在江、河航道中,为了保证来往船只以及桥梁的安全,桥墩上需安装航标灯(非闪烁式),本文介绍一种电路较简单、抗干扰性能较强的航标灯自动开关电路。电路原理见图1。采用硅光电池实现光电转换,输入级采用结型场效应管以利提高输入阻抗,判别电路包括驰张振荡器和由结型场效应管组成的延时电路,执行部分由小功率三极管驱动小型继电器完成控制信号的输出。

白天,当光线照射在硅光电池上时,串联的硅光电池可输出1.5伏左右的电压,BG\(_{1}\)的漏源电流在其源极电阻上产生的压降足以使BG2深度饱和,U\(_{C2}\)≈0。弛张振荡器不工作,BG4截止、BG\(_{5}\)饱和,UC5≈0,C\(_{2}\)上无法建立电压。由于BG6的饱和漏源电流很小,R\(_{11}\)上的压降不足以使BG7导通,因此继电器J不吸合,继电器J的常开触点控制着交流接触器的线圈回路,从而使航标灯关断。
夜晚,只有微光照射在硅光电池上,其输出电压近似为零,BG\(_{1}\)的漏源电流很小而使BG2截止。弛张振荡器工作,以时间间隔T(T≈(R\(_{4}\)+R5)C\(_{1}\)ln\(\frac{1}{1-η}\))输出振荡脉冲,在脉冲持续期间使BG4饱和、BG\(_{5}\)截止,电源通过R9、D\(_{3}\)给C2充电。在弛张振荡器工作期间,C\(_{2}\)上的充电电压是台阶式上升的,BG6的漏源电流和BG\(_{7}\)的集电极电流也相应台阶式地增大,当后者大于(或等于)继电器J的吸合电流时,J吸合,由其常开触点控制的交流接触器得电,航标灯得电。
为了避免在天色明暗交替、照度缓慢变化的过程中出现电路状态转换不干脆,继电器、接触器频繁通断,航标灯闪烁不定的现象,本电路采取了以下几项措施:
1.光电转换部分采用三块硅光电池相串联,使光电检测具有很高的灵敏度。这样,当白天强光照射硅光电池时,其输出电压远高于使BG\(_{2}\)饱和所需的电压值。临近黄昏照度虽有减弱,其输出电压仍可在一段时间内继续维持BG2的饱和。当照度继续下降时,由于三块硅光电池电压的跌落值相叠加,其下降速率远比用一块硅光电池时大得多,能使BG\(_{2}\)很快地脱离放大区进入截止状态,这样就缩短了可能出现不稳定状态的过渡过程的时间。经实测,BG2自临界饱和状态转换至截止状态的过渡时间约6分钟左右。
2.采用驰张振荡器作为判别电路的前级。由于驰张振荡器只有当BG\(_{2}\)的集电极电压UC2高于BG\(_{3}\)的峰点电压UP后才能工作,这样更进一步缩短了可能出现状态转换不可靠的“危险时间区间”。实测表明,自U\(_{C2}\)升到UP至BG\(_{2}\)可靠截止,只有3分钟左右。在BG2处于放大状态时,D\(_{2}\)起着抗干扰的作用,它可把由于短时干扰使C1充得的电荷在干扰过后迅速放掉。
3.延时电路中,D\(_{3}\)选用了具有高反向电阻的二极管,使C2上的电荷只能通过BG\(_{6}\)的输入电阻缓慢泄放,再利用继电器吸合、释放两电流值不同的回差特性,可使吸合后的继电器较长时间保持这一状态。实测结果说明,当D3的反向电阻大于200MΩ时,一旦J吸合,不管前级的工作状态如何变化,J在近5分钟内是不会释放的。这样长的维持时间足以渡过前述的“危险时间区间”。
另外,由于延时电路采用台阶式的充电方式,可使BG\(_{7}\)的集电极电流即流过继电器J的电流阶跃式地增长,从而越过J临界吸合的电流值。
正因为采取了上述几项措施,当继电器J吸合后,以短于2分钟的强光照射硅光电池,不会使电路状态发生变化,这足以避免由于闪电、电筒光照、电焊弧光等短时干扰光源引起的误动作。
整机电路若发生故障,可按以下步骤进行检查。
1.驰张振荡器之前:用万用表监视BG\(_{2}\)的集电极电压UC2,将硅光电池先后置于光照和遮光两状态,若看到U\(_{C2}\)随之大幅度地变化,说明此部分电路正常。
2.BG\(_{2}\)以后至D3之前:用万用表监视BG\(_{5}\)的集电极电压,将硅光电池严密遮光,这时若看到万用表的指针有间歇的、小幅度的摆动,说明这部分电路工作正常。
3.D\(_{3}\)之后:用万用表监视BG7的集电极电压,仍将硅光电池严密遮光,电路正常工作时,会看到U\(_{C7}\)阶跃式上升,数次上升之后,J即吸合。
电路经检查无误后,即可将硅光电池反复置于强光照射和完全遮光两种极端状态下来检查电路的控制功能。若需要改变开灯延时的时间,可以调整R\(_{5}\)的大小以改变给C2充电的频率。但R\(_{5}\)不宜过小,否则将降低电路的抗干扰能力。
最后,还要对W进行一次实时调整,以确定开灯的时刻。W减小可推迟开灯时刻,反之可使开灯时刻提前。在黄昏预定给航标灯送电的时刻之前几分钟,用万用表监视BG\(_{2}\)的集电极电压UC2并调整W,使U\(_{C2}\)随W的增大逐渐上升,当UC2升至电源电压的一半左右时,即停止调动W,仍用万用表监视U\(_{C2}\),这时将看到由于天色变暗UC2仍在继续上升。几分钟之后,电路状态的转换完成,继电器吸合,航标灯就亮了。W调好后,用蜡封住,以免误动造成开关灯时间失当。(左学军)