项目6.2光敏二极管在路灯控制器中的应用（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学版）

06 一月 2024 1 项目二 光敏二极管在路灯控制器中的应用 一、项目目标 利用光敏二极管设计一简易路灯控制器，白天灯熄，晚上灯亮。通过光控电路的设计与制作，了解光敏二极管的特性、构成、工作原理，掌握其应用电路。 二、项目分析 很多场合需要根据当时的光照情况来实现不同控制，完成不同工作。在光控电路中，除了使用光敏电阻外，也可以利用光敏二极管、光敏三极管来实现。 其他传感器的应用 06 一月 2024 2 本项目利用光敏二极管设计一个简单的控制电路，实现路灯的自动控制，从而对光敏二极管、光敏三极的控制电路有一个基本的了解。 光敏二极管与光敏三极管在应用上，除了光电流不同之外，其应用电路的形式基本相同，不管是光敏二极管，还是光敏三极管，都是将光转换成电流，所以其检测电路就是将该光电流转换成电压，由该电压来控制相应的控制电路，来实现某些自动控制。 其他传感器的应用 06 一月 2024 3 国产光敏二极管的主要技术参数表如表6.3所示。 其他传感器的应用 06 一月 2024 4 国产光敏三极管的主要技术参数表如表6.4所示。 其他传感器的应用 06 一月 2024 5 注： 1. 暗电流ID：在无光照的情况下，集电极与发射极间的电压为规定值时，流过集电极的反向漏电流称为光敏三极管的暗电流。 2. 光电流IL：在规定光照下，当施加规定的工作电压时，流过光敏三极管的电流称为光电流，光电流越大，说明光敏三极管的灵敏度越高。 3. 集电极一发射极击穿电压VCE：在无光照下，集电极电流Ic为规定值时，集电极与发射极之间的电压降称为集电极一发射极击穿电压。 4. 最高工作电压VRM：在无光照下，集电极电流Ic为规定的允许值时，集电极与发射极之间的电压降称为最高工作电压。 5. 最大功率PM：最大功率指光敏三极管在规定条件下能承受的最大功率。 由表6.2和表6.3也可以看出，相同光照下，光敏三极管的光电流比光敏二极管的光电流要大得多，而价格又相差不多，所以，在实际应用中，尽可能地选用光敏三极管。 其他传感器的应用 06 一月 2024 6 三、项目实施 1．电路原理 路灯控制电路原理图如图6.10所示。 图6.10 路灯控制电路原理图 其他传感器的应用 06 一月 2024 7 图中，VD1为光敏二极管，也可用光敏三极管，作为感光元件，将光信号转换成电信号。IC1为40106，起到整形的作用，同时也可提高抗干扰的能力；VT1为驱动三极管，实现对继电器的控制。光线较暗时，VD1产生的光电流很小，经R1和VR1电阻后，产生的电压比较小（小于3V），此时，IC1输出高电平（4.9V），VT1导通，继电器K得电，常开触点闭合，被控电器得电工作； 其他传感器的应用 06 一月 2024 8 当光线逐渐增强时，VD1中光电流逐渐增大，当IC1输入电压超过3V时，其输出电压变为低电平（0.1V），VT1截止，继电器K失电，常开触点断开，被控电器失电停止工作。 图中VR1为灵敏度调节电阻，调节VR1可以调节起控亮度。 其他传感器的应用 06 一月 2024 9 思考题：为什么调节VR1可以调节起控点呢？ 3．电路制作 ⑴根据电路选择合适的元器件； ⑵制作电路板并焊接电路，也可用万能板搭建； 4.电路调试 电路制作完成后，调节给VD1的光线，看被控电器是否按设计要求工作；并可适当调节VR1，改变电路的起控点，以便达到控制的要求。 其他传感器的应用 06 一月 2024 10 光敏二极管为控制器的感光部分，因此安装时要能顺利感受到光照的变化，并要防止干扰而产生误动作，如树叶或其它物体的遮挡而导致传感器感受不到光的变化。 5．知识链接 ⑴结构原理 光敏二极管的结构与一般二极管相似，其结构原理图如图6.11所示。 图6.11 光敏二极管的结构原理图 其他传感器的应用 06 一月 2024 11 它装在透明玻璃外壳中，其PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射。光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态，在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流称为暗电流。 NPN型光敏晶体管的结构简图和基本电路如图6.12所示。为大多数光敏晶体管的基极无引出线，当集电极加上相对于发射极为正的电压而不接基极时，集电结就是反向偏压；当光照射在集电结上时，就会在结附近产生电子.空穴对，从而形成光电流，相当于三极管的基极电流。由于基极电流的增加，因此集电极电流是光生电流的 倍，所以光敏晶体管有