詳解自動光控電路的工作原理

今天起，咱們的自動控制電路部分由以前的晶體管分立元件轉(zhuǎn)到集成電路部分。集成電路相對于純晶體管元件來說，體積更小，性能更強(qiáng)，功能更多。對于咱們的小制作非常有利。

這個電路呢，是一個很簡單的又比較好玩兒的光控電路。即可以做著玩兒，而且也有一定的實(shí)用性。

電路的電源電壓可以根據(jù)所選擇的繼電器來選擇，可以是5V也可以是12V。不管電源是多少V的，其工作原理是相同的。

電路中，CDS是一種對光線有反應(yīng)的特殊電阻器。我們叫光敏電阻。有正向光敏和反向光敏兩種。正向的表現(xiàn)為光線越強(qiáng)，其阻值越大，反向的表現(xiàn)為光線越強(qiáng)，其阻值越小。我們常用的是反向光敏電阻。此電路中的光敏電阻也是反向光敏電阻。R1與CDS組成一個分壓電路，負(fù)責(zé)將外界光線的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)化為電壓的高低。R3是50K的可調(diào)電位器，在電路中，調(diào)節(jié)R3可以改變前級對光線的感應(yīng)強(qiáng)度。LM324是一種通用型的集成運(yùn)放電路，全稱叫做集成運(yùn)算放大器。內(nèi)部有4個同樣的運(yùn)放。在這種電路中，用LM324有些浪費(fèi)，畢竟還有2個是閑著的。像這種電路，完全可以用具有相同性能的LM358代替，體積更小。R4與下面的470uF電容器組成一個RC時間常數(shù)電路。R5是50K可調(diào)電位器，在這個電路中，調(diào)節(jié)R5可以改變后級的延時時間。R6為驅(qū)動9013晶體管的基極限流電阻。K為整個電路與外界的接口-----繼電器。4148二極管是繼電器的續(xù)流二極管。最終光信號的變化會通過K來表達(dá)。

LM358內(nèi)部等效圖

電路上電后，如果當(dāng)前外界光線比較亮，則CDS的阻值會比較小，一般來說正常光線下，此電阻的阻值會小于2K，則與R1組成的分壓電路中間點(diǎn)電壓會比較低。以12V電源電壓和以CDS阻值為2K來計(jì)算中間點(diǎn)電壓=2V。如果此時R3電位器調(diào)節(jié)到中間位置，則反應(yīng)到第一個運(yùn)放反相輸入端的電壓信號為6V。運(yùn)放電路有一個特性，如果正向信號大于反相信號，則輸出端會輸出一個經(jīng)過放大的正向的信號，如果正向信號小于反相信號，則輸出端會輸出一個經(jīng)過放大的反相的信號。在這種電路中，由于LM324用的是單電源。所以，其會輸出一個低電平。那么，后級電路也是不會工作的。此時整個電路處于等待狀態(tài)。

當(dāng)外界光線慢慢變暗后，CDS的阻值會慢慢上升，其帶來的結(jié)果是與R1組成的分壓電路中間點(diǎn)電壓也在慢慢上升。當(dāng)外界光線暗到一定的程度，中間點(diǎn)的電壓值會超過R3中心抽頭的電壓值。也就是實(shí)際測量到的值會超過設(shè)定值。那么，第一個運(yùn)放會輸出一個接近12V電源電壓的高電平。這個高電平一方面會直接送到第二個運(yùn)放的正向端，同時還會經(jīng)過R4對電容器進(jìn)行充電。我們假設(shè)R5電位器中心抽頭目前調(diào)節(jié)到中間位置，也就是第二個運(yùn)放的反相端電壓為6V。則因?yàn)檎蚨穗妷捍笥诜聪喽穗妷?，此時第二個運(yùn)放也會輸出高電平，這個高電平繼而會通過R6驅(qū)動晶體管，最后使得繼電器吸合。整個電路的表現(xiàn)是外界光線強(qiáng)度下降后，繼電器吸合。

如果我們調(diào)節(jié)R3電位器。比如往上調(diào)節(jié)，也就是使得電位器中間抽頭的電壓值上升，那么，就需要外界光線越暗電路才會有反應(yīng)。也就是提高了光線檢測部分的檢測門檻。如果調(diào)節(jié)到最上端，則由于CDS與R1組成的分壓電路中間點(diǎn)無法達(dá)到更高的電壓，所以會使得第一個運(yùn)放永遠(yuǎn)無法輸出一個高電平，則整個電路用于處于一個等待的狀態(tài)而無法工作。如果往下調(diào)節(jié)，那么外界光線稍微一暗電路就會有動作。也就是降低了檢測門檻。如果調(diào)節(jié)到最下端，則由于CDS與R1組成的分壓電路中間點(diǎn)電壓無法更低，會導(dǎo)致第一個運(yùn)放持續(xù)輸出高電平。根本無法對外界光線起到反應(yīng)，整個電路也是無用的。

而電路中的R5電位器。按照原電路設(shè)計(jì)者的意圖，調(diào)節(jié)R5可以改變前級無信號后繼電器繼續(xù)吸合的時間量。比如，往上調(diào)節(jié)可以降低前級無信號后的繼續(xù)吸合時間，往下調(diào)節(jié)可以提高前級無信號后的繼續(xù)吸合時間。但是，這個電路是有錯誤的?？梢詫?shí)現(xiàn)光線變暗后的繼電器吸合，但是無法實(shí)現(xiàn)光線變亮也就是前級無信號后的繼續(xù)吸合。繼電器會在有光線后立即釋放，不管RC電路中的電容器到底是多大的。那么，為什么會出現(xiàn)這個情況呢？又該如何解決這個問題呢？

審核編輯：湯梓紅