高可靠性光电开关的电路实现

1、高可靠性光电开关的电路实现    光电开关实现的中心议题：    · 光电开关的发光电路    · 带自动增益控制的光电开关接收电路光电开关属于无接触测量传感器，其检测距离范围比较宽，在计数、测距和行程控制等许多测控系统中得到广泛应用。但是，光电传感器的输出信号与发光管的强度有关，与发光管和接收管的距离有关，与外来干扰光也有关。因此使用每一个光电开关时，必须首先调整接收电路的灵敏度，才能保证光电开关工作于最佳状态。本文介绍了一种高可靠性的光电开关电路，带有

2、稳频调制光以抗各种干扰，具有大功率驱动电路和光电三极管的自动增益控制特性，检测电路的输出级带有放大和施密特迟滞特性，确保整机的高抗干扰能力。本电路由发光电路和光电接收电路两部分组成。它具有抗外光干扰、灵敏度可以不用人工调整，工作稳定可靠等优点，在反射式或对射式光电开关中均可应用。1 发光电路图1 给出了一个具有大功率输出的发光二极管驱动电路，它具有发射15kHz 调制光的能力。图1 发光二极管的大功率驱动器第一级4001 为单脉冲发生器，可以人工按键输出检测脉冲，用于故障维修。为了稳定被调制光信号的频率，电路中使用了分频器CD4060 。它带有一个外接晶体振荡器，内部有多级分频器。对于1M 晶

3、振来说，经过4 060 的六次分频，可以得到频率稳定的151625kHz 的方波，再通过功率场效应管的电流放大，就可以同时驱动上百个发光二极管同时发光。2 带自动增益控制的光电开关接收电路图2 给出了光电三极管的检测电路。红外光电三极管T2 带有基极引出脚。因此可以对其进行灵敏度控制。它射极输出的光电流被放大管T3 反相之后，反馈到光电三极管的基极。由于反馈回路中有由R13和C11组成的低通滤波器，因此这个反馈是对于直流工作点的负反馈，也使得交流电压增益得到控制，这就是自动增益控制（AGC） 电路。图2 光电接收电路输入光信号较强时， T3 集电极信号有变强趋势，导致光电三极管T2 基极的直流

4、工作点电压下降，从而使T2 和T3 的交流输出均减小。因此，这个负反馈系统将使T3 的交流输出信号在很大范围内与T2 得到的光强大小几乎无关。可知，该接收电路在输入光发生变化时，T3 输出信号变化不大。就是说，光源和光电三极管之间的距离变化，在很大范围内对T3 输出信号影响不大。只有光源被充分隔挡之后，T3 的输出信号才有明显变化。图2 中的U11 组成二阶带通滤波器， 可以滤去151625kHz 以外的信号。该级增益为1 , Q 值为5 ,截止频率、中心频率以及滤波特性容易调整。二极管D1 和电容C14组成检波电路，可以从151625kHz 信号上解调出包络信号。上述两部分电路可以滤除阳光、

5、日光灯、白炽灯等干扰源的作用。图2 中的输出电路由放大级U12和施密特电路U13组成。U13的迟滞作用可以消除光电开关的临界抖动现象，避免光电开关的误翻现象。最后，光电开关的输出状态由发光二极管D2显示。3 实验数据表1 为实验测得的数据。发光管和接收管之间正面相对， 两者之间无聚焦光学元件。用有无遮光对整机主要参数进行测试。由表可知，两管表面之间的相对距离在015170mm范围内，无需调整灵敏度都能正常工作。表1 光电开关整机实验数据在距离接收管100mm 处用1 个40W白炽灯照射时，接收管仍可正常工作，表现为接收管不会饱和，抗干扰性极强。倘要加大工作距离，应加入光学透镜；在2m以上光射距

6、离时，可用半导体激光二极管作调制光源。4 结束语本文所介绍的高级光电开关电路具有如下特点：    · 由于负反馈使接收光电三极管不容易饱和。只要该管不饱和，外来光干扰就能抑制。    · 由于使用了调制和解调电路，所以在各种磁、电、光干扰之下，都能可靠工作。    · 施密特电路可以对开关进行消抖。    · 由于电路尽量采用集成电路，特别是大功率FET 的应用，使本文所介绍的电路更适于阵列式光电开关应用的场合。