一種利用發光二極管的220V交流電斷電報警器的設計和實現

濟寧醫學院 王文斌 王承文

本文巧妙地利用發光二極管和光敏電阻設計了一種斷電報警器，它能夠利用聲音來進行報警。電路中的發光二極管和光敏電阻能夠高效地進行光電轉換。它最大特點是報警器與220V交流電完全隔離，達到了電氣上的絕緣，安全可靠，抗電磁干擾能力強。電路中使用了集成電路，結構簡單，并使用硅管，穩定節電。

220V交流電斷電在日常生活和工作中經常遇到，一旦斷電，可能造成重大損失影響我們的生活和工作，如家庭中和實驗室的恒溫冰箱，正在充電中的充電器等等。斷電如不能及時發現，后果可能不堪設想，為此本人利用發光二極管設計了這一款斷電報警器。它的特點是此報警器與220V交流電完全電氣隔離和絕緣，安全性能非常好，抗電磁干擾能力強，工作可靠。只要把此裝置插到220V電源插座上就能察覺是否斷電，若有電，它不會報警，若出現斷電，它會發出報警聲音報警，從而克服了普通指示燈用來指示有無電不易察覺的缺點，是一款實用新穎的斷電報警器。

1 工作原理

此處設計的斷電報警器由電路圖1和電路圖2構成。電路工作時220V交流電有電則無報警聲，斷電則會立即發出報警聲。電路圖1所示是一個使用220V交流電的發光電路，電路圖2所示是光信號接收自動報警電路。

圖1 電路圖1

電路圖1中220V交流電經4只整流二極管D1、D2、D3、D4組成的橋式整流電路整流，變成直流電，然后經R1、C1、C2進行π型濾波，再接到半導體磷化鎵（GaP）綠色發光二極管LED上。LED使用BT103，它的工作電流是10mA，正向壓降2.5V，R1取值計算如下：

經計算這里R1可取30KΩ，由此經估算C1、C2可選取33μF的電容。

電路圖2由光信號接收電路、開關電路、和報警發聲電路三部分組成。圖中RG是一光敏電阻，它與圖1中的LED正對耦合，組成一光電耦合線路，兩者頂部相對固定在一起，并用黑膠帶纏好，防止外面的光線照射到光敏電阻上形成干擾。此處的光敏電阻使用峰值波長為540nm的光敏電阻GL3526，它的波長540nm比較接近綠光的波長，LED使用BT103，它發出的綠光波長是565nm，與540nm非常接近，這樣RG接收到LED的綠光信號后能夠最高效地轉變成電信號，實現很好的光電耦合。GL3526的亮阻大約幾十KΩ，而暗阻大于1MΩ，兩者相差很大，能夠有效地區分有無光信號，從而可用來有效地區分220V交流電有電和無電兩種狀態。圖中NPN型三極管VT1和PNP型三極管VT2構成開關電路，平時220V交流電有電LED亮時VT1處于截止狀態，其集電極電位高，ⅤT2也處于截止狀態，使集成電路IC的IN端處于低電位；而220V交流電斷電LED不亮時ⅤT1處于導通狀態，其集電極電位低，VT2處于導通狀態，使IC的IN端處于高電位。集成電路IC與三極管ⅤT3及揚聲器Y構成報警發聲電路，IN是集成電路的輸入端，OUT是它的輸出端，OUT輸出的音頻報警信號控制VT3的基極，經VT3放大，由Y發出報警聲。當IC輸入端IN處于低電位時，集成電路沒有觸發，無報警聲，當IC輸入端IN處于高電位時，集成電路觸發，會發出報警聲。因此220V有電時此電路不報警，斷電時會立即報警。

圖2 電路圖2

此電路設計時特別注意了以下幾個地方：使用發光二極管LED作光源獲取信號，它有很多優點，電流小，效率高，壽命長，穩定性好，可靠性高，綠色節能。設計時要求發光二極管LED和光敏電阻RG一定要配合好，光敏電阻的峰值波長應盡量接近發光二極管的發光波長，這樣可以實現良好的耦合，提高效率節約電能，圖中使用磷化鎵綠色發光二極管BT103配合使用峰值波長為540nm的光敏電阻GL3526就是為了這一目的。發光二極管和光敏電阻的響應速度都很快，因此對于50Hz的交流電整流后應加濾波電路，以減小電壓的脈動。因負載電流較小，π型濾波效果較好，C1、C2使用33μF的電容即可達到要求。電路中ⅤT1使用一只硅NPN型三極管，ⅤT2使用一只硅PNP型三極管，兩三極管只有報警時才會飽和，平時都處于截止狀態，這樣平時電流較小，可以節約E的電能，延長電池使用壽命。為抗電磁干擾防止誤觸發IC，電路加上兩只電容C3和C4。ⅤT3用來放大IC的音頻輸出，如果報警聲輸出功率不足，也可以再添加一只三極管構成復合管進一步功率放大。

2 元器件選擇

發光二極管LED選BT103，它的發光光譜波長為565nm，最大電流20mA，也可選BT113。光敏電阻RG選GL3526，它的光譜峰值波長為540nm，亮阻10～20KΩ，暗阻＞1MΩ，也可選GL5528。集成電路IC選KD9300。三極管ⅤT1選9013或3DG6，VT2選9012或3CG21，VT3選9013或3DG6，他們的β值＞30即可。整流二極管D1～D4選1N4007或1N4004，反向擊穿電壓＞400V。電容C1、C2選33μF耐壓＞400V的電解電容。C3、C4選0.1μF的瓷片電容即可。Y可用8Ω電動揚聲器。其它元件無特別的要求。

3 安裝與調試

按照圖1和圖2連接好線路，調節電位器W，接上220Ⅴ交流電，使電路不報警；斷開220Ⅴ，使電路能夠報警。W應適中，太小了耗電大還可能出現誤報，太大了電路可能不報警。若電路易受電磁干擾誤報，可適當增加C3和C4的容量。