一种利用发光二极管的220V交流电断电报警器的设计和实现

济宁医学院 王文斌 王承文

本文巧妙地利用发光二极管和光敏电阻设计了一种断电报警器，它能够利用声音来进行报警。电路中的发光二极管和光敏电阻能够高效地进行光电转换。它最大特点是报警器与220V交流电完全隔离，达到了电气上的绝缘，安全可靠，抗电磁干扰能力强。电路中使用了集成电路，结构简单，并使用硅管，稳定节电。

220V交流电断电在日常生活和工作中经常遇到，一旦断电，可能造成重大损失影响我们的生活和工作，如家庭中和实验室的恒温冰箱，正在充电中的充电器等等。断电如不能及时发现，后果可能不堪设想，为此本人利用发光二极管设计了这一款断电报警器。它的特点是此报警器与220V交流电完全电气隔离和绝缘，安全性能非常好，抗电磁干扰能力强，工作可靠。只要把此装置插到220V电源插座上就能察觉是否断电，若有电，它不会报警，若出现断电，它会发出报警声音报警，从而克服了普通指示灯用来指示有无电不易察觉的缺点，是一款实用新颖的断电报警器。

1 工作原理

此处设计的断电报警器由电路图1和电路图2构成。电路工作时220V交流电有电则无报警声，断电则会立即发出报警声。电路图1所示是一个使用220V交流电的发光电路，电路图2所示是光信号接收自动报警电路。

图1 电路图1

电路图1中220V交流电经4只整流二极管D1、D2、D3、D4组成的桥式整流电路整流，变成直流电，然后经R1、C1、C2进行π型滤波，再接到半导体磷化镓（GaP）绿色发光二极管LED上。LED使用BT103，它的工作电流是10mA，正向压降2.5V，R1取值计算如下：

经计算这里R1可取30KΩ，由此经估算C1、C2可选取33μF的电容。

电路图2由光信号接收电路、开关电路、和报警发声电路三部分组成。图中RG是一光敏电阻，它与图1中的LED正对耦合，组成一光电耦合线路，两者顶部相对固定在一起，并用黑胶带缠好，防止外面的光线照射到光敏电阻上形成干扰。此处的光敏电阻使用峰值波长为540nm的光敏电阻GL3526，它的波长540nm比较接近绿光的波长，LED使用BT103，它发出的绿光波长是565nm，与540nm非常接近，这样RG接收到LED的绿光信号后能够最高效地转变成电信号，实现很好的光电耦合。GL3526的亮阻大约几十KΩ，而暗阻大于1MΩ，两者相差很大，能够有效地区分有无光信号，从而可用来有效地区分220V交流电有电和无电两种状态。图中NPN型三极管VT1和PNP型三极管VT2构成开关电路，平时220V交流电有电LED亮时VT1处于截止状态，其集电极电位高，ⅤT2也处于截止状态，使集成电路IC的IN端处于低电位；而220V交流电断电LED不亮时ⅤT1处于导通状态，其集电极电位低，VT2处于导通状态，使IC的IN端处于高电位。集成电路IC与三极管ⅤT3及扬声器Y构成报警发声电路，IN是集成电路的输入端，OUT是它的输出端，OUT输出的音频报警信号控制VT3的基极，经VT3放大，由Y发出报警声。当IC输入端IN处于低电位时，集成电路没有触发，无报警声，当IC输入端IN处于高电位时，集成电路触发，会发出报警声。因此220V有电时此电路不报警，断电时会立即报警。

图2 电路图2

此电路设计时特别注意了以下几个地方：使用发光二极管LED作光源获取信号，它有很多优点，电流小，效率高，寿命长，稳定性好，可靠性高，绿色节能。设计时要求发光二极管LED和光敏电阻RG一定要配合好，光敏电阻的峰值波长应尽量接近发光二极管的发光波长，这样可以实现良好的耦合，提高效率节约电能，图中使用磷化镓绿色发光二极管BT103配合使用峰值波长为540nm的光敏电阻GL3526就是为了这一目的。发光二极管和光敏电阻的响应速度都很快，因此对于50Hz的交流电整流后应加滤波电路，以减小电压的脉动。因负载电流较小，π型滤波效果较好，C1、C2使用33μF的电容即可达到要求。电路中ⅤT1使用一只硅NPN型三极管，ⅤT2使用一只硅PNP型三极管，两三极管只有报警时才会饱和，平时都处于截止状态，这样平时电流较小，可以节约E的电能，延长电池使用寿命。为抗电磁干扰防止误触发IC，电路加上两只电容C3和C4。ⅤT3用来放大IC的音频输出，如果报警声输出功率不足，也可以再添加一只三极管构成复合管进一步功率放大。

2 元器件选择

发光二极管LED选BT103，它的发光光谱波长为565nm，最大电流20mA，也可选BT113。光敏电阻RG选GL3526，它的光谱峰值波长为540nm，亮阻10～20KΩ，暗阻＞1MΩ，也可选GL5528。集成电路IC选KD9300。三极管ⅤT1选9013或3DG6，VT2选9012或3CG21，VT3选9013或3DG6，他们的β值＞30即可。整流二极管D1～D4选1N4007或1N4004，反向击穿电压＞400V。电容C1、C2选33μF耐压＞400V的电解电容。C3、C4选0.1μF的瓷片电容即可。Y可用8Ω电动扬声器。其它元件无特别的要求。

3 安装与调试

按照图1和图2连接好线路，调节电位器W，接上220Ⅴ交流电，使电路不报警；断开220Ⅴ，使电路能够报警。W应适中，太小了耗电大还可能出现误报，太大了电路可能不报警。若电路易受电磁干扰误报，可适当增加C3和C4的容量。