【每日电路赏析】光线检测报警电路

电路

`光线检测器可以简单由LDR与方波生成器连接而成。而本项目中，我们的方波生成器将以555定时器来实现非稳态多谐振荡器。该电路的主要基于LDR的工作原理，在深入了解LDR电路之前，我们需要知道LDR的基础。以下图片是几种不同的LDR。

什么是LDR？

LDR由半导体材料制成，并激活了它们的光敏特性。组成材料有很多种，但最为流行的就是硫化镉（CdS）。这些LDR或者说是光敏电阻的工作原理基于“光电导性”。该特性就是当LDR的表面有光线时，其电导率就会增加，换句话说LDR的阻值就会减小。而这一电阻减小的特性基于其表面的半导体材料。

以下即光线检测电路，555定时器被配置为自由运行状态（非稳态），这样当光线强度低于某个特定值时会生成方波。

所需元器件

+5 ~ +10V电源
555定时器
100kΩ电阻
22kΩ电阻
10kΩ电阻
1MΩ的滑动变阻器（电位计）
104（100nF）电容
2N3906三极管
LDR
扬声器（25Ω，0.5W）

电路图

上图及光线检测报警器的电路图。稍微观察一下我们可以看出该电路与非稳态多谐振荡器类似，这是因为该电路只改动了一处。那就是RESET引脚（引脚4）。在普通的非稳态振荡器中，该引脚与+5V相连，但考虑到我们要在光线缺失的情况下生成方波脉冲，我们不会将其直接与+5V相连。其RESET引脚上的电阻网络提供了一个虚拟地，所以可以不断重置IC，方波输出也会在有光线的情况下停止。

这里的三极管则用来驱动扬声器，因为直接由555定时器来驱动并不是一个好主意。此处的扬声器也可以换成LED，从而创造一个根据光线产生反应的输出。这样哪怕陷入黑暗后，我们也有一个备用光。

这里的三极管并非需要强制使用PNP，可以替换为NPN，但引脚连接需要做出相应的调整。

工作原理

在进一步解释前，电路首先要处于开启状态，且在有光条件下蜂鸣器不会响。该状态可以调整1MΩ的滑动变阻器来实现。然后我们来看电路中的分压网络，一端为1MΩ和100kΩ的电阻，一端为LDR，RESET引脚连接到两者之间。我们可以调整滑动变阻器让其有足够的阻值，并在分压网络的上端造成全部电平的压降（+5V）。这就让分压器的中点成了虚拟地（RESET引脚）。考虑到555定时器的RESET引脚为低电平触发，所以定时器会持续处于重置模式，也就不会产生方波。从这我们可以得出，当有光线的情况下，555定时器为重置状态且没有输出。

当LDR陷入黑暗后，LDR的阻值会急剧增加，于是会改变分压网络的比例。出现这种情况后，分压网络节点的电位会从0V升到2V（左右）。这段电平改变会使555定时器脱离重置模式。一旦脱离重置模式后，定时器就会开始生成方波。

方波导入PNP三极管后驱动扬声器，并生成报警信号。

常见错误

调整滑动变阻器后扬声器还在响
原因和解决办法：
1.LDR可能阻值过大，使得RESET引脚上仍有不小电位。改成将100kΩ的电阻与1MΩ的滑动变阻器串联。
2.查看RESET引脚（引脚4）是不是不小心与+5V的电源线相连了。

哪怕在黑暗情况下也扬声器也没有响声
原因和解决办法：
LDR可能并没有产生在RESET引脚上产生足够电位。将一个滑动变阻器与LDR相连，并调整滑动变阻器到出现响声为止。

三极管发热
解决办法：在三极管的基极放一个100Ω的电阻。

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