可调光控电灯实验报告

1、方案的选择

方案一、光控电子开关，它的“开”和“关”是靠可控硅的导通和阻断来实现的，而可控硅的导通和阻断又是受自然光的亮度（或人为亮度）的大小所控制的。如图1.

图1.光控电子开关（不可调）

方案二、在实现光对电路的控制（方案一）基础上将R3换成一个可调的电阻从改变三极管的基极与发射极之间的电压。在不同光照强度下打开或关闭电灯。如图附2

图2.光控电子开关（可调）

从上面两个方案来看，方案二可根据不同环境对光照的需求不同来调整在不同光强下关闭和打开电灯。更具有实用价值。

2、方案设计与实现

2.1控硅控制电路的导通的实现

（1）可控硅的原理

可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，可以把它看作由一个PNP 管和一个NPN管所组成。如下图3

图3.可控硅的原理图

当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G 输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。那么，用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢?使导通的晶闸管关断，可以断开阳极电源或使阳极电流小于维持导通的最小值(称为维持电流)。如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压，那么，在电压过零时，晶闸管会自行关断。

（2）可控硅控制电路的导通

首先把交流电整成直流电，与单项可控硅（晶闸管）相连。我们用下图得以实现可控硅对电路的控制。如图4.

图4.可控硅实现对电路的控制

2.2、可控硅的导通的实现

可控硅的导通与阻断可以用一个三极管的发射极的电流来控制。当三极管的基极与发射极正偏且电压大于死区电压（0.3V）时发射极有电流。当基极与发射极之间的电压小于0.3V时三极管截止从而可控硅也截止。如下图5.

图5.用三极管控制可控硅的导通

2.3、三极管的导通与截止的实现

当光照强度大于某个强度时光敏二极管呈现低阻状态小于等于1k欧。当光照强度小于一定程度时电阻大于100k欧。基于这个原理实现光对三级管导通与截止的控制。如下图6

图6.光敏二极管实现对三极管的导通截止控制

从图6中可知加在三极管集电极与射击两端的电压会很高，这样将会烧坏三极管。必须将电压降下来。于是在三极管的集电极与射击之间要加一个稳压二极管组成的稳压电路。如图7

图7.利用稳压二极管对三极管两端的电压的降低与稳定

2.4、电路的优化与可调光控的实现

对于上图（4）电路有很多不足。其一，对于稳压二级管的降压作用电路系统没有一个限流电阻；其二这样的电路没法根据光照的强度控制电流。我们将电路中的R换成一个可调的电阻。同时在电路中加一个限流电阻得到最终的电路。如下图8

图8.光控开关的完善与最终电路

3、各个元件的参数分析与计算

1、灯的选取：为了方便起见选100W的白炽灯

2、桥电路二极管的选取：二极管通过的电流I=P／U=160／220=0.72A由二极管的参

数IN4007能满足电流要求，故可选市场上流行的IN4007

3、晶闸管的选取：2中计算的I=0.72A；用MCR100-6 1A 400V

4、稳压管的选取：电路里看出DW可用7v左右的稳压管。故选2CW55 0.25W 6.8V

5、分压电阻的选取：由于光敏二极管在光照弱时电阻≥100k欧。不妨取100k这时三

极管基级电压Ub=Udw×Rd／（R2+Rd）＝6.8×100／（100+R2）≥0.7v；故R2≤871k。这里我取一个470k 0.125w的电阻。

6、三极管的选取：由于这个电路对三极管的要求不是很严格，只要不被烧坏就可以。

这里选9014 NPN 低噪放大50V 0.1A 0.4W。

7、可变电阻的选取：三级管的Rbe=300+（1+β）26/Ie≈1000欧，所以可变电阻不应

选太大。选用RP 4.7K就可以满足要求。

8、限流电阻的选取：由限流电阻的计算公式(Uimin-Uz)/(Izmin+Uz/RLmin)＜R＜

(Uimax-Uz)/(Izmax+Uz/RLmax)，查出参数代入上计算式得78K≤R≤157K。这里我选R1 100k 0.5w可满足要求。

4、可调光控开关的最终原理图与工作原理

路如上图所示，220V交流电通过灯泡H及整流全桥后，变成直流脉动电压，作为正向偏压，加在可控硅VS及R支路上。白天，亮度大于一定程度时，光敏二极管D呈现底阻状态≤1KΩ，使三极管V截止，其发射极无电流输出，单向可控硅VS因无触发电流而阻断。此时流过灯泡H的电流≤2.2mA,灯泡H不能发光。电阻R1和稳压二极管DW 使三极管V偏压不超过6.8V，对三极管起保护作用。夜晚，亮度小于一定程度时，光敏

二极管D呈现高阻状态≥100KΩ，使三极管V正向导通，发射极约有0.8V的电压，使可控硅VS触发导通，灯泡H发光。RP是清晨或傍晚实现开关转换的亮度选择元件。

图9.最终原理图

5、可调光控电子开关的安装与调试

安装时，将装焊好的印制板放入透明塑料盒内并固定好，将它与受控电灯H串联，并让它正对着天幕或房子采光窗前较明亮的空间，避免3米以内夜间灯光的直接照射。调试宜傍晚时进行，调节RP阻值的大小，使受控电灯H在适当的亮度下始点亮。

6、总结及心得体会

1、在整个试验过程中我学会了很多有关电子方面的知识这些都是我在课本上学不到的。首先只知道课本上的理论知识是不够用的。拿到实际中去时我们学的很多东些就根本不管用了。比如说这次去电子市场买东西时。我想老板买三极管时，我只知道三级管有PNP、NPN两种。这也是课本上将过的。然而当我向老板说要一个NPN的三级管时老板和我都犯难了因为在三级管里的型号不是以PNP和NPN来分的，当时老板给我说了一大堆的型号。什么901

2、901

3、901

4、、、、等等。可我压根就不知到那时什么东西于是不得不回来上网查。一查下了一大跳原来三级管的型号用几叶纸都写不完。

2、原件买回来了本以为焊接应该是个很简单得问题可是，当我拿到一个二级管时却不知道该怎么办了，因为我分别不出那个是正极那个是负极。还有一个个电阻长得都一个样，大小怎么分。还有三极管在实物中BCE又是怎么认。等等在我高清楚以后才明白原来书本上的东西远远不够。

3、在这次设计试验中我还学会了另一个没书上没讲过的元件可控硅。一个非常好的小电流控制大电流的元件。

参考文献

1、扬拴科模拟电子技术基础2005年7月第15次印刷22~23

2、康华光电子技术基础模拟部分2004年2月第15次印刷97

3、孙肖子实用电子电路手册——模拟电路手册北京：高等教育出版社1991

4、谢沅清、解月电子电路基础北京：高等教育出版社1994