光电报警是一种重要的监视系统，其种类多且应用广泛，有对飞机、导弹等军事目标入侵进行报警的系统，也有对机场、重要设施或危禁区域防范进行报警的系统。一般来说，被动报警系统的保密性好，但是设备比较复杂；而主动报警系统可以利用特定的调制编码规律，达到一定的保密效果，设备比较简单。本实验采用的是有特定编码的主动报警系统。
1.实验目的
①练习设计简单的光电系统。
②对影响光电探测性能的各种参数进行探讨，以求最大限度地发挥系统的探测能力。
③熟练掌握和运用多谐振荡器、跟随器、有源滤波器及放大等电路。
2.实验内容
用砷化镓发光管组成发射系统，在发射和接收系统之间有红外光束警戒线，当警戒线被阻断时，接收系统发出报警信号。要求系统在给定器件的条件下作用距离尽可能远。
3.实验基本原理
本光电系统由几个部分组成，如图11.31所示。
图11.31 光电报警系统原理方框图
调制电源给GaAs发光管提供确定变化规律的调制电压，使发光管发出红外调制光。在一定距离以外用光电二极管接收调制光，转换后的信号经放大、检波后控制报警器。
本实验全部实验电路自拟，对有关的调制电源、有源滤波及报警电路各举一个简单例子，以供参考。
1）用NE555定时器构成多谐振荡器作调制电源
NE555集成电路的内部结构如图11.32所示。若不考虑管脚5（即不使用5时），当管脚2外加电压小于1/3UC（电源电压）时，比较器Ⅱ翻转，从而导致RS触发器翻转，管脚3将输出高电平。同时，晶体管Q截止，使7脚内部开路。当管脚6外加电压高于2/3UC时，比较器Ⅰ翻转，导致RS触发器翻回，管脚3将输出低电平。此时，晶体管Q导通，管脚7端内部近似接地。若管脚5端外加电压，则NE555在外加比较电压下工作，比较器Ⅰ或Ⅱ的翻转阈电平由管脚5端外加电压在电阻尺上的压降决定。
图11.32 NE555内部结构原理图
由NE555构成的多谐振荡器如图11.33所示。
图11.33 多谐振荡器原理图（占空比为0.5）
当3脚为高电平（略低于UC）时，输出电压将通过R1对C1充电，A点电压按指数规律上升，时间常数为R1C1。当A点电压上升到上限阈值电压（约为2UC/3）时，定时器输出翻转成低电平（略大于0 V），这时，A点电压将随C1放电而按指数规律下降。当A点电压下降到下限阈值电压（约为UC/3）时，定时器输出又变成高电平，调节R2的电阻值可得到严格的方波输出。
参考值：R1＝10 kΩ，R2＝750 Ω，C1待选，f≈1/（1.7R1C1）。
2）发光管限流电阻的选取
用NE555组成振荡器来驱动发光管时，要注意发光管上要串联一个限流电阻，使输出电流小于或等于发光管的最大正向电流IF。若振荡器输出电压为U0，则限流电阻R取值为
如果限流电阻取值低于根据式（11.4）所得数值，或未加限流电阻，则会造成发光管和定时器烧毁。
3）报警用参考电路原理
报警用参考电路如图11.34所示。
图11.34 报警用参考电路
用
构成一个比较放大器。放大器的正端加2 V左右偏压，负端加信号电压。当光线未阻断时，从主放大器来的交流信号经二极管检波电路，再经R2C低通滤波器后得到直流电压，使后面的放大器负输入端电位大于（或等于）正输入端电位，则放大器输出电压近似为零，LED管截止，不发光。当光线被阻断时，信号消失，放大器只有正端加正电压，输出为正电压，LED指示管导通，发出红（或黄）色光以示报警。电阻R3是LED的限流电阻。
4）二阶带通有源滤波器
二阶带通有源滤波器如图11.35所示。
图11.35 二阶带通有源滤波器
二阶带通有源滤波器的电路参数计算如下：
4.实验提供的器件及其参数
1）HG412A砷化镓发光二极管参数
正向工作最大电流：IF＝30 mA(www.xing528.com)
正向电压：UF≤1.5 V（IF＝30 mA时）
发射光功率：1.5～2 mW
反向耐压：≥5 V
工作截止频率：1 MHz
发光峰值波长：940 nm
发光二极管外形、发光光谱分布曲线、注入电流IF与发光功率PF关系、发光角分布曲线分别如图11.36（a）～（d）所示。
图11.36 砷化镓发光二极管的参数
2）2CU2D型光电二极管参数
2CU2D型光电二极管光谱响应曲线如图11.37所示。
图11.37 光电二极管（2CU2D）的光谱响应曲线
最高工作电压：Umax＝30 V
暗电流：IP≤0.1 μA
电流响应度：≥0.5 μA/μW（U＝Umax）
结电容：≤5 pF
响应时间：10－7s（RL＝100 Ω）
结构：同HG412发光管
颜色：黑色
3）LF353型双运算放大器参数
电大电源电压：±18 V
电压增益：100 dB
输入阻抗：1012Ω
共模抑制比：100 dB
增益带宽：4 MHz
等效输入噪声电压：
图11.38是LF353型运算放大器的管脚图。
图11.38 LF353型运算放大器的管脚图
4）NE555定时器电路性能参数
电源电压：+5～+15 V
最大功耗：600 mW
开关上升时间：tr＝100 ns
图11.39是NE555定时器集成电路的管脚图。
图11.39 NE555电路管脚图
5.实验报告要求
①画出所做实验的全部电路图，并注明参数。
②分析影响作用距离的因素，提出提高作用距离的措施。
③光源调制频率和占空比怎样对提高作用距离有利？
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