光敏二极管控制电路课程设计

目录

1、摘要 (2)

2、引言 (3)

3、设计内容及要求 (3)

4、原理介绍 (3)

5电路设计及分析 (6)

5.1电路元器件介绍 (6)

5.2设计思路 (7)

6电路的安装及调试 (8)

6.1电路的安装及调试 (8)

6.2安装调试过程中所遇问题及解决方法 (9)

7、总结 (9)

8、参考文献 (11)

1、摘要：

时代的发展必将伴随着科技的进步，在这个日益发展的社会，能源问题日益凸显！不管是日常生活还是科研中，节能与方便快捷日益受到人们的重视！光敏传感器是一类可根据光照的强弱导通或者截止的电子元件，它的产生与广泛应用为我们解决这一类难题找到了途径！

目前，很多城市路灯控制系统多数处于人工管理的状态，使路灯管理和维护的成

本加大。智能化的控制电路为这一问题找到了解决途径。光控路灯系统不仅可以

给行人带来更大的方便，还不需要人工进行过多的操控，能够自动的切换路灯的

开关状态，体现了现代科技的智能化，同时也有效的降低了路灯管理和维护的费

用。

关键词：光敏二极管自动控制电路智能化

2引言

随着社会的发展，日常生活中的节能与人性化的控制日益受到人们的重视，光控就是其中之一！光控最大的优点就是可以根据环境的变化不需要人工操作自动导通或者截止电路，达到电路的智能化控制。光敏传感器有二极管、三极管，根据二极管三极管易受环境影响的性质，光照弱的时候，二极管导通，电路增大，电路导通。光照增强，二极管导通电流减弱，可以等效为截止，电路短路，以此达到只能控制电路。

本设计所介绍的是光敏二极管控制电路，使用的是光敏二极管。设计电路可以根据环境光照强度的变化，自动控制放光二极管的亮与灭。此设计主要是用于需要根据光照自动控制设备的运行。小的例子比如室外过道里的灯，街道上的路灯，既可以节能，也不需要人手动操作。大的例子如控制门的关闭等等。根据使用电路电流大小选择合适光敏二极管已达到控制电路的要求。

3 设计内容及要求

1）利用光敏二极管2CU1A设计光敏控制电路；

2）根据环境光照强度，修改电路元器件参数；

3.2设计要求

1）装置的结构和电路原理图；

2）调试过程，说明可能出现的问题及处理方法；

3）分析存在的问题；

4原理介绍

光敏二极管：

光敏二极管也叫光电二极管，是一种特殊的二极管。二极管又叫晶体管，其光电转换原理如下：

根据PN结反向特性可知，在一定反向电压范围内，反向电流很小且处于饱和状态。此时，如果无光照射PN结，则因本征激发产生的电子-空穴对数量有限，反向饱和电流保持不变，在光敏二极管中称为暗电流。当有光照射PN结时，结内将产生附加的大量电子空穴对（称之为光生载流子），使流过PN结的电流随着光照强度的增加而剧增，此时的反向电流称为光电流。不同波长的光（兰光、红光、红外光）在光敏二极管的不同区域被吸收形成光电流。被表面P型扩散层所吸收的主要是波长较短的兰光，在这一区域，因光照产生的光生载流子（电子），一旦漂移到耗尽层界面，就会在结电场作用下，被拉向N区，形成部分光电流；彼长较长的红光，将透过P型层在耗尽层激发出电子一空穴对，这些新生的电子和空穴载流子也会在结电场作用下，分别到达N区和P区，形成光电流。波长更长的红外光，将透过P型层和耗尽层，直接被N区吸收。在N区内因光照产生的光生载流子（空穴）一旦漂移到耗尽区界面，就会在结电场作用下被拉向P 区，形成光电流。因此，光照射时，流过PN结的光电流应是三部分光电流之和。

图.1二极管二极管伏安特性

二极管的伏安特性很容易受环境因素影响，比如温度，湿度，光照，而光敏二极管就是根据二极管伏安特性易受光照影响制成的。光敏二极管分光灵敏度如下：

图2发光二级管的分光灵敏度特性

光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的P N结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向

电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。光敏二极管两种工作状态：

1）当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。

（2）光敏二极管上不加电压，利用P-N结在受光照时产生正向电压的原理，把它用作微型光电池，一般作光电检测器。

光敏二极管分有P-N结型、PIN结型、雪崩型和肖特基结型，其中用得最多的是P-N结型，价格便宜。

图3光敏二极管及其基本电路

图4常用二极管技术参数

一定范围内，光敏二极管光电流与光照强度呈线性关系，所以适合检测方面的应用。如图所示：

图5光敏二极管光电流与光照强度

5、电路设计及分析

5.1电路元件及介绍

根据设计出的电路图选择相应的元器件，如下：

（1）光敏二极管（2CU1A）

（2）晶体管（2SC9013 两个）

晶体管又称三极管，主要作用是电流放大，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。IC 的变化量与IB 变化量之比叫做三极管的放大倍数β（β=ΔIC/ΔIB, Δ表示变化量。），三极管的放大倍数β一般在几十到几百倍。

图6三极管工作原理

（3）二极管（1N4007 一个）

（4）发光二级管（小灯泡）

（5）小型继电器

小型继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。小型继电器如图所示：

图7小型继电器原理

（6）电阻（47K、15K、470K各一个）

5.2设计思路

光敏二极管控制电路设计总体设计方框图如图1所示，采用光敏二极管、晶体管、二极管、发光二级管、小型继电器及电阻元件。

5.3设计电路

1）设计目标：用日光照射光敏二级光，当光照超过一定强度是，小灯泡不放光；当光照强度降低时，小于一定强度时，小灯泡放光。可广泛应用于楼梯，走廊，卫生间及生活小区等公共场所的照明控制。此控制器经济实用。整个电路由电源电路，光控电路等部分组成

2）设计电路：

图.8光敏二极管控制电路电路图

3）电路分析

如图.5所示，是一个模拟路灯的自动控制电路。在无光照的时候，光敏二极管（反向）截止，电阻R1上的压降VA很小，则晶体管T1截止，T2截止，继电器J 不动作，小灯泡保持亮；有光照射时，光敏二极管产生光电流IL，R1电压下降，VA上升，光照强度达到某一值时T1导通，T2导通，小型继电器动作常闭端打开，使小灯泡灭，即达到有光照小灯泡灭，无光照小灯泡亮，起到自动控制的作用。

6、电路的安装及调试

6.1电路元件的安装及调试

1）安装：按照电路图将元件安装到蜂窝板上，注意合理布局，整体美观。

2）调试：二极管、光敏二极管，用指针式万用表两表笔分别接二极管的两极，

凸面朝向阳光，应为低电阻，若为高阻，对调两表笔为低阻说明此管是好的。

检查电路在通电调试之前，必须认真检查电路连线是否正确，对照电路图按

照一定顺序逐级检测，特别要注意电源是否接错，电源与地是否有短接，二极管

是否接反，轻轻按压元器件，以保证元器件管脚与蜂窝板连接紧密。

调试先用万用表测量电路有关点电位是否正常。检查发光二极管是否正常工

作。发现不正常现象时，及时找出原因进行修改，注意接线不得有误，接入电源。

在光电二极管有光与无光的情况下看总体电路的工作情况。观察灯泡是否按要求进行变化。如不能顺利完成以上功能，则应认真检查电路的连接及功能设计是否有误并作出相应调整。

由于本制作采用市电直接供电，因此操作时要特别小心，否则容易发生触电事故。在调试时若有直流稳压电源，可采用12V直流电源进行调试。等各项功能都正常后，再用市电调试。

12V电源接于D1的阴极与地之间，用万用表测量R3两端电压，当光线较强时，R3两端电压为0.5V以下，用一黑色合子将感光孔处挡住，此时R3两端的电压变为高于10V，此时继电器吸合，若听不到继电器吸合的声音，查看D1是否接反，若D1接反，由于VT3直接将正电源与地短接，电流较大，有可能损坏。

若以上测试正常，便可以直接接入220V市电进行调试。在进行这一步时，操我们千万不要用手直接去接触电路板上的任何金属部分。

6.2安装调试过程中所遇问题及解决方法

故障寻、检常用方法如下：

1、直观检查法

2、电阻法

3、电压法

电压法用万用表测量电路中各点对地的电阻以及元器件的阻值，以此来判断故障部位测量晶体管的管脚电压和集成块各脚的电压或波形，据此电压值判断故障。测量晶体管的管脚电压和集成块各脚的电压或波形，据此电压值判断故障。

7、总结

光敏控制电路实现了节能与便捷的双重功能，生活中的应用很多，如声光双控灯、微波感应灯和远红外感应灯等。据调查，微波感应灯的抗干扰性能不是很理想；红外感应灯的性能比较理想，但价格较高，多用于一些管理完善的宾馆等场所。从性价比角度考虑的话，普通住宅楼、办公楼道等普通场所还是以声光双控灯为主。本次课设本组设计的是楼道声光控制灯应用中光控制部分的设计。我学会了很多知识，掌握了光敏控制的工作原理、更多的电子器件、更美观的在蜂

窝板上插接电路等，同时也对pretel等应用软件的使用有了更进一步的掌握。在进行插接电路的时候，需要明确蜂窝板的内部构造，怎样是相连，怎样是短接、断接等。同时在插件时，要小心翼翼，还有技巧，要掌握好适当的力度与插件的角度以及元器件管脚的裁剪长度。我明白了实践的复杂、辛苦和重要性。按照正确的电路图，插接也成功了，使我觉得要有丰富的理论基础。这次做的课设是与生活实际相关的，使我明白科学技术在推动生活进步方面的重要地位，使我对专业更加了解、喜爱。展望电子产业，新型电子信息产品和相关服务培育成为消费热点，信息技术应用有效带动传统产业改造，信息化与工业化进一步融合。稳步推进电子信息加工贸易转型升级，鼓励加工贸易企业延长产业链，促进国内产业升级。形成一批具有国际影响力、特色鲜明的产业聚集区。产业创新体系进一步完善。这就要求学生们有更渊博的知识，所以应在以后的学习中多学一些知识，同时更应培养动手能力。未来电子业加速行业解决方案的开发和推广，组织开展行业应用试点示范工程，支持RFID（电子标签）、汽车电子、机床电子、医疗电子、工业控制及检测等产品和系统的开发和标准制定。我们应该开拓眼界，学习多方面的有用知识。

8、参考文献

[1] 杨兴瑶《实用电子电路500例[M]》化学工业出版社 1996

[2] 阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社 1997

[3] 庞振泰等（译）《光电接口器件手册》清华大学出版社 1998

[4] 何希才《常用集成电路简明速查手册》国防工业出版社 2000

[5] 康华光《电子技术基础模拟部分》高等教育出版社 1997

[6] 韩振振《数字电路逻辑设计》大连理工大学出版社 2000

[7] 李振声《实验电子技术》国防工业出版社 2003