怎样做光控小鸟

（文江）本期的内容，是通过光控小鸟的制作，学习光电二极管和光电三极管的基本知识，掌握光电管的检测方法和光控电路的调试方法。

（1）光电二极管：

光电二极管是一种常用的光敏元件，其文字符号为“VD”，图形符号及外形分别见图1a和1b。和晶体二极管相似，光电二极管也是具有一个PN结的半导体元件，所不同的是光电二极管的管壳上有一个透明的窗口，以便使光线能够照射到PN结上。图2是光电二极管典型工作电路，工作电压U反向加在光电二极管VD上，无光照时，光电二极管VD反向电流I极小，因此负载电阻RL上的输出电压U\(_{0}\)＝IRL也极小；当有光照时，VD的反向电流I明显增大并随光照强度的变化而变化，这时输出电压U0也较大并随光照强度的变化而变化，从而实现了光电转换。光电二极管有多种类型，使用最普遍的是2CU型硅光电二极管，其主要参数有：

①最高工作电压Umax，指在无光照、反向电流不超过规定值（通常为0.1μA）的前提下，光电二极管所允许加的最高反向电压，一般在10～50V范围。

②暗电流I\(_{D}\)，指在无光照时，加有反向工作电压的光电二极管的反向漏电流，一般＜0.5μA，暗电流ID越小越好。

③光电流I\(_{L}\)，指在受到一定光照时，加有反向电压的光电二极管中所流过的电流，约为几十微安，一般情况下光电流IL越大越好。

（2）光电三极管：

光电三极管是在光电二极管的基础上发展起来的光电元件，它不仅能实现光电转换，而且还具有放大功能，因而使用更方便、更广泛。光电三极管的文字符号为“VT”，图形符号及外形分别见图3a和3b。光电三极管有NPN型和PNP型之分，目前普遍使用的是3DU型NPN硅光电三极管。光电三极管可以等效为光电二极管和普通三极管的组合元件（图4），其基—集PN结相当于一个光电二极管，在光照下产生的光电流I\(_{L}\)又输入到三极管的基极放大，因此光电三极管输出的光电流可达βIL。因为光电三极管的基极输入信号是光，所以光电三极管通常只有集电极和发射极两个引脚（个别除外）。光电三极管的主要参数有：

①最高工作电压Uceo，指在无光照、ec极间漏电流不超过规定值（约0.5μA）时，光电三极管所允许加的最高工作电压，一般在10～50V之间。

②暗电流I\(_{D}\)，指在无光照时光电三极管ec极之间的漏电流，一般＜1μA。

③光电流I\(_{L}\)，指在受到一定光照时光电三极管的集电极电流，通常可达几毫安。

④最大允许功耗P\(_{CM}\)，指光电三极管在不损坏的前提下所能承受的最大功耗。

光电二极管和光电三极管各有长处：光电二极管温度特性和输出线性度好、工作频率高；光电三极管灵敏度高、输出光电流大。一般的光电控制常采用光电三极管。

（3）管脚识别与检测：

光电二极管的管脚排列如图1b所示，靠近管键或色点的是P极（＋极），另一脚是N极（－极）。光电二极管的好坏可用万用表检测，方法是：①用一遮光物（例如黑纸片）将光电二极管的透明窗口遮住（图5a），万用表置“R×1k”档，红表笔接N极、黑表笔接P极测其正向电阻应为10～20kΩ；②对调红、黑两表笔后测其反向电阻应为∞，即表针不动；③移去遮光物，使光电二极管的透明窗口朝向光源（自然光、白炽灯或手电筒等，见图5b），这时表针应向右偏转，偏转越大说明光电二极管灵敏度越高。

光电三极管的管脚排列如图3b所示，靠近管键或较长的管脚是发射极e，离管键较远成较短的管脚是集电极c。光电三极管也可用万用表“R×1k”档来检测：①按图5a所示将其窗口遮住，这时两表笔不论怎样与管脚连接，测得电阻均为∞（表针不动）；②红表笔接发射极e、黑表笔接集电极c，然后移去遮光物，使光电三极管窗口朝向光源（图5b），这时表针应向右偏转到15～30kΩ左右，表针偏转越大说明其灵敏度越高。

由于光电二极管与光电三极管外形几乎一样，上述检测方法也可用来区别它们：遮住窗口测两管脚间的正、反向电阻，阻值一大一小者是光电二极管；两阻值均为∞大者为光电三极管。

图6是光控小鸟的电路图。晶体管VT2等元件组成了一个阻塞型电感三点式振荡器，其基本振荡频率由变压器T的初级线圈和C3决定，约1000Hz左右；其阻塞频率由R2、C2决定，约为1～5Hz。VT1是光电三极管，与R1一起构成光控电路。无光照时，光电三极管VT1截止，晶体管VT2因无基极偏流而截止，电路停振，扬声器无声。当有光照射到光电三极管VT1的窗口时，VT1产生的光电流经R1注入VT2基极，电路起振，产生的间歇音频振荡信号经变压器T耦合至扬声器，发出“啾、啾”的鸟叫声。

VT1选用3DU型光电三极管。如采用2CU型光电二极管，因其光电流较小，应按图7所示增加一只晶体管作电流放大，然后再接入电路。VT2选用3DG型或进口9014型等NPN硅三极管，β≥60即可。T选用晶体管收音机用推挽输出变压器，初级接C3，次级接扬声器。其余元器件如图6所示，无特殊要求。

按照图8刻制一块印刷电路板，然后依以下顺序进行装制和调试：

①将VT2、R1、C1、C3、C4以及变压器T焊入电路板，在光电三极管VT1的位置接入一个100kΩ左右的电位器RP，并连接好扬声器、开关和电池，这时电路是一个典型的电感三点式振荡器（图9）。接通电源开关S，调节电位器RP使电路起振，扬声器发出1000Hz左右的连续声音。改变C3的容量可改变振荡频率。如调节RP电路始终不起振，应检查：VT2管脚是否搞错？β值是否过低？变压器T的引线有否弄错？电路有否虚焊？

②关断开关S，将R2、C2焊入电路板，这时电路成为一个阻塞型振荡器。接通S，扬声器应发出“啾、啾……”的间歇振荡声（鸟叫声），改变C2或R2的大小可改变间歇振荡频率。如电路不能产生间歇振荡，应适当减小R2的阻值。

③关断S，从电路板上焊下电位器RP和电阻R1，然后将光电三极管VT1焊入电路板，将电位器RP焊入R1位置。接通S，使光电三极管的窗口暴露在光源下，调节RP使电路起振，扬声器发出鸟叫声；再用遮光物将光电三极管窗口遮住，鸟叫声应停止。焊下RP，用万用表测量一下其阻值，取一个阻值相同或相近的电阻作为调试后的R1焊入电路板，整个电路便调试好了。

④将整个电路装置安装在玩具小鸟的底座里，光电三极管VT1应置于光线能够照射到的地方（图10）。晚上，将它接通电源开关后放到阳台上，早晨天亮后，这只光控小鸟将会发出阵阵鸟叫唤你起床。