3.3　自动控制电路

自动控制电路的特点是电路能够根据环境条件自动进行控制，当特定的情况出现时，电路将自动完成特定的动作。

3.3.1　感应式自动照明灯

感应式自动照明灯无需安装电灯开关，而是依靠人体感应来触发开灯，特别适合作为门灯使用。

图3-22所示为感应式自动照明灯电路，由4部分组成：①热释电式红外探测头BH9402（IC₁）构成的检测电路；②门电路D₁、D₂等构成的延时电路；③单向晶闸管VS等构成的无触点开关电路；④整流二极管VD₁～VD₅和滤波电容C₃等构成的电源电路。

图3-22　感应式自动照明灯电路

（1）检测电路

检测电路采用热释电式红外探测头BH9402。热释电式红外探测头是一种被动式红外检测器件，能以非接触方式检测出人体发出的红外辐射，并将其转化为电信号输出。同时，热释电式红外探测头还能够有效地抑制人体辐射波长以外的红外光和可见光的干扰。具有可靠性高、使用简单方便、体积小、重量轻的特点。

热释电式红外探测头BH9402的内部结构如图3-23所示。包括热释电红外传感器、高输入阻抗运算放大器、双向鉴幅器、状态控制器、延迟时间定时器、封锁时间定时器和参考电源电路等。除热释电红外传感器BH外，其余主要电路均包含在一块BISS0001数模混合集成电路内，缩小了体积，提高了工作的可靠性。

图3-23　BH9402的内部结构

（2）延时电路

延时电路是一个单稳态触发器，由或非门D₁、非门D₂、定时电阻R₁和定时电容C₁构成，由正脉冲触发，输出一个脉宽为T_W的正矩形脉冲，脉宽T_W＝0.7R₁C₁≈33s，即延时时间约为半分钟。

（3）无触点开关电路

单向晶闸管VS作为无触点功率开关，控制着照明灯的电源。

当有人来到门前时，热释电红外探测头IC₁将检测到的人体辐射红外线转变为电信号，触发D₁、D₂等构成的单稳态触发器翻转进入延时状态。D₂输出端的高电平作为触发电压，经电阻R₂触发单向晶闸管VS导通，照明灯EL点亮。

约半分钟后，单稳态触发器延时结束，D₂输出端变为“0”，单向晶闸管VS因无触发电压而在交流电过零时截止，照明灯EL熄灭。

3.3.2　恒温控制电路

图3-24所示为恒温控制电路，可以控制电热毯等电热器具自动保持恒定温度。555时基电路IC构成阈值可调的施密特触发器。RT是负温度系数热敏电阻，安装在电热毯上，用于检测电热毯温度。

图3-24　恒温控制电路

恒温控制电路工作原理是：接通电源后，电热毯开始加热。随着电热毯温度不断上升，热敏电阻RT阻值不断下降，555时基电路IC输入端（第2、第6脚）电压不断上升。当IC输入端电压达到V_CC时电路翻转，IC输出端（第3脚）电压为“0”，双向晶闸管VS失去触发电压而截止，电热丝停止加热。

电热丝停止加热后，电热毯温度逐步下降，热敏电阻RT阻值逐步上升，555时基电路IC输入端电压随之下降。当IC输入端电压下降到V_CC时电路再次翻转，IC输出端变为高电平，触发双向晶闸管VS导通，电热丝加热。正是通过上述动作的不断反复，使电热毯保持在一个设定的温度。

RP是设定温度调节电位器。555时基电路IC的控制端（第5脚）接电位器RP，调节RP可在0～V_CC范围内改变控制端电压，也就是改变了IC的翻转阈值，达到改变温度设定值的目的。

发光二极管VD₁是加热指示灯。当电热毯加热时，555时基电路IC第3脚为高电平，VD₁发光。当电热毯停止加热时，555时基电路IC第3脚为“0”电平，VD₁熄灭。

降压电容C₂、整流二极管VD₃、VD₄、滤波电容C₁、稳压二极管VD₂等构成电源电路，为控制电路提供直流工作电压。R₅是C₂的泄放电阻。

电阻器家族中除普通电阻器外，还有一些敏感电阻器。敏感电阻器是一类对电压、温度、湿度、光或磁场等物理量反应敏感的电阻元件，包括热敏电阻器、光敏电阻器、压敏电阻器、湿敏电阻器、气敏电阻器、力敏电阻器和磁敏电阻器等。

1. 热敏电阻器

热敏电阻器大多由单晶或多晶半导体材料制成，它的阻值会随温度的变化而变化。热敏电阻器分为正温度系数热敏电阻器和负温度系数热敏电阻器两种。正温度系数热敏电阻器的阻值与温度成正比，负温度系数热敏电阻器的阻值与温度成反比。

① 热敏电阻器的文字符号为“RT”，图形符号和外形如图3-25所示。

图3-25　热敏电阻器

② 热敏电阻器的主要用途是进行温度检测，常用于自动控制、自动测温、电气设备的软启动电路等，目前用得较多的是负温度系数热敏电阻器。

2. 光敏电阻器

光敏电阻器大多数由半导体材料制成，它是利用半导体的光导电特性原理工作的。光敏电阻器的特点是其阻值会随入射光线的强弱而变化，入射光线越强其阻值越小，入射光线越弱其阻值越大。根据光敏电阻器的光谱特性，可分为红外光光敏电阻器、可见光光敏电阻器、紫外光光敏电阻器等。

① 光敏电阻器的文字符号为“R”，图形符号和外形如图3-26所示。

图3-26　光敏电阻器

② 光敏电阻器的主要用途是进行光的检测，广泛应用于自动检测、光电控制、通信、报警等电路中。

3. 压敏电阻器

压敏电阻器是利用半导体材料的非线性特性原理制成的，其电阻值与电压之间为非线性关系。压敏电阻器的特点是当外加电压达到其临界值时，其阻值会急剧变小。

（1）压敏电阻器的文字符号为“RV”，图形符号和外形如图3-27所示。

图3-27　压敏电阻器

（2）压敏电阻器的主要用途是过压保护和抑制浪涌电流，保证电路正常运行而不被损坏。

3.3.3　电风扇自动开关电路

电风扇自动开关电路如图3-28所示，包括热敏电阻RT和时基电路IC等构成的高温检测电路、单向晶闸管VS等构成的控制电路、整流二极管VD₁～VD₅和滤波电容C₁构成的电源电路。

图3-28　电风扇自动开关电路

电风扇自动开关电路能够根据环境温度自动开启或关闭电风扇。当环境温度高于设定值时启动电风扇吹风降温，当环境温度降到设定值以下时关闭电风扇。温度设定值可以根据各自需要方便地调节设置。

（1）高温检测电路

高温检测电路的功能是对环境温度进行检测，当环境温度高于设定值时，输出高电平触发晶闸管导通，启动电风扇。电路中，555时基电路IC构成电压比较器，温度传感器采用负温度系数热敏电阻RT。

负温度系数热敏电阻器的特点是，阻值与温度成反比，即温度越高阻值越小。555时基电路IC的第2、第6脚并联后接在热敏电阻RT上。随着温度的上升RT阻值越来越小，IC第2、第6脚的输入电压也越来越低，当输入电压小于555时基电路IC的阈值时，其输出端（第3脚）变为高电平。

电位器RP接在555时基电路IC的控制端（第5脚），用以调节电路翻转的阈值，也就是调节了高温检测电路的温度设定值。

（2）控制电路

单向晶闸管VS作为无触点电子开关，控制着电风扇的电源。当环境温度高于设定值时，555时基电路IC输出高电平，经电阻R₃触发晶闸管VS导通，使电风扇电源构成回路，电风扇运转。

当环境温度降低到设定值以下时，555时基电路IC输出变为低电平，晶闸管VS因无触发电压而截至，电风扇停止运转。

二极管VD₂～VD₅构成桥式整流电路，将交流电转换为直流脉动电，使得单向晶闸管VS即可控制电风扇的交流电源。同时也为电源电路提供直流电源。

（3）电源电路

桥式整流电路VD₂～VD₅输出的直流脉动电压，经R₄降压、VD₁隔离、C₁滤波后，成为稳定的直流电压，作为高温检测电路的工作电源。

3.3.4　电风扇阵风控制器

电风扇阵风控制器可以自动控制电风扇间歇性地送风，模拟自然风的状态，使人体感觉的舒适度提高。

图3-29所示为电风扇阵风控制器电路图，IC₁为555时基电路，IC₂为光耦合器，VS为双向晶闸管。

图3-29　电风扇阵风控制器

555时基电路IC₁构成占空比可调的多谐振荡器，振荡周期T＝14s。在IC₁的第3脚输出高电平期间，光耦合器IC₂输入部分得到正向工作电压，使内部红外发光二极管发射红外光，IC₂输出部分的光敏双向二极管因此导通，触发双向晶闸管VS导通，接通电风扇电源，电风扇运转送风。在IC₁的第3脚输出低电平期间，光耦合器IC₂关断，双向晶闸管VS因失去触发电压而截止，电风扇停转。

RP为占空比调节电位器，可使占空比在25%～75%的范围内变化（振荡周期T不变）。改变占空比，也就是改变了送风时间和停止时间。即在一个振荡周期（14s）内，调节RP可使送风时间在3.5～10.5s之间选择，相应地停止时间在10.5～3.5s之间变化，如图3-30所示。

图3-30　送风时间的变化

光耦合器（也叫光电耦合器）是以光为媒介传输电信号的器件，图3-31所示为部分常见光耦合器。光耦合器的特点是输入端与输出端之间既能传输电信号、又具有电的隔离性，并且传输效率高、隔离度好、抗干扰能力强、使用寿命长。

1. 光耦合器的种类

光耦合器种类较多，按其内部输出电路结构不同可分为光敏二极管型、光敏晶体管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、达林顿型、集成电路型、光敏二极管和半导体管型等。

图3-31　光耦合器

按其输出形式可分为普通型、线性输出型、高速输出型、高传输比输出型、双路输出型和组合型等。

2. 光耦合器的符号

光耦合器的电路图形符号如图3-32所示。

图3-32　光耦合器的符号

3. 光耦合器的参数

光耦合器的主要参数有正向电压、输出电流、反向击穿电压等。

① 正向电压U_F是光耦合器输入端的主要参数，是指使输入端发光二极管正向导通所需要的最小电压（即发光二极管管压降），如图3-33所示。

图3-33　光耦合器的电压与电流

② 输出电流I_L是光耦合器输出端的主要参数，是指输入端接入规定正向电压时，输出端光电器件通过的光电流，如图3-33所示。

③ 反向击穿电压U_BR是一项极限参数，是指输出端光敏器件反向电流达到规定值时，其两极间的电压降。使用中工作电压应在U_BR以下并留有一定余量。

4. 光耦合器工作原理

光耦合器内部包括一个发光二极管和一个光敏器件，其基本工作原理如图3-34所示（以光敏晶体管型为例）。

图3-34　光敏耦合原理

当输入端加上电压GB₁时，电流I₁流过发光二极管使其发光；光敏晶体管接受光照后就产生光电流I₂，从而实现了电信号的传输。由于这个传输过程是通过“电→光→电”的转换完成的，GB₁与GB₂之间并没有电的联系，所以同时实现了输入端与输出端之间的电的隔离。

5. 光耦合器的用途

光耦合器的主要用途是隔离传输，在隔离耦合、电平转换、继电控制等方面得到广泛的应用。

3.3.5　双向电风扇电路

双向电风扇既可以向前吹风，又可以向后吹风，并且会自动地前后轮流吹风。夏天将此双向电风扇放在面对面而坐的两人之间，即可轮流享受徐徐凉风。

图3-35所示为双向电风扇电路图，M为风扇电动机。两个555时基电路IC₁、IC₂分别构成单稳态触发器驱动电路，它们又共同组成桥式驱动电路。非门D₁、D₂构成多谐振荡器，为两个单稳态触发器驱动电路轮流提供控制触发脉冲，触发脉冲的间隔时间为100s。

图3-35　双向电风扇电路图

当触发脉冲到达A点时，IC₁进入暂稳态，B点输出脉宽为80s的高电平，使电动机M正转，风扇向前吹风，80s后自动停止。

停止20s后，第二个触发脉冲到达D点，IC₂进入暂稳态，C点输出脉宽为80s的高电平，使电动机M反转，风扇向后吹风，80s后自动停止。

又停止20s后，第三个触发脉冲又到达A点，如此循环工作，使电风扇前后轮流送风。

在电动机正转与反转之间设计20s的停止时间，主要是考虑到电风扇叶片转动的惯性，需要一定的时间才能停住。