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1、智能视力保健台灯（毕业设计论文）摘 要 台灯是晚上办公、学习场所必不可少的照明工具。然而，普通的台灯光线强度只有一种。当室内环境光线的强弱改变时，台灯的光线强度不能改变，长期使用会对视力产生不良的影响。因此，一种新型视力保健台灯应运而生，它采用触摸开关控制，可在开灯后其亮度由暗逐渐变亮；关灯时亮度逐渐变暗，减小对眼睛的刺激，延长灯泡的使用寿命；可检测环境光线强度，自动调整灯光亮度，使眼睛不易疲劳，保护视力，并可手动调光，使用十分方便。电路主要由触摸开关电路、同步触发电路、调光缓变电路、自动和手动调光电路、LED光源电路组成。关键词：视力保健台灯；触摸开关控制；调光缓变电路；LED光源；自动调光
2、电路AbstractTable lamps, night office, study site lighting tools is essential, however, the average light intensity is only one lamp. When the intensity of light changes in indoor environment, the lamps light intensity can not change the long-term use will have an adverse effect on visual acuity. Ther
3、efore, a new eye care lamps came into being, which uses touch-switch control, the brightness in the dark after the lights gradually brighten; lights gradually dimmed the brightness, reduce stimulation of the eyes, extend the use of light bulbs life; can detect ambient light intensity and automatical
4、ly adjusts the light levels so that the eye is not easy fatigue, protect eyesight and can manually adjust light, easy to use. Circuit mainly by the touch switch circuit, synchronous starting circuit, dimming slowly varying circuits, automatic and manual dimming circuit, LED light source circuit.Keyw
5、ords:Eye care lamps;touch switch;dimmer slowly varying circuit ;LED light source; automatic dimming circuitry目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 课题背景11.2 立体目的和意义11.3 技术指标及要求21.3.1 技术指标21.3.2 任务要求2本章小结2第2章 方案论证32.1 方案选择32.2 方案框图4本章小结4第3章 单元电路的设计53.1触摸开关电路设计53.1.1 CD4013-双上升沿D触发器的引脚图及引脚功能53.1.2 CD4013-双上升沿D触
6、发器构成的单稳态电路工作原理73.1.3 CD4013-双上升沿D触发器构成的双稳态电路工作原理73.2 整流稳压电路设计83.2.1 整流桥的介绍83.2.2 稳压二极管介绍93.3同步触发电路设计103.3.1 单结管震荡电路113.4 调光缓变电路设计123.4.1 电容的选择123.5测光电路设计133.5.1 光敏电阻的介绍143.6 LED光源电路设计153.6.1 发光二极管介绍15本章小结16第4章 整机电路的工作原理174.1 整机电路的原理17本章小结17第5章 电路的安装与调试及元器件的检测185.1 整机电路安装步骤185.2 电路的检测与调试185.2.1 电路的检测
7、185.2.2 整机的调试195.3元件的检测205.3.1电容器的检测205.3.2发光二极管及整流二极管的检测205.3.3三极管的检测215.3.4电阻器与电位器的检测21本章小结22结 论23致 谢24参考文献25附录1 译文26附录2 英文参考资料28附录3 整机原理图31附录4 元器件表32-III-Xxx大学毕业设计（论文）第1章 绪 论1.1 课题背景随着经济水平的不断提高，视力健康问题已经成为人们关注的焦点，据教育部发布的2009年学生体质健康监测结果公告显示，学生视力不良检出率居高不下。其中，7至12岁小学生视力不良检出率为32.5%，初中生视力不良检出率为59.4%，高中
8、生视力不良检出率为77.3%。记者从各大医院眼科门诊了解到，周末两天，前来就诊的病号特别多，更令人担忧的是，“小病号”呈逐年上升趋势。近视已成为威胁青少年学习、生活、参军乃至未来前途的一大“杀手”。 眼科专家分析认为，长期以来学生课业负担过重,不得不早起晚睡，光线太强或太弱导致眼疲劳过度，是导致近视的主要原因，于是一种新型视力保健台灯应运而生，这种台灯采用触摸开关控制，可在开灯后其亮度由暗逐渐变亮；关灯时亮度逐渐变暗，减小对眼睛的刺激，可检测环境光线强度，自动或手动调整灯光亮度，使眼睛不易疲劳，保护视力，使用十分方便；同时由于使用LED（发光二极管）作为光源，使灯使用寿命大大延长，LED作为一
9、种半导体器件耗电相当低，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近100%。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能80%以上，不仅省钱同时也符合国家节能减排的要求，是未来社会照明的一大趋势。1.2 立体目的和意义光学专家王大衍院士警告：我们要重视光污染，要加强绿色照明，保护眼睛免受强光的伤害、弱光下眼睛的过度疲劳。当前，因照明不善造成的青少年近视患者越来越多。保护我们人类的“心灵之窗”已经成为一项重大工程，LED视力保健台灯是利用光电转换器、触摸开关控制和调光原理,可及时定量判别某一工
10、作面的照明是否符合照度标准的要求。如果过亮或太暗,可根据光线的强度自动调节灯亮度，从而对人的视力进行保护。 LED作为点光源，是超级节能环保、超长寿命的新型绿色光源，与传统白炽灯、日光灯、相比节能达80%以上，据有关专家及权威报道，LED光源不但节能环保而且不含汞、铅及紫外线有害辐射，避免了对环境的二次污染，杜绝了因（荧光管节能灯、日光灯）的过量电磁辐射等有害因素而诱发皮肤病、黑斑病、体内功能紊乱等疾病的发生。 LED光源，自然纯净、节能环保、无任何辐射，是我国“十一五”计划重点推广应用节能环保的新型光源之一。发光效率高，光线持续稳定。无频闪、无眩光，无高频电磁辐射，这种节能灯泡对视力有极大的
11、保护作用，尤其是对需要长期用眼的学生的视力有极大的保护作用，能有效地预防近视。1.3 技术指标及要求1.3.1 技术指标(1)开灯后其亮度由暗逐渐变亮；关灯时亮度逐渐变暗；(2)控制40个LED灯；(3)自动调整灯光的亮度或可手动调光；(4)渐亮与渐灭时间约5秒1秒；1.3.2 任务要求(1) 电源电压220V；(2) 独立完成自己的设计，原理性的可以参考一些课外知识；(3) 力求做到电路简单可靠；(4) 要尽量增加电路的功能；(5) 通过对不同方案的比较，选择比较适合你的设计思路的方案；(6) 要尽量用应所学过的知识进行设计和分析；本章小结本章主要介绍了此次课题的背景、立体目的和意义、主要技
12、术指标。从本课题的技术指标来看，基本功能比较容易实现，但仍就需要我们进一步学习和巩固所学的专业知识，注重培养自己的动手能力和分析电路原理图的能力。 第2章 方案论证2.1 方案选择方案一： 根据课题要求触摸开关电路可采用分立元件来实现，若采用分立元件实现，那么该电路将具有结构简单、电路构建方便、结构紧凑等特点，但是分立元件电路必须考虑系统的可靠性和实用性，即电路是否可以长时间运作。根据分立元件传统完善的设计方法，分立元件电路要长时间稳定的工作，必须提高应用系统的可靠性，提高可靠性须选用质量高的元器件，设计上留有余地，工艺严格把关，产品例行试验。因此势必造价高，所用元件多。方案二： 根据电路的设
13、计要求，还可采用集成电路CD4013来实现LED视力保健台灯触摸开关电路的设计。视力保健台灯组成框图如图2-1所示，它主要由六部分组成： （1）整流稳压电路：将220v交流电转换成电路所需直流电，稳压电路的性能决定电路的稳定性，是电路长时间工作的保障。 （2）同步触发电路：通过电容上的充放电速度，来改变晶闸管触发相位角，使得晶闸管的导通角不同，从而使LED灯泡的亮度也不同。同时，改变可变电阻器的阻值或改变三极管的内阻，即可改变容得充放电速度，达到调光的目的。 （3）调光缓变控制：通过电容的充放电，来控制三极管的截止和饱和，使其内阻随着三极管的截止和饱和改变，来控制LED灯泡渐亮渐灭。 （4）测
14、光电路：光敏电阻采集外界光线的强弱，来改变电阻值大小，从而达到自动调节灯泡亮暗的过程，同时可以保证当光线强度突然变化时，灯泡的亮度不会突然变化。 （5）触摸开关电路：触摸开关电路是由D触发器CD4013及其外围元件组成的单稳态触发器和双稳态触发器构成，每触发一次金属片，触发器的输出状态就翻转一次，控制晶闸管的导通、关断，从而控制了台灯的开关。 （6）LED光源电路：依靠LED的发光特性提供照明所需亮度，照度应在100Ix以上。通过两种方案的比较，考虑到电路的稳定性、可靠性、经济性和实用性，可以看出集成电路更适合本次电路的设计。因此决定采用方案二实现此次电路的设计，并且使用CD4013作为电路的
15、触摸开关电路核心。2.2 方案框图220v电源触摸开关电路同步触发及延时电路调光缓变电路测光电路手动调光电路LED光源整流稳压电路图2-1视力保健台灯电路的方框图 框图原理:电源接通后，当人体接触触摸开关时晶闸管导通，12v电压开始供电，此时调光缓变电路开始动作，灯的亮度逐渐由暗变亮，同时测光电路检测环境温度，自动调整灯光的亮度；还可根据个人喜好进行手动调光，不论调光缓变、测光，还是手动调光都是由同步出发电路控制加在LED两端的电压来实现的；当再次接触触摸开关时，12v电源停止供电，灯的亮度逐渐变暗。本章小结本章通过集成电路和分立元件电路的优缺点比较，确定了本次电路设计方案，采用集成电路CD4
16、013实现触摸开关功能。主要原因是：CD4013及其外围电路具有功耗低、实用性强、开关速度快、抗干扰能力强、工作电压范围宽、成本低、质量可靠等优点。CD4013非常容易实现，脉冲的产生、整形、变换，并且检测和控制也很便利。第3章 单元电路的设计视力保健台灯电路由触摸开关电路、整流稳压电路、同步触发电路、调光缓变电路、手动调光电路、测光电路、LED光源等组成。下面一一 介绍单元电路的各个部分的功能与特点以及设计思路。3.1触摸开关电路设计触摸开关电路由CD4013、电容、电阻、触摸金属片等组成。其实际是CD4013内部的双D触发器与外围电路构成一个单稳态电路和一个双稳态电路实现的，顾名思义触摸电
17、路是整个电路的控制系统，担负着电路的开关作用。如图3-1触摸开关电路工作原理如下：M是触摸电极片，手指摸一下M，人体泄漏的交流电在电阻R12上的压降，其正半周信号进入CD4013A的3脚即单稳态电路的CP端，使单稳态电路翻转进入暂态，其输出端Q即1脚由原来的低电平跳变为高电平，此高电平经R13向C4充电，使4脚即R端电位上升，当上升到复位电平时，单稳态电路复位，1脚恢复低电平。所以每触摸一次电极片M，1脚就输出一个固定宽度的正脉冲。此正脉冲将直接加到CD4013B的3脚即双稳态电路的CP端，使双稳态电路翻转一次，其输出端Q即1脚电平就改变一次。图3-1 触摸开关电路3.1.1 CD4013-双
18、上升沿D触发器的引脚图及引脚功能CD4013-双上升沿D触发器定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当的阻容元件，就可以方便的构成触摸开关电路，在工业控制定时电子乐器及防盗报警等方面应用很广。外引脚排列图如图3-2所示：表3-1 CD4013功能表输入输出CPDRnSnQ 010001010000110 11 0保 持0 11 01 1图3-2 CD4013的外引脚排列图1脚是原码输出端 8脚是直接复位端2脚是反码输出端 9脚是数据输入端3脚是时钟输入端 10脚是直接复位端4脚是直接复位端 11脚是时钟输入端5脚是数据输入端 12脚是反码输出端6脚是直接复位端 13脚是原码输出端7脚接地
19、 14脚是电源图3-3 CD4013-双上升沿D触发器的封装图3.1.2 CD4013-双上升沿D触发器构成的单稳态电路工作原理单稳态触发器具有以下特点：第一，它只有一个暂稳状态；第二，在外来触发信号的作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳态；第三，暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态，而暂稳态时间的长短与触发脉冲无关，仅取决于电路的参数。这种电路在数字系统和装置中，一般用于定时（产生一定宽度的方波）、整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的脉冲）以及定时等。M为触摸电极片，手指摸一下M，使人体泄漏的交流电在R4上的压降，其正半周信号进入IC的第3脚即单稳态电路的CP端，使单稳态电路反转
20、进入瞬时，其输出端Q即1脚由原来的低电位跳变为高电位，此高电位经R3向C2充电，使4脚即R3端的电位上升，当上升到复位(Reset)电位时，单稳态电路复位，1脚恢复低电位。所以每触摸一次电极片M，1脚就输出一个固定宽度的正脉波。图3-4所示是用CD4013-双上升沿D触发器构成的单稳态触发器脉冲整形电路。R1、R2、R3、C是外接元件。 图3-4 用D触发器构成的单稳态电路3.1.3 CD4013-双上升沿D触发器构成的双稳态电路工作原理在电子电路中。其双稳态电路的特点是：它有两个稳定状态，在没有外来触发信号的作用下。电路始终处于原来的稳定状态。由于它具有两个稳定状态，故称为双稳态电路。在外加
21、输入触发信号作用下，双稳态电路从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。双稳态电路在自动化控制中有着广泛的应用。D 触发器有两个互补的输出端与，可构成两个稳定状态：当=1时，=0 ，反之当=0时，=1 。图中将端与数据端口相连，即构成一双稳态电路。假定此时 D 触发器=0时，=1 ，从触发端 CL 输入一正脉冲，触发器将 D 端高电平送入触发器，触发器翻转，端变为 1 、 端变为 0 。如果撤去外加触发信号，电路就保持在=1时，=0 的稳定状态。如果再在 CL 端输入一正脉冲信号，将 D 端低电平送入触发器， 为 0 ， 为 1 ，电路保持在这一稳定状态。从图中可知，此时的触发器构成的双稳态电路的翻
22、转与置位端 S 、复位端 R 无关。图3-5 用D触发器构成的双稳态电路。图3-5 用D触发器构成的双稳态电路3.2 整流稳压电路设计 3.2.1 整流桥的介绍整流桥作为一种功率元器件，非常广泛。应用于各种电源设备。其内部主要是由四个二极管组成的桥路来实现把输入的交流电压转化为输出的直流电，整流桥就是将整流管封在一个壳内了，分全桥和半桥，全桥是将连接好的桥式整流电路的四个二极管封在一起。半桥是将两个二极管桥式整流的一半封在一起,用两个半桥可组成一个桥式整流电路,一个半桥也可以组成变压器带中心抽头的全波整流电路, 选择整流桥要考虑整流电路和工作电压。如图3-6全波整流稳压电路的工作原理如下：电源
23、为正半周时，对D1、D3和方向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成Dl、rfz 、D3通电回路，在rfz 上形成上正下负的半波整洗电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成D2、rfz 、D4通电回路，同样在rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在rfz，上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图3-6中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整洗电路小一半。电路中VS为12V稳压二极管，他的作用是保持直流电压
24、输出的稳定，保证后序电路良好的工作，电阻R1为限流电阻，防止大的电流对后序电路的冲击损坏元器件。 图3-6 全波整流稳压电路3.2.2 稳压二极管介绍稳压二极管工作原理一种用于稳定电压的单伪结二极管。它的伏安特性，电路符号如图所示。结构同整流二极管。加在稳压二极管的反向电压增加到一定数值时，将可能有大量载流子隧穿伪结的位垒，形成大的反向电流，此时电压基本不变，称为隧道击穿。当反向电压比较高时，在位垒区内将可能产生大量载流子，受强电场作用形成大的反向电流，而电压亦基本不变，为雪崩击穿。因此，反向电压临近击穿电压时，反向电流迅速增加，而反向电压几乎不变。这个近似不变的电压称为齐纳电压（隧道击穿）或
25、雪崩电压（雪崩击穿）。如图3-7所示稳压二极管原理图。图3-7稳压二极管原理图3.3同步触发电路设计同步触发电路如图3-8所示由单结晶体管、晶闸管、电阻、电容、和电位器组成，它的工作原理如下，在交流电的每半个周期内，当电容C1上充电电压达到单结晶体管VU1的导通电压时，VU1由截止变为导通，电容C1通过VU1放电，其放电电流在电阻如R3上形成一个尖脉冲，触发晶闸管VTH1导通，灯泡点亮。C1放完电，交流电的下一个半周到来后又对C1充电，重复上述过程。在交流电过零时，C1上电压也为零，这就保持了触发脉冲与交流电同步。C1的充放电速度不同，晶闸管VTH1的触发相位角也不同，使得晶体管VTH1的导通
26、角不同，从而使灯泡的亮度也不同。因此，改变RP1阻值或改变VT1、VT2的内阻，即可改变电容C1的充放电速度，达到调光的目的。带开关的电位器RP1用于手动调光，打开S(S闭合)，调节R5的阻值大小,使电容两端大小改变，即可改变灯光亮度。当单结晶体管及电容均已确定时，改变电阻R3的阻值可以调节脉冲宽度，达到调光的目的，。一般情况下R3取（50-100）欧姆。为了保证晶闸管可靠的工作，对触发电路有以下几点要求：（1）触发时，能够提供足够的触发脉冲电压和电流。由于晶体管控制极参数的分散性及随温度变化的不稳定性，为了使所有合格的晶闸管均能触发导通，又不损坏控制极，一般要在触发电路接到晶闸管控制极时，输
27、出脉冲的幅度为（4-10）V。（2）晶闸管不应导通时，触发电路输出的漏电电压不超过0.25V，以避免发生误导通。（3）触发脉冲的前沿要陡，以保证触发时间准确，一般要求前沿时间不小于10us。（4）触发脉冲要有足够的宽度。因为晶闸管的导通需要一定时间，触发脉冲的持续时间必须比其更长，才能达到可靠地触发。对于电阻性负载电路，一般要求脉冲宽度大于20us。图3-8同步触发电路 电阻R2起温度补偿作用。因为峰点电压如图3-9所示，UP=UBB+UD，当温度升高时，UD减小，使UP随温度的升高而减小。但单结管内部两个基极之间的电阻将随温度的升高而增加，使IBB随之减小，则R2上的压降IBBR2相应减小，
28、结果使UBB升高，从而补偿了UD的减小，使UP基本不变，保证产生脉冲的时间比较稳定。一般情况下，选R2=（300500）。如图3-9单结晶体管特性曲线3.3.1 单结管震荡电路 单结晶体管单结晶体管（简称UJT）又称基极二极管，它是一种只有一个PN结和两个电阻接触电极的半导体器件，它的基片为条状的高阻型硅片，两端分别用欧姆接触引出两个基极b。在硅片中间略偏b2一侧用合金法制作一个P区作为发射极e。单结晶体管具有大的脉冲电流能力而且电路简单，因此在各种开关应用中，在构成定时电路或触发SCR等方面获得了广泛应用。它的开关特性具有很高的温度稳定性，基本上不随温度而变化。 如图3-10所示为单结晶体管
29、组成的振荡电路。所谓振荡，是指在没有输入信号的情况下，电路输出一定频率、一定幅值的电压或电流信号。当合闸通电时，电容C上的电压为零，管予截止，电源E通过电阻R对C充电，随时间增长电容上电压uC逐渐增大；一旦UEB1增大到峰点电压UP后，管子进入负阻 区，输入端等效电阻急剧减小，使C通过管子的输入回路迅速放电，iE随之迅速减小，当UEB1减小到谷点电压Uv后，管子截止；电容又开始充电。上述过程 循环往返，只有当断电时才会停止，因而产生振荡。由于充电时间常数远大于放电时间常数，当稳定振荡时，电容上电压的波形如图3-11所示。 图3-10单极晶体管振荡器电路图 图3-11单极晶体管振荡器波形图3.4
30、 调光缓变电路设计调光缓变电路如图3-12所示 由三极管9014、电阻R1、R2、电容C1组成。当12v电源电压通过R1向C2充电，C2两端电压逐渐升高使VT2的基极电压逐渐升高，VT2由截止渐渐向饱和过度，其内阻逐渐由高变低，灯泡由暗渐亮。当断开电源时，C2通过R8放电，VT2的基极电压渐渐降低，灯泡由亮渐暗，实现了渐亮、渐灭的功能。 如图3-12所示调光缓变电路3.4.1 电容的选择电容（或电容量, Capacitance）指的是在给定电位差下的电荷储藏量；记为C，国际单位是法拉（F）。一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷
31、的累积储存，最常见的例子就是两片平行金属板。也是电容器的俗称。电容（或称电容量）是表征电容器容纳电荷本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。电容器从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质（就像一只水桶一样，你可以把电荷充存进去，在没有放电回路的情况下，刨除介质漏电自放电效应/电解电容比较明显，可能电荷会永久存在，这是它的特征），它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、隔直流等电路中。 此次电路设计中电容起到了关键作用，如图3-12电容C2是调光缓变电路的关键部件，它的容量的选择直接影响灯充放电时间
32、。根据公式来选择电容T = RC In(V1 - V0)/(V1 - Vt), V0电容初始值电压，V1电容最终可充到或放到电压值，Vt为t时刻电容上的电压值，已知电源电压是12v，充电电阻47k，时间常数为5s则所求电容根据公式可求电容大约是100uf。同时还可根据实际需要通过改变电容或电阻值，来调节渐亮渐灭的时间，使用非常方便。3.5测光电路设计 测光电路如图3-13所示由三极管VT3、电容C3、电位器RP2、RP3、光敏电阻RL组成。它的作用当光线较强时，RL的阻值变小，VT3的基极电位降低，其内阻变大，使触发电路的电容充放电速度变慢，灯泡的亮度降低；当光线较暗时，调整过程相反，灯泡亮度
33、升高。C3和R10组成延时电路，可以保证当光线突然变化时，灯泡的亮度不会突然变化。 图3-13测光电路3.5.1 光敏电阻的介绍如图3-14所示光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。图3-14光敏电阻RL的封装图光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测
34、量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达110M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）m的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加
35、灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两
36、端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少3.6 LED光源电路设计 LED光源电路如图3-15所示，它由电容才C1、C2、电阻、R1、R2、R3、四只整流二极管、40只白发白LED组成。图3-15 LED光源电路3.6.1 发光二极管介绍50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。二极管LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本
37、结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。 二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从二极管LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，
38、光的强弱与电流有关。 本章小结这一章主要介绍了视力保健台灯电路的功能、该电路组成及个部分作用，并对他们进行了分布说明，单元电路的设计是这一章的重点。本章还侧重说明了触摸开关电路的设计和工作原理，阐述了由CD4013内部D触发器构成的单稳态和双稳态电路的原理，以及比较特殊器件如单结晶体管、发光二极管特性和相关电路的分析。第4章 整机电路的工作原理本章按照电路结构和各电路的工作特点描述整机电路的工作原理，通过对整机电路的工作原理的介绍，更清楚地了解时间优先鉴别电路的工作过程和使用方法。4.1 整机电路的原理结合附录3给出的电路原理图说明整机电路的原理。电路接通电源后，LED灯并没有立刻发光，而是当
39、人体接触触摸开关时，在高电平触摸脉冲的作用下晶闸管导通，12v电源通过电阻R向电容C充电，C两端电压逐渐升高，使三极管VT2基极电压逐渐升高，VT2由截止渐渐向饱和过度，其内阻逐渐由高变低，此时电容C两端电压逐渐升高，单结晶体管震荡产生的尖峰脉冲触发晶闸管vth1导通，LED灯逐渐变亮，同时测光电路可自动检测环境光线的强度，自动调节灯光的亮度，并可根据个人喜好调节带开关的电位器RP1进行手动调光，当人体再一次接触触摸开关时，触摸脉冲由高电平跳变到低电平，此时晶闸管VTH2截止，电容C2通过电阻R8放电，C2两端电压逐渐降低，使VT2基极电压逐渐降低，VT2由饱和逐渐向截止过度，其内阻逐渐有低变
40、高，灯泡由亮渐灭，达到了调光缓变的目的，使眼睛不易疲劳，保护视力。本章小结本章节主要介绍了视力保健台灯电路的整机电路原理，结合附录3给出的电路原理图可以表明整个电路结构、各单元电路的具体形式和他们之间的连接方式，从而表达了整机电路的工作原理。它是本次设计的核心内容。通过对整机电路工作原理的分析，进一步了解其工作过程，为整机电路的调试工作做好准备。第5章 电路的安装与调试及元器件的检测电路的安装与调试是电路设计过程中最重要的环节，本章主要介绍了电路的安装步骤、布线原则、接地问题以及调试过程中应注意的问题，并对单元电路和整机电路的调试过程进行讲解。5.1 整机电路安装步骤在组装整机电路时，有三种方
41、式可以选择，分别是利用面包板连接电路、用万用板焊接电路、用电子线路做成PCB电路。利用面包板连接电路的优点是电路连接方便且易于调试，但电路接触不良、调试不稳定；万用板的优点是电路稳定和调试方便，但电路焊接复杂、不易布线；利用PCB焊接电路的优点是电路工作稳定，焊接方便，工艺美观，但造价昂贵，如发现电路有错不易调试。根据三种安装方式的优缺点，本电路采用万用板进行焊接电路来实现所要求的技术指标。整机电路的安装步骤如下：1.分析电路原理图。将整机电路的工作原理分析透彻，清楚地理解电路的信号流程，为下一步工作做好准备。2.合理布局。根据各元器件引脚排列图和电气特性将各级电路进行合理布局。3.电路连线。
42、将电路按照已安排的布局进行连线，连线时必须认真、仔细，保证电路连接准确无误。4.调试电路。电路连接后，按照课题的技术指标进行调试电路。电压会有较大的测量误差。连接非常重要，选得不合适会产生电路的干扰，甚至不能正常工作。一般情况下，为合理接地需要注意如下几点：1.电路尽可能一点接地，这样可以避免地电流干扰和寄生反馈。2.输出级和输入级不要共同一条地线。3.输入信号的“地”应就近在输入级的地端，不要和其他地方的地线公用。4.各种高频和低频去耦电容的地端，应尽可能远离输入级的接地点，可靠近高电位的接地端。5.2 电路的检测与调试5.2.1 电路的检测对照电路图检查电路元，按整机电路图在万用板上焊接电
43、路，焊接完成后检查电源、地线、信号线、元件引脚之间有无短路，导线有无接触不良，有无错线、少线和多线，电解电容引脚有无错接，集成芯片是否插对等问题器件是否连接正确，器件管脚、电容极性、电源线、地线是否接对；连接或焊接是否牢固；电源电压的数值和方向是否符合设计要求等。以上都检查无误后把经过准确测量的5V电源电压加入电路的输入端，然后观察有无异常现象，包括有无冒烟，是否闻到异常气味，手摸元件是否发烫等。如果出现异常，应立即关闭电源，排除故障直到给电路通电无以上问题出现为止，即可通电调试各部分电路。5.2.2 整机的调试单元电路安装好后，应该先认真进行通电前的检查，通电后，检查每片集成电路的工作电压是
44、否正常（该集成电路电源电压为+5V），这是电路进行有效工作的基本保证。调试该单元电路直至正常工作。调试可分为静态调试和动态调试两种，一般组合电路应静态调试，时序电路应动态调试。统调电路的方法是将已调试好的若干单元电路连接起来，然后跟踪信号流向，由输入到输出，由简单到复杂，依次测试，直至正常工作。调试控制电路分为两步：第一步单独调试控制电路本身，施加于控制电路的各个信号可以人为设定为某种状态，直至正常工作。第二步将控制电路与系统主电路中各个功能部件连接起来，进行电路统调。电压测量或用示波器探头测试波形时，表笔或探头不要由于滑动而造成集成电路引脚间短路，最好在与引脚直接连通的外围印刷电路上进行测量
45、。任何瞬间的短路都容易损坏集成电路，在测试扁平型封装的CMOS集成电路时更要加倍小心。视力保健台灯电路，虽然集成电路使用不多，但分立元件调试较为困难，在调试过程中遇到问题时调试步骤如下：（1）电路安装好后，检查无误后，接通电源在确认开关接通后，灯不亮，当用示波器检查触摸开关电路13脚输出端时，示波器显示有脉冲输出而且幅度和宽度都满足求，说明触摸开关电路无问题，晶闸管VTH2能导通。（2）用示波器检查同步出发电路输出端，也就是电阻R3两端是否有尖峰脉冲，示波器无显示，说明单结晶体管电路没有震荡，晶闸管VTH1没有打开，导致LED光源没有回路所以不亮，问题出在后级电路中。（3）用万用表检查电容C1两端电压，C1两端电压幅度过小，导致单结晶体管电路不能产生震荡，继续向后级检查调节电位器RP1阻值大小，灯仍旧不亮。（4）分析原因电路问题可能出现在测光电路，当调节RP2两端电压时，灯果然慢慢变亮，这时我才恍然大悟，