智能化广告灯控制系统设计

目录

1序言.........................................................5

1.1PLC的开发背景............................................5

1.2选题意义及PLC型号日勺选择及简介.........................5

选题意义.............................................6

1.2.2PLC型号的选择........................................7

1.2.3PLC日勺功能...........................................8

1.2.4PLC的特点...........................................9

1.3系统所需硬件及注意事项..................................6

2.1控制规定................................................9

2.2重要内容.................................................10

2.3硬件设计.................................................12

2.3.1PLCH勺型号及I/O分派口...............................13

2.3.2PLC控制接线图.......................................13

2.4PLC控制梯形图............................................15

2.5PLC控制指令表............................................16

2.6调试与完善................................................17

3结论....................................................56

致谢.....................................................23

参考文献.................................................56

第一章序言

1.1PLC日勺开发背景

伴随微处理器，计算机和数字通信技术的I《速发展，计算机控制已经广泛

时应用在所有的）工业领域。目前社会规定制造业对市场需求作出迅速H勺反应，生

产出小批量、多品种、多规格、低成本、和高质量的产品。为了满足这一规定，

生产设备和自动生产线日勺控制系统必须具有高的可靠性和灵活性。可编程控制器

(PLC)正是顺应这一规定出现欧它是以微处理器为基础的通用工业指控装置。

国际电工委员会(IEC)在1985年的PLC原则草案第3稿中，对PLC作出

如下定义：”可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工'业环境

下应用而设计。它采用可编程序的I存储器，用来在其每部存储执行逻辑运算、顺

许控制、定期、计数和算术运算等操作日勺指令，并通过数字式、模拟式日勺输入和

输出，控制多种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其设备，都应按照易

于使工业控制系统形成一种整体，易于扩充其功能日勺原则设计。”可以预料：在

工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界时尚。PLC程序既有生产厂

家向系统程序，又有顾客自己开发FI勺应用程序，系统程序提供应用平台，同步还

为PLC可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理，顾客程序由顾客自己设

计，这样可以满足大多数顾客的需要。

第二章电路图

第一节广告灯自动控制电路

都市广告灯大多数只在夜晚12点钟此前起到很好H勺宣传作用，子夜一过，

行人稀少，也就失去了广告日勺意义。该广告灯自动控制电路能在傍晚天渐黑时自

动接通广告灯牌的电源，同步开始计时，待4〜6小时后于子夜自动切断电源，

从而实现全自动控制和节电日勺目口勺。如图所示为广告灯自动控制电路，它由电源

变换、光控及定期等部分构成。

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第二节变色广告灯自动控制电路

这是一例变色广告灯自动控制电路，它采用了两种控制方式:①光控方式，

白天自动关闭，夜晚自动启动;②时间控制方式，夜晚自动启动后，通过定期控

制使其在预定的I时间自动关闭，以节省电能。在广告灯启动后，通过控制电路使

两种彩色的广告灯光交替循环显示，增强广告效果。电路在灯光显示日勺同步还伴

有广告语言，简介广告要阐明日勺内容，是一种功能较完善日勺广告灯控制器。变色

广告灯控制器的J电路构成如图6-45所示。

电路工作原理

变色广告灯控制器电路由光控电路、时间控制电路、语言电路、彩灯循环控

制电路和电源电路构成。

光控电路是本电路口勺主控电路，它通过为其他控制电路接通工作电源的方式

控制着整个工作电路的启动时间。

光控电路重要由光敏电阻RG和由VT1、VT2构成的直接桐合式晶体管放大

电路构成。白天，RG受光的照射阻值变小，VI的基极得到较大的偏置电压

而导通，VT2则因VT1FI勺导通而截止。TC21c4因无工作电源而停止工作。

夜晚来临时，光照减弱，RG阻值升高，VI截止，VT2因VT1口勺截止

而导通，12V电源经VT2向IC21c4提供工作电源，使其进入工作状态。

时间控制电路H勺作用是：当夜晚来临后使电路投入工作，夜深人静时停止工

作，以防止不必要H勺电源消耗。

时间控制电路由一只14级二进制计数/分频电路CD4060构成。该电路通过

外接R4、C7构成一种RC振荡器，其振荡周期T:2.2R4C7=Lis。

经内部14级分频（分频系数为16384）后，控制时间约为5小时（1.1

X16384二18022s,18022/3600又5小时）0

当VT2导通后，电源通过C6、R3形成的复位脉冲使CD4060复位，随即

电路工作，产生脉冲并分频。

在接通电源之初，由于IC2的③脚输出低电平，VT3导通，为IC3及IC4

提供工作电源。5小时后定期结束，③脚输出高电平，VT3截止，切断了IC3与

IC4的工作电源，广告灯与语言电路因失去控制电源而停止工作。

广告语言电路IC3在VT3导通后即投入工作，发出〃欢迎光顾〃口勺广告语言。

TC3也可根据需要采用其他广告语，或者采用可录式语音电路录人所需要的广告

语。

IC4构成广告彩灯交替循环控制电路，它是由NE555与RIO、CH及CIO构

成的低频脉冲振荡器，其振荡周期：

tl=0.693（R10+R11）CIO"2.4s

t2=0.693R11C1O^2.3s

即振荡电路输出高电平日勺时间为2.4s,输巴低电平的时间为2.3so

SSR1与SSR2为回态继电器，它可以由TC4和VT6输出口勺高电平来控制使

其接通。当IC4输出脉冲的tl时，IC4输出口勺高电子通过SSR2将绿色广告灯

接通，绿色广告灯开灯2.4s后灭。当TC4输出脉冲的tz时，IC4输出的低电

平使VT6导通，VT6输出高电平通过SSR1将红色广告灯接通，红色广告灯启

动2.3s后灭。接着又是IC4输出高电平，绿色广告灯亮……如此不停循环,

直到定期结束IC2输匕高电平使VT3截止。

第三章元器件简介

第一节传感器

英文名称：transducer/sensor

国标GB7665-87对传感器下H勺定义是：”能感受规定的被测量并按照

一定H勺规律转换成可用信号的器件或装置，一般由敏感元件和转换元件构

成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量日勺信息，并能将检测感受

到日勺信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满

足信息的传播、处理、存储、显示、记录和控制等规定。它是实现自动检

测和自动控制的首要环节。

“传感器”在新韦式大词典中定义为：

-“从一种系统接受功率，一般以另一种形式将功率送到第二个系统

中日勺器件”。

根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式，

因此不少学者也用“换能器一Transducer”来称谓“传感器一Sensor”。

传感器的作用

人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身H勺

感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够

了。为适应这种状况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官日勺

延长，又称之为电五官。

新技术革命日勺到来，世界开始进入信息时代。在运用信息H勺过程中，

首先要处理的就是要获取精确可靠H勺信息，而传感器是获取自然和生产领

域中信息的重要途径与手段。

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用多种传感器来监视和

控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产

品到达最佳的质量。因此可以说，没有众多H勺优良的传感器，现代化生产

也就失去了基础。

在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，

进入了许多新领域：例如在宏观上要观测上千光年的茫茫宇宙，微观上要

观测小到cm的粒子世界，纵向上要观测长达数十万年的天体演化，短到s

日勺瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具

有重要作用的多种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压:、超高真空、

超强磁场、超弱磁场等等。显然，耍获取大量人类感官无法直接获取的信

息，没有相适应日勺传感器是不也许的。许多基础科学研究日勺障碍，首先就

在于对象信息时获取存在困难，而某些新机理和高敏捷度日勺检测传感器的

出现，往往会导致该领域内欧I突破。某些传感器的发展，往往是某些边缘

学科开发的先驱。

传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、

资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可

以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至多种复杂的工程系

统，几乎每一种现代化项目，都离不开多种各样的传感器。

由此可见，传感器技术在发展经济、推进社会进步方面的重要作用，

是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域口勺发展。相信很快口勺未来，

传感器技术将会出现一种飞跃，到达与其重要地位相称的新水平。

敏感元件的分类

①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类，基

于化学反应的原理。③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。

一般据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、

磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件

等十大类（尚有人曾将敏感元件分46类）。

传感器的分类

可以用不一样的观点对传感器进行分类：它们内转换原理（传感器工作

的基本物理或化学效应）；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们

的材料和工艺等。

根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类：

传感器工作原理日勺分类物理传感器应用的是物理效应，诸如磁致伸缩

压电效应,现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的

微小变化都将转换成电信号。

化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传

感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。

有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感

器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问

题，规模生产的也许性，价格问题等，处理了此类难题，化学传感器的应

用将会有巨大增长。

常见传感器的J应用领域和工作原理列于下表。

1.按照其用途，传感器可分类为：

压力敏和力敏传感器位置传感器

液面传感器能耗传感器

速度传感器加速度传感器

射线辐射传感器热敏传感器

24GHz雷达传感器

2.按照其原理，传感器可分类为：

振动传感器湿敏传感器

磁敏传感器气敏传感器

真空度传感器生物传感器等。

以其输出信号为原则可将传感器分为:

模拟传感器一一将被测量的非电学量转换成模拟电信号。

数字传感潜一一将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接

和间接转换)。

膺数字传感器一一将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号时

输出(包括直接或间接转换)。

开关传感器一一当一种被测量的信号到达某个特定的阈值时，传感器

对应地输出一种设定的低电平或高电平信号。

在外界原因日勺作用下，所有材料都会作出对应的、具有特性性的I反应。

它们中的那些对外界作用最敏感日勺材料，即那些具有功能特性日勺材料，被

用来制作传感器的敏感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器提成F

列几类：

(1)按照其所用材料的类别分？

金属？聚合物？陶姿？混合物？

(2)按材料的物理性质分？？导体？绝缘体？半导体？磁性材料？

(3)按材料的晶体构造分？

单晶？多晶？非晶材料？

与采用新材料紧密有关的传感器开发工作，可以归纳为下述三个方

向：？

(1)在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后使它们能在传感

器技术中得到实际使用。？

(2)探索新欧I材料，应用那些已知的现象、效应和反应来改善传感器技

术。？

(3)在研窕新型材料日勺基础上探索新现象、新效应和反应，并在传感器

技术中加以详细实行，?

现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件

的开发强度。传感器开发的基木趋势是和半导体以及介质材料的应用亲密

关联日勺。表1.2中给出了某些可用于传感器技术日勺、可以转换能量形式的

材料。？

按照其制造工艺，可以将传感器辨别为：

集成传感器？薄膜传感器？厚膜传感器？陶瓷传感器

集成传感器是用原则的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。

一般还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。？

薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的J,对应敏感材料的薄

膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。？

厚膜传感器是运用对应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成日勺，基片

一般是A1203制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。

陶瓷传感器采用原则的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)生

产。？

完毕合适的预备性操作之后，已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜

和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性，在某些方面，可以认为厚

膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。？

每种工艺技术均有自己的长处和局限性。由于研究、开发和生产所需

日勺资本投入较低，以及传感器参数日勺高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传

感器比较合理。

第二节光敏电阻传感器

光敏传感器是最常见日勺传感器之一，它的种类繁多，重要有：光电管、

光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外

线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。

它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感

器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件构成其他传感器，对许

多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。光传感

器是目前产量最多、应用最广日勺传感器之一，它在自动控制和非电量电测

技术中占有•非常重要的地位。最简朴的光敏传感器是光敏电阻，当光子冲

击接合处就会产生电流。

第三节发光二极管

’它是半导体二极管日勺一种,可以把电能转化成光能：常简写为LED。发光二

极管与一般二极管同样是由一种PN结构成，乜具有单向导电性。当给发光

二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的I空穴和由N区注入到P区日勺

电子，在PN结附近数微米内分别与N区日勺电子和P区日勺空穴复合，产生自

发辐射欧I荧光。不一祥的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不一样。

当电子和空穴复合时释放出欧I能量多少不一样，释放出日勺能量越多，则发

出口勺光的I波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管

的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限

流电阻以控制通过管子的电流。

公式

限流电阻R可用下式计算：R=（E-UF）/IF

式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流

物理特性

式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。

发光二极管的两根引线中较长日勺一根为正极，应按电源正极。有的发光二

极管的两根引线同样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正

极。

与小白炽灯泡和翻灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有

欧J仅一点几伏）；工作电流很小（有的I仅零点几亳安即可发光）；抗冲击

和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以以便地

调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在某些光电控制设备中用

作光源，在许多电子设备中用作信号显示屏。把它的管心做成条状，用7

条条状的发光萱构成7段式半导体数码管,每个数码管可显示0〜9十个数

目字。

发光原理

50年前人们已经理解半导体材料可产生光线的基本知识，第一种商用

二极管产生于1960年。LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）

的缩写，

发光二极管

它口勺基本构造是一块电致发光口勺半导体材料，置于一种有引线的架子上，

然后四面用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用，因此LED%）抗震性

能好。

发光二极管日勺关健部分是由P型半导体利N型半导体构成的晶片，在P

型半导体和N型半导体之间有一种过渡层，称为PN结。在某些半导体材料

的PN结中，注入的少数载流子与多数载流了复合时会把多出的能量以光的

形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流

子难以注入，故不发光。这种运用注入式电致发光原理制作的二极管叫发

光二极管，通称LED。当它处在正向工作状态时（即两端加上正向电压），

电流从LED阳极流向羽极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不一样颜色

的光线，光的强弱与电流有关。

分类

发光二极管还可分为一般单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高

亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二

极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等。

一般单色发光二极管

一般单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均

匀稳定、响应速度快、寿命长等长处，可用多种直流、交流、脉冲等电源

驱动点亮。它属于电流控制型半导体器件，使用时需串接合适日勺限流电阻。

一般单色发光二极管的发光颜色与发光日勺波长有关，而发光日勺波长又

取决于制造发光二极管所用的半导体材料。红色发光二极管日勺波长一般为

650^700nm,琥珀色发光二极管的波长一般为630飞50nm,橙色发光二极

管日勺波长一般为610飞30nm左右，黄色发光二极管时波长一般为585nm

左右，绿色发光二极管的波长一般为555~570nm。常用时国产一般单色发

光二极管有BT（厂标型号）系列、FG（部标型号）系列和2EF系列，见表

4-26、表4-27和表4-28o

常用的进口一般单色发光二极管有SLR系列和SLC系列等。

高亮度单色发光二极管

高亮度单色发光二极管和超高亮度单色发光二极管使用H勺半导体材料

与一般单色发光二极管不一样，因此发光的强度也不一样。

一般，高亮度单色发光二极管使用碑铝化钱(GaAlAs)等材料，超高

亮度单色发光二极管使用磷锢碎化钱(GaAsInP)等材料，而一般单色发光

二极管使用磷化钱(GaP)或磷神化钱(GaAsP)等材料。

常用的高亮度红色发光二极管的重要参数见表4-29,常用H勺超高亮度

单色发光二极管的重要参数见表4-30o

变色发光二极管

变色发光二极管是能变换发光颜色的发光二极管。变色发光二极管发

光颜色种类可分为双色发光二极管、三色发光二极管和多色(有红、蓝、

绿、白四种颜色)发光二极管。

变色发光二极管按引脚数量可分为二端变色发光二极管、三端变色发

光二极管、四端变色发光二极管和六端变色发光二极管。

常用时双色发光二极管有2EF系列和TB系列，常用时三色发光二极管

有2EF302、2EF312、2EF322等型号。

闪烁发光二极管

闪烁发光二极管(BTS)是一种由CMOS集成电路和发光二极管构成的

特殊发光器件，可用于报警指示及欠压、超压指示。

闪烁发光二极管在使用时，不必外接其他元件，只要在其引脚两端加

上合适的直流工作电压(5V)即可闪烁发光。

电压控制型发光二极管

一般发光二极管属于电流控制型器件，在使用时需串接合适阻值的限

流电阻。电压控制型发光二极管(BTV)是将发光二极管和限流电阻集成制

作为一体，使用时可直接并接在电源两端。

红外发光二极管

红外发光二极管也称红外线发射二极管，它是可以将电能直接转换成

红外光(不可见光)并能辐射出去的发光器件，重要应用于多种光控及遥

控发射电路中。

红外发光二极管的构造、原理与一般发光二极管相近，只是使用的半

导体材料不一样。红外发光二极管一般使用硅化钱(GaAs)＞种铝化铁

(GaAlAs)等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色日勺树脂封装。

常用时红外发光二极管有SIR系列、SIM系列、PLT系列、GL系列、HIR

系列和HG系列等

LED光源的特点

电压

LED使用低压电源,供电电压在6-24V之间，根据产品不一样而异，因

此它是一种比使用高压电源更安全的电源，尤其合用于公共场所。

效能

消耗能量较同光效的白炽灯减少80%

合用性

很小，每个单元LED小片是3-5mni日勺正方形，因此可以制备成多种形

状的器件，并且适合于易变的环境

稳定性

10万小时，光衰为初始的50%

响应时间

其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级

对环境污染

无有害金属汞

颜色

发光二极管以便地通过化学修饰措施，调整材料的能带构造和禁带宽

度，实现红黄绿蓝橙多色发光。红光管工作电压较小，颜色不一样的红、

橙、黄、绿、蓝的发光二极管日勺工作电压依次升高。

价格

LDE的价格目前越来越平民化，因LED省电日勺特性，也许很快日勺未来,

人们都会时把白炽灯换成LED灯。目前，我国部分都市公路、学校、厂区

等场所已换装万LED路灯、节能灯等

单色光LED曰勺种类及其发展历史

最早应用半导体P-N结发光原理制成的ILED光源问世于20世纪60年

代初。当时所用的I材料是GaAsP,发红光（入p=650nm）,在驱动电流为20

毫安时，光通量只有千分之几种流明，对应的发光效率约0.1流明/瓦。

70年代中期，引入元素In和N,使LED产生绿光（入p=555nm）,黄

光（入p=590nm）和橙光（入p=610nm）,光效也提高到1流明/瓦。

到了80年代初，出现了GaAlAs的LED光源，使得红色LED时光效到

达10流明/瓦。

90年代初，发红光、黄光的GaAHnP和发绿、蓝光日勺GalnN两种新材

料口勺开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2023年，前者做成的

LED在红、橙区（入p=615nm）的光效到达100流明/瓦，而后者制成『、JLED

在绿色区域（入p=530nm）的光效可以到达50流明/瓦。

单色光LED的应用

最初LED用作仪器仪表时指示光源，后来多种光色的JLED在交通信号灯利

大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以

12英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的140

瓦白炽灯作为光源，它产生2023流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%,

只剩余200流明的红光。而在新设计的灯中，Lumileds企业采用了18个红

色LED光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。

汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。1987年，我国开始在汽车

上安装高位刹车灯，由于LED响应速度快（纳秒级），可以及早让尾随车

辆口勺司机懂得行驶状况，减少汽车追尾事故的发生。

此外，LED灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏，匙扣式微型电筒等领域都

得到了应用。

LED光参数简介

LED的光学参数中重要H勺几种方面就是：光通量、发光效率、发光强度、

光强分布、波长。

发光效率和光通量

发光效率就是光通量与电功率之比。发光效率表征了光源的节能特性，

这是衡量现代光源性能的一种重要指标。

发光强度和光强分布

LED发光强度是表征它在某个方向上日勺发光强弱，由于LED在不一样日勺

空间角度光强相差诸多，随之而来我们研究了LED日勺光强分布特性。这个

参数实际意义很大，直接影响到LED显示装置的最小观测角度。例如体育

场馆日勺LED大型彩色显示屏，假如选用的LED单管分布范围很窄，那么面

对显示屏处在较大角度的观众将看到失真的图像。并且交通标志灯也规定

较大范围的人能识别，

波长

对于LED的光谱特性我们重要看它的单色性与否优良，并且要注意到

红、黄、蓝、绿、白色LED等重要的颜色与否纯粹。由于在许多场所下，

例如交通信号灯对颜色就规定比较严格，不过据观测目前我国H勺某些LED

信号灯中绿色发蓝，红色的I为深红，从这个现象来看我们对LED欧|光谱特

性进行专门研究是非常必要并且很故意义的。

LED光度测量原理

光强度的测量措施

把光强原则灯，LED和配有V（入）滤光片的硅光电二极管安装和调试

在光具座上，尤其是严格地调灯丝位置，LED发光部位及接受面位置。

先用光强原则灯校准硅光电二极管，C=E/S

式中Rs=Is/Ds

Ds是原则灯与接受器之间的距离，Is是原则灯的光强度，Rs是原则

灯日勺响应。

Et=C・Rt式中Et是被测LED的照度，Rt是被测LED的响应，则

LED时光强度It为：It=Et・Dt

式中Dt是LED与接受面之距离。

对于LED来讲，其发光面是圆盖形状的I，光分布是很特殊的，因此在

不一样的测量距离下，光强值会变化，偏离距离平方反比定律，虽然固定

了测量距离，不过由于接受器接受面积不一样，其光强值也会变化。因此,

为了提高测量精度，应当把测量距离和接受面积大小相对地予以固定为好。

例如，测量距离按照GIE推荐采用316mm，接受器面积固定为lOXIOirm。

在同一测量距离下，LED转角不一样，其光强也对应地有变化，因此为了获

得最佳值，最佳读出最大读数Rt为佳。

光通量的测量措施

光通量测量在变角光度计日勺转台上进行，转台上安转了LED,该转台在

其水平面上绕着垂直轴旋转土90度，LED在垂直面上绕着测光轴旋转360

度。在水平面上和垂直面上的转角的控制是通过步进马达来实现日勺。转台

在导轨上随意移动，当测量原则灯时，转台应离开导轨。

测量时大转盘在水平面上绕垂直轴旋转，步进角度为0.9°,正方向

90°,反方向90°。LED自身也在旋转，在每一种水平角度下，垂直平面上

每隔18°进行一次信号采集，转完360。之后共采集到20个数据，按下式

计算总光通量。

假如大回旋转0°〜90。时，小盘转0°〜360°即可。不过大回旋转

0°〜90°时，有也许LED安装不均匀（不对称）而引起误差，因此最佳日勺

处理措施是大盘转一90°〜0°〜90°,小盘仍然转0°〜360°,把大盘

0°〜90°和一90°〜0。两个范围内绝对值相等啊角度上的照度值取平均

值来作为0°〜90°内的值。

LED总光通量测量的第二种措施是积分求法。此措施的长处是简朴易

行，但测量精度不高。LED口勺总光通量计算措施如下，先计算离积分球入射

窗口（入射窗口面积A）1距离上原则灯（光强值Is）进入积分球内口勺

光通量①s,6s=1s・A/I2

读出接受器上的光电流信号is,然后把LED置于窗口上，读出对应的

接受器光电流信号it,则LED的总光通量中为：

①t=It/Is(Ds・K

式中K为色修正系数。

LED时光谱功率分布测量措施

发光二极管的光谱功率分布测量，目的是掌握LEDH勺光谱特性和色度,

再者是为了对己测得的LED的光度量值进行修正。

在测量LED光谱功率分布时，应注意如下几点，一种是在与原则光谱

辐照度进行比较时由于原则灯日勺光谱辐强度比LED强得多，为了防止这个

问题，最佳在原则灯前加一种中性滤光片，使它日勺光谱辐强度靠近于LED。

LED的光谱宽度很窄，为了精确地描绘LED日勺光谱分布轮廓，最佳采用

窄带波长宽度的单色仪进行测量，波长间隔为Inm为好。

按下式计算LED日勺光谱功率分布Eto

EtX=EsX>ItX/IsX

式中i是原则灯在波长i处的I响应；E是原则灯日勺光谱功率分布；i

是LED在波长X处的响应。

LED的色坐标计算公式为：

x=/EtX*xXdA

y=/EtA.・ydX

z=/EtA・yd入

色坐标为：

x=X/(X+Y+Z)

y=Y/(X+Y+Z)

也可计算LED日勺主波长和色纯度。

发光二极管也与一般二极管同样由PN构导致，也具有单向导电性。它

广泛应用于多种电子电路、家电、仪表等设备中、作电源指示或电平指示。

发光二极管日勺重要特性表

•cd（坎德拉）发光强度的单位

第四节稳压二极管

稳压二极管（又叫光纳二极菅）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日勺半导体器件.在这临界击穿点上，反向电

阻减少到一种很小日勺数值，在这个低阻区中

9B1TVS符9及伏安“惊

伏安特性

电流增长而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的I,由于这

种特性,稳压管重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

多日勺稳定电压.（图一电压源方向反了。）

Vs口也

图2毕D

nRs

稳压管的应用

1、浪涌保护电路（如图2）:稳压管在精确的电压下击穿，这就使得它可

作为限制或保护之元件来使用，由于多种电压口勺稳压二极管都可以得至也故

对于这种应用尤其合适.图中日勺稳压二极管D是作为过压保护器件.只要电

源电压VS超过二极管口勺稳压值D就导通，使继电器J吸合负载RL就与电源

分开.

图3

2、电视机里的I过压保护电路（如图3）:EC是电视机主供电压，当EC电压过

高时，D导通，三极管BG导通，其集电极电位将由本来的高电平（5V）变为低电

平，通过待机控制线的控制使电视机进入待机保护状态.

3、电弧克制电路如图4:在电感线圈上并联接入一只合适的稳压二极管（也

可接入一只一般二极管原理同样）的话，当线圈在导通状态切断时，由于其

电磁能释放所产生日勺高压就被二极管所吸取，因此当开关断开时，开关口勺电

弧也就被消除了.这个应用电路在工业上用得比较多，如某些较大功率日勺电

磁吸控制电路就用到它.

4、串联型稳压电路（如图5）:在此电路中：串联稳压管，BG的基极被稳

压二极管D钳定在13V,那么其发射极就输出恒定的12V电压了.这个电路在

诸多场所下均有应用，

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）最大容许功耗

色环稳压二极管

由于小功率稳压二极管体积小，在管子上标注型号较困难，因此某些

国外产品采用色环来表达它的标称稳定电压值。如同色环电阻同样，环的

颜色有棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白、黑，它们分别用来表达数

值1、2、3、4、5、6、7、8、9、0。

有的稳压二极管上仅有2道色环，而有的却有3道。最靠近负极H勺为

第1环，背面依次为第2环和第3环。

仅有2道色环日勺，标称稳定电压为两位数，即“XXV"（几十几伏）。

第1环表达电压十位上的数值，第2环表达个位上H勺数值。如：第1、2环

颜色依次为红、黄，则为24V。

有3道色环，且第2、3两道色环颜色相似H勺。标称稳定电压为一位整

数且带有一位小数，即“X.XV"（几点几伏）。第1环表达电压个位上H勺

数值。第2、3两道色环（颜色相似）共同表达十分位（小数点后第一位）

日勺数值。如：第1、2、3环颜色依次为灰、红、红，则为8.2V。

有3道色环，且第2、3两道色环颜色不一样日勺。标称稳定电压为两位

整数并带有一位小数，即“XX.XV"（儿十几点几伏）。第1环表达电压

十位上的数值。第2环表达个位上的数值。第3环表达十分位（小数点后

第一位）的数值。

第五节电容器

电容器一般简称其为电容，用字母C表达。定义1：电容器，顾名思义，是

'装电的容器'，是一种容纳电荷日勺器件。英文名称：capacitor。电容是

电子设备中大量使用时虹兀住之一，广泛应用于隔直，耦合，旁路，滤

波，调谐回路，能量转换，控制电路等方面。定义2：电容器，任何两个

彼此绝缘且相隔很近的导体（包括导线）间都构成一种电容器。

电容器在电路中的作用

在直流电路中，电容器是相称于断路的。电容器是一种可以储备电荷

H勺元件，也是最常用的电子元件之一。

这得从电容器日勺构造上说起。最简朴的电容器是由两端H勺极板和中间

日勺绝缘电介质（包括空气）⑴构成的。通电后，极板带电，形成电压（电势

差），不过由于中间H勺绝缘物质，因此整个电容器是不导电日勺。不过，这

样日勺状况是在没有超过电容器H勺临界电压（击穿电压）日勺前提条件下H勺。

我们懂得，任何物质都是相对绝缘H勺，当物质两端的电压加大到一定程度

后，物质是都可以导电的，我们称这个电压叫击穿电压。电容也不例外，

电容被击穿后，就不是绝缘体了。不过在中学阶段，这样日勺电压在电路中

是见不到的，因此都是在击穿电压如下工作日勺，可以被当做绝缘体看。

不过，在交流电路中,由于电流的方向是随时间成一定的函数关系变

化日勺。而电容器充放电的过程是有时间的，这个时候，在极板间形成变化

口勺电场,而这个电场也是随时间变化的国教。实际上，电流是通过场口勺形

式在电容器间通过H勺，

在中学阶段，有句话，就叫通交流，阻直流，说的就是电容日勺这个性

质。

电容的作用:

1）旁路

旁路电容是为当地器件提供能量的I储能器件，它能使稳压落日勺输出均

匀化，减少负载需求，就像小型可充电电池同样，旁路电容可以被充电，

并向器件进行放电。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供

电电源管脚和地管脚，这可以很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高

和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时日勺电压降。

2）去藕

去藕，又称解藕，从电路来说，总是可以辨别为驱动日勺源和被驱动

的负载。假如负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完

毕信号口勺跳变，在上升沿比较陡峭口勺时候，电流比较大，这样驱动的电

流就会吸取很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（尤其是芯片管脚

上口勺电感，会产生反弹），这种电流相对于正常状况来说实际上就是一种

噪声，会影响前级的正常工作，这就是所谓的“耦合”。

去藕电容就是起到一种“电池”的作用，满足驱动电路电流的变化，

防止互相间的耦合干扰。

将旁路电容和去藕电容结合起来将更轻易理解。旁路电容实际也是去

藕合日勺，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高

一条低阻抗泄防途径，高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般取

0.1UF、0.01uF等；而去耦合电容的容量一般较大，也许是10uF或者

更大，根据电路中分布参数、以及驱动电流『、］变化大小来确定。旁路是把

输入信号中日勺干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号日勺干扰作为滤除对

象，防止干扰信号返回电源。这应当是他们的本质区别。

3）滤波

从理论上（即假设电容为纯电容）说，电容越大，阻抗越小，通过欧J

频率也越高。但实际上超过1uF口勺电容大多为电解电容，有很大的电感成

分，因此频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一种电容量较大电解电

容并联了一种小电容，这时大电容通低频，小电容通高频。电容日勺作用就

是通高阻低，通高频阻低频。电容越大低频越轻易通过。详细用在滤波中，

大电容（1000UF）漉低频，小电容（20pF）滤高频。曾有网友形象地将滤

波电容比作“水塘”，由于电容的两端电压不会突变，由此可知，信号频

率越高则衰减越大，可很形象口勺说电容像个水塘，不会因几滴水口勺加入或

蒸发而引起水量的变化。它把电压口勺变动转化为电流的变化，频率越高，

峰值电流就越大，从而缓冲了电压。滤波就是充申,，放电的过程。

4）储能

储能型电容器通过整流器搜集电荷，并将存储的能量通过变换器引线

传送至电源的输出端，电压额定值为40〜450VDC、电容值在220〜150

000MF之间的铝电解电容器（如EPCOS企业的B43504或B43505）是较

为常用口勺。根据不一样的电源规定，器件有时会采用串联、并联或其组合

的形式，对于功率级超过10KW口勺电源，一般采用体积较大口勺罐形螺旋端

子电容器。

电容器的基本功能——充电和放电：充电和放电是电容器的基本功

能。

充电

使电容器带电（储存电荷和电能）的过程称为充电。这时电容器的两

个极板总是一种极板带正电，另一种极板带等量口勺负电。把电容器的一种

极板接电源（如电池组）口勺正极，另一种极板接电源口勺负极，两个极板就

分别带上了等量的异种电荷。充电后电容器的两极板之间就有了电场，充

电过程把从电源获得的电能储存在电容器中。

放电

使充电后的电容器失去电荷（释放电荷和电能）的I过程称为放电。例

如，用一根导线把电容器的I两极接通，两极上H勺电荷互相中和，电容器就

会放出电荷和电能。放电后电容器日勺两极板之间日勺电场消失，电能转化为

其他形式的能。在一般日勺电子电路中，常用电容器来实现旁路、耨金、滤

波、振谖、相移以及波形变换等，这些作用都是其充电和放电功能的演变。

电容器重要特性参数

标称电容量和容许偏差

标称电容量是标志在电容器上的电容量。

电容器的基本单位是法拉，简称法（F）,不过，这个单位太大，在实地

标注中很少采用。

其他单位关系如下：

lF=1000mF

lmF=1000.F

1uF=1000nF

lnF=1000pF

电容器实际电容量与标称电容量的偏差称误差，在容许日勺偏差范围称

精度。

精度等级与容许误差对应关系：00(01)-±1%^0(02)-±2%、I-±5%、

II-±10%>III-±20%>IV-(+20%-10%)V-(+50%-20%)>VI-(+50%~30%)

一般电容器常用I、H、in级，电解电容器用w、v、VI级，根据用

途选用。

额定电压

在最低环境温度和额定环境温度下可持续加在电容器的J最高直通曳压

有效值，一般直接标注在电容器外壳.上，假如工作电压超过电容器的I耐压，

电容器击穿，导致不可修复的永久损坏。

绝缘电阻

直流电压加在电容上，并产生漏电电流，两者之比称为绝缘电阻.

像陶瓷电容器、薄膜电容器日勺话，绝缝电阻是越大越好的I,而铝电解

电容之类的绝缘电阻是越小越好。电容的时间常数：为恰当的评价大容

量电容的绝缘状况而引入了时间常数，他等于电容欧I绝缘电阻与容量的乘

积。

损耗

电容在电场作用下，在单位时间内因发热所消耗的能量叫做损耗。各

类电容都规定了其在某频率范围内日勺损耗容许值，电容的损耗重要由介庖

损耗，电导损耗和电容所有金属部分的电阻所引起的。

在直流电场日勺作用下，电容器日勺损耗以漏导损耗的形式存在，一般较

小，在交变电场日勺作用下，电容日勺损耗不仅与漏导有关，并且与周期性的

极化建立过程有关。

频率特性

伴随频率的上升，一般电容器日勺电容量展现下降的规律。。

温度系数

在一定温度范围内，温度每变化1℃,电容量的相对变化值。温度系数

越小越好。

常用公式

平行板电容器公式中c=ES/4nkd

电容器的分类

1、按照构造分三大类：固定电容器、可变电容器和微调电容器。

2、按电解质分类：有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器和

空气介质电容器等。

3、按用途分有：高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频

耦合、小型电容器。

4、按制造材料的不一样可以分为：瓷介巨容、涤纶电容、电解电容、

留电容,尚有先进的聚丙烯电容等等

5、高频旁路：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、涤纶电容器、

玻璃釉电容器。

6、低频旁路：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器。

7、滤波：铝电解电容器、纸介电容器、复合纸介电容器、液体锂电容

落。

8、调谐：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、聚苯乙烯电容器。

9、低耦合：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、

固体铝电容器。

10、小型电容：金属化纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、聚

苯乙烯电容器、固体锂电容器、玻璃釉电容器、金属化涤纶电容器、聚丙

烯电容器、云母电容器。

常用电容器

铝电解电容器

用浸有糊状电解质的吸水纸夹在两条铝笛中间卷绕而成，薄的化氧化

膜作介质的电容器.由于氧化膜有单向导电性质，因此电解电容器具有极

性.。

容量大，能耐受大的脉动电流。

容量误差大，泄漏电流大；一般的不适于在高频和低温下应用，不适宜

使用在25kHz以上频率。

低频旁路、信号耦合、电源滤波。

铝电解电容器

用烧结的铝块作正极，电解质使用固体二氧化镒。

温度特性、频率特性和可靠性均优于一般电解电容器，尤其是漏电流

极小，贮存性良好，寿命长，容