CN1137705A - 超微功耗红外自控电路 - Google Patents

Abstract

超微功耗红外自控电路静态功耗小于0.6毫瓦，其电路中仅设置一片CMOS集成电路芯片IC；不用放大整形，采用在单稳触发端预置窄脉冲串的方法使静态时单稳处于临界待触发状态，当与预置脉冲波形、相位均相同的微弱有用信号迭加上去即突破阈值导致触发翻转。IC外围多数晶体管基-射电压在静态和动态都小于0.1伏。光敏管不设偏置。本电路结构简单，功耗低，被控对象功能可靠，电源电压可用普通干电池，使用方便。

Description

超微功耗红外自控电路

本发明涉及一种电子电路，具体是一种超微功耗的红外自控电路。

现有的红外自控电路功耗普遍较大，需220V市电供电，使用不方便。静态功耗较小(1.0毫瓦左右)的红外自控电路，需采用放大整形，电路较为复杂，且可靠性较差。Av9332948公开的《Ba-ttery operated electronic watertap-has low duty cydeintrared detector and bistableelectromagnetic valve》虽对红外自控电路作了改进，但仍然较为复杂。

本发明的目的是提供一种结构简单，使用可靠、方便，功耗特别低，能用普通干电池作电源控制被控对象的红外自控电路。

本发的目的是这样实现的：红外自控电路由集成电路芯片、红外发光二极管、红外光敏管，多谐振荡器等部份构成。电路中仅设置有一片CMOS双单稳集成电路芯片IC，其外围的多数晶体管均由电路组态和电阻阻值保证它们的基-射电压U_BE无论在静态还是在动态均小于0.1伏，静态时晶体管工作在非线性区。利用集成电路芯片中的一个单稳把由两个双极型晶体管构成的多谐振荡器产生的宽脉冲串压缩为原来的千分之一后，供给其后的各晶体管。在静态时，集成电路芯片中的另一个单稳的触发端预置了脉冲串，该脉冲串与有用信号波形相同，相位相同。红外光敏管不设偏置。

本发明具有以下突出的优点：

1.为实现超微功耗，本自控电路采用了有效的控制方法：集成电路芯片外围多数晶体管基-射电压U_BE都设计在0.1伏以下；利用IC中的一个单稳把多谐振荡器产生的宽脉冲串压缩为原来的千分之一后供给其后的各晶体管，占空比很小；红外光敏管不设偏置；在静态时IC中的另一个单稳的触发端预置了与有用信号波形相同，相位相同的脉冲串。这些方法最大限度地保证了控制线路降低功耗，性能优良，使用可靠。

2.不用放大整形，代之以数字电路预置脉冲串，当信号迭加上去突破门坎电压而翻转。电路设计简洁、可靠。

3.本自控电路可以连接不同的工作器件，对不同的被控对象进行监测控制，有关参数可根据需要确定或修定。

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

附图给出了本红外自控电路控制水龙头的实施例。

参见附图。

本例中，双单稳采用的是CD4528CMOS集成电路芯片。D₁为普通LED，D₂为红外LED，D₃为光敏管，D₄也可用10P电容代替，D₅为锗管。L为动铁偏磁电磁铁线圈。

晶体管T₁和T₂构成多谐振荡器，其输出经IC内部第1个单稳变换为脉宽减到仅为原来的1/1000的窄脉冲串提供给T₃基极。T₃在导通时是恒流源，其集电极电流被5条支路所分流。其中一条支路即为红外发光管D₂，它向空间发射被窄脉冲串调制了的红外光；还有一条支路是T₄基流，它被T₄放大后以负向脉冲电压的形式预置在IC内部第二个单稳电路的负向触发输入端。该预置脉冲电压的谷点略高于IC单稳电路门坎值，故不导致触发。红外光敏管D₃在未接收到有效红外信号时，混杂于可见光中的少量红外光也能在D₃中激发一些光电流，它成为对有效信号的干扰噪声。在现有技术中常采用增大有用信号发射强度同时给光敏管设置偏置的方法来提高信噪比以抑制干扰。本发明无须增大信噪比，而是利用可见光干扰信号在被D₃接收解调后为近似直流这一特点，使电容C₉下端点电位对地悬浮而且略高于地，当有用信号到来后使T₆基极获得正向脉冲串，其集电极输出负向脉冲串，经T₅倒相后由C₆耦合给T₄基极，使T₄基极在静态时已有预置正向脉冲串的基础上迭加一个波形和相位都与之相同的脉冲串，从而使T₄集电极电压亦即加在IC中的第二个单稳电路负向触发端的预置的负向脉冲串的谷点向下延展，超越该单稳的门坎值而导致触发翻转，由稳态进入暂稳态。单稳电路设置为可重复触发方式，故在有用信号脉冲串持续期间一直保持暂稳态。

IC外围T₁-T₆除T₃外，5只双极型晶体管的基-射电压U_BE都设计在0.1伏以下，本电路对微安级电流也并不忽略，不认为它们是截止的。这意味着对本电路的分析不允许采用晶体管的线性模型，更不允许采用折线模型亦即不允许使用发射结死区概念，而只能采用PN结方程或Ebers-Moll模型。

为追求微功耗，IC外围双极型晶体管所处理的信号之占空比应尽量小亦即脉宽力求窄；同样为追求微功耗，多谐振荡器的电阻用得非常大故振荡电流极其微弱，这种结构的多谐振荡器的波形不对称系数本来就不易做大(占空比不易做小)，加之对电阻取值的限制，更难达到很小的占空比。在本电路中，多谐振荡器输出占空比亦即脉宽/(周期-脉宽)约为0.5，它经过IC内部第1个单稳电路使脉宽减窄为原来的千分之一再提供给T₃基极，从而使各晶体管中的信号成为非常窄的脉冲串，致使各管电流的均方根值大大减小。

红外光敏管D₃接成不设偏置的特殊电路，在信噪比很低的情况下也能抑制干扰，从而允许将D₂发射的红外光设计得非常微弱，又加之光敏管不设偏置，进一步减少了电源消耗。

由于预置在IC内部第2个单稳的负向触发端的负向脉冲的谷点非常接近但略高于该单稳门坎值，故只须极其微弱的有用信号迭加上去就足以向下突破门坎导致单稳翻转。这种设计取代了传统的模拟放大和施密特整形。

在本实施例的工作电路中，T₇-T₁₂组成桥式脉冲电路对控制水龙头的动铁偏磁电磁铁进行控制。当IC中的第2个单稳在有用信号到来的瞬间由稳态翻转为暂稳态时，在电路图上的A点出现正向阶跃电压，经C₁₁微分后使T₇、T₈、T₉瞬间导通，这时有一个脉冲电流从电路图中的B点流向C点，称为线圈的正向电流，它导致电磁铁发生吸合；此后依靠动铁偏磁保持吸合，线圈中只有晶体管的漏电流；当有用信号撤除后经历短暂延时(可调)单稳电路翻回稳态，A点电位发生负向跳变，经C₁₂微分后使T₁₀、T₁₁、T₁₂瞬间导通，这时有一个脉冲电流从C点流向B点，称为线圈的反向电流，它导致电磁铁释放。

桥式脉冲电路采用了简洁的设计。微分电容C₁₁和C₁₂均为纳法级以下的小电容，C₁₀的积分作用在电池用旧的情况下效果明显，从而延长电池寿命，C₁₀为皮法级。

整个电路使用的是4节5号普通电池，电池的连续使用寿命在半年以上。

Claims (1)

1.一种由集成电路芯片IC，红外发光二极管D₂；红外光敏管D₃，多谐振荡器T₁、T₂，以及IC外围T₁-T₆等组成的红外自控电路，其特征在于：

A.电路中仅设置一片CMOS双单稳集成电路芯片IC，其外围的T₁、T₂、T₄、T₅、T₆5只双极型晶体管的基-射电压U_BE无论在静态还是在动态均小于0.1伏，

B.利用IC中的一个单稳把T₁和T₂组成的多谐振荡器产生的宽脉冲串压缩为原来的千分之一后供给T₃及其以后的各晶体管，

C.在静态时，IC中的另一个单稳的触发端预置了脉冲串，该脉冲串与有用信号波形相同，相位相同，

D.红外光敏管D₃不设偏置。

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