设发光管最大工作电流为Im, 最大工作电流时正向压降为Vm，则限流电阻Rf取值为
Rf?参考电路入下
Vcc?Vm Im
2、接收系统和放大电路
电路如下图所示，用2CU2B光敏二极管作为接收系统，LF353构成放大电路。光敏二极管是一种光伏探测器，当入射光强度发生变化时，通过二极管的电流随之变化，于是二极管的端电压也发生变化。从阻抗的角度看，当入射光强度发生变化时，二极管的阻抗发生变化，光强度越大阻抗越小。
1LF353构成主放大器，将光敏二极管接入同向输入端，将光敏二极管所产21生的电流变化信号放大。后一个LF353构成比较放大器，比较放
2放大器为两级，前一个
大器的反向输入端6脚加来自主放大器的信号电压。当光线未阻断时，从主放大器来的交流信号经二极管D1检波，再经R4、C1低通滤波器后得到直流电压，比较放大器的同向输入端5脚加某一固定偏置电压，其值要小于或接近反向输入端6脚电位。则放大器7脚输出电压近似为零，当红外光束被阻断时，主放大器没有信号输出。从而比较放大器只有同向输入端加的正电压，输出为高电位，则比较放大器输出电位的变化指示了光线是否阻断。当然可以如图所示，在比较放大器的输出端接报警电路（如LED和扬声器），当红外光束被阻断时，LED管亮,扬声器发声报警。
2、 抱警保持和消除电路
将报警电路直接接比较放大器的输出端有缺点：当光线又未阻断时，报警信号立即消失，报警不能维持。最好加一个报警保持和消除电路，即使光线被阻断很短时间，一但报警，则维持下去，当不需要报警时，人为消除。下面给出用双D触发器74HC74实现此功能的参考电路图
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根据74HC74的功能表，CLK为低电位时，Q为低电位，只要CLK有个电位上升，则Q为高电位，即使CLK再为低电位，也能保持高电位。将CLK端通过电阻R9接入比较放大器的输出，将LED和扬声器接Q端，则可实现当红外光束被阻断时报警和维持。当不需要报警时，按一下K1使CLR为低电位，则Q又为低电位且保持，报警消除。 以上两电路的参考值为：
R1：1KΩ R2：1KΩ R3：120KΩ R4：68KΩ R5：5.6KΩ R6：2.2KΩ R7：1KΩ R8：5.6KΩ R9：1KΩ C1：0.1uF C2：10 uF
五、实验用设计模板介绍
光电报警系统设计模板示意图如下图：
光电报警系统设计模板备有+5V，-5V直流稳压电源，只要从外部插入+5V电源,则+5V和-5V孔就有电压,为光电报警系统设计提供电压，其中NE555、LF353、74HC74所需工作电压内部已接好。本实验模块还配有时钟集成电路NE555、双运算放大器LF353、触发器74HC74和三极管9013，供电路设计时使
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用，它们的已接器件如图所示。还备有各类参数的电阻、电容，以及10k、100K的电位器和设计过程中可能用到的元器件放在面板上，供设计者选用。
六、实验步骤
（一）发射部分的设计与调试
1.用NE555设计一占空比可调的方波振荡器，作为红外发射二极管的调制电源，画出电路图，标明器件参数；
2.根据电路图从模板上选择器件，用导线组成电路，用示波器从NE555的3脚观测输出波形应为方波, 并测量输出电压峰—峰值；调节100K电位器使占空比为50%。
3.设计红外发射二极管的驱动电路，主要是根据给出的BT401的参数，计算限流电阻，由于BT401是工作在脉冲状态下，为提高输出功率，实际使用的限流电阻可以比由Rf?Vcc?Vm（Vm取1V）计Im算出的值小2～3倍。从模板上选择器件，用导线组成发射系统，用示波器测试红外发射二极管BT401两端的波形，其幅度若大于1V，说明发射电路正常。 （二）接收部分的设计与调试
可以根据上面给出的参考电路设计，也可用模板上给出的器件（可不全用）另行设计。若根据参考电路设计步骤如下：
1LF353设计主放大器，画出电路图，标明器件参数，根据电路图从模板上选择器件，用导21线组成放大电路，用示波器从LF353的1脚观测输出波形，当光敏管接收到信号时应有输出，且输出
21.用
随发射和接收管的距离而变，调整发射和接收管的距离（比如20cm）和方向，使输出最大。
2.用另外
1LF353设计比较放大器，画出电路图，选择器件参数，根据电路图从模板上选择器件，2R6用10K电位器，用导线组成放大电路。
3.当光敏管接收到信号时，用万用表测量6脚、5脚和7直流电压，6脚电压必须高于5脚（一般设定为0.5V～1V），否则调整R6，7脚电压应近似为零。当光敏管未接收到信号时，6脚电压低于5脚，7脚为高电位，说明电路正常。.
(三) 报警保持和消除电路设计与调试
用双D触发器74HC74设计, 画出电路图，标明器件参数，根据电路图从模板上选择器件，用导线组成电路；若根据参考电路，调试方法是：将图中“输入”接地，按一下KI，用万用表测5脚电位，应为低电位；将图中“输入”接+5V，用万用表测5脚电位，应为高电位；按一下KI，5脚应恢复低电位，说明电路正常。
（四）电路统调
1.将以上三部分连成完整电路，发光二极管和扬声器接到74HC74的5脚； 2.使发射和接收管之间的距离较小（比如20cm），即有警戒线，此时应不报警；阻断警戒线，则接收系统发出警报信号。恢复警戒线后，按一下KI，警报信号消除；
3.增大发射和接收管之间的距离，同时用示波器监测LF353的1脚输出信号，直到报警，这就是在给定器件的条件下作用的最大距离；
4.改变光源调制信号的占空比，观察对作用距离的影响。 5.改变LF353的5脚电压, 观察对作用距离的影响。
七、实验报告要求
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1.画出完整的电路图，标明器件参数，简述工作原理；
2.简述为了提高作用距离，光源调制信号的占空比应如何取值；
3.简述当拦截光束的目标运动较快或较慢时，接收电路和电路参数应如何考虑才能保证正常报警。 4.分析影响作用距离的原因，提出提高作用距离的措施。
所用器件知识
1、 NE555定时器
电源电压： +5V～+15V 最大功耗： 600mW 开关上升时间： 100nS 内部结构及管脚图如前所述 2、 LF353双运算放大器
电源电压： ±5～±18V 电压增益： 100dB 输入阻抗： 1012Ω 共模抑制比： 100dB 增益带宽： 4MHZ 内部结构及管脚图如下
3 、 BT401发光二极管
最大正向工作电流： Im=30mA
正向压降： Vm≤1.5V(Im=30mA时) 发射光功率： 1.5～2mW 反向耐压: ≥5V 工作截止频率： 1MHZ 发光峰值波长： 940nm 发光二极管外型图如下
4、 双D型正沿触发器74HC74
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5、2CU2D光敏二极管
最大工作电压： 暗电流： 电流响应度： 结电容： 响应时间：
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Vmax=30V Id ≤0.1μA ≤ 0.5μA/μW ≤5pF
10-7S（负载RL=100Ω）