光電開關電路

本文介紹了一種高可靠性的光電開關電路，帶有穩(wěn)頻調制光以抗各種干擾，具有大功率驅動電路和光電三極管的自動增益控制特性，檢測電路的輸出級帶有放大和施密特遲滯特性，確保整機的高抗干擾能力。

本電路由發(fā)光電路和光電接收電路兩部分組成。它具有抗外光干擾、靈敏度可以不用人工調整，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，在反射式或對射式光電開關中均可應用。

1發(fā)光電路

圖1給出了一個具有大功率輸出的發(fā)光二極管驅動電路，它具有發(fā)射15kHz調制光的能力。

第一級4001為單脈沖發(fā)生器，可以人工按鍵輸出檢測脈沖，用于故障維修。

為了穩(wěn)定被調制光信號的頻率，電路中使用了分頻器CD4060。它帶有一個外接晶體振蕩器，內(nèi)部有多級分頻器。對于1M晶振來說，經(jīng)過4060的六次分頻，可以得到頻率穩(wěn)定的151625kHz的方波，再通過功率場效應管的電流放大，就可以同時驅動上百個發(fā)光二極管同時發(fā)光。

2帶自動增益控制的光電開關接收電路

圖2給出了光電三極管的檢測電路。紅外光電三極管T2帶有基極引出腳。因此可以對其進行靈敏度控制。它射極輸出的光電流被放大管T3反相之后，反饋到光電三極管的基極。由于反饋回路中有由R13和C11組成的低通濾波器，因此這個反饋是對于直流工作點的負反饋，也使得交流電壓增益得到控制，這就是自動增益控制(AGC)電路。

輸入光信號較強時，T3集電極信號有變強趨勢，導致光電三極管T2基極的直流工作點電壓下降，從而使T2和T3的交流輸出均減小。因此，這個負反饋系統(tǒng)將使T3的交流輸出信號在很大范圍內(nèi)與T2得到的光強大小幾乎無關?？芍?，該接收電路在輸入光發(fā)生變化時，T3輸出信號變化不大。就是說，光源和光電三極管之間的距離變化，在很大范圍內(nèi)對T3輸出信號影響不大。只有光源被充分隔擋之后，T3的輸出信號才有明顯變化。

圖2中的U11組成二階帶通濾波器，可以濾去151625kHz以外的信號。該級增益為1,Q值為5,截止頻率、中心頻率以及濾波特性容易調整。二極管D1和電容C14組成檢波電路，可以從151625kHz信號上解調出包絡信號。上述兩部分電路可以濾除陽光、日光燈、白熾燈等干擾源的作用。

圖2中的輸出電路由放大級U12和施密特電路U13組成。U13的遲滯作用可以消除光電開關的臨界抖動現(xiàn)象，避免光電開關的誤翻現(xiàn)象。最后，光電開關的輸出狀態(tài)由發(fā)光二極管D2顯示。

3實驗數(shù)據(jù)

表1為實驗測得的數(shù)據(jù)。發(fā)光管和接收管之間正面相對，兩者之間無聚焦光學元件。用有無遮光對整機主要參數(shù)進行測試。由表可知，兩管表面之間的相對距離在015～170mm范圍內(nèi)，無需調整靈敏度都能正常工作。

在距離接收管100mm處用1個40W白熾燈照射時，接收管仍可正常工作，表現(xiàn)為接收管不會飽和，抗干擾性極強。倘要加大工作距離，應加入光學透鏡;在2m以上光射距離時，可用半導體激光二極管作調制光源。

4結束語

本文所介紹的高級光電開關電路具有如下特點：

由于負反饋使接收光電三極管不容易飽和。只要該管不飽和，外來光干擾就能抑制。

由于使用了調制和解調電路，所以在各種磁、電、光干擾之下，都能可靠工作。

施密特電路可以對開關進行消抖。

由于電路盡量采用集成電路，特別是大功率FET的應用，使本文所介紹的電路更適于陣列式光電開關應用的場合。

由于采用了AGC電路，導致了接收靈敏度幾乎無需調整。