光电报警器报告

目录

1 设计任务描述 (2)

1.1 设计题目：光电报警器 (2)

1.2 设计要求 (2)

1.2.1 设计目的 (2)

1.2.2 基本要求 (2)

1.2.3 发挥部分 (2)

2 设计思路 (3)

3 设计方框图 (3)

4 各部分电路设计及参数计算 (3)

4.1RC振荡器电路设计及其参数计算 (3)

4.1.1 RC振荡器电路设计 (3)

4.1.2 RC振荡电路参数计算 (3)

4.2功率放大电路设计及其参数计算 (3)

4.2.1功率放大电路设计 (3)

4.2.2功率放大器的参数计算 (3)

4.3 报警电路设计 (3)

4.4.1 报警电路的原理 (3)

4.4. 报警电路的参数计算 (3)

5 工作过程分析 (3)

6 元器件清单 (3)

7 主要元器件介绍 (3)

7.1集成运算放大器 (3)

7.1.1引脚图 (3)

7.1.2 参数 (3)

7.1.3 功能介绍 (3)

7.2光耦合器 (3)

7.2.1 内部结构图 (3)

7.2.2 功能表 (3)

7.2.3 功能介绍 (3)

7.3 半导体三极管2N2222A (3)

7.3.1引脚图 (3)

7.3.2 功能表 (3)

7.3.3 功能介绍 (3)

小结 (3)

致谢 (3)

参考文献 (3)

附录A1 逻辑电路图 (3)

1 设计任务描述

1.1 设计题目：光电报警器

1.2 设计要求

1.2.1 设计目的

（1）掌握光敏传感电路的构成、原理与设计方法；

（2）掌握平衡式RC振荡器的设计方法。

1.2.2 基本要求

(1) 光敏电路的高电平最少5V，能有效抑制噪声干扰；

(2)采用BJT平衡式RC振荡器形成脉冲，频率200-400Hz。

(3) 输出电流幅度最少200mA，能够驱动喇叭发声。

1.2.3 发挥部分

(1)光耦隔离；

(2)多路输入集成；

(3)其他

2 设计思路

由《光电报警器》这个题目，我必须理解这个系统的工作原理，由光电报警器的字面意思了解，该系统利用光学和电学的物理原理来进行报警，利用光线来探测是否有人进入报警区，利用声音来对保安人员进行提醒。

对于光电报警器的设计思路是：首先我们需要声音来报警，则需要一个扬声器，而扬声器发声的条件是：输入的信号必须具有一定高的频率，所以我设计了一个RC振荡器，让它产生一定频率的信号;其次，输入的信号具有足够强的电流的强度，用以驱动扬声器发声，所以必须设计功率放大器，来放大RC振荡产生的信号。

要使的报警器能够报警，需要设计一个报警回路，来控制扬声器发声。对电路的要求是：在无人进入报警区时，报警回路须切断信号的流通；当有人进入报警区，报警回路使得信号流通，使得扬声器报警。；我利用发光二极管发出一束光线，照射光敏三极管，使得RC振荡器产生的信号接地，即扬声器无法获得信号，当有人挡住二极管发出的光线时，光敏三极管的电阻迅速增大到几兆欧几十兆欧，则光敏三极管相当于开路，信号通过功率放大器使得扬声器报警。

3 设计方框图

4 各部分电路设计及参数计算

4.1RC振荡器电路设计及其参数计算

4.1.1 RC振荡器电路设计

图4.1 RC振荡器电路图

此电路由两部分构成，一部分为选频网络，一部分为放大电路。采用5V直流电源提供

=1/RC这样一个频率成分。这种微弱的信号经能源。由于电路中存在噪声，其中包括w=w

过放大电路放大，通过正反馈的选频网络，使输出的幅度越来越大，最后受电路中非线性元件的限制，使震荡幅度自动地稳定下来。为了改善电路中输出电压幅度的稳定问题，在放大电路的负反馈里采用非线性元件来自动调节反馈的强弱以维持输出电压恒定。

4.1.2 RC振荡电路参数计算

根据课程设计要求输出信号频率在200Hz-400Hz,

所以采用R=20kΩ C=20uf

在RC振荡器之后接一个示波器，波形图如下图，

由T1-T2=4.897ms，则周期T=4.897ms，频率f=204Hz，输出电流有效值I=4.27mA

符合课题的基本要求。

4.2功率放大电路设计及其参数计算

4.2.1功率放大电路设计

图4.2 功率放大电路

功率放大电流有很多种，有甲类、乙类、甲乙类功率放大电路，本次使用甲类功率放大器，对RC振荡器产生的音频信号进行放大，此次进行电流放大，使得达到扬声器的

电流要求

。静态时：1T 、2T 两管发射结电位分别为二极管1D 、2D 的正向导通电压降，致使两管均处于微弱导通状态，有较小的静态电流CQ I 。动态时：1D 、2D 交流电阻很小，可认为交流短路。存在较小的静态电流，每个导通时间大于半个周期基本不失真。

根据要求图中三极管Q 点等参数基本一致，二极管采用相同规格的。

4.2.2功率放大器的参数计算

VDD=12V VSS=-12V 0P =2

RL U /L R =0.624W

V P =2DD V *OM V /πL R =0.819W

η=0P /V P =76.2%

放大系数V A =136.804/4.27=32 选择3C 时，应满足C>(5~10)/2πL R L f

L f =204Hz L R =10Ω

所以3C 应选择10uf

图4.2.1 输入电流 图4.2.2 输出电流

4.3 报警电路设计

图4.3 报警电路

4.4.1 报警电路的原理

本电路由光电耦合器构成的报警控制回路，光电耦合器将光电两种东西进行转换，光电报警回路由发光二级管提供光源，对光敏三极管进行照射，从而改变光敏三极管的PN 结，使三极管的发射极、集电极间的电阻变小，使得信号接地，从而使音频信号无法经过功率放大使得喇叭发声。电路通过开关仿真光源有无，当开关断开时，相当于有人挡住发光二极管，报警器发声报警；当开关闭合时，相当于无人进入报警区，报警器不报警。

4.4. 报警电路的参数计算

当有光照时，即开关闭合，发光二极管发光导致光敏三极管基极电流增加，C,E极相当于短路，电路输出低电平。当无光照时，即开关断开，C,E极相当于断路，电路输出高电平。为防止光耦烧坏应在二极管电路中串联一个510Ω电阻。光耦的小功率的发光二极管的工作电流在10mA-30mA范围内，

根据欧姆定律：

I=U/R

U=5V

10mA

得出：167Ω

所以在二极管电路中串联一个510欧姆的电阻。

光敏三极管中应串联一个10K 欧姆的电阻防止被击穿。

5 工作过程分析

上图为光电报警器总电路，报警器接通电源之后，由741运放器够成RC 振荡器得到电压之后，RC 振荡器起振，之后振荡波逐渐趋于稳定，为后面的喇叭提供一定频率的信号由运放构成正弦波振荡电路,可以产生一定频率的正弦波;光电转换器件可采用普通光电管，在参考电路中用的是光电耦合器。另外，可用开关S 控制是否有光照，不用另置光源，这样实验比较方便。有三极管构成甲类功率放大器放大音频信号,使喇叭发声。工作时，如开关断开，这相当于有人挡住光源，则光敏三极管处于暗电阻，相当于开路，则使得RC 振荡器产生的音频信号可以送到后端的功放进行放大并发声报警；当开关闭合，无人进入报警区，光敏三极管受到光照，电阻会变小，则会使RC

振荡器产生的信号接地，正弦波振荡电路产生的音频信号就不能送到后端的功放进行放大，也就不能发声报警。

6 元器件清单

7 主要元器件介绍

7.1集成运算放大器

7.1.1引脚图

7.1.2 参数

电源电压：……………………………………±22

功耗：………………………………………500mW

差模输入电压： (30)

输入电压: (15)

工作温度范围:……………………-55℃～+125℃

贮存温度范围:……………………-65℃～+150℃

7.1.3 功能介绍

LM741是一种应用非常广泛的通用型运算放大器。由于采用了有源负载，所以只要两级放大就可以达到很高的电压增益和很宽的共模及差模输入电压范围。本电路采用内部补偿，电路比较简单不易自激，工作点稳定，使用方便，而且设计了完善的保护电路，不易损坏。LM741可应用于各种数字仪表及工业自动控制设备中。

7.2光耦合器

7.2.1内部结构图

7.2.2 功能表

7.2.3 功能介绍

用于传递模拟信号的光耦合器的发光器件为二极管、光接收器为光敏三极管。当有电流通过发光二极管时，便形成一个光源，该光源照射到光敏三极管表面上，使光敏三极管产生集电极电流，该电流的大小与光照的强弱，亦即流过二极管的正向电流的大小成正比。由于光耦合器的输入端和输出端之间通过光信号来传输，因而两部分之间在电气上完全隔离，没有电信号的反馈和干扰，故性能稳定，抗干扰能力强。发光管和光敏管之间的耦合电容小（2pf左右）、耐压高(2.5KV左右)，故共模抑制比很高。输入和输出间的电隔离度取决于两部分供电电源间的绝缘电阻。此外，因其输入电阻小（约10Ω），对高内阻源的噪声相当于被短接。因此，由光耦合器构成的模拟信号隔离电路具有优良的电气性能。

7.3 半导体三极管2N2222A

7.3.1引脚图

7.3.2 功能表

参数管脚838电子符号2N2222 2N2222A 单位

30 40 V

集电极-发射极电压V

CEO

60 75 V

集电极-基极电压V

CBO

5 6 V

发射极-基极电压V

EBO

集电极电流-连续Ic 600 mA

器件耗散@ TA = 25℃PD 625 mW

操作和存储结温范围TJ,Tstg –55 to +150 ℃

7.3.3 功能介绍

半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。

小结

作为一名电子科技专业方向的学生，平时课程比较偏重于光学理论以及光电子材料方面的研究，电路设计方面是自己的弱项。而此次课程设计，让我充分的认识到了自己的不足，通过自己查找资料，研究元件特性，以及自学专业软件来进行仿真分析，这一周让我学到了不少东西。通过实验意识到要从现在开始养成那种细心的好习惯，这对以后的课程设计甚至是毕业设计都非常有帮助。再者通过这次实习锻炼了自己的查资料的能力，也体会到了成功带来了的喜悦。可以说是获益非浅。

通过思考这个电路图，整个电路简单明了，我们可以对这个电路进行适当的改变，可以适应于不同的环境，例如此电路图应用到实际中去，红外发射管都用那种远程的功率大，距离远，还可以扩展到多路的数字显示，应用广泛，报警电路也可以改进发出不同的声音。可以说是十分有利用价值。也可以改变电路的报警回路，来实现不同方式的报警，例如：压力报警、湿度报警、温度报警等。这些报警器可以使用于不同的领域，来控制不同的系统。

对于电子技术这门课的学习，我们不该就此停止，由于电子技术的高速发展，紧靠书本的学习是不够的，所以我们需要不断地学习新的知识，来适应电子技术的高速发展。学无止境，我们不能以这门课程结束而停止对电子技术的学习。

致谢

在此次课程设计中，我非常感谢我们的电子技术老师黄硕老师对我的帮助，在课程设计的过程中，我们遇到很多的困难，最后在黄硕老师的帮助下一一解决。在电路设计的过程之中，我们由于设计经验不足，电路产生很大的缺陷，设计思路出现错误，经过老师和小组同学的努力之下，我改变了设计思路，对电路做出更改，最后使得电路得以正常运行。我感谢老师同学的帮助，使得我完成了这次课程设计，最后感谢学校为我们提供这次独立自主的学校，使得我为将来的学习研究打下基础。

参考文献

[1] 吴援明等显示器件驱动技术.成都电子科技大学出版社，2008

[2] 何希才.常用集成电路简明速查手册.国防工业出版社，2006

[3] 杨兴瑶, 实用电子电路500例，北京化学工业出版社, 1996

[4] 李国丽，朱维勇电子技术实验指导书合肥：中国科技大学出版社，2000