光电报警器的设计

一．方案论证

对于本课题设计了两个方案：

方案一：用光控线路控制振荡器是否振荡，主要由振荡器，功率放大器，光控元件和蜂鸣器组成。方案一原理框图如图1所示。

图1 方案一原理框图

方案二：用光控线路控制振荡器的输出是否加到功率放大器上，同样由振荡器，功率放大器，光控元件和蜂鸣器组成。方案二原理框图如图2所示。

图2 方案二原理框图

通过比较发现实验方案二的方法较方案一实用一些，更加灵敏一些。方案一中当通过光控使电源与振荡器连接的一瞬间并不能及时报警，因为振荡器从接通到输出幅度达到最大需要一段时间，所以按这种方案设计的报警器反应不是很灵敏有缺陷。所以选择方案二。

二、电路设计

1．光控电路设计：

原理：光控电路主要由发光二极管和光电三极管组成。光控电路中最重要的元器件为TIL191管。发光元件为输入回路，它将电能转换成光能；光敏元件为输出回路，它将光能转换成电能，实现了两部分电路的电器隔离，从而可有效抑制电干扰。若有光，相当于开关闭合；若无光，则相当于开关开路，进而可以导通整个功率放大电路，使0.25W、8 蜂鸣器（应调电压为1.414V，电流0.18A）报警。光控电路如图3所示。

50 V

图3光控电路图

2．振荡电路设计：

振荡电路主要由741管构成。因为振荡器是本实验电路的核心，所以其输出频率必须满足技术指标，其顺利工作才能保证音频信号的产生。振荡电路图如图4所示。

V2

图4振荡电路图

3．功率放大电路设计：

功率放大电路也是电路中必不可缺的部分。主要由两个放大三极管组成，如图5所示。当无光时，功率放大电路直接导致与其相连的喇叭（蜂鸣器）发出报警信号，从而完成此次课题所要达到是最终目的。功率放大电路如图5所示。

50 V

图5功率放大电路

三．电路测试

选择合适的静态工作点满足三极管工作在放大区，在仿真过程中可以通过调节具体元器件的数值来满足课题要求，能够将信号放大带动喇叭（蜂鸣器）发出报警信号。

1．无光照时，开关断开，Q1、Q2两三极管导通，即功放工作，喇叭（蜂鸣器）发出报警信号。无光照时的仿真电路图如图6所示。

图6 无光照时的仿真电路图

无光照时蜂鸣器（应调电压为1.414V ，电流0.18A ）工作参数如图7所示。

图7蜂鸣器工作参数

无光照时蜂鸣器的输出波形如图8所示。

图8 无光照时蜂鸣器的输出波形

2．有光照时，开关闭合，Q1、Q2均截止，喇叭（蜂鸣器）不发出报警信号。有光照时的仿真电路图如图9所示。

U2

图9 有光照时的仿真电路图

有光照时蜂鸣器（应调电压为1.414V，电流0.18A）工作参数如图10所示。

图10有光照时蜂鸣器参数

有光照时蜂鸣器的输出波形如图11所示。

图11有光照时蜂鸣器的输出波形

四、结论、性价比

此次课题要求在给定电源电压为±6V的条件下，设计一个光电报警器，使其在无光照时，在一个0.25W、8 的喇叭上发出音频报警信号；有光照时不发出信号。该电路设计在光控电路、振荡和功放电路的共同作用下能够在无光照时发出报警信号，有光照时不发出信号，进而达到报警的目的。

设计思路明确，通过光控电路来决定振荡器与功率放大电路的连接。电路图相对简单，可读性好，条理非常明确，可以更好地了解报警器的工作原理。电路简单，元器件少，这也为在实际生活生产中制造此类光电报警器带来了很大的便利。

该设计用到的二极管、三极管、电阻、电容、蜂鸣器等都是模拟电子线路设计中常用的器件，也是我们平时做实验经常使用的，所以我们都比较熟悉其特性。电路简单易懂，可读性强，制作简单，经济实用。从器件选择到设计整体都考虑了器件的常见度与成本，所以从总体看遵循了性价比较高的原则。

参考文献

[1] 童诗白，华成英主编者. 模拟电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，2006

[2] 戴伏生主编. 基础电子电路设计与实践. [M]北京：国防工业出版社，2002年

[3] 谭博学主编. 集成电路原理与应用. [M]北京：电子工业出版社，2003年

[4] 陈国华主编. 电子防到报警器电路大全.[M]北京：电子工也出版社，1997年

[5]黄继昌等主编. 数字集成电路应用300例. [M]北京：人民邮电出版社，2002年

[6] 孙肖子.邓建国主编.电子设计指南.[M]北京：高等教育出版社，2006年

附录I 总电路图

图12总电路图

附录II 元器件清单