一種利用發(fā)光二極管的220V交流電斷電報(bào)警器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院 王文斌 王承文

本文巧妙地利用發(fā)光二極管和光敏電阻設(shè)計(jì)了一種斷電報(bào)警器，它能夠利用聲音來(lái)進(jìn)行報(bào)警。電路中的發(fā)光二極管和光敏電阻能夠高效地進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。它最大特點(diǎn)是報(bào)警器與220V交流電完全隔離，達(dá)到了電氣上的絕緣，安全可靠，抗電磁干擾能力強(qiáng)。電路中使用了集成電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并使用硅管，穩(wěn)定節(jié)電。

220V交流電斷電在日常生活和工作中經(jīng)常遇到，一旦斷電，可能造成重大損失影響我們的生活和工作，如家庭中和實(shí)驗(yàn)室的恒溫冰箱，正在充電中的充電器等等。斷電如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，后果可能不堪設(shè)想，為此本人利用發(fā)光二極管設(shè)計(jì)了這一款斷電報(bào)警器。它的特點(diǎn)是此報(bào)警器與220V交流電完全電氣隔離和絕緣，安全性能非常好，抗電磁干擾能力強(qiáng)，工作可靠。只要把此裝置插到220V電源插座上就能察覺是否斷電，若有電，它不會(huì)報(bào)警，若出現(xiàn)斷電，它會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音報(bào)警，從而克服了普通指示燈用來(lái)指示有無(wú)電不易察覺的缺點(diǎn)，是一款實(shí)用新穎的斷電報(bào)警器。

1 工作原理

此處設(shè)計(jì)的斷電報(bào)警器由電路圖1和電路圖2構(gòu)成。電路工作時(shí)220V交流電有電則無(wú)報(bào)警聲，斷電則會(huì)立即發(fā)出報(bào)警聲。電路圖1所示是一個(gè)使用220V交流電的發(fā)光電路，電路圖2所示是光信號(hào)接收自動(dòng)報(bào)警電路。

圖1 電路圖1

電路圖1中220V交流電經(jīng)4只整流二極管D1、D2、D3、D4組成的橋式整流電路整流，變成直流電，然后經(jīng)R1、C1、C2進(jìn)行π型濾波，再接到半導(dǎo)體磷化鎵（GaP）綠色發(fā)光二極管LED上。LED使用BT103，它的工作電流是10mA，正向壓降2.5V，R1取值計(jì)算如下：

經(jīng)計(jì)算這里R1可取30KΩ，由此經(jīng)估算C1、C2可選取33μF的電容。

電路圖2由光信號(hào)接收電路、開關(guān)電路、和報(bào)警發(fā)聲電路三部分組成。圖中RG是一光敏電阻，它與圖1中的LED正對(duì)耦合，組成一光電耦合線路，兩者頂部相對(duì)固定在一起，并用黑膠帶纏好，防止外面的光線照射到光敏電阻上形成干擾。此處的光敏電阻使用峰值波長(zhǎng)為540nm的光敏電阻GL3526，它的波長(zhǎng)540nm比較接近綠光的波長(zhǎng)，LED使用BT103，它發(fā)出的綠光波長(zhǎng)是565nm，與540nm非常接近，這樣RG接收到LED的綠光信號(hào)后能夠最高效地轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)很好的光電耦合。GL3526的亮阻大約幾十KΩ，而暗阻大于1MΩ，兩者相差很大，能夠有效地區(qū)分有無(wú)光信號(hào)，從而可用來(lái)有效地區(qū)分220V交流電有電和無(wú)電兩種狀態(tài)。圖中NPN型三極管VT1和PNP型三極管VT2構(gòu)成開關(guān)電路，平時(shí)220V交流電有電LED亮?xí)rVT1處于截止?fàn)顟B(tài)，其集電極電位高，ⅤT2也處于截止?fàn)顟B(tài)，使集成電路IC的IN端處于低電位；而220V交流電斷電LED不亮?xí)rⅤT1處于導(dǎo)通狀態(tài)，其集電極電位低，VT2處于導(dǎo)通狀態(tài)，使IC的IN端處于高電位。集成電路IC與三極管ⅤT3及揚(yáng)聲器Y構(gòu)成報(bào)警發(fā)聲電路，IN是集成電路的輸入端，OUT是它的輸出端，OUT輸出的音頻報(bào)警信號(hào)控制VT3的基極，經(jīng)VT3放大，由Y發(fā)出報(bào)警聲。當(dāng)IC輸入端IN處于低電位時(shí)，集成電路沒有觸發(fā)，無(wú)報(bào)警聲，當(dāng)IC輸入端IN處于高電位時(shí)，集成電路觸發(fā)，會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。因此220V有電時(shí)此電路不報(bào)警，斷電時(shí)會(huì)立即報(bào)警。

圖2 電路圖2

此電路設(shè)計(jì)時(shí)特別注意了以下幾個(gè)地方：使用發(fā)光二極管LED作光源獲取信號(hào)，它有很多優(yōu)點(diǎn)，電流小，效率高，壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性好，可靠性高，綠色節(jié)能。設(shè)計(jì)時(shí)要求發(fā)光二極管LED和光敏電阻RG一定要配合好，光敏電阻的峰值波長(zhǎng)應(yīng)盡量接近發(fā)光二極管的發(fā)光波長(zhǎng)，這樣可以實(shí)現(xiàn)良好的耦合，提高效率節(jié)約電能，圖中使用磷化鎵綠色發(fā)光二極管BT103配合使用峰值波長(zhǎng)為540nm的光敏電阻GL3526就是為了這一目的。發(fā)光二極管和光敏電阻的響應(yīng)速度都很快，因此對(duì)于50Hz的交流電整流后應(yīng)加濾波電路，以減小電壓的脈動(dòng)。因負(fù)載電流較小，π型濾波效果較好，C1、C2使用33μF的電容即可達(dá)到要求。電路中ⅤT1使用一只硅NPN型三極管，ⅤT2使用一只硅PNP型三極管，兩三極管只有報(bào)警時(shí)才會(huì)飽和，平時(shí)都處于截止?fàn)顟B(tài)，這樣平時(shí)電流較小，可以節(jié)約E的電能，延長(zhǎng)電池使用壽命。為抗電磁干擾防止誤觸發(fā)IC，電路加上兩只電容C3和C4。ⅤT3用來(lái)放大IC的音頻輸出，如果報(bào)警聲輸出功率不足，也可以再添加一只三極管構(gòu)成復(fù)合管進(jìn)一步功率放大。

2 元器件選擇

發(fā)光二極管LED選BT103，它的發(fā)光光譜波長(zhǎng)為565nm，最大電流20mA，也可選BT113。光敏電阻RG選GL3526，它的光譜峰值波長(zhǎng)為540nm，亮阻10～20KΩ，暗阻＞1MΩ，也可選GL5528。集成電路IC選KD9300。三極管ⅤT1選9013或3DG6，VT2選9012或3CG21，VT3選9013或3DG6，他們的β值＞30即可。整流二極管D1～D4選1N4007或1N4004，反向擊穿電壓＞400V。電容C1、C2選33μF耐壓＞400V的電解電容。C3、C4選0.1μF的瓷片電容即可。Y可用8Ω電動(dòng)揚(yáng)聲器。其它元件無(wú)特別的要求。

3 安裝與調(diào)試

按照?qǐng)D1和圖2連接好線路，調(diào)節(jié)電位器W，接上220Ⅴ交流電，使電路不報(bào)警；斷開220Ⅴ，使電路能夠報(bào)警。W應(yīng)適中，太小了耗電大還可能出現(xiàn)誤報(bào)，太大了電路可能不報(bào)警。若電路易受電磁干擾誤報(bào)，可適當(dāng)增加C3和C4的容量。