簡(jiǎn)易測(cè)光文具盒電路

青少年看書(shū)寫(xiě)字時(shí)，如果不注意環(huán)境光線的強(qiáng)弱，長(zhǎng)期在光線太暗的環(huán)境下學(xué)習(xí)，就會(huì)加重用眼負(fù)擔(dān)，日久容易患上近視眼病。

這里介紹一種實(shí)用有趣的測(cè)光文具盒，它融普通文具盒與學(xué)生閱讀書(shū)寫(xiě)環(huán)境照度監(jiān)視器(實(shí)為測(cè)光顯示器)為一體，可有效指導(dǎo)學(xué)生在合適的光線下學(xué)習(xí)，以保護(hù)視力。

一、工作原理

測(cè)光文具盒的電路如右圖所示，它實(shí)際上是一個(gè)光線強(qiáng)弱檢測(cè)顯示器。

光敏電阻器R1與微調(diào)電位器RP組成光一電轉(zhuǎn)換器，并與作為晶體三極管VT2偏置電阻器的R1、R2構(gòu)成了測(cè)光電橋。晶體三極管VT1、VT2構(gòu)成簡(jiǎn)易差分放大器，R3既是發(fā)光二極管VD1、VD2的限流電阻器，同時(shí)也是差分放大電路的負(fù)反饋共模抑制電阻器。

當(dāng)環(huán)境照度發(fā)生變化時(shí)，晶體三極管VTI的偏置電位會(huì)隨著光敏電阻器R1阻值的改變而升降，而由電阻器R1、R2提供給VT2的偏置電位則是固定不變的。當(dāng)環(huán)境照度較強(qiáng)時(shí)，R1呈低阻值，此時(shí)VT1獲得較高的偏置電位，使得VTI導(dǎo)通、VT2截止或趨向截止，于是發(fā)光二極管VP1發(fā)出綠光、VD2不發(fā)光或發(fā)出紅光(僅在接近不允許閱讀的最低照度時(shí)才發(fā)光)，表示環(huán)境光線明亮，適合看書(shū)寫(xiě)字。當(dāng)環(huán)境照度較弱時(shí)，R1呈較高阻值，VT1的偏置電位低于VT2的固定比較電位，使得VT1截止而VT2導(dǎo)通，于是VD1熄滅、VD2發(fā)出紅光，表示環(huán)境光線太暗，應(yīng)及時(shí)開(kāi)燈或停止閱讀書(shū)寫(xiě)。

電路中，由光敏電阻器R1、微調(diào)電位器RP、電阻器R1和R2構(gòu)成的測(cè)光電橋，具有測(cè)光靈敏、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。

而由晶體三極管VT1、VT2所構(gòu)成的簡(jiǎn)易差分放大器，具有工作狀態(tài)不受電源電壓變化、環(huán)境溫度變化等的影響，所以盡管電路簡(jiǎn)單，但工作穩(wěn)定可靠，完全能夠滿足測(cè)光顯示的要求。

二、元器件選擇

晶體管VT1、VT2均用9014型(集電極最大允許電流ICM=0.1A，集電極最大允許功耗PCM=310mW)硅NPN小功率三極管。要求兩管盡量配對(duì)、電流放大系數(shù)β>200。VD1、VD2分別采用φ3mm的高亮度綠色和紅色發(fā)光二極管。

R1選用MG44-03型塑料樹(shù)脂封裝光敏電阻器，也可用其他亮阻(在1001x(勒克斯)的光照度下測(cè)試)為5kΩ左右的普通光敏電阻器來(lái)代替。

RP用普通WH7-B或WH124-2型微調(diào)電位器。R1～R3均用RTX-1／8W型碳膜電阻器。

SB用新穎KJ-123型轉(zhuǎn)換式輕觸開(kāi)關(guān)，它既可當(dāng)作一般的普通輕觸開(kāi)關(guān)來(lái)使用，也可作為常閉型輕觸開(kāi)關(guān)或轉(zhuǎn)換型輕觸開(kāi)關(guān)靈活運(yùn)用，用途十分廣泛。KJ-123的外形尺寸為12mm×12mm×4mm，其外形和引腳分布如左圖所示，它的腳距等均按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)，手感與普通輕觸開(kāi)關(guān)一樣，觸點(diǎn)最大負(fù)荷為直流0.25A×28V，完全能夠滿足一般使用要求。本制作中KJ-123被接成常閉型輕觸開(kāi)關(guān)來(lái)使用。

G用兩粒計(jì)算器常用的SR44型(φ11.6mm×5.4mm)或AG13、G13-A型扣式微型氧化銀電池串聯(lián)而成，電壓3V。

三、制作與使用

圖3所示為該測(cè)光文具盒的印制電路板接線圖，印制電路板實(shí)際尺寸約為50mm×30mm。印制電路板上事先應(yīng)開(kāi)一1LMm×1LMm見(jiàn)方的小孔，用于固放電池G。電池G的電極夾按照?qǐng)D4所示，正極直接用輕觸開(kāi)關(guān)SB的引腳(圖2中的第3腳)，負(fù)極用一尺寸為7mm×7mm的薄磷銅片彎折成“1”形狀，并直接焊在電路板上所開(kāi)方形孔沿的敷銅板上即成。

整個(gè)測(cè)光顯示器安裝在尺寸約為53mm×33mm×15mm的絕緣材料小盒內(nèi)(可用薄塑料板、有機(jī)玻璃板粘制)。盒面板為電源開(kāi)關(guān)SB開(kāi)出按鍵帽伸出孔，為光敏電阻器R1開(kāi)出感光窗口，為發(fā)光二極管VD1、VD2開(kāi)出伸出孔，為微調(diào)電位器RP開(kāi)出調(diào)節(jié)孔。為了方便使用，在面板上綠色發(fā)光二極管VD1的旁邊標(biāo)注上“正常”文字，表示該發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，環(huán)境照度符合閱讀書(shū)寫(xiě)的要求。在紅色發(fā)光二極管VD2的旁邊標(biāo)注上“開(kāi)燈”文字，表示該發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r環(huán)境照度太暗，打開(kāi)電燈后才可以閱讀書(shū)寫(xiě)。

檢查電路焊接無(wú)誤、安裝正確后，便可進(jìn)行調(diào)試。

根據(jù)國(guó)家教委和衛(wèi)生部的有關(guān)規(guī)定，學(xué)生閱讀書(shū)寫(xiě)時(shí)桌面光線照度應(yīng)不低于1001x。電路調(diào)試時(shí)，可借助標(biāo)準(zhǔn)照度計(jì)對(duì)照調(diào)整，把標(biāo)準(zhǔn)照度計(jì)和測(cè)光顯示器小盒同時(shí)置于桌面上，調(diào)節(jié)燈具的電源電壓(指調(diào)光臺(tái)燈)或改變燈具距桌面的距離，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)照度計(jì)上指示值為1001x時(shí)，用小螺絲刀伸進(jìn)電路盒上的調(diào)節(jié)孔，緩慢調(diào)節(jié)微調(diào)電位器RP阻值，使綠色發(fā)光二極管VD1處于臨界不發(fā)光狀態(tài)即可。調(diào)好的RP應(yīng)用快干漆封固，以防日后阻值發(fā)生變動(dòng)。

如果調(diào)試時(shí)手頭沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)照度計(jì)，可用220V、15W白熾燈泡作光源，在燈泡正下方0.3m處(照度約為1001x)放置測(cè)光顯示器小盒，按上述方法調(diào)試即行。注意，調(diào)試時(shí)220V市電電壓應(yīng)準(zhǔn)確，周圍環(huán)境不許有其他光源干擾，否則1001x照度誤差會(huì)很大。

調(diào)試好的測(cè)光顯示器小盒，參照?qǐng)D5所示用雙面強(qiáng)力膠帶紙直接粘固在普通文具盒內(nèi)。要求輕觸開(kāi)關(guān)SB能夠隨著文具盒蓋的開(kāi)關(guān)而自動(dòng)通斷，即文具盒關(guān)閉時(shí)，盒蓋頂壓住SB的按鍵帽，使得SB內(nèi)部?jī)沙ｉ]觸點(diǎn)自動(dòng)斷開(kāi)電路電源。打開(kāi)文具盒時(shí)，SB又能失去盒蓋的頂壓而自動(dòng)接通電路電源。

由于輕觸開(kāi)關(guān)SB的按鍵低矮，多數(shù)情況下文具盒蓋根本無(wú)法直接頂壓住按鍵，所以必須根據(jù)具體安裝情況用強(qiáng)力膠在按鍵上面粘固一定高度的塑料圓桿。

這種帶測(cè)光顯示器的文具盒，對(duì)使用者無(wú)任何附加條件。每次打開(kāi)文具盒取放東西時(shí)，電路自動(dòng)通電測(cè)光，關(guān)閉盒蓋后又自動(dòng)切斷電源。測(cè)光顯示器工作時(shí)實(shí)測(cè)總電流值僅5mA，每換一次新電池，一般可使用一個(gè)學(xué)期。