專(zhuān)利名稱(chēng)：熱釋電紅外感應(yīng)式開(kāi)關(guān)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種感應(yīng)式開(kāi)關(guān)電路，具體涉及一種熱釋電紅外感應(yīng)式開(kāi)關(guān)電路。
二背景技術(shù)：
熱釋電紅外感應(yīng)式開(kāi)關(guān)電路的簡(jiǎn)單工作原理是其熱釋電傳感器探測(cè)到移動(dòng)的 人體發(fā)出的微弱的紅外線(xiàn)時(shí)，便產(chǎn)生低頻脈沖(1HZ以下)，經(jīng)兩級(jí)放大，比較器，驅(qū)動(dòng) 開(kāi)關(guān)動(dòng)作。它的人性化功能深受廣大用戶(hù)歡迎，可用于照明、保安等各種自動(dòng)開(kāi)關(guān)。但 問(wèn)世多年來(lái)卻應(yīng)用的并不多，如"熱釋電紅外感應(yīng)式照明開(kāi)關(guān)"用于樓道，它比那什么 聲音都能使燈亮的聲、光控開(kāi)關(guān)和需人手觸摸的觸摸式延時(shí)開(kāi)關(guān)好得多，但用的卻遠(yuǎn)不 如那兩種多；用于室內(nèi)、外公共活動(dòng)場(chǎng)所(洗手間、廁所、儲(chǔ)藏室、花園、草坪…)可 實(shí)現(xiàn)"人在燈亮著，人走延時(shí)關(guān)燈"，杜絕"無(wú)人燈長(zhǎng)亮"的浪費(fèi)現(xiàn)象，其節(jié)能空間很 大，節(jié)能效益很高，但它并不大適用，應(yīng)用的寥寥無(wú)幾，就因?yàn)樗目筛袘?yīng)范圍不大。
以上說(shuō)明，現(xiàn)有熱釋電紅外感應(yīng)式開(kāi)關(guān)電路的技術(shù)指標(biāo)不能滿(mǎn)足需求，主要是 穩(wěn)定性和靈敏度問(wèn)題，盡管有的資料上說(shuō)"其探測(cè)距離可達(dá)10米"，其實(shí)那只是實(shí)驗(yàn)室 特定的環(huán)境、溫度、電源等條件下，特別是溫度條件。市場(chǎng)上銷(xiāo)售的"熱釋電紅外感應(yīng) 式照明開(kāi)關(guān)"產(chǎn)品(多為專(zhuān)用芯片)一般的可感應(yīng)最大距離(靈敏度)是5米左右，夏天 只有3米甚至更低。所以說(shuō)，要使它能得到廣泛應(yīng)用，必須最大限度地提高其穩(wěn)定性和 靈敏度。 經(jīng)多年研究、實(shí)驗(yàn)、試用，認(rèn)為其熱釋電紅外感應(yīng)式開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)和 現(xiàn)有技術(shù)的缺陷敘述如下 1、人體紅外感應(yīng)信號(hào)非常微弱，采用兩級(jí)放大是必須的，放大倍數(shù)越大，抗干 擾難度越大，靈敏度與穩(wěn)定的矛盾很突出。 2、人體紅外感應(yīng)信號(hào)的頻率很低，(1HZ以下)，要對(duì)如此低頻信號(hào)有足夠大的 放大倍數(shù)，對(duì)低頻干擾的抑制很難。如低頻干擾信號(hào)可以無(wú)大阻礙的穿過(guò)耦合電容；各 種旁路電容、濾波電容、去耦電容等，它們對(duì)較高頻干擾信號(hào)抑制是有效的，但對(duì)低頻 干擾的抑制無(wú)能。而溫度、電源等變化影響形成的干擾信號(hào)，大量是低頻成份。
3、熱釋電傳感器對(duì)溫度、電源、環(huán)境變化非常敏感，靜態(tài)時(shí)由它引入的干擾信 號(hào)通過(guò)第一放大器的放大，對(duì)電路穩(wěn)定性的影響非常嚴(yán)重，而已知電路中的第一放大器 對(duì)干擾信號(hào)的抑制不力，第一放大器采用晶體管放大電路的，靜態(tài)時(shí)，對(duì)干擾信號(hào)其有 與對(duì)感應(yīng)信號(hào)同樣的放大倍數(shù)；采用RC與運(yùn)放器組成的"帶通"放大器的，對(duì)與感應(yīng) 信號(hào)頻率相同或相近的低頻干擾信號(hào)具有相同或相近的放大倍數(shù)。 4、已知的熱釋電紅外感應(yīng)式開(kāi)關(guān)電路中，基準(zhǔn)電壓是電阻分壓式電路提供的， 是固定值，而比較信號(hào)的靜態(tài)電壓是隨溫度、電源等變化而上下漂移的。溫度越高漂移 量越大，其基準(zhǔn)電壓必須按最?lèi)毫訔l件調(diào)節(jié)靈敏度，也就是靈敏度必須調(diào)整得足夠低。 [ooog] 5、溫度越高，干擾信號(hào)越嚴(yán)重；而溫度越高，人體溫度(常數(shù))與環(huán)境溫度的 差值減小，人體紅外線(xiàn)移動(dòng)時(shí)熱釋電傳感應(yīng)器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)幅度卻減小，放大倍數(shù)減小。某些資料中用熱敏元件補(bǔ)償放大倍數(shù)，其實(shí)是得不償失。
三
發(fā)明內(nèi)容
為彌補(bǔ)現(xiàn)有熱釋電紅外感應(yīng)式開(kāi)關(guān)電路的缺陷，最大限度地提高其穩(wěn)定性和靈
敏度，以擴(kuò)大使用范圍，普及應(yīng)用，本發(fā)明對(duì)由晶體管組成的第一放大電路參量作特別 的限定，使之對(duì)輸入級(jí)引入的干擾信號(hào)，包括低頻干擾信號(hào)具有很好地抑制作用，并削
弱溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響；用抵償式基準(zhǔn)電路抵償比較信號(hào)中的干擾信號(hào)包括低頻干擾信 號(hào)。本發(fā)明將通過(guò)實(shí)施例，結(jié)合附圖l、附圖2加以說(shuō)明。
四

圖l、表示已知的熱釋電紅外感應(yīng)式開(kāi)關(guān)電路的結(jié)構(gòu)圖。
圖2、表示所發(fā)明的熱釋電紅外感應(yīng)式開(kāi)關(guān)電路的結(jié)構(gòu)圖。
五具體實(shí)施例方式
圖l、已知電路包括，輸入級(jí)(l)，第一放大器(2)、第二放大器(3)、基準(zhǔn)電路 (4)、比較器(5)、開(kāi)關(guān)電路(6)，其第一放大器(2)有的是用晶體管放大電路，有的是用RC 和運(yùn)放器組成的帶通放大器；其基準(zhǔn)電路(4)是由電阻R" Rp、 R^組成的分壓電路。
圖2、所發(fā)明電路包括，輸入級(jí)(l)、第一放大器(2)、第二放大器(3)、基準(zhǔn)電路 (4)、比較器(5)、開(kāi)關(guān)電路(6)。其第一放大器(2)由晶體管Tp集電極電阻C1，偏置電 阻Rw組成，電阻Rw聯(lián)接在晶體管^的集電極d和基準(zhǔn)B工之間，集電極Q與第二放 大器(3)的正輸入端相聯(lián)；其基準(zhǔn)電路(4)由晶體管12、集電極Rcs、偏置電阻R^組成， 電阻RB2聯(lián)接在晶體管T2的集電極C2與基極B2之間，集電極C2與比較器的負(fù)輸入端相 聯(lián)。該基準(zhǔn)電路稱(chēng)之"抵償式基準(zhǔn)電路"。對(duì)第一放大器(2)的參量有特別的限定；抵 償式基準(zhǔn)電路(4)與第一放大器(2)的電路構(gòu)成、元件參數(shù)有一定關(guān)系。
以下說(shuō)明其實(shí)施和作用原理
1、第一放大器(2)參量的特別限定和作用原理 第一放大器(2)的參量限定是在常溫(25t:)時(shí)，靜態(tài)工作電壓U皿為0.54V左 右，也就是放大器(2)的輸入特性曲線(xiàn)lB(U皿)的靠近截止區(qū)(0.5V以下)的拐彎處、進(jìn)入上 升段之前，其目的在于①靜態(tài)時(shí)，讓輸入級(jí)(l)進(jìn)入的微小干擾信號(hào)抑制在這個(gè)區(qū)域里， 只能有很小的電流和電壓放大倍數(shù)。②這個(gè)拐彎區(qū)工作點(diǎn)受溫度變化的影響遠(yuǎn)比上升段 小得多(由輸入特性的溫度變化曲線(xiàn)簇可知) 當(dāng)有人進(jìn)入感應(yīng)區(qū)時(shí)(動(dòng)態(tài))，感應(yīng)脈沖信號(hào)的正半周越過(guò)拐彎區(qū)進(jìn)入上升段， 輸入、輸出電流急劇上升，輸出電壓Ud急劇下降，經(jīng)第二放大器(3)放大，比較電壓下 降，降至低于基準(zhǔn)電壓，比較器翻轉(zhuǎn)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作。 以上說(shuō)明，第一放大器(2)靜態(tài)工作電壓特別限定，對(duì)輸入級(jí)的高、低頻干擾信 號(hào)有抑制作用；工作點(diǎn)受溫度變化影響削弱。這個(gè)限定值是由第一放大器(2)的集電極 電阻Ro和偏置電阻Rw合理配置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由量變到質(zhì)變，如果配置不合理，使之工作 點(diǎn)進(jìn)入輸入特性曲線(xiàn)的上升段(V, >0.56V)，那么穩(wěn)定性就差得多，靈敏度也就難以提 高.
在圖l、已知電路中的第一放大器(2)，采用晶體管放大電路的，由各種資料 中，其集電極電阻Rd和偏置電阻Rm的參數(shù)配置可證實(shí)，其靜態(tài)工作點(diǎn)是處在輸入特性 曲線(xiàn)的上升段(常溫25°C時(shí)VBE > 0.56V)，對(duì)于輸入級(jí)的干擾信號(hào)和溫度變化的影響嚴(yán)重 得多；第一放大器(2)采用RC和運(yùn)放器組成帶通放大器的，對(duì)相同或相近于感應(yīng)脈沖信 號(hào)頻率的低頻干擾信號(hào)具有相同或相近的放大倍數(shù)，對(duì)干擾信號(hào)抑制不力。
2、抵償式基準(zhǔn)電路(4)作用原理 在圖2所發(fā)明的電路中，抵償式基準(zhǔn)電路(4)近似相同于第一放大器(2)，晶體管 T2與晶體管^是同一批號(hào)，偏置電阻R^與Rw相同，集電極電阻Ro僅大于Ro7X左右 (取決靈敏度)。其作用在于抵償比較電壓的干擾信號(hào)，以提高穩(wěn)定性和靈敏度，作用原
理如下 由于抵償式基準(zhǔn)電路(4)近似相同于第一放大器(2)，又聯(lián)接同一電源，因此受溫 度變化和電源波動(dòng)的影響近乎相同，若第二放大器(3)為理想的帶通放大器，它對(duì)第一放 大器(2)靜態(tài)工作電壓沒(méi)有放大作用而是跟隨作用，比較電壓也就跟隨第一放大器(2)的 靜態(tài)工作電壓，當(dāng)?shù)谝环糯笃?2)的靜態(tài)工作電壓隨溫度變化、電源波動(dòng)影響而上下漂移 時(shí)，比較電壓也跟隨著上下漂移，抵償式基準(zhǔn)電壓也近似相同地上下漂移，所以對(duì)比較 電壓中的漂移量起到抵償作用，如果能夠"完全"抵償，那么穩(wěn)定性和靈敏度可達(dá)到極 至，但實(shí)際情況是，還有其他一些因素，引起比較電壓的變化，抵償式基準(zhǔn)電壓不可能 完全抵償比較電壓的變化，所以，必須適當(dāng)降低基準(zhǔn)電壓，將靈敏度調(diào)低一點(diǎn)，那就是 將抵償式基準(zhǔn)電壓(4)的集電極電阻Ro加大，比第一放大器(2)的集電極電阻Ra大7% 左右即可。 以上實(shí)施方案對(duì)提高穩(wěn)定性和靈敏度是很有成效的。當(dāng)然，其他各個(gè)環(huán)節(jié)也必 須設(shè)計(jì)合理。本發(fā)明人研制的"熱釋電紅外感應(yīng)式照明開(kāi)關(guān)"經(jīng)試用，在四季穩(wěn)定運(yùn)行 情況下，其靈敏度為8米——12米，最酷熱的夏天也在8米以上，可使用于樓道及室內(nèi)、 外公共活動(dòng)場(chǎng)所(洗手間、廁所、貯藏室、花園等)。 本發(fā)明揭示了現(xiàn)有電路的缺陷，并有效地彌補(bǔ)，其性能指標(biāo)完全可以適用于照 明、保安等各種自動(dòng)開(kāi)關(guān)，從而可使之得到廣泛應(yīng)用。
權(quán)利要求
本發(fā)明的熱釋電紅外感應(yīng)開(kāi)關(guān)電路由信號(hào)輸入級(jí)(1)、第一放大器(2)、第二放大器(3)、抵償式基準(zhǔn)電路(4)、比較器(5)、驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電路(6)組成，其特征在于第一放大器(2)由晶體管T1，集電極電阻RC1，偏置電阻RB1組成，偏置電阻RB1聯(lián)接在晶體管T1的集電極C1與基極B1之間，晶體管T1的基極B1接信號(hào)輸入端，集電極C1接第二放大器(3)的正輸入端，第一放大器(2)的元件參數(shù)配置、靜態(tài)工作點(diǎn)有特別的限定；抵償式基準(zhǔn)電路(4)由晶體管T2、集電極電阻RC2，偏置電阻RB2組成。RB2聯(lián)接在晶體管T2的集電極C2和基極B2之間，晶體T2的集電極C2與比較器(5)的負(fù)輸入端相聯(lián)，抵償式基準(zhǔn)電路(4)與第一放大器(2)近乎相同。
2. 如權(quán)利要求1、所述的熱釋電紅外感應(yīng)式開(kāi)關(guān)電路中，所謂抵償基準(zhǔn)電路(4)與第 一放大器(2)近乎相同是指，晶體管T2與晶體管^同一批號(hào)，偏置電阻R^與Rw相同， 集電極電阻RC2僅大于集電極電阻Ro7X左右(決定靈敏度大小)。
3. 如權(quán)利要求1、 2所述的熱釋電紅外感應(yīng)式開(kāi)關(guān)電路中第一放大器(2)的靜態(tài)工作點(diǎn) 電壓的限定值是，在常溫(25t:)時(shí)靜態(tài)工作電壓值為U皿0.54V左右。
4. 如權(quán)利要求1、 2、 3所述的熱釋電紅外感應(yīng)式開(kāi)關(guān)電路中第一放大器(2)的參數(shù)配 置是，集電極電阻Rd50K——80K，偏置電阻Rw2M——3M.。
全文摘要
熱釋電紅外感應(yīng)式開(kāi)關(guān)電路包括，信號(hào)輸入級(jí)1、第一放大器2、第二放大器3、基準(zhǔn)電路4、比較器5、開(kāi)關(guān)電路6組成。由晶體管T1組成的第一放大器2，其電路參量有特別的限定，基準(zhǔn)電路4是由晶體管T2組成的抵償式基準(zhǔn)電路，它們對(duì)由于溫度、電源等變化引起的高、低頻干擾信號(hào)有較好的抑制和抵償作用，彌補(bǔ)了現(xiàn)有電路的缺陷。在四季穩(wěn)定運(yùn)行情況下，其感應(yīng)靈敏度為8米——12米，酷熱的夏天也在8米以上，可適用于照明、保安等各種自動(dòng)開(kāi)關(guān)。如熱釋電紅外感應(yīng)式開(kāi)關(guān)可用于樓道及室內(nèi)、外公共活動(dòng)場(chǎng)所(洗手間、廁所、貯藏室、花園、草坪等)。
文檔編號(hào)H03K17/945GK101692605SQ200910070519
公開(kāi)日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月22日
發(fā)明者成愛(ài)林, 王芝湘 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)