圖一是一個最簡單的光控開關的線路圖,用到的零件非常少,但是卻能相當精確的依著光線的變化控制開關的開或關。零件雖然少,但是照著零件表買回來的零件,依圖一的線路裝起來,卻未必能立即理想的工作,為什麼呢？因為買回來的光敏電阻,電阻隨光度變化的特性,未必能和電阻Ｒ配合,所以Ｒ是需要調整的,或者用一只可變電阻(VR)來代替R也可以。
簡單的電路,不僅因好裝而適合初學者實作,也很適宜用來解釋電子線路的動作原理,這個線路因為很簡單的關係,在裝置時並沒有什麼特別的要領,甚至不必使用線路板,僅用零件的引線就可以焊好了。下面是關於零件和工作原理的基本常識,如果能夠了解,對裝置其他小製作也會有很大的幫助。
一、Relay的意思是代表繼電器,繼電器其實就是電磁鐵,它有一組線圈有足夠的電流通過時,就會吸動一端的鐵片,而鐵片連著開關,所以繼電器的作用,就等於是一只電磁開關。購買繼電器時,有兩項規格要考慮到：一是工作電壓、二是開關的電容量,本製作所使用的繼電器工作電壓3V~9V均可,最好使用幾V的繼電器就用幾V的電池,如果電池電壓比繼電器的電壓高幾V,雖不致於把繼電器燒壞,但卻會增加耗電量,如果電池電壓比繼電器的額定工作電壓低的話,有實際電器仍能工作(有時壓降了50%仍可動作),但反映的速度會變慢。關於電流容量的問題,就要看你要控制什麼電器了,一般言,電流容量大的繼電器,體型較大,耗電也多,如果無需用來控制大電流(1A以下),買最小型的繼電器即可。
二、在本線路中用到一枚電晶體,也許有人看到了線路後很直覺的以為這只晶體的作用是用來放大由光敏電阻感應而來的信號,其實這是不對的,這唯一的晶體的作用,是相當於一只開關,平常晶體的C腳(集極)和E腳(射極)是不通的(電阻很大),但是如果我們在它的B腳(基極)和E腳間加上0.6V的電壓(也許是正,也許是負,要看是NPN或PNP晶體而定),C腳和E腳間的電阻就會迅速減少,這時就可以說,C和E導通了,在本線路中,CE導通了,就有電流通過繼電器,所以這只晶體不就成為控制繼電器的開關了嗎?由於線路的動作與否是視晶體的BE間是否有0.6V的電壓而定,所以BE間的電壓實為線路動作的關鍵,這0.6V的電壓是如何來的呢?請看下面的說明。
三、要了解Q1的BE間的0.6V電壓是如何來的,就要先了解「電阻分壓」的原理,現在觀察圖三,如果在AB兩端的電壓為10V的話,那麼X點對B點的電壓就可以用圖三的式子算出來,在本文的光控開關線路中,R1即相當於R或VR,R2即相當於光敏電阻Cds(光敏電阻成份為硫化鎘,故常以Cds表示),也就是說Q1的B極即接在R和Cds的分壓點上,如果Cds兩端的電壓低於0.6V,Q1的CE是不通的,反之,CE即會導通。很明顯的,Cds阻值的變化,實際上控制著Q1B極的電壓,Cds在受到強光時,阻值很少,可能只有數百歐姆,因此B極的電壓會遠低於0.6V,如把Cds放在暗處,電阻就會升到幾K甚至十幾K以上,Q1自然就導通了。
前面說過,R是要調整,原因有二:一為配合Cds的特性,二為控制光控開關的靈敏度,如果調整的恰當,可在光度有為小變化時就使繼電器動作,這些都有待裝機的人自行去試驗了。
Q1可以用任何小功率的矽晶體,因為小型繼電器的電流大的只有20~40mA(1mA=0.001A),NPN或PNP行經體都可以用,唯一要注意的是電池的極性,當使用不同型晶體時是相反的。
照圖一那樣裝法,繼電器是在光線變暗時動作,如果要改成在光線變強時動作可不可以呢？當然可以,只是要把R和Cds的位置互換就是了(圖四),但是這時R的數值必須用得很小,僅約數百歐姆,或者用一只1K的VR也可以,道理何在這裡就不說了,讀者們自己去想吧！
轉載音響技術第70期OCT. 1981 初學園 光控開關/
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