简易实用的光控开关

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这里介绍一个简易实用的光控开关,可以用来控制台灯、电风扇等家用电器。遥控器可用普通笔形手电筒,点按一下手电筒,开关接通;长按一下手电筒,开关断开。

原理简介

光控开关电路见图①。j\(_{1}\)-1、j1-2是继电器J\(_{1}\)的两个常开接点,平时开路,插座CZ上不通电。D1是光电二极管。当我们点按一下手电筒,使D\(_{1}\)受到短暂的光照。D1反向电阻急趋下降,BG\(_{1}\)导通,电源通过BG1、D\(_{2}\)、R3使BG\(_{3}\)迅速饱和导通,继电器J1吸合,j\(_{1}\)-2闭合,CZ上有电。同时,j1-1闭合,使R\(_{3}\)接到电源正极,使电路自锁,光照结束后,J仍能保持吸合状态。此时供电指示灯LED1点亮。D\(_{1}\)受到短暂光照时,电源虽通过BG1、R\(_{2}\)对C1充电,使C\(_{1}\)两端电位上升,由于R2C\(_{1}\)时间常数较大,C1两端电压上升较慢,BG\(_{2}\)尚未导通,光照已结束,所以它不会影响开关接通。

图1
图1 🔍原图 (902×412)

需要切断开关时,只要长按一下手电筒,使电源通过BG\(_{1}\)、R2向C\(_{1}\)充电,由于光照时间较长,当C1两端电压上升到0.65伏时,BG\(_{2}\)导通,BG2集电极输出低电位,BG\(_{3}\)立即截止,J1释放,j\(_{1}\)-1、j1-2跳开,CZ上没有电。同时供电指示灯LED\(_{1}\)熄灭。

D\(_{2}\)的作用是防止j1-1闭合时,电源通过j\(_{1}\)-1、R2向C\(_{1}\)充电,使继电器J1无法保持吸合状态。LED\(_{2}\)是光控开关的电源指示灯。D4、C\(_{2}\)组成半波整流和电容滤波线路。D3起保护BG\(_{3}\)作用,防止BG3被继电器的自感电动势击穿损坏。

元器件选择

BG\(_{1}\)~BG3均采用9013型硅三极管,要求放大倍数β≥100。

D\(_{2}\)、D3为1N4148型开关二极管,D\(_{4}\)为1N41001型整流二极管。LED1可用红色发光二极管,LED\(_{2}\) 用绿色发光二极管。D1为光电二极管,可用2CU型。它的外形和电路符号见图②所示。

图2
图2 🔍原图 (386×266)

光电二极管的管壳顶端有一个能让光线射入的窗口,窗口上有一个凸透镜。光线通过窗口经凸透镜会聚就射到管芯的PN结上。

检验时,首先把万用表拨到R×1k档,按图③a方法测光电二极管的反向电阻,即万用表的黑笔接光电管的负极,红笔接正极。表的偏转应很小,电阻读数一般应在200千欧以上。这时如用手电筒照射光电管的窗口,见图③b,表针偏转应立即加大,光线愈强,光电管的反向电阻应愈小,最后可降至几千欧姆甚至仅几百欧姆。关掉手电筒,表针应立即恢复原来高电阻。最后将红、黑表笔对换,测量其正向电阻,见图③c,读数约为几千欧姆,且不随光照强弱而改变。

图3
图3 🔍原图 (992×641)

在选用继电器时应注意,如果控制功率在60W以下,可选用JRX-13F小型电磁继电器;如果控制功率较大,可选用JZX-22F-2Z、DC12V、触点容量为5A的电磁继电器。

W为WH7卧式微调电位器,R\(_{1}\)~R4均为RTX-1/8W型碳膜电阻器。C\(_{1}\)、C3可用CD11-16V型电解电容器。B为220V/12V小型电源变压器。

安装和调试

图④是光控开关的印制电路板,印板尺寸为70×40mm\(^{2}\)。除变压器B外,其它元器件均安装在印制电路板上。

图4
图4 🔍原图 (880×446)

调试要点:要求D\(_{1}\)无光照时,J1初始状态为释放态,然后用手电筒对准D\(_{1}\),点按一下,J1吸合;长按一下,J\(_{1}\)释放。长按时间由R2、C\(_{1}\)决定,R2阻值不能过大,否则BG\(_{2}\)不能进入导通态,所以长按时间主要由C1容量调整,C\(_{1}\)大,要求长按时间长一些。但是长按时间不宜过长,否则关机不方便。采用图示数据,长按时间约1秒多钟,点按仅零点几秒,是非常适宜的。

微调电位器W是用来调整光控灵敏度的,W阻值大,光控灵敏度高,但易受杂光干扰,调整时应两者兼顾。为了防止杂光对D\(_{1}\)的干扰,可在D1上套上一个遮光筒,使只能平行于遮光筒的直射光线射入D\(_{1}\)。电路其它部分不用调试,调好后即可投入使用。(陈有卿)