光控开关原理图（一）

原理图的设计

通过改变µA741的正向与反向输入电压的不同使µA741的输出端输出稳定的高电平或低电平从而使8050晶体三极管导通或截止来控制继电器的锡合与断开。

如图3.1与图3.2中由电阻R1和滑动变阻器R2共同分得VCC的5V电压，电阻R4和滑动变阻器R3共同分得VCC的5V电压。µA741的正向输入电压取自滑动变阻器R3，反向输入电压取自电阻R1。通过调节滑动变阻器R3能改变此光控开关的灵敏度。从µA741的输出端接一个保护电阻R5再接入到8050晶体三极管的基极。8050晶体三极管的发射极接地，集电极通过整流二极管1N4007与电源VCC相连构成通路。5V固态继电器的一端与8050晶体三极管的集电极和VCC相连，另一端与LED灯相连。

图3.1无光照是LED灯变亮

当无光照时，由于光敏二极管反向接在电路中，因为光敏二极管具有单向导电性，无光照时光敏二极管处于截止状态，用滑动变阻器代替光敏二极管时，即通过调节滑动变阻器使电阻变大，使滑动变阻器分得的VCC的电压变多，从而使得R1上分得的电压变少，既而使得µA741反向输入端的电压变小。当反向输入端的电压变的小于正向输入端的电压时，如图1中µA741正向输入端电压为4.284V，反向输入端电压为3.125V时，µA741电压比较器的输出为高电平4.118V。（只要µA741的反向输入端电压小于正向输入端的电压，电压比较器的输出恒为高电平4.118V。）由于µA741的输出为高电平4.118V足以是8050晶体三极管导通。从而使5V固态继电器锡合相当于开关闭合而使LED灯导通发光。

图3.2有光照时LED灯变灭

当有光照时，光敏二极管由于受到光照产生光电流，用滑动变阻器反映出来即是滑动变阻器R2的阻值变小。即可通过滑动滑动变阻器的滑片使其阻值变小，便能模拟出光敏二极管受光照时的变化。当滑动变阻器R2电阻变小时，R2上分得的电压变小，即固体电阻R1上分得的电压变大，即µA741的反向输入端的电压变大。当µA741反向输入端的电压比正向输入端的电压大，即上图2中µA741的正向输入电压4.286V，反向输入电压4.717V时，µA741的输出变为低电平881.772mV。（只要µA741的反向输入电压大于正向输入电压，其输出恒为低电平881.772mV）由于从µA741输出的低电平不足以使8050晶体三极管导通。因此不能使得5V固态继电器锡合，相当于开关断开而不能使LED灯导通，所以LED灯变灭。

原理图

图3.3PCB板的原理图

光控开关原理图（二）

　　光控开关电路如下图，主要特点是白天有光照，灯泡不亮，夜晚黯淡无光，电路自动通电，灯泡亮起。

　　白天在较强光照下，光导管227A（一种光敏电阻）两端阻值很小，约20~50kΩ，晶体管VT2获得基极电流而导通，VT1从R2上得到正偏电压也导通，继电器线圈KA得电，继电器的常闭触电②、③断开，两只晶闸管V1和V2没有触发信号而不导通，因而灯泡EL不亮。

　　夜幕降临时，随着光照强度下降，光导管227A的阻值不断增加，最终可达1MΩ左右，VT1因基极电流太小而截止，VT1也相应截止，继电器KA失电释放，常闭触电②、③闭合，晶闸管V1、V2因其两控制相连而处于双向导通状态，电源被接通，照明灯亮。

　　图中，电容器C3用于防止夜间瞬时强光干扰引起照明灯熄灭。而当光亮强度在临界点附件缓慢变化时，易引起继电器颤动而使灯光闪动，C2可以过滤掉脉冲电流，避免照明灯闪亮。

光控开关原理图（三）

5V电源，5V继电器，三极管，光敏电阻，滑变做个光控开关控制继电器工作电路。

光控开关原理图（四）

上图是一个简单的亮通开关。RP为光控阈值调节电位器，通过它可调节光控灵敏度（下面几个电路均相同）。白天光线较强，光敏电阻器RG呈低阻值，三极管VT导通，继电器K吸合，其常开触点闭合，接通被控电器工作。夜间，光线较暗，RG呈高电阻，VT截止，K释放，被控电器停止作。

上图为典型的暗通开关，它利用VT2反相原理将原来的亮通改为暗通。白天RG呈低电阻，VT1导通，其集电极输出低电平，故VT2截止，K不动作。当夜间光线较暗时，RG呈高电阻，VT1截止，其集电极输出高电平，VT2导通，K吸合动作，从而实现暗通的操作。

上述两电路，如果将光敏电阻器RG与电位器RP位置互换，则亮通就变为暗通，暗通则变为亮通。上图是一个实用的光控延迟开关，工作条件是：需要为RG外面制作一个遮光筒，这样平时无论外面光线强弱如何，只要无直射光线射入遮光筒，RG均无强光照射而呈高电阻。图3—图5电路均有此要求。电路工作过程是：平时RG为高电阻，VT1截止，VT2也同样截止，K不动作。当用手电筒或激光笔对准遮光筒里的RG照射一下，RG立刻呈低电阻，VT1导通，因VT1导通时其等效电阻很小，C1很快充满电荷，VT2也导通，K吸合，被控电器工作。停止光照后，VT1虽恢复截止，但Cl所储存的电荷可通过R向VT2发射结放电，仍能维持VT2保持导通态。Cl电荷随放电逐渐减少，当不足以维持VT2导通时，VT2即截止，K释放，被控电器停止工作。电路延迟时间主要由R与C】放电时间常数决定，但VT2的B值对延迟时间影响很大，若B值较小，就限制了R的取值，故要求p值在200以上，VT2最好能采用达林顿复合管。

上图为双敏感器光控开关，RG1为“关”敏感器，RG2为“开”敏感器。电路工作过程为：用电简或激光笔照一下RG2，VT2立刻导通，K吸合，其常开触点之一K-l闭合对电路自锁，另一个常开触点可使被控电器通电工作。需要关机时，只要再照射一下RG1，使VT1迅速导通，VT1的导通就将VT2的基极电位下拉迫使VT2截止，K释放，被控电器停止工作。VD2的作用是抬高VT2在导通时的基极电位，有利于照射RG1的关机操作。VD2如改用发光二极管，还能起到开关机状态指示。

上图是单敏感器光控开关，用激光笔或电筒照射时能实现点按一下“开机”，长按一下“关机”的操作。工作过程是：对RG短暂照射一下，VT1导通，电流一路经VT1、VD1、R2注入VT3基极，使VT3迅速导通，K动作吸合，其一个常开触点K-l闭合对电路自锁，另一个常开触点可使被控电器通电，实现“开机”操作。电流另一路经VT1、Rl向Cl充电，使Cl两端电位上升，但由于RG受光照射时间很短，Cl两端电位不可能上升到VT2的开门电平，故对电路无影响。需要关机时，只要照射RG的时间稍长些，使C1两端电位升至0.65V左右，VT2即导通，使VT.3的基极电位下拉，迫使VT3截止，K释放，所有常开触点跳开，从而实现“关机”操作。VD3的作用与图4中的VD2相同，也可用发光二极管代替。

随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。

模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在{0V，5V}这一集合中取值。

模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。

尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重（如老式的家庭立体声设备）和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。

通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。

基本原理

脉宽调制（PWM）基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于 π/n ，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积（即冲量）相等，就得到一组脉冲序列，这就是PWM波形。可以看出，各脉冲宽度是按正弦规律变化的。根据冲量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。

在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可，因此在交－直－交变频器中，PWM逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值。

根据上述原理，在给出了正弦波频率，幅值和半个周期内的脉冲数后，PWM波形各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形。

下图为变频器输出的PWM波的实时波形。

特点：

简单灵活 动态响应好

应用：

电动机控制（比如机器人内的电机控制，STM32中一个芯片可以控制很多电机）、功率控制、

转换原理：

将模拟的信号（连续的曲线）分割，计算每块地面积，转换成数字信号的面积（不同的面积有不同的宽度，这也就是宽度调制这个名字的由来）

PWM输出源和输出数量

STM32除了TIM6，7（基本定时器），TIM1，8可以产生7路，共14路；通用定时器TIM2，3，4，5每个4路，共16路，所以STM32可以产生30路PWM输出。

控制原理

占空比：高电平持续时间占总时间的比例。

STM32 的PWM是TIMx_ARR寄存器确定频率（周期）、由TIMx_CCRx寄存器确定占空比的信号

PWM模式：

脉冲宽度调制模式可以产生一个由 TIM1_ARR 寄存器确定频率、由TIM1_CCRx寄存器确定占空比的信号。在 TIM1_CCMRx寄存器中的OCxM位写入“110”（PWM 模式 1）或“111”（PWM 模式 2），【模式1，2选择输出的高低电平】能够独立地设置每个通道工作在 PWM模式，每个 OCx 输出一路 PWM。必须通过设置 TIM1_CCMRx 寄存器 OCxPE 位使能相应的预装载寄存器，最后还要设置 TIM1_CR1 寄存器的 ARPE 位使能自动重装载的预装载寄存器（在向上计数或中心对称模式中）。

向上计数配置

当 TIM1_CR1 寄存器中的 DIR 位为低的时候执行向上计数。

在 PWM 模式 1，当 TIM1_CNT【计数器值】《 TIM1_CCRx 时 PWM 参考信号，OCxREF 为高，否则为低。如果 TIM1_CCRx中的比较值大于自动重装载值（TIM1_ARR），则 OCxREF 保持为“1＂。如果比较值为 0，则 OCxREF 保持为“0＂。 图 128 为 TIM1_ARR=8 时边沿对齐的 PWM 波形实例

【不同的模式，1和0代表的电平高低不同，不是1是高，0是低】

第一行是采用模式1的，模式2与模式1原理相同不过1和0代表的高低电平相反

还有向下计数模式（与向上技术模式相反），中央对齐模式，

最后，重点是要通过两个寄存器TIMx_ARR寄存器，TIMx_CCRx寄存器控制