矽光敏二極管、矽光敏三極管是一種將光信號轉變為電信號的半導體器件，由它組成的光電開關不僅體積小、壽命長和抗幹擾能力強，而且還具有無觸點輸入和輸出等優點，故被廣泛地應用在工農業生產、國防軍事、天文地理及日常生活等領域中。

在實際應用中，光電開關既有觸髮式、延時式，又有亮控式和暗控式等，可以說是變化多端、適用性極強，是實現自動控制不可少的重要器件。現介紹多種以光電為開關的實用電路，供讀者參考選用。

1．光敏三極管的工作原理

在圖38-1中，（a)為亮控式光電開關，（b)為暗控式光電開關。

圖38-1

在圖（a)中，電阻R1與光敏三極管BG1組成BG2管的偏置電路，繼電器J為開關電路負載。

當一定波長的光照射到BG1的基極時，便產生光電流，使BG2管基極處低電位而截止，BG2管集電極處高電位，BG3管導通，繼電器J得電動作，實現了光電開關的亮控制。

在圖（b）中，無光照時，由于光敏三極管BG1的暗阻很大，BG2管基極處高電位導通，繼電器J得電動作，這樣就實現了光電開關的暗控制。依上述工作原理，可開拓出許多實用性的光電開關電路，今舉種種實用電路于後。

2．自控夜間閃光指示燈

在夜間，城市許多地方（如道路施工場地）或野外作業施工的單位，都需要在施工現場安裝指示燈，以保證夜間行人及行車的安全。自控夜間閃光指示燈，便具有白天自動關閉而夜間又自動開啟閃光、指示的功能。電路簡單、安裝容易、工作可靠。

自控夜間閃光指示燈的電路如圖38-2所示。

圖38-2

圖中，BG1∼BG3組成亮控式光電開關電路，BG4、BG5組成自激多諧振盪器，改變電容C1或C2的容量，即可改變閃光指示燈的頻率。BG6、BG7組成複合管放大器，以便用較小的電流帶動較大的負載。

在白天，BG3管導通，單向可控矽SCR的控制極因無觸發電壓而關斷，自激多諧振盪器電路的電源不通，燈泡ZD不閃亮；進入夜間，BG3管截止，可控矽SCR導通，使多諧振盪器工作，指示燈便一閃一閃地發光，十分醒目。

自控夜間閃光指示燈的印刷電路如圖38-3所示。

圖38-3

3．與電網並用的閃光指示燈

目前，為整頓城市市容，美化城市面貌，都在搞穿過公路敷設地下電纜、地下排水溝等工程建設，這樣必需在路面上開溝挖槽，若不安裝施工指示燈，將給車輛行駛帶來很大危險，因此施工現場都裝有安全信號燈。圖38-4便是由220V市電經電容降壓的夜間光電開關信號燈電路。

圖38-4

220V市電經電容C1降壓、D1∼D4橋式整流和DW穩壓後，向光電開關電路提供穩定的9V直流電源。白天在強光作用下光電開關阻斷，由時基電路NE555構成的振盪器，因電路無電源電壓不能工作，雙向可控矽SCR1無觸發電流而處于關斷狀態，紅色信號燈ZD不亮。

當進入夜晚，BG1因無光照，使光電開關處于通的狀態，NE555等組成的振盪器工作， 腳便不斷地輸出超低頻矩形脈衝，觸發雙向可控矽SCR1不停地導通與關斷，使信號燈一閃一閃地發亮。

電路的印刷電路如圖38-5所示。

圖38-5

4．光控路燈

圖38-6為光控路燈電路，白天路燈熄滅，夜間路燈自動點燃。

圖38-6

圖中，電容C1、C2和二極管D1及穩壓管DW，組成簡單的電容降壓整流電路，接通電源後獲得12V左右的直流電壓。三極管BG、光敏二極管D2和雙向可控矽等，組成光電開關電路。

在白天，光敏二極管D2因受光照呈低電阻，BG管基極電位下降，使BG截止，電阻R1上無電壓輸出，故雙向可控矽SCR處于關斷狀態，燈泡ZD不亮。當夜幕降臨時，D2因無光照其暗阻增大，使BG基極電位升高而導通，R1上輸出的電壓觸發可控矽SCR導通，路燈得電點亮。調節電位器W，可調節BG基極電位高低，即調整了光控的靈敏度。

在安裝時，光敏二極管D2應加有防雨的透明玻璃罩，且安放在能全天被日光照射的地方。D2也可用光敏電阻或光敏三極管。

光控路燈的印刷電路如圖38-7所示。

圖38-7

5.光電自動節水開關

光電自動節水開關的電路如圖38-8所示。

圖38-8

在光照時，BG1產生的電流提供給BG2的基極，使BG2導通，BG3截止，雙向可控矽SCR因無觸發電壓而關斷，控制水流的電磁閥不動作，無水流出。當有人去洗手將光線遮住時，BG1暗阻增大，促使BG2截止，BG2集電極電位升高，BG3導通，電阻R2上輸出電壓，觸發可控矽SCR導通，電磁閥線圈得電，使電磁閥打開，水從水管中自動流出。當手離開水池時，光線又直射到BG1上，可控矽因BG3截止而無觸發電壓輸出，又關斷，使電磁閥關閉，水流停止。

光電自動節水開關的安裝示意，如圖38-9所示。

光電自動節水開關的印刷電路，如圖38-10所示。

圖38-10

6．自動照明門鈴

當天黑以後走廊又沒燈光的時候，門鈴按鈕是不容易找到的，尤其是初訪客人，祗能敲門行事。如果在門鈴按鈕開關上裝一隻發光二極管，天黑後發光二極管能自動閃光，天亮後自動熄滅，則為來訪客人提供了方便。

圖38-11，就是自動照明門鈴的電路。

圖38-11

合上電源開關K1後，在白天光敏三極管BG1因受光照電阻減小，BG2管基極電位降低，使BG2、BG3均截止，電路停振，發光二極管不亮。

在晚上，由于光敏三極管BG1未受到光照，暗阻增大，BG2的基極電位升高，便使BG2、BG3組成的直接耦合放大器，因電容C1的正反饋作用而振盪工作，發光二極管LED便隨著閃閃發光。此時，按下按鈕開關K2，繼電器J的常開觸點閉合，接通音樂門鈴電路的電源，即發出“叮囑”門鈴聲。

調節W1，不但能改變“叮咚”門鈴的音量，又能改變“叮咚”門鈴的節奏；調節W2，可改變“叮咚”門鈴的音調。

自動照明門鈴的印刷電路，如圖38-12所示。

圖38-12

7．光電報警開關

光控報警開關有兩種方式，一種是光控開關待報警狀態，一直受到光照，當光線受阻時，立即報警；另一種是光控電路在待報警期間不受光照，可一旦受到光照時，立即報警。

光電報警開關的電路，如圖38-13所示。

圖38-13

平時由于外來光線被擋住，光敏三極管呈高阻狀態，BG2與BG3導通，而BG4截止，繼電器J處于釋放狀態，後部的報警聲響電路因無工作電源，不能報警發聲。

當某種原因有光線照在光敏三極管BG1上時，BG2、BG3均截止，而BG4導通，繼電器J得電，其常開觸點J1閉合，接通報警電路的電源，則立刻報警發聲。

光電報警開關的印刷電路，如圖38-14所示。

圖38-14

8.低功耗路燈光電開關

本電路的特點是功耗小，無論白天或晚間其工作電流不大于1mA，若選用6節1號電池，可使用一年時間。

低功耗路燈光電開關電路，如圖38-15所示，它是由光電轉換部分、與非門、微分電路及控制執行電路四部分組成。

圖38-15

當有光照時，光敏三極管BG1導通，a點電位達到與非門YF1的開門電平，輸出端b點為低電位，則YF2輸出高電平，經電容C1和電阻R5組成的微分電路，在C點輸出一個正尖峰脈衝，使BG2導通，繼電器J1得電吸合，常閉觸點J1-1斷開，交流接觸器CJ斷電釋放，其自保觸點CJ1-1斷開，路燈熄滅。

當進入夜晚無光照時，a點為低電位，b點為高電平，經與非門YF3及YF4和電容C2、電阻R6組成的另一微分電路，在d點又產生一正尖脈衝，使三極管BG3導通，繼電器J2又瞬間吸合（隨即釋放）。常開觸點J2-1閉合，交流接觸器CJ得電動作，CJ1-1又恢複自保，路燈電源被接通點亮。由于繼電器J1與J2均採用了瞬間吸合便釋放的方法，故電路功耗極小。

與非門是選用CMOS集成電路CO36，2輸入4與非門一塊。

低功耗路燈光電開關印刷電路，如圖38-16所示。

圖38-16

9．列車燈光控開關

在我國的火車列車上，各車廂的照明燈都是由乘務員手控其亮與熄，遇上隧道較多路段需乘務人員逐車接通開關，很不方便。若採用光電開關，遇有隧道或進入夜間自動點亮，出了隧道或進入白天，燈又自行熄滅。

列車燈光控開關電路，如圖38-17所示。

圖38-17

電路十分簡單，每一車廂裝一個如圖的光電控制開關，便達到了列車燈自控之目的。

列車燈光控開關的印刷電路，如圖38-18所示。

圖38-18

10．光電測光開關

往往有些工作場合（如車間、操作場地等）的光線不足，可又無法去測量，有了光敏元件，利用一塊CMOS及少量元件，即可組成一個很好的測光器。

光電測光開關的電路，如圖38-19所示。

圖38-19

圖中YF1-YF4為CO36型二輸入與非門集成電路，其中，YF1與YF2、電阻R1、R3、電容C1等組成帶控端的節拍脈衝發生器；YF3、YF4與電阻R6、R，和電容C2及壓電蜂鳴片HTD等，組成帶控制端的音頻脈衝振盪器。

電源開關K接通後，節拍脈衝發生器和音頻脈衝振盪器即開始工作。在節拍發生器部分，YF1與YF2輸出的脈衝極性相反，隨著振盪脈衝的輸出，發光二極管LED1與LED2交替地發光，閃光週期由R3、C1的數值確定，在音頻振盪部分，振盪電壓從YF4的輸出端取出，使HTD發出單頻響聲，其音頻脈衝頻率由R7、C2數值確立。

YF1、YF3各有一輸入端用來作控制端，控制端輸入的電平高與低，將決定兩個脈衝發生器是否振盪。輸入電平的高低，除調整W的阻值，而更主要是決定光敏三極管BG的變化，這樣將電位器W分檔刻度，即可達到測光的目的。

為了便于讀者選用好光敏二極管和光敏三極管，現對光敏二極管及光敏三極管，做以下簡要介紹。

1．光敏二極管的兩種工作狀態

光敏二極管又稱光電二極管，它是一種光電轉換器件，其基本原理是光照到P-N結上時，吸收光能並轉變為電能。它具有兩種工作狀態：

（1）當光敏二極管加上反向電壓時，管子中的反向電流隨著光照強度的改變而改變，光照強度越大，反向電流越大，大多數都工作在這種狀態。

（2）光敏二極管上不加電壓，利用P-N結在受光照時產生正向電壓的原理，把它用作微型光電池。這種工作狀態，一般作光電檢測器。

光敏二極管分有P-N結型、PIN結型、雪崩型和肖特基結型，其中用得最多的是P-N結型，價格便宜。

2．光敏二極管的簡易檢測方法

（1）電阻測量法

用萬用表1k檔，測正向電阻約10kΩ左右。在無光照情況下，反向電阻應為■，則管子是好的，反向電阻不是■，說明漏電流大；有光照時，反向電阻應隨光照增強而減小，阻值小至幾kΩ或1kΩ以下，管子即是好的；若正、反向電阻都是■或零，管子是壞的。

（2）電壓測量法

用萬用表1V檔（無1V檔可用1．5V或3V檔），紅表筆接光敏二極管的“十”極，黑表筆接“-”極，在光照情況下，其電壓應與光照度成比例，一般可達0．2∼0．4V。

（3）短路電流測量法

用萬用表50mA或500mA電流檔，紅表筆接光敏二極管的“十”極，黑表筆接“-”極，在白熾燈下（不能用日光燈），應隨光照的增強，其電流隨之增加，則管子是好的。短路電流，可達數十mA∼數百mA。

3．光敏三極管

光敏三極管又稱光電三極管，它也是光電轉換器件，可以等效的看作是由一個光敏二極管和一隻半導體三極管結合而成，故具有放大作用。光敏三極管最常用的材料是矽，一般情況下，只引出集電極和發射極，其外形與發光二極管相同，使用時必須嚴加區分。

光敏三極管的簡易測試方法是：

（1）電阻測量法

用萬用表1k檔，紅表筆接光敏三極管的發射極，黑表筆接集電極。無光照時，指針微動並接近■；有光照時，應隨光照的增強，其電阻變小，可達1kΩ以下。

若黑表筆接光敏三極管的發射極，紅表筆接集電極，無光照時，電阻為■；有光照時，電阻為■或指針微動。

（2）電流測量法

將電流表串在電路中，用50mA及0．5mA電流檔，電路工作電壓為10V，無光照時，電流應小于0．3mA；有光照時，應隨光照的增強電流增大，在零點幾mA-幾mA間變化。

光敏二極管的光電流小，輸出特性線性度好，響應時間快；光敏三極管的光電流大，輸出特性線性度較差，響應時間慢。一般要求靈敏度高，工作頻率低的開關電路，選用光敏三極管，而要求光電流與照度成線性關係或要求在高頻率下工作時，應採用光敏二極管。