簡易測光文具盒電路

青少年看書寫字時，如果不注意環(huán)境光線的強(qiáng)弱，長期在光線太暗的環(huán)境下學(xué)習(xí)，就會加重用眼負(fù)擔(dān)，日久容易患上近視眼病。

這里介紹一種實用有趣的測光文具盒，它融普通文具盒與學(xué)生閱讀書寫環(huán)境照度監(jiān)視器(實為測光顯示器)為一體，可有效指導(dǎo)學(xué)生在合適的光線下學(xué)習(xí)，以保護(hù)視力。

一、工作原理

測光文具盒的電路如右圖所示，它實際上是一個光線強(qiáng)弱檢測顯示器。

光敏電阻器R1與微調(diào)電位器RP組成光一電轉(zhuǎn)換器，并與作為晶體三極管VT2偏置電阻器的R1、R2構(gòu)成了測光電橋。晶體三極管VT1、VT2構(gòu)成簡易差分放大器，R3既是發(fā)光二極管VD1、VD2的限流電阻器，同時也是差分放大電路的負(fù)反饋共模抑制電阻器。

當(dāng)環(huán)境照度發(fā)生變化時，晶體三極管VTI的偏置電位會隨著光敏電阻器R1阻值的改變而升降，而由電阻器R1、R2提供給VT2的偏置電位則是固定不變的。當(dāng)環(huán)境照度較強(qiáng)時，R1呈低阻值，此時VT1獲得較高的偏置電位，使得VTI導(dǎo)通、VT2截止或趨向截止，于是發(fā)光二極管VP1發(fā)出綠光、VD2不發(fā)光或發(fā)出紅光(僅在接近不允許閱讀的最低照度時才發(fā)光)，表示環(huán)境光線明亮，適合看書寫字。當(dāng)環(huán)境照度較弱時，R1呈較高阻值，VT1的偏置電位低于VT2的固定比較電位，使得VT1截止而VT2導(dǎo)通，于是VD1熄滅、VD2發(fā)出紅光，表示環(huán)境光線太暗，應(yīng)及時開燈或停止閱讀書寫。

電路中，由光敏電阻器R1、微調(diào)電位器RP、電阻器R1和R2構(gòu)成的測光電橋，具有測光靈敏、準(zhǔn)確等特點。

而由晶體三極管VT1、VT2所構(gòu)成的簡易差分放大器，具有工作狀態(tài)不受電源電壓變化、環(huán)境溫度變化等的影響，所以盡管電路簡單，但工作穩(wěn)定可靠，完全能夠滿足測光顯示的要求。

二、元器件選擇

晶體管VT1、VT2均用9014型(集電極最大允許電流ICM=0.1A，集電極最大允許功耗PCM=310mW)硅NPN小功率三極管。要求兩管盡量配對、電流放大系數(shù)β>200。VD1、VD2分別采用φ3mm的高亮度綠色和紅色發(fā)光二極管。

R1選用MG44-03型塑料樹脂封裝光敏電阻器，也可用其他亮阻(在1001x(勒克斯)的光照度下測試)為5kΩ左右的普通光敏電阻器來代替。

RP用普通WH7-B或WH124-2型微調(diào)電位器。R1～R3均用RTX-1／8W型碳膜電阻器。

SB用新穎KJ-123型轉(zhuǎn)換式輕觸開關(guān)，它既可當(dāng)作一般的普通輕觸開關(guān)來使用，也可作為常閉型輕觸開關(guān)或轉(zhuǎn)換型輕觸開關(guān)靈活運(yùn)用，用途十分廣泛。KJ-123的外形尺寸為12mm×12mm×4mm，其外形和引腳分布如左圖所示，它的腳距等均按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計生產(chǎn)，手感與普通輕觸開關(guān)一樣，觸點最大負(fù)荷為直流0.25A×28V，完全能夠滿足一般使用要求。本制作中KJ-123被接成常閉型輕觸開關(guān)來使用。

G用兩粒計算器常用的SR44型(φ11.6mm×5.4mm)或AG13、G13-A型扣式微型氧化銀電池串聯(lián)而成，電壓3V。

三、制作與使用

圖3所示為該測光文具盒的印制電路板接線圖，印制電路板實際尺寸約為50mm×30mm。印制電路板上事先應(yīng)開一1LMm×1LMm見方的小孔，用于固放電池G。電池G的電極夾按照圖4所示，正極直接用輕觸開關(guān)SB的引腳(圖2中的第3腳)，負(fù)極用一尺寸為7mm×7mm的薄磷銅片彎折成“1”形狀，并直接焊在電路板上所開方形孔沿的敷銅板上即成。

整個測光顯示器安裝在尺寸約為53mm×33mm×15mm的絕緣材料小盒內(nèi)(可用薄塑料板、有機(jī)玻璃板粘制)。盒面板為電源開關(guān)SB開出按鍵帽伸出孔，為光敏電阻器R1開出感光窗口，為發(fā)光二極管VD1、VD2開出伸出孔，為微調(diào)電位器RP開出調(diào)節(jié)孔。為了方便使用，在面板上綠色發(fā)光二極管VD1的旁邊標(biāo)注上“正?！蔽淖郑硎驹摪l(fā)光二極管點亮?xí)r，環(huán)境照度符合閱讀書寫的要求。在紅色發(fā)光二極管VD2的旁邊標(biāo)注上“開燈”文字，表示該發(fā)光二極管點亮?xí)r環(huán)境照度太暗，打開電燈后才可以閱讀書寫。

檢查電路焊接無誤、安裝正確后，便可進(jìn)行調(diào)試。

根據(jù)國家教委和衛(wèi)生部的有關(guān)規(guī)定，學(xué)生閱讀書寫時桌面光線照度應(yīng)不低于1001x。電路調(diào)試時，可借助標(biāo)準(zhǔn)照度計對照調(diào)整，把標(biāo)準(zhǔn)照度計和測光顯示器小盒同時置于桌面上，調(diào)節(jié)燈具的電源電壓(指調(diào)光臺燈)或改變燈具距桌面的距離，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)照度計上指示值為1001x時，用小螺絲刀伸進(jìn)電路盒上的調(diào)節(jié)孔，緩慢調(diào)節(jié)微調(diào)電位器RP阻值，使綠色發(fā)光二極管VD1處于臨界不發(fā)光狀態(tài)即可。調(diào)好的RP應(yīng)用快干漆封固，以防日后阻值發(fā)生變動。

如果調(diào)試時手頭沒有標(biāo)準(zhǔn)照度計，可用220V、15W白熾燈泡作光源，在燈泡正下方0.3m處(照度約為1001x)放置測光顯示器小盒，按上述方法調(diào)試即行。注意，調(diào)試時220V市電電壓應(yīng)準(zhǔn)確，周圍環(huán)境不許有其他光源干擾，否則1001x照度誤差會很大。

調(diào)試好的測光顯示器小盒，參照圖5所示用雙面強(qiáng)力膠帶紙直接粘固在普通文具盒內(nèi)。要求輕觸開關(guān)SB能夠隨著文具盒蓋的開關(guān)而自動通斷，即文具盒關(guān)閉時，盒蓋頂壓住SB的按鍵帽，使得SB內(nèi)部兩常閉觸點自動斷開電路電源。打開文具盒時，SB又能失去盒蓋的頂壓而自動接通電路電源。

由于輕觸開關(guān)SB的按鍵低矮，多數(shù)情況下文具盒蓋根本無法直接頂壓住按鍵，所以必須根據(jù)具體安裝情況用強(qiáng)力膠在按鍵上面粘固一定高度的塑料圓桿。

這種帶測光顯示器的文具盒，對使用者無任何附加條件。每次打開文具盒取放東西時，電路自動通電測光，關(guān)閉盒蓋后又自動切斷電源。測光顯示器工作時實測總電流值僅5mA，每換一次新電池，一般可使用一個學(xué)期。