基于光敏三极管3DU33+的光电视力保护器.doc

光电视力保护器设计与调试设计目的：本设计是运用发光二极管根据不同的光强来显示不同的颜色。光强在过强和过弱时我们可以通过察看发光二极管的颜色来作出判断，以达到保护我们视力的要求。提供器件：光敏三极管：3DU33运算放大器：LM324与非门型号：74LS00、74LS10电阻值：300、600、820、1K、5K、10K、20K、50K、1M设计要求：1光强过强时，黄灯显示；光强正常时，绿灯显示；光强过弱时，红灯显示。2绿灯时的光强我们可看作是60W的白炽灯所发出的光。3黄光的光强可假设是绿光的两倍，红光的光强可假设是绿光的一半。设计原理：根据光敏三极管3DU33在不同光照的情况下所产生的光电流不同且光电流随光照度的变化而成线性变化来完成的。光敏三极管的发射极输出电压，经同向放大器放大2倍，输出端分别与两个相同的放大运算器构成的施密特迟滞比较器相连。施密特迟滞比较器是和同向放大器的输出电压值进行比较。然后利用集成芯片74LS00与非门进行逻辑组合，以达到要求的LED的明暗状态。具体电路见图（1） 图（1）光敏三极管3DU33的测试条件为在U=10V, E=1000lx时光电流为10mA，于是我们可得在提供输入电压为5V时，输出光电流为5mA。通过查找资料可得60W的白炽灯的光通量为630lm，则正常光的光电流为I=(5/1000)*630=3.15mA，则输出正常光的电压为0.945V。经过放大器放大2倍后，正常光的电压为1.89V,强光的电压为3.78V，弱光的电压为0.945V。取基准电压为3.5V和1.5V时，利用迟滞比较器的公式可求出上门限电压为UT+=3.585V, UT-=3.302和 下门限电压为UT+=1.698V, UT-=1.415V。当放大器输出电压高于上门限电压时，则迟滞比较器的反相端输出，此时LED黄灯工作，说明过亮；当放大器输出电压低于下门限电压时，则迟滞比较器的同相端输出，此时LED红灯工作，说明过暗；当放大器输出电压低于上门限电压，高于下门限电压时，迟滞比较器一个同相端输出，另一个反相端输出，此时LED绿灯工作，说明光强正常，符合视力范围要求。调试过程：首先，在拿到器件以后检查器件好坏。我所需要的期间是一块LM324芯片，两块74LS00芯片，一只光敏三极管，红、黄、绿LED灯各一只，三个600欧的电阻，两个300欧的电阻，两个10k的电阻，三个1k的电阻和两个滑动变阻器，以及导线若干。然后，按照电路图连接。接上电源后，只有黄灯显示。调滑动变阻器，发现三个灯可以根据不同阻值而改变，说明电路可以实现要求的功能。测量光敏三极管的输出电压，发现电压太低，不能满足原先设定的要求。于是，拆去同相放大器，改变阻值，把光敏三极管下面的电阻换成820欧。此时，三个LED灯可以在不同光强的情况下转换，但发现测量门限电压时电压很不稳定，会发生突变。于是，在滑动变阻器后接入一个电压跟随器，使电压保持稳定。见图（2）最后，测量数据。 强光电压(V)弱光电压(V)基准电压(V)滑动变阻器所用阻值（47k）滑动变阻器实际总电阻上门限3.5203.4673.5039k42k下门限1.1120.9821.00429.5k42k 图（2） 心得体会：起先老师布置完设计任务后感到仅凭我现在所学的知识无法达到设计要求。在询问了详细情况后，顿时豁然开朗，原来只要确定两个比较电压即可。在设计的过程中，我起先用三个电阻分压来获得设计所要求的比较电压。这样，思路是可以的，但是在实际确定参数过程中由于电阻较多，阻值也难以确定。于是换用滑动变阻器来调节电压，这样既方便又可以在实际情况中根据不同的需求来改变电压。这样，电路就设计完成了。这个实验对我们的知识水平是一个考验，覆盖的知识面较广。其中既包括了光度学色度学，又有模电和数电，还有传感器的知识，而且这几门知识要融会贯通。通过这次实验，我的知