检测单元电路

检测单元电路1. 红外线发射与接收单元电路(a) 红外线发射与接收电路 (b) 单片机红外线发射与接收接口电路图2-1 红外线发射与接收单元电路2. 光电耦合器的单元电路⑴开关电路图2-2（a）电路中，当输入信号Ui为低电平时，晶体管V1处于截止状态，光电耦合器B1中发光二极管的电流近似为零，输出端Q11、Q12间的电阻很大，相当于开关“断开”；当ui为高电平时，V1导通，B1中发光二极管发光，Q11、Q12间的电阻变小，相当于开关“接通”。

该电路因Ui为低电平时，开关不通，故为高电平导通状态。

同理，图2-2（b）电路中，因无信号(Ui为低电平)时，开关导通，故为低电平导通状态。

（a）（b）图2-2 光电耦合器的单元电路⑵隔离耦合电路电路如图2-3所示，这是一个交流耦合放大电路。

适当选取发光回路限流电阻Rl，使B4的电流传输比为一常数，即可保证该电路的线性放大作用。

图2-3 交流耦合隔离放大电路3. 硅光电池构成照度检测单元电路由硅光电池的光照特性，硅光电池的短路电流Isc 与光照度成线性关系；光电池用于测量时，利用这一线性关系，电路应满足短路条件。

外接载电阻R L 相对于光电池内电阻Rd 很小。

如图2-4所示，零伏偏置电路就是工作在短路状态，放大器的输入电阻为零伏偏置电路r i ≈01A R f + （2-1）当A 0≈104,R f ＝10K Ω时，r i ≈1Ω＜＜Rd 。

C f 对高频噪声进行100％负反馈，降低噪声输出。

放大器的输出电压为U 0＝－Isc R f （2-2）A0组成硅光电池的零负载电路，因运算放大器开环增益∞=OC A ，运算放大器输入端虚短，A0组成硅光电池的零负载电路。

φI R U f O -=即运算放大器输出电压与光照度成线性关系。

调整f R 即可调整光照度测量范围。

3. 光敏电阻构成照度检测单元电路 A2组成光敏电阻反相放大和求和电路。

RW 为2CW12型稳压二极管，其稳定电压值为6V 。

三极管的电流放大倍率不小于80，电源电压12V 。

光敏电阻的偏置电路为稳压二极管恒压偏置电路，光敏电阻偏置电压E U 恒为6-0.7=5.3V ，图2-4零伏偏置电路G G e R I I 3.5==， GC C C C R R I R U ⨯-=⨯-=3.51212。

12203.512)12(2011⨯+⨯+-=-⨯--=W G C W C O R R R R U U ； 当在某照度下调整1W R ，使0=O U ，则通过上述调零确定了1W R 值。

G R 随照度增加减而小，O U 随G R 减小而增加。

图2-5 光敏电阻反相放大和求和电路5. 光敏二极管构成照度检测单元电路图2-6为一理想运算放大器，对光敏二极管2CU2的光电流进行放大，若光敏二极管未受光照时，运放输出电压Uo=0.6V 。

在E=100lx 受光照时，输出电压Uo=2.4V 。

图2-6 光敏二极管照度检测单元电路6.光电（敏）三极管构成照度检测单元电路⑴ 光电三极管测量电路某光电三极管的伏安特性曲线与测量电路如图2-7所示。

当入射光通量为正弦调制量lm t t )sin(4055)(ωφ-=时，电路输出电压为5V 。

入射光通量的最大值与最小值，lm 954055max =+=φ，lm 154055min =-=φ，在特性曲线中给出光通量的变化波形，补充必要的特性曲线。

根据输出信号电压为5V 的要求，确定光电三极管集电极电压的变化范围，本题要求输出5V ，指的是有效值，集电极电压变化范围应为双峰值。

即： V U U m ce 145222≈⨯==根据偏置电路可知，入射为最大时输出电压应最小，但不能进入饱和区。

为此，在特性曲线的“拐点”右侧找一点“A”并做垂线交横轴于“C”点，从“C” 向右量14V ，找“D”点。

由“D”做垂线交入射为最小的特性曲线与“B”。

通过“A”、“B”做直线，此线即为负载线。

由负载线可以得到负载电阻R L 和电源电压Ucc 。

显然，“C”点电压为3.7V ，“D”点电压为17.7V 。

电源电压Ucc 近似为19V ，取标称电压20V 。

电源电压U bb 取标称电压20V 后可以适当地修正负载线。

根据入射光通量正弦变化关系可以在特性曲线的电压坐标轴上画出输出信号的波形如图所示。

由输出波形可以看出入射辐射与输出电压信号为反向关系。

图2-7 光敏三极管照度检测电路和光敏三极管反偏电路图解法⑵ 光电三极管控制电路① 电流控制电路如图2-8(a)所示，光电三极管3DU32的光电流是晶体管3DG6B 的基极电流。

在光照亮、光照暗情况下，光电三极管的光电流显著改变，使晶体管分别处于饱和、截止状态，使继电器J 动作。

继电器J 吸合电流为I J ，晶体管β，则光电流：βJ B P I I I ==。

② 电压控制电路如图2-8(b)、(c)所示，光电三极管与R 1的分压控制晶体管基极电压，使晶体管饱和、截止。

晶体管基极电流：βJ B I I =(a) 亮通电流控制 (b) 亮通电压流控制 (c) 暗通电流控制图2-8 光电三极管控制电路7. 发光二极管输出光功率调制单元电路发光二极管工作需要施加正向偏置电压，以提供驱动电流。

典型的驱动电路如图2-8所示，将发光二极管接入到晶体三极管的集电极，通过调节三极管基极偏置电压，可获得需求的辐射光功率。

在光通信中以发光二极管为光源的场合，需要对发光二极管进行调制，则调制信号通过电容耦合到基极，发光二极管输出的光功率则被电信号所调制。

图2-8 发光二极管输出光功率调制电路8. 压敏电阻电压检测单元电路:图2-9 压敏电阻电压检测单元电路9．激光二极管控制与检测单元电路如图2-10所示为由OPA2662构成的激光二极管驱动电路。

电路中有一对激光发射二极管和激光接收二极管，构成反射式激光发射和接收电路，图中主要画出激光发射驱动电路(接收电路略去未画出)。

OPA2662输入信号V IN1和V IN2经过放大后输出电流I OUT1和I OUT2，作为驱动电流加到激光发射二极管，控制激光发射二极管工作。

运放OPA602与三极管2N3906构成偏流提供电路，为激光二极管提供偏置电流。

图2-10 激光二极管控制与检测单元电路10．比较器电路⑴单限比较器电路（a）单限比较器电路原理（b）单限比较器传输特性（c）过热检测保护电路图2-11 单限比较器电路应用图2-11(a)给出了一个基本单限比较器。

输入信号Uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur。

当输入电压Uin>Ur 时，输出为高电平UO。

图2-11(b)为其传输特性。

图2-11（c）为某仪器中过热检测保护电路，它用单电源供电，输入为温度测量电桥。

LM339的反相输入端加一个固定的参考电压，它的值取决于R1和R2。

U R=R2/（R1+R2）*U CC。

同相端的电压就等于热敏元件Rt的电压降。

当仪器内图2-13 原理图温度为设定值以下时，“+”端电压大于“-”端电压，Uo 为高电位。

当温度上升为设定值以上时，“-”端电压大于“+”端，比较器反转，Uo 输出为零电位，使保护电路动作，调节R 1的值可以改变门限电压，既设定温度值的大小。

⑵ 迟滞比较器迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。

前面介绍的单限比较器，如果输入信号Uin 在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动（起伏）。

在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。

图2-12 (a)给出了一个迟滞比较器，人们所熟悉的“史密特”电路即是有迟滞的比较器。

图(b)为迟滞比较器的传输特性。

图2-12 基本单限比较器不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过ΔU 之值，输出电压的值就将是稳定的。

但随之而来的是分辨率降低。

因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差别小于ΔU 的两个输入电压值。

迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。

除此之外，由于迟滞比较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。

如果需要将一个跳变点固定在某一个参考电压值上，可在正反馈电路中接入一个非线性元件，如晶体二极管，利用二极管的单向导电性，便可实现上述要求。

图2-13为其原理图。

图2-14为某电磁炉电路中电网过电压检测电路部分。

电网电压正常时，1/4LM339的U4<2.8V ，U5=2.8V ，输出开路，过电压保护电路不工作，作为正反馈的射极跟随器BG1是导通的。

当电网电压大于242V 时，U4>2.8V ，比较器翻转，输出为0V ，BG1截止，U5的电压就完全决定于R1与R2的分压值，为2.7V ，促使U4更大于U5，这就使翻转后的状态极为稳定，避免了过压点附近由于电网电压很小的波动而引起的不稳定的现象。

由于制造了一定的回差（迟滞），在过电压保护后，电网电压要降到242-5=237V时，U4<U3，电磁炉才又开始工作。

图2-14 电磁炉电路中电网过电压检测电路10．热释电红外线传感器检测单元电路图2-15 热释电红外线传感器放大电路图2-15电路使用LM324构成IC（A）、IC（B）两级高倍放大器，SD02检测到的人体红外线微弱信号后，从2脚输出极微弱的电信号输入到同相放大器IC （A），再从1脚输出一定幅度的信号，再经电容C6耦合到反相放大器IC（B）进一步放大，放大倍数约2500。

为适应热释电人体红外传感器的负载能力，要求高输入阻抗的放大器，故采用同相放大器。

2.2 显示驱动单元电路1. 门电路直接驱动显示器件的单元电路（a）单路高电平驱动（b）单路低电平驱动（c）电阻排多路低电平驱动图2-16 门电路直接驱动显示器件的单元电路当门电路的输入为低电平，输出为高电平时，LED发光。

如图（a）所示O FOH I UU R -=当门电路的输入为高电平，输出为低电平时，LED发光。

如图（b）所示O OLF CCI UUUR --=。