1.3　白炽灯专用光控开关

尽管白炽灯被节能荧光灯和LED照明灯完全取代是大势所趋，但由于其价格低廉等原因，在经济欠发达地区，尤其是广大农村，还有不少的用户仍然使用白炽灯，另外在一些特殊场合还必须使用白炽灯照明或警示，因此制作下面介绍的白炽灯专用光控开关，不仅具有一定的实用性，而且初学者能够生动、直观地学习到只有通过白炽灯才能体现出来的节电和延长灯泡寿命的方案，以及许多有用的电子和电工知识。

白炽灯专用光控开关的实物外形如图1-14所示，它能使普通白炽灯的亮灭跟随环境光线变化自动转换，适用于控制路灯、单位走廊灯和公用厕所灯等，具有较好的节电和延长灯泡使用寿命效果。

该白炽灯专用光控开关造价低，制作和安装使用都很简单，有兴趣者不妨动手一试。但有一点事先要特别强调：本制作涉及220V交流电，为了确保人身安全，制作者必须具备一定的电工实际操作能力，才能将制作成功的光控开关接入到照明电路中去应用，否则必须要有电工现场指导，才能进行安装应用。

1.3.1　工作原理

白炽灯专用光控开关的电路如图1-15虚线框内所示。VS是普通单向晶闸管，其触发信号由电阻器R和光敏电阻器RL对220V交流电的分压（忽略白炽灯H的灯丝电阻）得到。VD是普通晶体二极管，主要用于防止光敏电阻器RL两端反向电压对单向晶闸管VS控制极的损坏，并适当抬高单向晶闸管VS的触发门限值。

白天，环境自然光线较强，光敏电阻器RL呈低阻值（＜2kΩ），其两端交流电压小于晶体二极管VD和单向晶闸管VS控制极的导通电压（约0.65V+0.65V=1.3V），单向晶闸管VS处于阻断状态，白炽灯H不亮。此时，电路自身耗电甚微，实测总电流＜22μA。夜晚，环境自然光线变暗，光敏电阻器RL呈高阻值（＞1MΩ），单向晶闸管VS从光敏电阻器RL两端获得足够触发电压而导通，白炽灯H通电自动点亮。

由于每次夜幕降临白炽灯点亮时，灯的亮度是随着外界自然光线的减弱而逐渐由暗变最亮的，故避免了使用普通机械开关时，每次开灯瞬间比正常时大10倍以上的强电流对灯丝的冲击，有效防止了灯丝的过电流速损。实际上影响白炽灯寿命的最大因素就是开灯时的强冲击电流，这也是专家提醒用户尽量不要频繁开关灯的道理。而细心的读者如果留神观察，就会发现日常生活中白炽灯泡的“寿终正寝”多是在开灯的瞬间发生的，根源也正是如此。另外，白炽灯H工作时加在它两端的是半波脉冲电压，实测直流平均电压约99V，灯泡实际功率仅为标称功率的一半左右，这不仅节电，而且能有效防止因夜深电网电压升高而造成的灯丝过电压速损，使得灯泡使用寿命大大延长。采用半波脉冲电压点燃标称220V的白炽灯泡时，虽然亮度比正常时要暗许多，但作为道路、走廊和厕所的照明，是完全可以满足需要的。

该白炽灯专用光控开关系笔者在20世纪90年代初期反复研制而成，经长期实际使用，证明效果良好。笔者单位厕所里的照明电灯，在使用本光控开关之前，每月要更换2～3只白炽灯泡，在使用了本光控开关一年多时间后，笔者曾去询问维修电工，对方告诉尚未更换过一只灯泡。

1.3.2　元器件选择

该制作共用了4个电子元器件（不包括图1-15中的两个接线桩X1和X2），为了便于初学者认识和选购，给出它们的实物集体照如图1-16所示。

VS选用MCR100-8（额定正向平均电流0.8A、额定工作电压600V）或BT169D（1A、400V）、CR1AM-6（1A、400V）型普通塑封单向晶闸管，要求控制极（也叫门极）触发电流Ig＜20μA。单向晶闸管也叫单向可控硅，它是一种具有三个PN结的功率型半导体器件，广泛应用在无触点开关、可控整流、调压等电路中。本制作中所用的单向晶闸管为小功率管，其外形如同普通塑料封装的小功率三极管，图1-17是它们的实物外形和引脚排列图；单向晶闸管共有三个引脚：阳极A、阴极K和控制极G。制作时注意不要接错引脚。

VD用1N4004（最大整流电流1A，最高反向工作电压400V）或1N4007（1A、1000V）型硅整流二极管。

RL用MG45-12型非密封光敏电阻器。这种光敏电阻器的管芯由陶瓷基片构成，在上面涂有硫化镉多晶体并经烧结制成；由于管芯怕潮湿，因此在其表面涂上了一层防潮树脂。该封装结构的光敏电阻器，因为不带外壳，所以称之为非密封型结构光敏电阻器，它的受光面就是其顶部有曲线花纹的端面。RL也可用其他亮阻≤2kΩ、暗阻≥1MΩ的普通光敏电阻器来代替。

R采用RTX-1/8W型碳膜电阻器，注意标称阻值是不常用的10MΩ（兆欧姆级），不要搞错了。

接线桩X1、X2不用专门选购，购买一个电灯专用挂线盒（也称吊线盒）作为本制作的外壳，里面就有现成的接线桩。

1.3.3　动手制作

整个光控开关电路巧妙地组装在经过改造后的吊式电灯专用挂线盒内，装配示意图如图1-18所示。现分三步介绍具体制作流程。

第一步：加工改造挂线盒。

吊式电灯用挂线盒一般灯具或五金电器商店均有销售，单价一般为1～2元，它的用途和结构如图1-19所示。

改造时，首先按照图1-20（a）所示，用尖嘴钳子夹掉挂线盒内的拴线桩，并按照图1-20（b）所示，用小锉刀锉平断口。为了避免以后使用中灰尘由此口进入，可按照图1-20（c）所示，在开口处粘贴上一块大小合适的不干胶粘纸。挂线盒内的两个接线桩上，各有两颗固线螺钉，应按照图1-20（d）所示，分别去掉一颗螺钉，留下来的以后仍然用作固线，即作为图1-19中的接线桩X1和X2。然后，寻找一小块透光良好的硬塑料片（可取自高档服装或保健药品的包装盒），按照图1-20（e）所示用剪刀剪成ϕ10mm的小圆片，再按照图1-20（f）所示用强力胶或热熔胶将其粘贴在挂线盒盖的穿线孔里侧，作为光控开关的感光窗口。加工改造好的挂线盒如图1-20（g）所示。

第二步：焊接电路。

首先，按照图1-21（a）所示，在部分元器件的引脚上套上塑料绝缘套管（或电工专用绝缘套管），以便于焊接时定位和避免在使用过程中发生短路故障。塑料绝缘套管可从粗细合适的塑料外皮电线剥取。具体可按照图1-21（b）所示，在单向晶闸管VS的阳极A引脚套上一段10mm长的红色塑料管，在阴极K引脚套上一段10mm长的绿色塑料管，控制极G不套塑料管，将其引脚剪短为5mm即可。光敏电阻器RL的引脚分别套上15mm长的绿色和黄色塑料套管。另外，晶体二极管VD和电阻器R的引脚，均剪短为5mm长，以方便焊接。由于它们的引脚短，因此不必再套塑料绝缘管。

然后，对照图1-19和图1-21（c）所示，将元器件焊接到挂线盒的底座上面去。焊接顺序是：将单向晶闸管VS的阳极A引脚（红线）和电阻器R的其中一脚，一块焊接到接线桩X1上去；将单向晶闸管VS的阴极K引脚（绿线）和光敏电阻器RL的其中一脚（绿线），一块焊接到接线桩X2上去；将晶体二极管VD的负极端引脚与单向晶闸管VS的控制极G引脚搭在一起，并悬空焊接；将晶体二极管VD的正极端引脚弯折90°以后，与电阻器R的悬空脚、光敏电阻器RL的悬空脚（黄线）搭在一起，并悬空焊接好即可。

焊接完毕，将光敏电阻器RL的感光面用手调节为朝上，并处于底座面中心轴线上，以便拧紧挂线盒盖后，如图1-21（d）所示使其感光面正好处在盖顶感光窗口正下方，以保证能够良好地检测到周围环境光线的变化。

第三步：检验性能。

焊接好的光控开关只要元器件质量有保证、焊接无误，无须任何调试便可投入使用。但为了保证实际应用时绝对没有问题，可事先按照图1-22所示进行性能检验。实际上性能检验的过程，也是读者进一步熟悉该光控开关在实际应用时具体如何接线的过程。由前面图1-15所示的电路图可知，该光控开关是通过串联在被控白炽灯的供电回路（一般靠近220V交流电相线一侧）中，来控制白炽灯按照环境光线的变化自动亮灭，这与连接普通机械开关的要求、方法完全一样。

性能检验时可按照图1-22（a）所示连接电路。将一个配有灯头的220V、25～40W普通白炽灯泡，通过一段双股塑料外皮电线与一个交流电二极电源插头连接起来；将其中一根电线从中间剪断，两线头通过光控开关底座上的两个穿线孔，从底座下面穿引至打开盖子的底座上面，并就近分别接在接线桩X1和X2上。特提醒读者注意，光控开关的这种穿孔接线方法跟实际应用接线完全一致。接下来拧紧光控开关的上盖，按照图1-22（b）所示将电源插头插入220V交流电源插座，则在白天光线较亮的环境下，白炽灯应不亮。这时，按照图1-22（c）所示，用一个大小合适、不透光的纸盒完全罩住光控开关（模拟晚上的黑暗环境），则白炽灯应马上点亮；移去纸盒，白炽灯又会马上熄灭。如果你的操作和反应结果跟以上叙述完全相符，那就恭喜了——你的得意之作可以投入实际应用了！

如果按照图1-22（b）所示，一通上电白炽灯就会亮，应重点检查光敏电阻器RL内部是否开路、焊接是否正确，单向晶闸管VS是否已经击穿、引脚焊接是否有误；如果按照图1-22（c）所示，用纸盒罩住光控开关后白炽灯始终不亮，应重点检查晶体二极管极性是否焊接反、内部是否已经开路，单向晶闸管VS内部是否已经开路、引脚焊接是否有误，电阻器R是否已经开路等。检查元器件时千万记住，应先从220V交流电源插座上拔下电源插头，以免电击伤人！

1.3.4　投入使用

该白炽灯专用光控开关适合控制标称功率≤200W的普通照明用白炽灯（也叫钨丝灯泡），它的接线方法与普通机械开关相同，完全符合电工接线规范。实际安装时，只需把光控开关的两个接线端X1、X2，不分顺序串入被控白炽灯的相线（火线）一侧回路即可。但注意光控开关安装位置要有所讲究，应避开风雨侵蚀和灯光直射处，选择在感受自然光良好的地方固定。安装时千万牢记：事先一定要断开照明电路的总闸开关，做到无电操作；安装结束后，再接通总闸开关，以确保人身安全！

如果要在现有的普通照明电路接入光控开关，那就要灵活运用。例如：某公用厕所照明灯的开关采用拉线开关，并且将开关安装在厕所外面既照射不到灯光，又能够感受到自然光的屋檐下。这时，可按照图1-23（a）所示，拆除拉线开关SA，在拉线开关的原位置安装光控开关。具体可将接拉线开关的两根线头分别穿过光控开关底座上的两个专用穿线孔，并就近接光控开关的两个接线桩X1和X2；原来固定拉线开关的两颗螺钉，则直接穿过光控开关底座边沿的两个专用穿线孔，紧固好光控开关。

又如，某单位的路灯和走廊灯均用了壁式开关，而且灯光能够照射到壁式开关上，显然用光控开关替代壁式开关的方法在这里就行不通了，怎么办？我们可按照图1-23（b）所示，保留壁式开关SA不动，在如图1-19（a）所示的加了遮光灯罩的电灯吊线处剪断其中一根电线，串入光控开关即可。还可在远离壁式开关的电线入口处（图中打“×”处）剪断其中一根电线，串入光控开关。由于保留了壁式开关，因此这种被控白炽灯便具有了光控和手控两种功能。当夜晚不需要照明时，可随时通过手动壁式开关SA关掉灯光，也可随时开灯，节电效果更明显。

最后再次强调：制作者如果不具备实际的电工操作能力，则必须要有老师或电工现场指导，才能进行光控开关的安装应用。另外，本光控开关只能用于控制白炽灯泡，绝对不允许控制普通日光灯和节能荧光灯等，否则会损坏灯具和光控开关。