路灯控制器的设计
一.设计任务和要求
设计要求：
1、自制电路供电的稳压电源；
2、LED采用恒流供电。
3、该控制器具有环境亮度检测和控制功能，当处于暗（亮）环境下能够自动开（关）灯，为了演示方便，在现场演示时，当调光台灯（模拟自然光）较暗（较亮）时相当于暗环境（亮环境），此时另一个白光LED（模拟路灯）将被点亮（熄灭），以此实现光控功能。
二.方案说明
安装在公共场所或道路两旁的路灯，通常是随环境的亮和暗而自动的关断和开启或者自身亮度，同时可以对消耗的电功率进行测量。实验时用1W白光LED（3.3V@300mA） 代替路灯，用调光台灯替代环境光线变化。
三.原理电路设计
1.单元电路设计.本光控路灯包括
(1)光敏采样部分,当光敏三极管处于不同光照强度下,它的阻值变化很大.将光敏三极管串联一个适当的电阻,接入电路中,输出量作为开关值.无光照强度或光照强度很小时,采样值接近VCC.当光照强度增加到一定程度时,采样值为一个较小值,并且随着光照继续增强,采样值也随着减小.
(2)电位器调节电压部分.当光照达到一定强度时,通过调节电位器改变它的电压,使之与光敏采样部分的采样值相等即可.
(3)集成运放器部分.需要用到集成运放器的开环性能和闭环性能.当集成运放处于开环状态时.它是一个电压比较器,对同相输入端和反相输入端的电压进行比较.若同相输入端的电压高于反相输入端的电压,则输出高电平;若同相输入端的电压低于反相输入端的电压,则输出零(单电源)或低电平(双电源).(4) 三极管放大部分.使用三极管对集成运放器的微弱输出电流进行放大,从而使led灯能正常发光.
2.元件选择
(1).光敏器件选择
光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。 通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。 光敏三极管又称光电三极管，它是一种光电转换器件，其基本原理是光照到P-N结上时，吸收光能并转变为电能。当光敏三极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。 当具有光敏特性的PN 结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的信号电流。不同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度。
本次设计选择的是3DU33型号光敏三极管.在1000lx，V=10v条件下，电流典型值为10 mA.故可推测在1000lx,V=5A条件下，电路大约为5mA。且在有光条件下，电流最小值为2 mA.电路图如下
(2)电位器选择
本次设计电位器选择通用型3296系列103A电位器，阻值为10k.图如下
（3）集成运算放大器选择。本次选择LM358运算放大器。
LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用 电路如下
（4）三极管选择。
本次选用S8050 NPN型三极管。三极管8050是非常常见的NPN型晶体三极管，在各种放大电路中经常看到它，应用范围很广，主要用于功率放大、开关。参数： 耗散功率0.625W（贴片：0.3W）
集电极电流0.5A 集电极--基极电压40V 集电极--发射极击穿电压25V 集电极-发射极饱和电压 0.6V 特征频率fT 最小150MHZ 典型值产家的目录没给出 引脚排列为EBC或ECB 838电子
按三极管后缀号分为 B C D档 贴片为 L H档
放大倍数B85-160 C120-200 D160-300 L100-200 H200-350
3.整体电路
实验原理
光敏采样值输出到前1/2 LM358同相输入端，电位器调节部分电压输出到前1/2 LM358反相输入端。当同相输入端电压值高于反相输入端电压值时，U1A输出高电平，反之输出零。U1B是引入负反馈闭环的运算放大器，可以由理想集成运算放大器虚短，虚端方法来分析电路。当U1A输出为零时，反相输入端电平也为零，U1B输出为0，led灯灭。当U1A输出高电平时，由虚短可判断反相输入端电压也为等值高电平。三极管工作在放大区，放大电流，led灯亮。
四.性能测试与分析
理论数据分析：在有一定光照条件下，光敏三极管的电流为2 - 5 mA.经计算考量，选取与光敏三极管串联的电阻为800欧。为使调节范围足够大，满足设计要求，选取R3=R6=1k,电位器R4=10k.在同相输入端大于反相输入端的电压值时，集成运算放大器最大输出几mA的电流，理论流过led灯最大电流为300mA。在光照足够强时，同相输入端电压值小于反相输入端，电压比较器输出零，此时三极管be间电压小于开启电压，三极管处于截止状态，流过led灯的电流为零。
仿真数据：无光照条件下，U1A同相输入端输入值即光敏部分采样值为4.993V，反相输入端电压值为2.363V，U1A输出4.023V，输出电流几乎为零。三极管基极电流为0.036A，流过led灯的电流值为0.400A（protues仿真没有S8050三极管和光敏三极管，故分别用TIP41和光敏电阻代替，与理论数据分析有差距） 实测数据: 无光时,U1A同相输入端电压为4.91V,反相输入端电压为3.74V,U1A输出端电压为4.01V,电流几乎为零.此时测得led灯两端电压约为3.20V. 逐渐增大光照强度,发现某一时刻led灯开始明显变暗,并且随着光强缓慢增加,led灯继续变暗,直至只有微弱灯光.此时测得led灯两端电压为2.43V.整个过程中,U1A同相输入端电压始终小于反相输入端电压值,U1A输出电压为零.U2A同相及反相输入端电压都为零,输出端有0.64V电压.
误差分析: 处于临界光照时,运算放大器同相及反相输入端电压差值很小,容易波动.运算放大器均是采用直接耦合的方式，直接耦合式放大电路的各级的Q点是相互影响的，由于各级的放大作用，第一级的微弱变化，会使输出级产生很大的变化。当输入短路时（由于一些原因使输入级的Q点发生微弱变化 象：温度），输出将随时间缓慢变化，这样就形成了零点漂移。 产生零漂的原因是：晶体三极管的参数受温度的影响。解决零漂最有效的措施是：采用差动电路
六.实验心得
本次课程实验设计是我们三人组齐心协力,默契的团队配合.从初期方案的确定,到实验室共同焊板子,还有后来共同解决遇到的电路问题,每个人都很积极地去解决困难.通过此次设计，能够一步了解了光敏三极管的原理和特性，把我们所学到的知识应用到了实践，结合模拟电路和数字电路知识，经一步巩固和掌握前面所学的知识，收获很大。
七 .参考文献
[1] 华成英，童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006：74-116.[2] 谢自美 电子线路设计[M];华中科技大学出版社; [3] 百度文库,道客巴巴资料以及电子爱好者论坛等
