED灯变灭

上面图1，图2分别用Multisim仿真软件模拟了有光和无光时LED灯的变化情

况。由于仿真软件无法模拟出光照强度的变化，我们选用滑动变阻器R2来代替光敏二极管。

上图3.1与图3.2中由电阻R1和滑动变阻器R2共同分得VCC的5V电压，电阻R4和滑动变阻器R3共同分得VCC的5V电压。µA741 的正向输入电压取自滑动变阻器R3，反向输入电压取自电阻R1。通过调节滑动变阻器R3能改变此光控开关的灵敏度。从µA741 的输出端接一个保护电阻R5再接入到8050晶体三极管的基极。8050晶体三极管的发射极接地，集电极通过整流二极管1N4007与电源VCC相连构成通路。5V固态继电器的一端与8050晶体三极管的集电极和VCC相连，另一端与LED灯相连。

当无光照时，由于光敏二极管反向接在电路中，因为光敏二极管具有单向导电性，无光照时光敏二极管处于截止状态，用滑动变阻器代替光敏二极管时，即通过调节滑动变阻器使电阻变大，使滑动变阻器分得的VCC的电压变多，从而使得R1上分得的电压变少，既而使得µA741 反向输入端的电压变小。当反向输入端的电压变的小于正向输入端的电压时，如图1中µA741 正向输入端电压为4.284V，反向输入端电压为 3.125V时，µA741 电压比较器的输出为高电平 4.118V。（只要µA741的反向输入端电压小于正向输入端的电压，电压比较器的输出恒为高电平4.118V。）由于µA741 的输出为高电平4.118V足以是8050晶体三极管导通。从而使5V固态继电器锡合相当于开关闭合而使LED灯导通发光。

当有光照时，光敏二极管由于受到光照产生光电流，用滑动变阻器反映出来即是滑动变阻器R2的阻值变小。即可通过滑动滑动变阻器的滑片使其阻值变小，便能模拟出光敏二极管受光照时的变化。当滑动变阻器R2电阻变小时，R2上分得的电压变小，即固体电阻R1上分得的电压变大，即µA741的反向输入端的电压变大。当µA741反向输入端的电压比正向输入端的电压大，即上图2中µA741的正向输入电压4.286V，反向输入电压4.717V时，µA741的输出变为低电平881.772mV。（只要µA741的反向输入电压大于正向输入电压，其输出恒为低电平881.772mV）由于从µA741 输出的低电平不足以使8050晶体三极管导通。因此不能使得5V固态继电器锡合，相当于开关断开而不能使LED灯导通，所以LED灯变灭。

3.2ＰＣＢ板的设计和制作

PCB元原理图的绘制