【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 系數(shù)很大。216。 短路電流： PN結(jié)兩端短路時(shí)，其電流稱(chēng)為短路電流。短路電流與照度成正比，其溫度系數(shù)很小。216。 暗電流：是指光敏二極管在無(wú)光照及最高反向工作電壓條件下的漏電流。暗電流越小，光敏二極管的性能越穩(wěn)定，檢測(cè)弱光的能力越強(qiáng)。暗電流隨溫度與反偏電壓而變化。216。 響應(yīng)特性：由PN結(jié)的結(jié)電容與負(fù)載電阻決定。反偏電壓越大，結(jié)電容越小，工作頻率越高。（6） 光電二極管圖示及符號(hào)216。 光電二極管的外形與電路符號(hào) 光電二極管的外形 光電二極管符號(hào) 216。 光電二極管的工作原理圖及正、負(fù)極判別 光電二極管工作原理示意圖 光電二極管正、負(fù)極判斷標(biāo)示（3） 光電三極管光電三極管的作用也是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。但是，光電二極管的光電轉(zhuǎn)換的靈敏度低，而光電三極管實(shí)質(zhì)是在光電二極管的基礎(chǔ)上加了一級(jí)放大，其光電轉(zhuǎn)換的靈敏度大大提高。同時(shí)，光電三極管也叫光敏晶體管，光敏三極管。（1） 光電三極管的外形光電三極管為NPN結(jié)構(gòu)，基極即為光窗口。大多數(shù)光電三極管只有發(fā)射極E和集電極C兩個(gè)管腳。也有部分光電二極管基極B有引出管腳，作為溫度補(bǔ)償，不用時(shí)可將其減去。光敏晶體管和普通三極管的結(jié)構(gòu)相類(lèi)似。不同之處是光敏晶體管有一個(gè)對(duì)光敏感的PN結(jié)作為感光面，一般用集電結(jié)作為受光結(jié)，因此，光敏晶體實(shí)質(zhì)上是一種相當(dāng)于在基極和集電極之間接有光敏二極管的三極管。當(dāng)光照射到 PN 結(jié)附近時(shí)，由于光生伏特效應(yīng)，產(chǎn)生光電流。該電流相當(dāng)于三極管的基極電流，因此將被放大（ 1+ β ）倍，所以光敏三極管具有比光敏二極管更高的靈敏度。 光電三極管的外形 光電三極管的電路符號(hào) 光電三極管中電流 216。 光電三極管的工作原理光電三極管可以等效為光電二極管和一般三極管的組合元件。 光電三極管的等效電路 ，約為幾十微安，而由于三極管的電流放大作用，集電極電流ICEO可達(dá)基極電流的幾十倍。因此，光電三極管具有較高的光電轉(zhuǎn)換的靈敏度。（2） 光電三極管的檢測(cè)216。 從外觀上檢查判別光電三極管的引腳 靠近管鍵或色點(diǎn)的是發(fā)射極E，離管鍵或色點(diǎn)較遠(yuǎn)的是集電極C，較長(zhǎng)的管腳是發(fā)射極E，較短的管腳是集電極C。 光電三極管的引腳識(shí)別216。 用萬(wàn)用表檢測(cè)光電三極管的好壞 將萬(wàn)用表置于“R1k”擋，用黑表筆接光電二極管的集電極C，紅表筆結(jié)光電三極管的發(fā)射極E。用遮光物遮住光電三極管的光窗口，由于沒(méi)有光照，光電三極管中沒(méi)有電流，其電阻值應(yīng)接近無(wú)窮大；移去遮光物，將光電三極管的光窗口朝向光源，這時(shí)萬(wàn)用表的指針應(yīng)向右偏轉(zhuǎn)至幾kΩ或1kΩ左右，指針的偏轉(zhuǎn)大小表征光電三極管的靈敏度。（4） 光電三極管的特性216。 光電三極管頻率響應(yīng)特性光電三極管響應(yīng)速度比光敏二極管慢，因?yàn)榻Y(jié)電容CCB放大了β倍。Β越大，輸出電流越大，響應(yīng)特性越壞。在允許限度內(nèi)，負(fù)載電阻選用低值，有助于改善頻率響應(yīng)特性。216。 光電三極管的伏安特性光敏晶體管在不同照度 Ee 下的 伏安特性，就象一般晶體管在不同的基極電流時(shí)的輸出特性一樣。只要將入射光在發(fā)射極與基極之間的 PN 結(jié)附近所產(chǎn)生的光電流看作基極電流，就可將光敏晶體管看成一般的晶體管。其福安特性曲線如下圖所示： 光電三極管的伏安特性曲線 216。 光電三極管的光譜特性 光電三極管的光譜特性曲線216。 光電三極管的光照特性 光電三極管的光照特性曲線 216。 光電三極管的溫度特性 25第三章 光電計(jì)數(shù)器的方案設(shè)計(jì)第三章 光電計(jì)數(shù)器的方案設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì)該方案可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的基本要求，紅外發(fā)射管采用直流供電，接收管判斷是否有物體通過(guò)光門(mén)，并且當(dāng)物體通過(guò)光門(mén)時(shí)輸出一個(gè)高電平，觸發(fā)后面的加法計(jì)數(shù)器，使其實(shí)行加1計(jì)數(shù)。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，計(jì)數(shù)器為一組BCD碼輸出，輸出由BCD七段數(shù)碼管譯碼器，輸入至數(shù)碼管顯示。此處只設(shè)置了099的計(jì)數(shù)范圍，當(dāng)計(jì)數(shù)滿(mǎn)時(shí)可手動(dòng)清零重新工作。該計(jì)數(shù)器系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案較為簡(jiǎn)單，由六部分組成：電源供電部分、信號(hào)采集(光電轉(zhuǎn)換)部分、系統(tǒng)復(fù)位部分、檢測(cè)調(diào)制部分、計(jì)數(shù)譯碼部分和顯示部分。由于本設(shè)計(jì)中采用的光電感應(yīng)器件為紅外發(fā)射管和紅外接收管，對(duì)于感應(yīng)器件應(yīng)供電電壓穩(wěn)定，因此設(shè)計(jì)中的電源輸出采用穩(wěn)壓集成電路，考慮這些器件的需求電壓基本在5V左右。設(shè)計(jì)中大概的傳輸過(guò)程以及部分器件為：用光電感應(yīng)器（紅外發(fā)射/接收管）實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集（由紅外發(fā)射管發(fā)出紅外信號(hào)，紅外接收管收到紅外信號(hào)使接地支路導(dǎo)通。當(dāng)紅外信號(hào)被阻擋時(shí)，接地支路阻斷，由于電壓變化，從而得到不同的高低電平）；這些不同的電平被傳輸?shù)秸袷幤髦械玫紺P脈沖，再將生成的脈沖信號(hào)輸入到譯碼計(jì)數(shù)器的CP時(shí)鐘引腳，進(jìn)行譯碼，再驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理框架為： 光電計(jì)數(shù)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框架 設(shè)計(jì)光電計(jì)數(shù)器的原理流程為： 光電計(jì)數(shù)器原理流程 計(jì)數(shù)器系統(tǒng)特點(diǎn) 本系統(tǒng)具有體積小、硬件少、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及容易操作等優(yōu)點(diǎn)。本計(jì)數(shù)器可將機(jī)械或人工計(jì)數(shù)方式變?yōu)殡娮佑?jì)數(shù)，并且采用LED數(shù)碼顯示，簡(jiǎn)單直觀，可適用于諸多行業(yè)，以滿(mǎn)足現(xiàn)代生產(chǎn)、生活等方面的需求。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷改善和提高，在現(xiàn)代化生產(chǎn)的許多場(chǎng)合都可以看到計(jì)數(shù)器的使用。本計(jì)數(shù)器具有低廉的造價(jià)以及控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。該系統(tǒng)還具有以下特點(diǎn)：216。 該系統(tǒng)具有清零功能，工作人員可以通過(guò)復(fù)位開(kāi)關(guān)使兩個(gè)數(shù)碼管都顯示零，這樣可以方便進(jìn)行人工操作以及確認(rèn)計(jì)數(shù)器是否正常工作；原理就是利用CD40110的清零端CR，輸出與十位七段譯碼器的滅燈輸入端BL端相接，每當(dāng)復(fù)位時(shí)，BL就會(huì)輸入高電平，從而是兩個(gè)數(shù)碼管都會(huì)清零。216。 該光電計(jì)數(shù)器只有兩位數(shù)，但通過(guò)級(jí)聯(lián)可以擴(kuò)展為四位，甚至多位。216。 該系統(tǒng)復(fù)位采用上電復(fù)位及按鈕復(fù)位，這樣能保證該光電計(jì)數(shù)系統(tǒng)的正常復(fù)位，能有效的保護(hù)電路中的元器件。37第四章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)第四章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 原理電路圖經(jīng)過(guò)前面研究原理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及各部分實(shí)現(xiàn)的功能和主要器件，將各部分電路的器件連接供電。部分器件在軟件設(shè)計(jì)時(shí)為線路的簡(jiǎn)單明了、直觀，將部分引腳省略顯示，即引腳實(shí)為接地，只是不顯示。 光電計(jì)數(shù)器原理圖 原理電路論述從上面的原理圖可以看出，電源分別接入系統(tǒng)清零（復(fù)位）電路和本系統(tǒng)的主體電路，即信號(hào)采集、脈沖生成、計(jì)數(shù)譯碼是均采用統(tǒng)一供電方式。首先，信號(hào)采集部分連接在電源兩端，保護(hù)電阻R1與紅外發(fā)射管DS串聯(lián)接在電壓源兩端；后紅外接收管BG和保護(hù)電阻R2串聯(lián)且并聯(lián)與發(fā)射管連接入電源兩端。其中，要求DS和BG要對(duì)齊，距離不要太大。當(dāng)電路正常工作時(shí)，DS與BG之間形成一個(gè)光通道，以DS發(fā)出紅外光，BG通過(guò)檢測(cè)是否有光線來(lái)判斷有無(wú)物體經(jīng)過(guò)光通道。當(dāng)沒(méi)有物體通過(guò)，紅外接收管BG能順利接收到來(lái)自發(fā)射管DS的紅外光，由前面所述的紅外接收二極管的反向?qū)щ娞匦浴４藭r(shí)，BG兩端導(dǎo)通，紅外接收管內(nèi)PN結(jié)產(chǎn)生光電流，電流經(jīng)過(guò)保護(hù)電阻R2到達(dá)電源的負(fù)極，而電流不經(jīng)過(guò)定時(shí)器NE555。當(dāng)光通道被物體擋住時(shí)，接收管BG產(chǎn)生暗電流，使得BG上端出現(xiàn)高阻抗特性，而此時(shí)的BG外電路RRC2形成電路的諧振，這時(shí)NE555在電路中就做振蕩器的功能，產(chǎn)生計(jì)數(shù)譯碼所需的時(shí)鐘脈沖CP。而RC的諧振為振蕩器提供振蕩頻率。，后經(jīng)NE555的THOLD（引腳6）和TRIG（引腳2）輸入振蕩器，振蕩器在這樣的諧振下產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號(hào)經(jīng)OUT（引腳3）輸出給譯碼計(jì)數(shù)器CD40110的計(jì)數(shù)時(shí)鐘引腳。當(dāng)采集的信號(hào)輸入振蕩器NE555后，產(chǎn)生的是高低脈沖脈沖信號(hào)。此時(shí)，信號(hào)就傳入計(jì)數(shù)譯碼器CD40110的時(shí)鐘CP輸入引腳中，本設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)范圍是0～99，所以譯碼器和數(shù)碼顯示器各位兩個(gè)，分別譯碼和顯示十位和個(gè)位數(shù)。從NE555的輸出端（引腳3OUT）輸出的信號(hào)再進(jìn)入個(gè)位譯碼器CD40110的加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端CPU(引腳9)，通過(guò)對(duì)進(jìn)入的脈沖信號(hào)進(jìn)行譯碼；當(dāng)脈沖信號(hào)的超過(guò)0～9時(shí)，就會(huì)通過(guò)個(gè)位的譯碼器的進(jìn)位輸出端CO（引腳10）進(jìn)入十位譯碼器，譯碼過(guò)程兩者都是一樣，只是個(gè)位滿(mǎn)時(shí)就傳向高位。當(dāng)要擴(kuò)展計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)范圍時(shí)，只需把高位譯碼器的進(jìn)位輸出端CO（引腳10）計(jì)入更高位的計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端CPU(引腳9)即可實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)，能譯碼顯示計(jì)數(shù)更大范圍。對(duì)于譯碼器CD40110在譯碼過(guò)程中，它的計(jì)數(shù)允許端CT（引腳4）、鎖存器預(yù)置端LE（引腳6）及減法輸入端CPD(引腳7)都接地。因?yàn)榍皟烧呤堑碗娖接行?，而減法譯碼在本設(shè)計(jì)中未采用，但引腳不能懸空，因此接地。CD40110的清零端CR（引腳5）接入復(fù)位電路，以便模塊的正常復(fù)位及保護(hù)芯片的正常工作。從兩個(gè)譯碼器CD40110輸出信號(hào)，每個(gè)管腳分別接一定大小的電阻保護(hù)電路，后經(jīng)譯碼出的信號(hào)輸入數(shù)碼顯示管的a～g,且通過(guò)CD40110驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管工作以正常顯示譯碼的數(shù)值，顯示通過(guò)光門(mén)物體的個(gè)數(shù)。同譯碼器CD40110一樣，要擴(kuò)展計(jì)數(shù)范圍，數(shù)碼管的級(jí)聯(lián)只需將公共端COM（引腳9）同前面數(shù)碼管公共端詳連接即可，其他輸入端與其他譯碼器連接相同。最后對(duì)于整個(gè)電路的復(fù)位電路，電路接通電源剛開(kāi)始正常啟動(dòng)時(shí)，整個(gè)電路時(shí)進(jìn)行上電復(fù)位，即圖中的C3和電阻R5支路。它的工作原理是：在電路接通電源的瞬間，兩譯碼器CD40110的清零端CR電位與電源電位相同，隨著電容C3上的電位逐漸上升，CR端的電壓逐漸下降，于是在CR端便形成了一個(gè)正脈沖，這個(gè)正脈沖持續(xù)，當(dāng)這個(gè)正脈沖持續(xù)兩個(gè)時(shí)鐘周期以上即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位清零；而后面的按鈕復(fù)位，是針對(duì)人工手工清零操作，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)最高值時(shí)可進(jìn)行人工清零操作，即按下按鈕SB清零鍵即可。它的工作原理是：人工操作按下清零鍵SB，會(huì)在電阻R5上形成一個(gè)高電平脈沖，由于這一操作遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩個(gè)時(shí)鐘周期，因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)數(shù)的譯碼的清零操作。 光電計(jì)數(shù)系統(tǒng)組成 電源供電部分設(shè)計(jì)中采用的器件均是小功率耗電器件，因此電源電壓不宜過(guò)高，而且NE555的耗電在5V左右，因?yàn)槭忻娴闹绷鞴╇姟呻姵兀?，以便?shí)現(xiàn)。 信號(hào)采集部分本設(shè)計(jì)中的信號(hào)采集部分其實(shí)就是紅外發(fā)射管與紅外接收管組成，發(fā)射光在電路加電后發(fā)射出紅外光，接收管接收紅外光從而兩器件形成一個(gè)光通道。當(dāng)光通道沒(méi)有被物體擋住時(shí)，紅外接收管兩端導(dǎo)通，電流沿著紅外接收管到達(dá)電路的接地端，形成通路，而不進(jìn)行計(jì)數(shù)操作；當(dāng)光通道被物體擋住時(shí)，由于二極管的反向?qū)ㄔ恚沟迷诩t外接收管的正極形成高阻，從而光通道之后的電路中電壓隨之變化。由這種電壓的變化，電路的RC形成諧振電路，形成的電壓高低電平再進(jìn)入NE555定時(shí)器中。NE555的功能很多，后面脈沖生成部分再做詳細(xì)介紹。此時(shí)，NE555只做振蕩器，因輸入的電壓變化，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成脈沖輸出進(jìn)行譯碼計(jì)數(shù)，最后驅(qū)動(dòng)顯示。具體脈沖生成過(guò)程在原理電路論述部分詳細(xì)介紹。 系統(tǒng)復(fù)位部分本設(shè)計(jì)采用的復(fù)位方式有上電復(fù)位和按鈕復(fù)位。其中采用的譯碼計(jì)數(shù)為CD40110模塊，它的CR引腳為清除端。當(dāng)該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)周期的高電平，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)清除計(jì)數(shù)，從而復(fù)位系統(tǒng)，使模塊工作回到初始狀態(tài)。上電復(fù)位是指整個(gè)電路加電瞬間，要在CR引腳形成一個(gè)正脈沖，使模塊進(jìn)入清零狀態(tài)。按鈕復(fù)位是指用戶(hù)按下“清零”按鈕，使電路回到初始狀態(tài)。其中，兩點(diǎn)復(fù)位電路的產(chǎn)生方式如下圖所示： 上電復(fù)位 按鈕復(fù)位和上電復(fù)位 ，電路加上電源開(kāi)始工作時(shí)，電路會(huì)自動(dòng)復(fù)位清零，即此處的數(shù)碼顯示管會(huì)顯示零。當(dāng)接通電源的瞬間，CR端與Vcc同電位，隨著電容上的電壓逐漸上升，CR端的斷崖會(huì)逐漸下降，于是就在CR端形成一個(gè)正脈沖，只要該正脈沖持續(xù)兩個(gè)周期以上的高電平，就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電路的自動(dòng)復(fù)位清零。，也叫手動(dòng)復(fù)位，就是這種電路兩種復(fù)位都具備。具體的就是當(dāng)電路接通電源時(shí)，電路會(huì)自動(dòng)的復(fù)位清零，使數(shù)碼顯示管顯示零便于計(jì)數(shù)，當(dāng)然也可以手動(dòng)的按鈕清零；而按鈕清零在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中就是當(dāng)計(jì)數(shù)出錯(cuò)或者計(jì)數(shù)器顯示已滿(mǎn)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)人工清零，便于下次的計(jì)數(shù)。對(duì)于電子元器件，在電子電路中應(yīng)用時(shí)，可靠的復(fù)位是非常重要的，無(wú)論現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)什么樣的狀況，上電后各電路中的單元模塊都應(yīng)該能正常的復(fù)位清零。否則系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重事故。只要電子元器件的復(fù)位或者清零端持續(xù)幾個(gè)高電平就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位。 脈沖生成部分216。 NE555概述由于紅外光電二極管實(shí)現(xiàn)通過(guò)光通道的阻擋來(lái)控制電路的輸出電壓的變化是不能直接被譯碼顯示，還需要對(duì)輸出端額電壓信號(hào)進(jìn)行比較、檢測(cè)，最后轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)輸出給譯碼計(jì)數(shù)電路，才能驅(qū)動(dòng)顯示管顯示相應(yīng)的計(jì)數(shù)。鑒于此處所需的要求，本文中選取的元器件是NE555集成模塊。NE555集成電路開(kāi)始是用作定時(shí)器的應(yīng)用，因此也叫做555定時(shí)器或555時(shí)基電路，可隨著電子元器件的研究與開(kāi)發(fā)，它不僅可以做延時(shí)控制外，還可以用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓等多種控制及計(jì)量檢測(cè)。此外，還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號(hào)源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。由于它工作可靠、使用方便、價(jià)格低廉，目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中。NE555集成電路內(nèi)部有幾十個(gè)元器件，其中有分壓器、比較器、基本RS觸發(fā)器、放電管及緩沖器，電路比較復(fù)雜，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。216。 NE555的管腳介紹：