防盗报警电路设计3.docx
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防盗报警电路设计3
东北石油大学
课程设计
课程光电检测
题目防盗报警电路的设计
院系电子科学学院
专业班级应物07-2班
学生姓名王晓峰
学生学号070901340226
指导教师
2010年3月10日
东北石油大学课程设计任务书
课程光电检测技术
题目防盗报警电路的设计
专业应用物理姓名王晓峰学号070901340226
主要内容：
利用2CU型光敏二极管等电子器件，设计光控电路，驱动电路等，并对电路进行仿真。
抽屉防盗报警电路
基本要求：
1、夜晚小俞打开抽屉时发出响亮的呜－呜－声，
2、根据光敏二极的特性给出功能框图，并设计光控电路各驱动电路，
3、主部要有详细的电路设计说明，
4、对电路进行仿真研究，
5、完成课程设计总结报告。
主要参考资料：
[1]陈有卿编著，新颖集成电路制作精选[M]，北京：
人民邮电出版社，2005.4.
[2]陈振官等编著，光电子电路制作实例[M]，北京：
国防工业出版社2006.4，43
[3]陈梓城编著，实用电子电路设计与调试[M]，北京：
中国电力出版社，2006.6.[4]秦积荣，光电检测原理及应用[M].国防工业出版社，1987.
[5]田等先，半导体光电器件[M].机械工业出版社，1982.
完成期限2010.03.10
指导教师
专业负责人
2011年3月10日
目录
第1章概述4
1.1课题作用以及使用价值4
1.2光敏二极管光电检测的发展前景4
第2章基本原理与总体设计6
2.1光敏二极管原理介绍6
2.2光敏二极管光电特性分析7
2.3整体框图9
第3章防盗报警电路设计10
3.1光电报警电路的设计10
3.1.1光控电路设计10
3.1.2驱动电路的设计11
3.2报警电路的设计11
3.3防盗报警电路相关参数计算12
3.3.1直流参数12
3.3.2交流参数12
3.3.3极限参数13
3.4报警电路设计总体电路图14
第4章电路的安装与调试15
4.1需要的元器件15
4.2电路的焊接及注意事项15
4.3调试15
第5章总结16
参考文献17
第1章概述
光敏二极管也叫光电二极管。
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PN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。
但是它与普通二极管不同的是，它是工作在反向电压下的。
光敏二极管的管芯没有光照时，反向电流只有0.1A左右，称为暗电流;受到光线照射时，由于光激发，它们在反向电压作用下，形成较大的反向电流，称之为光电流。
光的强度越大，产生的光电流也越大，当在外电路接上负载时，光电流就在负载上产生电压降，光信号就转换成电信号了。
常见的有2CU、2DU等系列。
课题作用以及使用价值
近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展.人民的生活水平有了很大提高。
各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。
然而一些不法分子也是越来越多。
这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强.造成偷盗现象屡见不鲜。
因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。
报警器这时正为人们解决了不少问题.但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。
价格高昂,一般人们难以接受。
如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。
光敏二极管光电检测的发展前景
随着现代科学技术以及复杂的自动控制系统和信息处理理论和技术的提高，光电信号变换与检测技术的不断涌现，综合性的自动化、智能化的光电系统得到进一步发展，形成了包括光学、精密机械、电子学和计算机科学的高度知识集中的新学科—光学精密机械电子学。
这种跨学科的边缘技术就是光电技术。
现在，光电技术已广泛地应用于工业、农业、文教、卫生、国防、科研和家庭生活等各个领域。
在这些应用领域中，几乎都涉及到将光辐射信息转换为电信息的问题，即光辐射的检测问题。
因此，光电检测技术是光电技术的核心和重要组成部分。
光电检测技术是一种非接触测量的高新技术，它以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，通过对载荷有被检测物体信息的光辐射进行检测，即通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，再经A/D变换接口输入微型计算机运算、处理，最后显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量等参数。
因此，光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一，是计量检测技术的一个重要的发展方向。
近年来可见光半导体激光二极管和发光二级管得到了较快的发展。
蓝绿光可见光半导体激光二级管（LD）和蓝绿光半导体发光二极管、黄橙红光可见光激光二极管和高亮度黄橙红绿光发光二极管都已商品化。
今后的发展需要继续解决提高亮度，降低价格，提高使用寿命等问题。
第2章基本原理与总体设计
光敏二极管原理介绍
光线射入PN接面，P区电洞、N区电子大量发生，产生电压（光电效应）。
借由测量此电压或电流，可作为光感应器使用。
有PN、PIN、萧特基、APD等类型。
太阳电池也是利用此种效应。
光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。
它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。
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光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。
没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。
当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。
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它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。
这种特性称为“光电导”。
光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。
如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。
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光敏二极管电子电路中广泛采用的光敏器件。
光敏二极管和普通二极管一样具有一个PN结，不同之处是在光敏二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换，在电路图中文字符号一般为VD。
光敏二极管光电特性分析
光敏二极管的光电特性在下面的几个图中可以分析得出
2.2.1光敏二极管---正电压特性曲线
2.2.2光敏二极管波长分布特性曲线
整体框图
防盗报警电路有两部分构成，第一部分是光控电路主要是由光敏二极管和硅三极管组成，其中光敏二极管的主要作用是由光信号来控制阻值的改变选择信号的输出电信号。
第二部分是由硅三极管和集成电路组成的报警电路电信号经过硅三极管放大后推动扬声器发出报警声。
整体框图如图
第3章防盗报警电路设计
光电报警电路的设计
3.1.1光控电路设计
光线强的时候光敏二极管受光照阻值会变小，硅三极管处于截止状态，控制这个报警电路不工作，光线弱的时候光敏二极管阻值变大，硅三极管获得合适的偏流而导通。
从而能使报警电路工作。
3.1.2驱动电路的设计
集成电路得到工作电压后，报警电路立即开始工作。
报警电路的设计
光信号通过硅三极管VT2放大，输出强烈的电信号，报警电路立即工作
防盗报警电路相关参数计算
直流参数
（1）集电极一基极反向饱和电流Icbo，发射极开路（Ie=0）时，基极和集电极之间加上规定的反向电压Vcb时的集电极反向电流，它只与温度有关，在一定温度下是个常数，所以称为集电极一基极的反向饱和电流。
良好的三极管，Icbo很小，小功率锗管的Icbo约为1～10微安，大功率锗管的Icbo可达数毫安，而硅管的Icbo则非常小，是毫微安级。
（2）集电极一发射极反向电流Iceo（穿透电流）基极开路（Ib=0）时，集电极和发射极之间加上规定反向电压Vce时的集电极电流。
Iceo大约是Icbo的β倍即Iceo=（1+β）IcbooIcbo和Iceo受温度影响极大，它们是衡量管子热稳定性的重要参数，其值越小，性能越稳定，小功率锗管的Iceo比硅管大。
（3）发射极---基极反向电流Iebo集电极开路时，在发射极与基极之间加上规定的反向电压时发射极的电流，它实际上是发射结的反向饱和电流。
（4）直流电流放大系数β1（或hEF）这是指共发射接法，没有交流信号输入时，集电极输出的直流电流与基极输入的直流电流的比值，即：
β1=Ic/Ib
交流参数
（1）交流电流放大系数β（或hfe）这是指共发射极接法，集电极输出电流的变化量△Ic与基极输入电流的变化量△Ib之比，即：
β=△Ic/△Ib
一般晶体管的β大约在10-200之间，如果β太小，电流放大作用差，如果β太大，电流放大作用虽然大，但性能往往不稳定。
（2）共基极交流放大系数α（或hfb）这是指共基接法时，集电极输出电流的变化是△Ic与发射极电流的变化量△Ie之比，即：
α=△Ic/△Ie
因为△Ic＜△Ie，故α＜1。
高频三极管的α＞0.90就可以使用
α与β之间的关系：
α=β/（1+β）
β=α/（1-α）≈1/（1-α）
（3）截止频率fβ、fα当β下降到低频时0.707倍的频率，就是共发射极的截止频率fβ；当α下降到低频时的0.707倍的频率，就是共基极的截止频率fαofβ、fα是表明管子频率特性的重要参数，它们之间的关系为：
fβ≈（1-α）fα
（4）特征频率fT因为频率f上升时，β就下降，当β下降到1时，对应的fT是全面地反映晶体管的高频放大性能的重要参数。
极限参数
（1）集电极最大允许电流ICM当集电极电流Ic增加到某一数值，引起β值下降到额定值的2/3或1/2，这时的Ic值称为ICM。
所以当Ic超过ICM时，虽然不致使管子损坏，但β值显著下降，影响放大质量。
（2）集电极----基极击穿电压BVCBO当发射极开路时，集电结的反向击穿电压称为BVEBO。
（3）发射极-----基极反向击穿电压BVEBO当集电极开路时，发射结的反向击穿电压称为BVEBO。
（4）集电极-----发射极击穿电压BVCEO当基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压，使用时如果Vce＞BVceo，管子就会被击穿。
（5）集电极最大允许耗散功率PCM集电流过Ic，温度要升高，管子因受热而引起参数的变化不超过允许值时的最大集电极耗散功率称为PCM。
管子实际的耗散功率于集电极直流电压和电流的乘积，即Pc=Uce×Ic.使用时庆使Pc＜PCM。
PCM与散热条件有关，增加散热片可提高PCM。
报警电路设计总体电路图
主要工作原理：
在白天打开抽屉时，开关K被接通，但因光敏二极管VD受光照，它的组织变小，晶体管VT1处于截止状态，报警电路不工作，扬声器YD没有声音。
当夜晚打开抽屉时，光敏二极管VD没有较强光线照射，阻值变大，惊天管VT1获得合适偏流而导通，集成块IC得到工作电压，报警电路即工作，其输出模拟警车电笛的音频信号，并经晶体管VT2放大后，推动扬声器YD发出响亮的警笛声。
第4章电路的安装与调试
需要的元器件
1RG选用2CU型光敏二极管
2IC选用KD－9561型四声模拟报警器音响集成块。
3VT1、VT2均选用3DG201硅三极管。
4R1和R2均用1/8碳膜电阻。
5Y采用2.5英寸电动扬声器，阻抗为8Ω。
6电源用3节5号干电池。
7SA采用小型自复位常闭触点微动按钮开关。
电路的焊接及注意事项
1照电路图连接。
接线时先关闭电源，并将可调电源的输出调到最小的位置。
线路接好后检查接线是否正确、元件参数是否选得恰当、测量仪表的量程是否选得恰当，检查无误后接通电源。
2焊接不能是短路焊接
调试
接通电源，调节电阻R1使扬声器处于临界发声状态即可。
报警电路安装在抽屉内，开关的安装要巧妙。
抽屉关着时处于断路，拉开抽屉时处于通路，发出报警声。
第5章总结
光电检测技术已经成为现今必不可少的计量检测的手段，它以其方便的测量方法、较短的测量时间、精准的测量数据广泛应用于生活中的各个领域，光敏电阻材料以及各种传感器件的开发，使得光电检测技术必定会有极大的发展空间。
通过本次光电检测课程设计使我对光电知识有了进一步的了解，可以说这次课程设计也是对我掌握的知识的一种考核，随着社会的进步，经济的发展，很多家庭都需要一种既简单又使用的报警器，我设计的这种报警器结构简单，制作方便，成本低廉，但绝对不缺乏实用价值。
而且它还没有噪声污染。
但是这种报警器还是会有一定的局限性，其中它的稳定性不会太高，而且由于原料过于简单也会容易损坏，抗干扰能力不是很强，但是这些问题都会随着结构的改变而改进的。
经过这次课程设计我在网上也是查阅了一些资料，发现这种报警器的前景很好。
虽然我了解的还是很少，但毕竟我还是有开头了。
未来的世界将会是光和电的世界，多掌握一些对我们的好处还是很大的。
参考文献
[1]陈有卿编著，新颖集成电路制作精选[M]，北京：
人民邮电出版社，2005.4.
[2]陈振官等编著，光电子电路制作实例[M]，北京：
国防工业出版社2006.4，43
[3]陈梓城编著，实用电子电路设计与调试[M]，北京：
中国电力出版社，2006.6.
[4]秦积荣，光电检测原理及应用[M].国防工业出版社，1987.
[5]田等先，半导体光电器件[M].机械工业出版社，1982.
东北石油大学课程设计成绩评价表
课程名称
光电检测技术
题目名称
防盗报警电路的设计
学生姓名
王晓峰
学号
070901340226
指导教师姓名
职称
序号
评价项目
指标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语：
指导教师：
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