红外线非接触开关电路设计
3）中间级：其作用是提供较高的电压放大倍数;为了提高放大倍数，一般采用有源负载的共射放大电路。
4）输出级：其作用是提供一定的电压变化和电流变化;为了提高电路驱动负载的能力，一般采用互补对称输出级电路
4.3振荡器
振荡电路在测量,自动控制,通信,无线电广播和遥控等许多领域中有着广泛的应用,甚至在收音机 电视机 和电子表等日常生活用品中也离不开它.振荡电路包括正弦波振荡电路和非正弦波振荡电路,它们不需要输入信号便能产生各种周期性的波形,如:正弦波,方波,三角波和锯齿波等.因为本课题涉及到系统时钟和定时电路,所以现介绍一下非正弦波振荡电路:矩形波振荡电路
矩形波有两种,一种是输出电压处于高电平时时间TH和输出电压处于低电平的时间TL不相等,另一种是二者相等.人们常把TH= TL的矩形波称为方波.下面介绍方波发生电路. 方波发生电路的构成
我们可选择滞回比较器作为开关，用电阻与电容相串联的RC电路作为具有延迟作用的反馈网络，构成如图3.6所示。它的右边是滞回比较器，起开关作用；他的左边是RC电路，起反馈和延时作用。
图3.6 方波发生电路
电路(起反馈和延迟作用)滞回比较器(其开关作用) 19
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滞回比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定的状态。设接通电源时刻电容两端的电压UC=0，滞回比较器的输出电压U0=+UZ，则集成运放同相输入端此时的电位为 U+ =R2/R2+R3（+UZ）而U0=+UZ时电容充电，使集成运放反向输入端的电位U-（它等于UC）由零逐渐上升。在U-低于U+以前，U0=+UZ不变。当U-上升到略高于U+时，U0从高电平跳变为低电平，即变为-UZ。
当U0=-UZ时，U+=R2/R2+R3（-UZ），同时电容经R1放电，使U-逐渐下降。在U-高于U+以前，U0=-UZ不变，当U-下降到略低于U+时，U0从-UZ跳变为+UZ，又回到初始状态。如此周而复始，产生振荡，输出方波。 振荡周期
由图可知，UC的值从T1时刻的R2/R2+R3（UZ）下降到T2时刻的-R2/R2+R3（UZ）所需要的时间就是振荡周期的一半，即而UC的变化规律就是简单的RC充放电规律。不难看出这里RC充放电的三要素是： 1）时间常数=R1C
2）在T1时刻UC的初始值是R2/R2+R3（UZ） 3）若T=∞，UC的终了值是-UZ。 根据一阶RC电路的三要素法可得
UC=（-UZ-R2/R2+R3（UZ））（1-e（-Δt/R1C））+R2/R2+R3（UZ） 其中ΔT=T-T1，且T1≤T≤T2。
当ΔT=T/2时，UC=-R2/R2+R3（UZ），将这些条件代如上面的式，得
-R2/R2+R3（UZ=（-UZ-R2/R2+R3（UZ））（1-e（-Δt/R1C））+R2/R2+R3（UZ）解之可得：
T=2R1Cln(1+2R2/R3)
通常将矩形波为高电平的时间与周期时间之比称为占空比。方波的占空比为50%。如果需要产生占空比小于或大于50%的矩形波，可以利用电容充电的时间常数与放电的时间常数不相等。利用二极管的单向导电性可以使电容充电与放电回路不同，因而可使电容充电与放电的时间常数不同。
内部振荡器外接振荡电阻器引脚，个别需外接RC振荡元件，此时外接的电阻器或电容器便可作为时间的调整元件。也有的集成电路将振荡元件全部集成在
芯片内部，不需要外接元器件，这时振荡频率就无法外调节。
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4.4 电压比较器
电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)。电压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。
注：电压比较器中的集成运放通常工作在非线性区。及满足如下关系： U->U+ 时 UO=UOL U- 简单电压比较器： 我们把参考电压和输入信号分别接至集成运放的同相和反相输入端，就组成了简单的电压比较器。 图3.7 电压比较器及输出特性 下面我们对它们进行分析一下（只对图3.7（1）所示的电路进行分析） 它的传输特性如图3.7(3)所示： 它表明：输入电压从低逐渐升高经过UR时，uo将从高电平变为低电平。相反，当输入电压从高逐渐到低时，uo将从低电平变为高电平。 阈值电压：我们将比较器的输出电压从一个电平跳变到另一个电平时对应的输入电压的值。它还被称为门限电压。简称为：阈值。用符号UTH表示简单的电压比较器结构简单，灵敏多高，但是抗干能力差，因此我们就要对它进行改进。改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器。下面着重介绍窗口比较器: 简单比较器和回滞比较器有一个共同的特点,即U1单方向变化时,U0只跳变一次,因而只能检查一个电平.如果要判断U1是否在某两个电平之间,则应采用窗口比较器. 电路构成 窗口比较器的主要特点是输入信号单方向变化(例如从足够低单调升高到足够高)可使输出电压跳边两次。 他形似窗口,故具有这种传输特性的比较器,成为窗口比较器.将他与反相简单电压比较器,同相简单电压比较器比较,我们发现,可用两个阀值不同的简单比较器构成窗口比较器,阀值小的简单比较器采用反相输入接法,阀值大的简单比较 21 红外线非接触开关电路设计 器采用同相输入接法,再用具有单向导电性的二极管将两个简单比较器的输出引到同一点,作为窗口比较器的输出端.。 4.5 集成电路芯片 BISS0001热释电红外控制集成电路采用标准的 DIP16脚塑封结构，内部由系统时钟、两级运放、电压比较器、检测器、计时器、过零检测器及输出控制电路等组成。BISS0001是一款高性能的传感信号处理集成电路。静态电流极小，配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式的热释电红外传感器。广泛用于安防、自控等领域能。特点: a）灵敏度高，内置两级增益可调运放电路及温度补偿电路，这种电路能抑制如热气团流所产生的红外干扰，误报率低，探测距离达10ｍ以上。 b）控制时间可调。 c）有两种输出信号，可驱动双向可控硅或继电器。 d）内置稳压器输出 3.1Ｖ基准电压直接驱动PIR。 e）外接CDS传感器，白天抑制输出。 f）工作电压4.0-5.5V，工作电流1ｍＡ。 g）对于交流供电的控制电路设计有过零检测控制，使被控负载的接通与断开均处于交流电的过零点，这不仅可以减弱对负载的电流冲击，同时也消除了开关器件对电源的干扰，降低对电源的污染。 h）外接RC振荡元件，便于调整输出控制的时间长短。 图3.8 BISS0001管脚图 22 红外线非接触开关电路设计 引脚 名称 I/O 功能说明 可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时 1 A I 允许重复触发；反之，不可重复触发 2 V0 O 控制信号输出端。由VS的上跳前前沿触发，使Vo输出从 低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间 Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态 3 RR1 -- 输出延迟时间Tx的调节端 4 RC1 -- 输出延迟时间Tx的调节端 5 RC2 -- 触发封锁时间Ti的调节端 6 RR2 -- 触发封锁时间Ti的调节端 7 VSS -- 工作电源负端 8 VRF I 参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定 时器复位 9 VC I 触发禁止端。当VcVR时允许触发(VR≈0.2VDD 10 IB -- 运算放大器偏置电流设置端 11 VDD -- 工作电源正端 12 2OUT O 第二级运算放大器的输出端 13 2IN- I 第二级运算放大器的反相输入端 14 1IN+ I 第一级运算放大器的同相输入端 表3.2 BISS0001管脚说明 23