热释电红外感应式开关电路

摘要

热释电红外感应式开关电路包括，信号输入级1、第一放大器2、第二放大器3、基准电路4、比较器5、开关电路6组成。由晶体管T1组成的第一放大器2，其电路参量有特别的限定，基准电路4是由晶体管T2组成的抵偿式基准电路，它们对由于温度、电源等变化引起的高、低频干扰信号有较好的抑制和抵偿作用，弥补了现有电路的缺陷。在四季稳定运行情况下，其感应灵敏度为8米—12米，酷热的夏天也在8米以上，可适用于照明、保安等各种自动开关。如热释电红外感应式开关可用于楼道及室内、外公共活动场所(洗手间、厕所、贮藏室、花园、草坪等)。

权利要求

1.一种热释电红外感应式开关电路，由信号输入级(1)、第一放大器(2)、第二放大器(3)、抵偿式基准电路(4)、比较器(5)、驱动开关电路(6)组成，第一放大器(2)由晶体管T1，集电极电阻RC1，偏置电阻RB1组成，偏置电阻RB1联接在晶体管T1的集电极C1与基极B1之间，晶体管T1的基极B1接信号输入端，集电极C1接第二放大器(3)的正输入端，其特征在于：第一放大器(2)的元件参数配置、静态工作点有特别的限定：在常温25℃时静态工作电压UBE为0.54V左右，参数配置是：集电极电阻RC1为50K-80K欧姆，偏置电阻RB1为2M-3M欧姆；抵偿式基准电路(4)由晶体管T2、集电极电阻RC2，偏置电阻RB2组成，RB2联接在晶体管T2的集电极C2和基极B2之间，晶体T2的集电极C2与比较器(5)的负输入端相联，晶体管T2与晶体管T1同一批号，偏置电阻RB2与RB1相同，集电极电阻RC2仅大于集电极电阻RC17％。

说明书

热释电红外感应式开关电路

一、技术领域

[0001] 本发明涉及一种感应式开关电路，具体涉及一种热释电红外感应式开关电路。 二、背景技术

[0002] 热释电红外感应式开关电路的简单工作原理是：其热释电传感器探测到移动的人体发出的微弱的红外线时，便产生低频脉冲(1HZ以下)，经两级放大，比较器，驱动开关动作。它的人性化功能深受广大用户欢迎，可用于照明、保安等各种自动开关。但问世多年来却应用的并不多，如“热释电红外感应式照明开关”用于楼道，它比那什么声音都能使灯亮的声、光控开关和需人手触摸的触摸式延时开关好得多，但用的却远不如那两种多；用于室内、外公共活动场所(洗手间、厕所、储藏室、花园、草坪…)可实现“人在灯亮着，人走延时关灯”，杜绝“无人灯长亮”的浪费现象，其节能空间很大，节能效益很高，但它并不大适用，应用的寥寥无几，就因为它的可感应范围不大。

[0003] 以上说明，现有热释电红外感应式开关电路的技术指标不能满足需求，主要是稳定性和灵敏度问题，尽管有的资料上说“其探测距离可达10米”，其实那只是实验室特定的环境、温度、电源等条件下，特别是温度条件。市场上销售的“热释电红外感应式照明开关”产品(多为专用芯片)一般的可感应最大距离(灵敏度)是5米左右，夏天只有3米甚至更低。所以说，要使它能得到广泛应用，必须最大限度地提高其稳定性和灵敏度。 [0004] 经多年研究、实验、试用，认为其热释电红外感应式开关电路设计中的难点和现有技术的缺陷叙述如下：

[0005] 1、人体红外感应信号非常微弱，采用两级放大是必须的，放大倍数越大，抗干扰难度越大，灵敏度与稳定的矛盾很突出。

[0006] 2、人体红外感应信号的频率很低，(1HZ以下)，要对如此低频信号有足够大的放大倍数，对低频干扰的抑制很难。如低频干扰信号可以无大阻碍的穿过耦合电容；各种旁路电容、滤波电容、去耦电容等，它们对较高频干扰信号抑制是有效的，但对低频干扰的抑制无能。而温度、电源等变化影响形成的干扰信号，大量是低频成份。

[0007] 3、热释电传感器对温度、电源、环境变化非常敏感，静态时由它引入的干扰信号通过第一放大器的放大，对电路稳定性的影响非常严重，而已知电路中的第一放大器对干扰信号的抑制不力，第一放大器采用晶体管放大电路的，静态时，对干扰信号其有与对感应信号同样的放大倍数；采用RC与运放器组成的“带通”放大器的，对与感应信号频率相同或相近的 低频干扰信号具有相同或相近的放大倍数。

[0008] 4、已知的热释电红外感应式开关电路中，基准电压是电阻分压式电路提供的，是固定值，而比较信号的静态电压是随温度、电源等变化而上下漂移的。温度越高漂移量越大，其基准电压必须按最恶劣条件调节灵敏度，也就是灵敏度必须调整得足够低。 [0009] 5、温度越高，干扰信号越严重；而温度越高，人体温度(常数)与环境温度的差值减小，人体红外线移动时热释电传感应器产生的脉冲信号幅度却减小，放大倍数减小。某些资料中用热敏元件补偿放大倍数，其实是得不偿失。三、发明内容

[0010] 为弥补现有热释电红外感应式开关电路的缺陷，最大限度地提高其稳定性和灵敏度，以扩大使用范围，普及应用，本发明对由晶体管组成的第一放大电路参量作特别的限定，使之对输入级引入的干扰信号，包括低频干扰信号具有很好地抑制作用，并削弱温度对工作点的影响；用抵偿式基准电路抵偿比较信号中的干扰信号包括低频干扰信号。本发明将通过实施例，结合附图1、附图2加以说明。四、附图说明

[0011] 图1、表示已知的热释电红外感应式开关电路的结构图。

[0012] 图2、表示所发明的热释电红外感应式开关电路的结构图。五、具体实施方式

[0013] 图1、已知电路包括，输入级(1)，第一放大器(2)、第二放大器(3)、基准电路(4)、比较器(5)、开关电路(6)，其第一放大器(2)有的是用晶体管放大电路，有的是用RC和运放器组成的带通放大器；其基准电路(4)是由电阻R1、RP、R2组成的分压电路。 [0014] 图2、所发明电路包括，输入级(1)、第一放大器(2)、第二放大器(3)、基准电路(4)、比较器(5)、开关电路(6)。其第一放大器(2)由晶体管T1、集电极电阻C1，偏置电阻RB1组成，电阻RB1联接在晶体管T1的集电极C1和基准B1之间，集电极C1与第二放大器(3)的正输入端相联；其基准电路(4)由晶体管T2、集电极RC2、偏置电阻RB2组成，电阻RB2联接在晶体管T2的集电极C2与基极B2之间，集电极C2与比较器的负输入端相联。该基准电路称之“抵偿式基准电路”。对第一放大器(2)的参量有特别的限定；抵偿式基准电路(4)与第一放大器(2)的电路构成、元件参数有一定关系。

[0015] 以下说明其实施和作用原理

[0016] 1、第一放大器(2)参量的特别限定和作用原理：

[0017] 第一放大器(2)的参量限定是：在常温(25℃)时，静态工作电压UBE为0.54V左右，也就是放大器(2)的输入特性曲线IB(UBE)的靠近截止区(0.5V以下)的拐弯处、进入上升段之前，其目的在于①静态时，让输入级(1)进入的微小干扰信号抑制在这个区域里，只能有很小的电流和电压放大倍数。②这个拐弯区工作点受温度变化的影响远比上升段小得多(由输入特性的温度变化曲线簇可知)

[0018] 当有人进入感应区时(动态)，感应脉冲信号的正半周越过拐弯区进入上升段，输入、输出电流急剧上升，输出电压UC1急剧下降，经第二放大器(3)放大，比较电压下降，降至低于基准电压，比较器翻转，开关动作。

[0019] 以上说明，第一放大器(2)静态工作电压特别限定，对输入级的高、低频干扰信号有抑制作用；工作点受温度变化影响削弱。这个限定值是由第一放大器(2)的集电极电阻RC1和偏置电阻RB1合理配置来实现的：集电极电阻RC1为50K-80K欧姆，偏置电阻RB1为2M-3M欧姆。由量变到质变，如果配置不合理，使之工作点进入输入特性曲线的上升段(VBE.＞0.56V)，那么稳定性就差得多，灵敏度也就难以提高.

[0020] 在图1、已知电路中的第一放大器(2)，采用晶体管放大电路的，由各种资料中，其集电极电阻RC1和偏置电阻RB1的参数配置可证实，其静态工作点是处在输入特性曲线的上升段(常温25℃时VBE.＞0.56V)，对于输入级的干扰信号和温度变化的影响严重得多；第一放大器(2)采用RC和运放器组成带通放大器的，对相同或相近于感应脉冲信号频率的低频干扰信号具有相同或相近的放大倍数，对干扰信号抑制不力。

[0021] 2、抵偿式基准电路(4)作用原理：

[0022] 在图2所发明的电路中，抵偿式基准电路(4)近似相同于第一放大器(2)，晶体管T2与晶体管T1是同一批号，偏置电阻RB2与RB1相同，集电极电阻RC2仅大于RC17％左右(取决灵敏度)。其作用在于抵偿比较电压的干扰信号，以提高稳定性和灵敏度，作用原理如下： [0023] 由于抵偿式基准电路(4)近似相同于第一放大器(2)，又联接同一电源，因此受温度变化和电源波动的影响近乎相同，若第二放大器(3)为理想的带通放大器，它对第一放大器(2)静态工作电压没有放大作用而是跟随作用，比较电压也就跟随第一放大器(2)的静态工作电压，当第一放大器(2)的静态工作电压随温度变化、电源波动影响而上下漂移时，比较电压也跟随着上下漂移，抵偿式基准电压也近似相同地上下漂移，所以对比较电压中的漂移量起到抵偿作用，如果能够“完全”抵偿，那么稳定性和灵敏度可达到极至，但实际情况是，还 有其他一些因素，引起比较电压的变化，抵偿式基准电压不可能完全抵偿比较电压的变化，所以，必须适当降低基准电压，将灵敏度调低一点，那就是将抵偿式基准电压(4)的集电极电阻RC2加大，比第一放大器(2)的集电极电阻RC1大7％左右即可。 [0024] 以上实施方案对提高稳定性和灵敏度是很有成效的。当然，其他各个环节也必须设计合理。本发明人研制的“热释电红外感应式照明开关”经试用，在四季稳定运行情况下，其灵敏度为8米——12米，最酷热的夏天也在8米以上，可使用于楼道及室内、外公共活动场所(洗手间、厕所、贮藏室、花园等)。

[0025] 本发明揭示了现有电路的缺陷，并有效地弥补，其性能指标完全可以适用于照明、保安等各种自动开关，从而可使之得到广泛应用。