光控自动窗帘论文.doc

目 录摘 要1第一章 设计方案2第一节 其基本设计框架图如下2第二节 光控自动窗帘的工作原理3一 光控自动窗帘电路图和工作原理3二 感光电路4三 控制电路5（一）晶体管7（二）集成运算放大器8（三）稳压管10第二章 元器件基本原理11一 碳膜电阻器11二 光敏电阻器11三 电位器12（一）电位器的作用13（二）电位器的结构特点13（三）电位器的其他特性参数13四 稳压二极管14（一）稳压管的应用15（二）稳压二极管的参数15第三章 参考资料16第四章 总结16附录18摘 要（1）电路能够通过感应装置，检测到光线的强弱（2）电路根据光线的强弱，自动将窗帘打开和关闭（3）电路能够在窗帘接触到边沿时，自动切断电源的要求，我们设计了这个光控自动窗帘的电路。 首先 电路要求有装置能感应到光照的强弱。这就要求电路中必须有一个感光电路，在电路中我选用光敏电阻作为感光电路。它对光的变化非常敏感，在光的照射下，阻值会明显变小。利用这一特性可进一步设计下面的控制电路。 其次 电路能够根据光线强弱将窗帘打开和关闭。这是本次设计的主要部分即控制电路。由光敏电阻的特性可知，光照会引起它的阻值的变化，而阻值的变化又会引起电路中电压或电流的变化。因此控制电路器件可选用压控或流控的器件，在电路中我们选用了压控的运算放大器和晶体管来构成主控电路。首先运放输入电位的高低可控制输出电平的高低，运放的输出接着由晶体管组成的开关电路。根据输出的不同，晶体管或导通或截至，从而控制电机或工作或停止。由要求可知，窗帘有两个动作：打开和关闭。因此要求电机正转或反转。那么电路中一个对称的控制电路来控制电机的正反转。它们的不同之处在于与直流电机正负极的连接方向不同而已。 最后 就是制动电路。根据要求窗帘接触到边沿时，自动切断电源。根据晶体管低电平截至的特性，我们在两组三极管组成的开关电路前加上了两个接地开关，当窗帘拉开或关闭到位时，将会接触到开关，使得开关闭合，那么晶体管将截止，电机将停止工作。这就达到了控制窗帘到位后切断电源的要求。第一章 设计方案本例介绍一款采用集成运放电路制作的光控自动窗帘电路，它是利用环境光线的照射来实现窗帘的自动开合（窗帘在清晨能自动拉开，在傍晚能自动关闭）。 第一节 其基本设计框架图如下光感应电路电机正转电路电机反转电路自动停转电路电源电路图1.1简易窗帘自动开闭电路的总体框图第二节 光控自动窗帘的工作原理一 光控自动窗帘电路图和工作原理图 1.2.1光控自动窗帘的电路图光控自动窗帘的电路工作原理如图2所示，该光控自动窗帘电路采用集成双运算放大电路ICI和光敏电阻器RG作为主要控制元件。光敏电阻器RG与运算放大器IC、电位器RP1、RP2等构成控制电路。在清晨，环境光线较强，光敏电阻器RG呈低阻值状态，使IC的 2脚电压较3脚电压高，Ic的5脚电压较6脚的电压高，IC的1脚低电平，7脚输出高电平，使晶体管V1-V3均导通，V4-V6均截至，电动机M正转，驱动窗帘拉开。当窗帘拉合到位后，滑动触头开关S1被触动而接通，使VI的 基极变为低电平，V1-V3均截至，电动机M停转。当夜幕降临时，环境光线较弱，光敏电阻器RG的阻值变大，使IC的3脚电压高于2脚的电压，1脚输出高电平，使晶体管V4-V6均导通，电动机M反转，驱动窗帘拉和。当窗帘拉和到位后，滑动触头来关S2被接通，使V4的基极变为低电平，V4-V6截至，电动机M停转。调节电位器RP1、RP2的 电阻值，改变IC的 2脚电压和5脚电压的高低，是使清晨时IC的 7脚输出高电平，1脚输出低电平；而傍晚时IC的1脚输出高电平，7脚输出低电平即可。二 感光电路该电路中感光电路主要由一个光敏电阻组成。 光敏电阻与碳膜电阻和金属膜电阻不同，它对光的变化非常敏感，在光的照射下，阻值会明显变小，所以脚它光电导器件。 制作光敏电阻的半导体材料有硅、锗、硫化镉等，常见的对可见光敏感的是硫化镉光敏电阻。光敏电阻的符号如下图3所示。 光敏电阻的结构简单，它是在陶瓷基片上积淀一层光 图1.2.2光敏电阻敏半导体，再接上两根引出电极组成的。 该电路中的 RG选用硫化镉光敏电阻。三 控制电路 控制电路图由两个运算放大器和六个晶体管组成。如下图： 图1.2.3控制电路如图4控制电路是一个对称电路，由于光敏电阻使得放大器的输入不同，导致输出不同。从而控制下面的三极管或导通或截至，进而实现对电机正反转（窗帘的拉开和拉和）的控制。当窗帘拉开或拉和到位时，会使滑动接触开关S1或S2闭合，这样六个晶体管都会截至，是电机停止运转，即窗帘停止滑动。该控制电路是这个设计的最主要的部分，他主要由晶体管、运算放大器和稳压管组成。（一）晶体管晶体管又称BJT或三极管。它的种类很多，根据结构的不同，一般可分成两类：NPN型和PNP型。其表示符号如右图5，6。它们都有三个电极发射极e、基极b和集电极c 。NPN型晶体管的发射极和集电极是由N型材料组成，基极由P 型材料组成。而 图1.2.4NPN型 图1.2.5 PNP型PNP型晶体管的发射极和集电极是由P型材料组成，基极由N型材料组成。NPN型和PNP型BJT几乎有等同的特性，只不过各电极端的电压极性和电流方向流向不同而已。它们的工作原理是完全相同的，下面以PNP型为例说明： 给发射结施加正向电压，而集电结施加反向电压。由于发射结上加油正向电压，而集电结施加反向电压，发射结的阻挡层变薄，发射区内的多数载流子空穴通过发射结向基极运动，形成发射极电流。发射区注入到基区内的空穴被极电结施加的反向电压吸引到集电区，于是基区内形成了由发射结向极电结的空穴梯度，就产生了空穴在基区的扩散运动。在扩散运动中，空穴也会有一部分与基区内的电子复合，这就形成了基区电流。但是由于基区很薄，大部分空穴可以由发射结到达集电区，而形成了集电极电流。 发射极电流的大小与发射结上施加的正向电压有关。另外，晶体管在极电结反向电压一定时，集电极电流和发射极的正向电压有关，正向电压高，电流大；正向电压低，电流小。该电路中三极管主要组成开关电路，控制着电动机的正反转。V1、V4均选用S9013型硅NPN型晶体管；V2和V5选用S8050型硅PNP型晶体管；V3和V6选用S8050型硅NPN型晶体管。（二）集成运算放大器集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输入电阻的多级直接耦合放大电路，它的种类很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，如下图7表示集成运放的内部电路组成的原理框图。差分输入级电压放大级输出级偏置电流 图1.2.6集成运放的内部电路组成的原理框图 如图7集成运放的输入级一般是由BIT、JFET或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能。它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或如图1.2.7集成运放多级放大电路组成。输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电 阻，提高带负载能力。偏置电路是为个级提供合适的工作电流。 一个简单运放的原理图如下图9示。T1H和T2对管组成差分式放大电路，信号有2双端输入和单端输入。为了提高整个电路的电压增益，图1.2.8简单的运算放大电路电压放大级由T3、T4组成复合管共射级电路。由T5、T6所组成的两级电压跟随器构成的电路输出级，它不仅可以提高带负载的能力，而且可进一步使直流电位下降，以达到输入信号电压为零时，输出电压等于零。R7和D组成低电压稳压电路以供给T9的基准电压，它与T9一起构成电流源电路以提高T5的电压跟随能力。由此可见，运算放大器有两个输入端与一个输出端3。运放是该控制电路的主要控制器件。由于正负端输入的电位不同导致输出的电平不同，控制着晶体管的导通和截至，进而控制电机的正反转即窗帘的拉开和拉和。该电路中一般选用TL072型双集成运算放大器。（三）稳压管稳压管又称齐纳二极管，是一种特殊工艺制造的面结型硅半导体二极管。代表符号如右图10所示。这种管子的杂质浓度比较大，空间电荷密度也大，因而该区域很窄，容易形成强电场。当反向电压加到某一定值时，反向电流急增，产生反向击穿，此时的反向击穿电压即稳压管的稳定电压。稳压管的稳压作用就在于，电 图1.2.9稳压管流增量很大时，只引起很小的电压变化。 该电路中的稳压管主要用来稳定运放的电压和晶体管的电压，电路中的VS1选用1/2W、3.6V稳压二极管，例如1N5989B等信号；VS2、VS3选用1/2W、3V的 IN4372或IN5987B型稳压二极管。第二章 元器件基本原理一 碳膜电阻器碳膜电阻器是用有机粘合剂将碳墨、石墨和填充料配成悬浮液涂覆于绝缘基体上，经加热聚合而成。气态碳氢化合物在高温和真空中分解，碳沉积在瓷棒或者瓷管上，形成一层结晶碳膜。改变碳膜厚度和用刻槽的方法变更碳膜的长度，可以得到不同的阻值。碳膜电阻成本较低，电性能和稳定性较差，一般不适于作通用电阻器。但由于它容易制成高阻值的膜，所以主要用作高阻高压电阻器。其用途同高压电阻器。二 光敏电阻器光敏电阻器又称光导管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速减小，可用于检测可见光。 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。三 电位器用于分压的可变电阻器。在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻值。按材料分线绕、炭膜、实芯式电位器；按输出与输入电压比与旋转角度的关系分直线式电位器(呈线性关系)、函数电位器(呈曲线关系)。主要参数为阻值、容差、额定功率。广泛用于电子设备，在音响和接收机中作音量控制用。电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。 它大多是用作分压器，这是电位器是一个四端元件。电位器基本上就是滑动变阻器，有几种样式，一般用在音箱音量开关和激光头功率大小调节 电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。（一）电位器的作用电位器的作用调节电压（含直流电压与信号电压）和电流的大小。（二）电位器的结构特点电位器的结构特点电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。表:CVR-3CVR-4系列片式陶瓷微调电位器主要特性参数四 稳压二极管稳压二极管(又叫齐纳二极管)它的电路符号是:此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.其伏安特性见图1,稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压.（二）稳压二极管的参数1稳定电压 2电压温度系数3动态电阻4稳定电流 ，最大、最小稳定电流5最大允许功耗第三章 参考资料1.何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2.姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月3.王澄非，电路与数学逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4.李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5.康华光，电子技术基础，高教出版社，2003第四章 总结通过此次课程设计，让我看到了同学们空前的凝聚力，特别是此次的分组设计，让我看到了同学们的组织和配合能力以及个人对问题独特的看法，还有就是我们在讨论中那种思想的交流和碰撞并由此产生的新东西，真有如先秦诸子百家百家争鸣的热烈场面。感谢系里为我们提供如此的机会。虽说得到了如此多，但任何事情都得一分为二来看，因为在人多的情况下讨论的结果是七零八落，到头来我们真正的东西没得到，我们的设计图案没得到。原因是我们必须一人设计设计一套方案，我们的劲无法往一处使，我们顶多就是个人拿这个人的在一块互相看一看互相评价评价，但它的好处是分而不散，内收外敛，有的放矢，让我们始终围绕一课题来想来说。以我自己的想法来看是，一组设计一个图大多数人的愿望当然它也有它存在的好处，一人设计一个对真正想学的同学来说再好不过，不仅可以锻炼他的独立思考的能力，而且可以让他对未来有所展望。其实想法决定做法，无论那种设计理念都一样。我感觉这次设计过程有点紧促，因为我们不仅面临这，还面临着考试，是的这一周同学们都忙起来了，无论是自己做的还是自己模仿的，确实同学们不再懒惰，疲倦的身体活动起来了。这是一次小挑战，没有成功和失败，只有得到多少的问题。放开身体，放松心灵，面对现在，拥抱未来吧！接下来说说我自己的一些事吧：知识与实践相结合，使我加深了对电子技术的理解，明白了所学知识的重要性和自己理论知识的欠