新疆轻工职业技术学院 毕业论文（专科）
论文题目：红外线控制开关
姓 名：
班 级：06成人电气自动化技术
指导教师：
2009年4月25日
目录
摘要................................................................................................................................................... 1
1 绪论 ............................................................................................................................................. 1
1.1 遥控开关的发展 .............................................................................................................. 1
1.2 红外线特性及红外线遥控开关的优点 ............................................................................ 2
1.3 红外线遥控开关的基本构成 ............................................................................................ 4
2 红外线遥控开关设计原理 ......................................................................................................... 4
2.1 红外线遥控开关的构成原理 ............................................................................................ 5
2.2 红外线遥控开关发射系统 ................................................................................................ 5
2.3 红外线遥控开关接收系统 ................................................................................................ 7
3 红外线遥控开关的硬件电路单元 ............................................................................................. 8
3.1 红外发光二极管 ................................................................................................................ 9
3.1.1 红外发光二极管的基本特性 ................................................................................. 9
3.1.2 红外发光二极管的主要参数 ............................................................................... 11
3.1.3 红外发光二极管的基本驱动方式 ....................................................................... 13
3.2 光电二极管 ...................................................................................................................... 16
3.2.1 光电二极管的基本特性 ....................................................................................... 17
3.2.2 光电二极管的主要参数 ....................................................................................... 18
3.3 红外线接收解调专用集成电路CX20106A................................................................... 19
3.3.1 红外线接收解调专用集成电路简介 ................................................................... 19
3.3.2 CX20106A和KA2184 ....................................................................................... 20
3.4 多谐振荡器74HC00 ....................................................................................................... 22
4 结论............................................................................................................................................. 24
参考文献 ......................................................................................................................................... 25
红外线控制开关
摘要
在人们懂得了用电的那一年开始，机械动作式的开关就开始与人类相伴，到了科技相当发达的当今时代，传统的按键式和拉线式开关仍然是照明开关的主体，凭借其较为简单的结构、低廉的售价和方便的安装便用方法，牢固地占领着市场。然而，现代电子技术的发展和人们对生活质量的需求变化，已使传统的开关感受到产品更新换代的威胁。于是遥控开关电路便顺理成章的应运而生了。遥控其实就是远距离操纵的意思。
关键词：发光二极管 红外线 CX20106A 开关
1 绪论
1.1 遥控开关的发展
自从人们发现了无线电波，就开始用无线电来遥控了。航空爱好者用无线电收发装置来操纵模型飞机，舰模爱好者用无线电来操纵模型舰艇。走廊里的声控电灯也是一种遥控装置。当人们走路的声音，说话的声音传到灯头上的声控开关时，电路就被自动接通了。当然，声控开关旁边还要有个延时开关，就是使电路只能接通几分钟，然后再自然地断掉。这样既可以省电，又可以延长电灯的寿命。可见，声音、超声波、无线电波都可以用作传
递信号的媒体，传递命令，实现远距离操纵，前面提到的声控电灯，只有一个命令：接通！这很简单。要操纵小船，就要有左转、右转、启动和停止的四条命令。操纵飞机就还需要左、右、俯、仰等命令，而且每条命令是发给不同的机构的。这就需要你的无线电发射器和接收机有两通道或四通道的功能。构造复杂，造价也很高。而且象空调机、电视、录音机和音响设备的遥控器能发出无数条指令，对应着开、关、颜色、亮度、音量、时间预置、节目预置、频道选择等许许多多的命令，许许多多的功能，它是如何实现的呢？这种遥控器主要是应用红外线来遥控。
1.2 红外线特性及红外线遥控开关的优点
红外线实质上是一种电磁波。从分析自然界中各种电磁波组成的波谱中可知，波谱是由γ射线、x射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波组成的。从形式上看，它们之间似乎没有关系，但是如果按他们的波长依次排列，就会发现和我们形影不离的可见光只占整个波谱中0.38～0.76µm波长的这么一点范围，而和可见光相邻的红外线（包括远红外、中红外和近红外）却占了波谱中0.76～1000µm的一大段。红外线是介于可见光与微波之间的一种电磁波，因此它具有两相邻波的某些特性。在近红外区，它和可见光相邻，因此具有可见光的某些特性，如直线传播、反射、折射、散射、衍射、可被某些物体吸收以及可以通过透镜将其聚焦等。在远红外区，由于它邻近微波区，因此它具
有微波的某些特性，如较强的穿透能力和贯穿某些不透明物质等。
自然界中，不论任何物体，也不论其本身是不是发光（指可见光），只要其温度高于绝对零度（-273℃），都会一刻不停地向周围辐射红外线。只不过是温度高的物体辐射的红外线较强，温度较低的物体辐射的红外线较弱。红外线摄象、红外线夜视、热释电红外探测以及某些导弹的瞄准等就是利用红外线的这一特性工作的。
红外线不能穿越砖瓦水泥砌筑的墙体。用红外线作遥控开关的传递媒介时，不会对邻居的家用电器造成干扰。而外界环境一般也不容易对你发出的红外线指令信号产生干扰。如果用无线电信号就容易受空间电磁波干扰。因此，指令的传递安全可靠。而且上文也提及红外线遥控开关有过去老式遥控开关所不具备的多通道、执行无数条指令的独特优势。红外线遥控只是红外线众多应用中的一部分，目前在家用电器中广泛应用的彩电遥控器、录象机遥控器、VCD机遥控器、高保真音响遥控器等，都采用了红外线遥控，它使这些家用电器的控制变的十分简单，方便。在无线电遥控、声遥控、超声波遥控和红外线遥控中，红外线遥控技术是最复杂的，但使用起来也是最方便的。当人们把它运用到家用电器上和其它电子控制电路配合使用，也是最便捷精巧的。这在成批生产的家用电器中，技术成本也就可以降下来了。目前使用最多的还有一处就是汽车上的自动防盗报警系统。司机掏出
一块橡皮大小的发射器轻轻一按，“滴”的一声，命令就被贯彻下去了。
1.3 红外线遥控开关的基本构成
红外线遥控开关由红外线发射器和接收器两部分组成：发射 器包括调制器和红外线发射管，一般都装在一个小盒子内，可以放在手头，有效发射范围达十余米。红外线发射管能发射出某一确定频率的红外光波。调控器用低频控制信号来调制改造红外光波，这样，从红外线发射器发出来的红外光波中，就包含了控制信号的信息。红外光波好比一只信鸽，控制信号好比一封信，把信件拴在信鸽的尾羽上，这个过程叫调制。红外接收器都安装在家用电器的正面面板上，它里面有接收管、抗干扰电路、解调器、开关控制器等。红外光波照到接收管上，立即被它转变成为电信号；抗干扰电路能识别和排除周围环境中的红外线干扰信号，只让自家的红外光波通过检验；解调器能将截在红外光波上的低频控制信号卸下来，也就是说，还原成明确的指令信号，然后根据命令操纵各个系统，控制有关的电源开关。
对于大多数多通道红外遥控电路来说通常采用频率编码或
者脉冲编码的方式来划分频道，本设计中采用脉冲编码的方式来划分频道，该电路由单控键红外发射器，红外接收及控制电路组成。
2 红外线遥控开关设计原理
2.1 红外线遥控开关的构成原理
红外线遥控开关如框图2-1-1，由编码器的编码信号（即控制信号）经调制变成受调制的红外线信号，由发射器发送出，再由红外线接收器接收进行放大后送到解码器进行解码，然后用输出的控制信号去控制执行机构。
图 2-1-1
2.2 红外线遥控开关发射系统
图2-2-1为发射系统原理图，发射系统由微动开关和一只四——二输入与非门74HC00组成。U1的一个输入端接+5V电源，其中U1、U2和R2、C2组成键控式多谐振荡器。未接通电源时，U1、U2和R2、C2组成的系统处于定态。接通电源后，R1和C1产生电磁振荡，使U1的输入端有微小的跳变产生，必将引起如下的正反馈过程：Vi1上升导致Vo2上升，而Vo2的上升又导致Vi1上升，使Vo1迅速跳变成低电平，而Vo2迅速跳变为高电平，电路进入第一个暂稳态。同时，电容C2开始放电，随着电容的
放电，Vi1迅速下降到Vi1=Vth时，又有一个正反馈过程发生，即Vi1下降导致Vo2的下降，而Vo2的下降又导致Vi1下降，Vo1迅速跳变为高电平而Vo2迅速跳变为低电平，电路进入第二个暂稳态。同时电容C2开始充电，随着电容C2的开始充电，Vi1不断升高，当升至Vi1=Vth时，电路又重新转换到第一个暂稳态。因此，电路便不停地在两个暂稳态之间振荡。其振荡频率由公式f=1/2*(R2)(C2)确定。该电路的振荡频率要求为38K Hz,C2=1000pF,故R2=12KΩ，U3、U4组成缓冲放大极，兼有脉冲整形功能。U4输出的电流接在三极管的基电极b端，红外发光二极管SE301A接在三极管的集电极c端，三极管的发射极e接地,使组成功率放大器，使红外发光二极管SE301A的发光功率变大，以增大发射距离，使其大于8米，达到技术指标的要求。同时，SE301A发出的是38K Hz调制的红外光。
SA
图 2-2-1
2.3 红外线遥控开关接收系统
系统由红外光电测管PH302，红外遥控前置放大器，八进制计数器CD4022，四——二输入与非门CD4011，开关电路组成。电路原理图由图2-3-1所示。前置放大器由CX20106A红外前置放大专用集成块担任，它的内部主要由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分电路以及脉冲整形电路组成。它具有灵敏度高，增益大，输出波形好等特点。
由红外接收管PH302接收到的发射信号通过信号处理电路CX20106A的放大、解调处理后，由7脚输出解调脉冲。如果发射器发出的是连续的长脉冲，则由7脚输出的是恒定的低电平信号，如果发射器发出的是断续的短脉冲，则由7脚输出的是断续的方型脉冲。
CX20106A输出的是恒定的低电信号输入三极管VT1的基电极b，由集电极输出，而且输出的是高电平，和原来的信号相反。将CX20106A与VT1组成的放大解调系统输出的信号输入到八进制计数器CD4022的输入端（14脚）。CD4022
的第14脚为输入端CLK，第15脚为置零端RST，第2、1、3、7、11、4、5、10端为输出端。
光电二极管PH302接收到发射机发送的第一个信号后，CX20106A输出低电平信号，经VT1 反向后送到CD4022的第14脚，使其第2脚输出高电平，而其它脚输出的为低电平。CD4022的第2脚输出信号送到CD4011的第1和第2两个脚，使得第一个与非门
U3A输出为低电平，从而使发光二极管D4的正向电压大于导通电压，使D4发光。当发光二极管PH302接收到发射机发送的第二个信号后，CD4022接收到第二个脉冲，使得CD4022第1脚输出高电平，第2脚变成低电平，此时发光二极管D4的正向电压小于导通电压，D4不发光，D5的正向电压大于导通电压，D5发光。以此类推，CD4022接收到第三个信号后，D6发光，接收到第四个信号后，D7发光。我们设计只使用四种状态，所以将CD4022的第11脚的高电位通过二极管D3反馈到第15脚，给CD4022一个置零脉冲，使CD4022在接收第五个信号后又回到第一状态，即第2脚输出高电平，D4发光。
图 2-3-1
3 红外线遥控开关的硬件电路单元
3.1 红外发光二极管
作为红外线遥控开关的重要组成元件，红外发光二极管是采用砷化镓（GaAs）和砷铝化镓（GaAlAs）等半导体材料制成的，它们的外型和普通的发光二极管基本相同，用透明的树脂材料封装。中大功率的红外发光二极管采用金属或陶瓷材料做底座，用玻璃或树脂透镜做窗口。本设计选用SE301A红外发光二极管。
3.1.1 红外发光二极管的基本特性
（1）伏安特性
红外发光二极管的安暗特性如图3-1-1所示，红外发光二极管的正向压降VF与材料及正向电流有关。砷化镓红外发光二极管的正向压降在1～2V之间；小功率管的正向压降在1～1.3V之间；中功率管的正向压降在1.6～1.8V之间；大功率管的正向压降小于等于2V。在使用是应注意驱动电源电压的数值应大于红外发光二极管的正向电压VF，否则不能克服死区电压产生的正向电流IF。 红外发光二极管的反向击穿电压VR较低，约为5～30V，因此，使用中要注意其反向电压不要超过5V，否则会造成元器件损坏。所以，在实际使用中需加限流电阻予以保护。
图 3-1-1
（2）输出特性
红外发光二极管的输出特性曲线如图3-1-2所示。它表示红外发光二极管的输出功率Po与正向工作电流IF之间的关系。
由图3-1-2可见，在工作电流IF较小时，输出光功率Po与工作电流IF成线性关系。当工作电流IF较大时，曲线产生了弯曲，红外发光二极管饱和，Po与IF就不再成线性关系了，形成了非线性工作区。
在红外线遥控电路中，红外发光二极管一般都工作在开关状态（数字调制）。因此，对于输出特性是否在线性区没有要求。
当红外发光二极管用在简单的光通信中时，它的工作状态为调幅工作状态（模拟调制），这时必须使红外发光二极管工作在线性区。
图 3-1-2
（3）指向特性
红外发光二极管的指向特性是指它的发射光强度与光辐射的几何角度的关系，它是由封装透镜的形状、管芯与顶端的位置决定的。
采用多只发射管并列安装的方法，可以改善发射光的指向特性。用于遥控发射器的红外发光二极管所发射的红外光的波长在0.9 ～1.0µm之间，属于近红外光。近红外光在电磁波谱中与可见光相邻，它具有反射光的可见特性。当红外遥控器在室内使用时，发射管不必正对接收管，可通过室内墙壁及家具的反射将红外光发射到接收管中以实现遥控操作。红外线的这一特性使红外遥控器的使用十分方便。
3.1.2 红外发光二极管的主要参数
（1）工作电流IF及峰值电流IFP
一般小功率红外发光二极管的正向工作电流为30～50mA，在使用时如时超过IF工作范围，容易使红外发光二极管发热损坏。
所以需加限流电阻进行保护。
峰值电流IFP是指流过管子的脉冲电流的最大峰值。若脉冲电流的平均值与恒定的直流值相等，则脉冲电流的幅值要比允许的工作电流大的多，其发射效率也较高。所以一般遥控发射器都采用占空比较小的脉冲工作方式。 （2）管功耗Pm与光功率Po
管功率与光功率是两个不同的概念。管功耗是指流过管子的电流与管压降的乘积，最大功耗不得超过允许值。而消耗在管内的电功率仅有一部分转变为光功率，故小功率发光二极管的光功率仅为1～3mW，发光效率只有百分子几。 （3）峰值波长λp
峰值波长是指红外发光二极管所发出的红外光中，光强最大值所对应的发光波长。在选用红外接收管时，其峰值波长应与红外发光二极管的峰值波长相一致或相近，以提高其接收效率。 （4）反向漏电流IR
反向漏电流之红外发光二极管在未被击穿时反向电流的大小，这一指标应尽量小。 （5）响应时间tw
红外发光二极管PN结电容的存在会影响他的工作频率。一般红外发光二极管的响应时间约为10-6～10-7s，最高工作频率约为几十兆赫兹。
表3-1-1给出了几种红外发光二极管的主要参数。
3.1.3 红外发光二极管的基本驱动方式
红外发光二极管是一种电流驱动器件，它的基本驱动方式有直流恒定电流驱动、直流脉冲驱动和交流电流驱动三种。 （1）直流恒定电流驱动方式
直流恒定电流驱动方式如图3-1-3（a）所示。图中V+为驱动电压，R为限流电阻，驱动电流IF=V-VF/R。式中VF是红外发光二极管的正向管压降。由于是直流驱动，其驱动电流也就是正向平均工作电流。因此，实际工作电流只要不超过器件参数表给出的表值即可。
由于是直流电流恒定驱动，因此，红外发光二极管发出的也是光强恒定的红外光，如图3-1-3（b）所示。这种驱动方式常用于红外遥控开关电路中的红外发射电路，其特点是结构简单。
图 3-1-3
（2）直流脉冲电流驱动方式
驱动原理如图3-1-4所示。在图3-1-4（a）中，驱动电压V为脉冲电压，所以红外发光二极管的驱动电流也为脉冲电流。红外光的有效传送距离与驱动功率峰值成正比，而峰值功率又与所加的驱动电流峰值成正比。所以，为了提高红外光的传送距离，应加大峰值驱动电流。红外发光二极管参数表中给出的工作电流有正向工作电流和峰值电流两项，其中正向工作电流是指采用直流恒定电流驱动方式时的平均工作电流，峰值电流是指采用直流脉冲电流驱动方式时的峰值驱动电流。红外发光二极管的正向工作电流IF与峰值电流IFP之间有如下关系： Ip= IFP(To/Td)1/2
其中To/Td为脉冲电流的空度比。空度比越大，允许的峰值电流越大。因此，若参数表中仅给出其中一项时，则可根据公式求出另一项，以适应电路实际工作的要求。例如：某红外发光二极管
的参数表中仅给出IF=100mA，若电路中需要的空度比为To/Td=25，则有公式可以算出峰值电流IFP=500mA。
脉冲电流的空度比并不是可以无限加大的，因为空度比过大时，脉冲的宽度Td太窄，由于受红外发光二极管响应时间的限制，来不及响应脉冲电流就消失了，这样就不能保证控制的有效性。
采用直流脉冲电流驱动方式除了能提高发射功率和节约发射能源外，还有一项重要作用，就是可用来传递数字遥控信号。这是因为在数字电路中，脉冲波形中的高、低电平分别代表二进制数的1和0。在用一定频率的脉冲电流来驱动红外发光二极管时，它的每一个发送周期可以包含许许多多的二进制遥控信息。这也正是采用同一遥控器可以控制很多项目的原因。正因如此，直流脉冲电流驱动方式是红外发光二极管在红外遥控电路中的主要应用方式。
（3）交流电流驱动方式
交流电流驱动方式与直流脉冲电流驱动方式完全相同，只是
直流脉冲电流驱动方式采用的是矩形波，而交流电流驱动方式采用的是正弦波，同时对驱动电路预加直流偏置，以保证所传递信号的保真度。交流电流驱动方式主要用来传递音频信号，如近距离的红外线通信、音响电路中的红外线耳机等等应用。
3.2 光电二极管
光电二极管也是红外遥控开关的重要组成，半导体材料在受到光的照射后会产生电流，这就是半导体的光电效应。光电二极管就是利用半导体材料的光电效应制成的。
光电二极管是一种光电变换器件，当它的PN结受到光的照射后能吸收光并将光能转换为电能。光电二极管采用以下两种工作方式工作。第一种为预加偏压工作方式，即对光电二极管预加一定的偏压，当受到光的照射后，光电二极管的反向电流会随着照射光强度的变化而变化，光的强度越大，则反向电流越大。在大多数应用电路中，光电二极管都是以这种方式工作的，第二种为不加偏压的工作方式，它是利用PN结在受到光照后会产生正向电压的原理，把光电二极管当作微型光电池使用，这种工作方式多用于光电检测电路。
光电二极管有四种类型：PN结型（也称PD型）、PIN结型，雪崩型和消特基型，其中应用最多的是用硅材料制作的PN结型光电二极管，它的价格也最低。其它几种类型的光电二极管由于响应速度快，主要用于光纤通信及计算机信息传输。常用的光电二
极管一般有2DU型和2CU型两种。2DU型光电二极管带有环极，可减小暗电流，它接电源正极。一般最常用的是2CU型光电二极管，它采用金属外壳全密封，顶端有玻璃透镜窗口。
本设计选用PH302光电二极管。
3.2.1 光电二极管的基本特性
（1）伏安特性
光电二极管在无光照射时，它的特性与一般的硅二极管一样。当受光照射后，它的特性曲线沿电流轴向下平移，平移的幅度与光的照度成正比。特性曲线在第三象限内的部分，表达了光电二极管在加有反向电压的情况下受光照射后的反向特性。次特性表明：反向电流随入射光线照度的增大而增大，在一定反向电压范围内，反向电流的大小几乎与反向电压的大小无关。
在入射照度一定时，光电二极管相当于一个恒流源，其输出电压随负载电阻的增大而升高。如R1>R2，则输出电压VR1>VR2，其中VR1=Ec-V1，VR2=Ec-V2。
特性曲线在第四象限内的部分表明：它呈光电池特性，光照强度越大，负载电阻越小，电流越大，即R1>R2时，I2>I1。 （2）光谱响应特性
光电二极管的光谱范围为400～1100nm,其峰值波长为880～900nm,如图3-2-1所示。它与砷化镓（GaAs）红外发光二极管的波长相匹配，可以获得较高的传输效率。
图 3-2-1
3.2.2 光电二极管的主要参数
（1）反向工作电压VR
在无光照的情况下，光电二极管中的反向电流小于等于0.2～0.3µA时，允许的反向最高电压一般不大于10V，最高允许电压为50V。
（2）暗电流ID
在无光照时，加上一定的反向电压后形成的反向偏电流，称为暗电流。
（3） 光电流IL
在一定的反向电压条件下，当受到光照时，通过光电二极管的电流为光电流。一般情况下，光电流强度为几十微安，并且和光的照度呈线性关系。
3.3 红外线接收解调专用集成电路CX20106A 3.3.1 红外线接收解调专用集成电路简介
在红外遥控电路中，光电接收管在接收到由红外发射管发送来的红外遥控信号后，输出电信号。由于这个电信号十分微弱，必须通过放大器放大后才能用于对电路的控制。而这个放大器除了应有高的放大倍数外，还应当是低噪声并具有对信号波的调解能力，即滤除信号载波，只留下有用的控制信号。通常这种放大器由晶体管、门电路或集成运算放大器组成。而采用专用集成电路的前置放大器则具有电路结构简单、使用方便、性能稳定和功能完善的优点，因此这类放大器已成为各类遥控器的首选电路。
红外遥控专用集成电路前置放大器最初用在彩色电视机的红外遥控接收电路中，由于其电路功能强，性能优越，外围电路简单，使用成本低，现已广泛用在各种红外遥控系统中。
目前使用的红外遥控专用集成电路前置放大器主要有两种类型：第一类以CX20106A和KA2148为代表，这种电路内部设有滤波电路，外电路十分简单，由于不设外接电感进行选频，故抗干扰能力较强；第二类以µPC1373和LA7224为代表，这类电路内部未设滤波电路，因此需要外接LC滤波网络进行选频。这两类电路功能均较强，内部包括前置放大器及脉冲形成电路，在CX20106A和KA2184中还包含了选频电路。因此，用一块电路就可以完成放大、选频、解调和脉冲形成等功能。
3.3.2 CX20106A和KA2184
CX20106A是索尼公司的产品，KA2184则是其仿制品。它的内部电路结构与电参数完全相同，可直接代用。CX20106A的内部主要由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器及脉冲整形电路组成。其中的自动电平控制电路ABLC可以保证在输入信号较弱时前置放大器有较高的增益，在输入信号过强时前置放大器不会过载。为确保遥控器在预定的遥控距离（约10米）内可靠地工作，其内设滤波器的中心频率f0可由⑤脚外接的电阻来调整，调整范围为30～60kHz。 （1）CX20106A的工作过程
前置放大器将光电管输出的脉冲电压进行增益约为77～79dB的放大，然后通过限幅器进行限幅处理，将其变为整齐的矩形脉冲，经过带通滤波器进行选频并滤除干扰，再通过检波器滤除载频并检出指令信号，最后将检出的指令信号进行整形并由⑦脚输出。如果要用一句话来概括该电路的功能，则可这样说：当接收到与CX20106A滤波器中心频率相符合的红外遥控信号后，其输出端（⑦脚）就会变成低电平。 （2）CX20106A的电参数
1）电源电压的典型值为5V，最大值为17V。 2）工作电流为1.1～2.5mA(典型值为1.8Ma)。 3）输出低电平为0.2V。 4）电压增益为77～79dB。
5）输入阻抗为27kΩ。
6）滤波器中心频率f0为30～60kHz。 7）允许功耗为0.6W。
图 3-3-1
图3-3-1为CX20106A的应用电路图，其中R1为带通滤波器中心频率f0 的设置电阻，通过改变其阻值可以改变接收器的接收频率。当f0 偏离被接收信号的频率时，频率设置电阻为200kΩ,其常数C= f0 ×R1。如果采用38kHz的发送频率，则电阻R1的阻值应为：f01 ×R1/f02 =40×103 ×200×103 /38×103 =211kΩ。R2、C1串联网络是决定放大器增益和频率特性的反馈网络，一般CX20106A的总增益被设计为77～79dB，在此增益下⑦脚输出的脉冲幅度约为3.5～5V。适当见效R2或增大C1会使增益有所提高，但C1太大时会使频率特性变差。兼顾两者，通常取R2=4.7Ω，C1=1µF。CX20106A采用峰值检波方式，检波电容C2一般选用容量为3.3µF的电容器。C2较大时，将变成平均值检波，瞬态响应会变低，C2较小时，虽然为峰值检波，且瞬态响应灵敏度较高，但检波输出脉冲宽度会发生较大变动，容易导致低频译码出错而产
生误动作。C3为积分电容，其容量一般取330pF。C3较大时虽然可使抗干扰能力提哦高，但同时会使输出脉冲的低电平持续时间加长，造成遥控距离变短。⑦脚为低频解码信号输出端，R3是输出负载电阻，VD为光电接收二极管。若采用光电三极管，则应使其集电极接CX20106A的①脚，发射极接地。
CX20106A的带通滤波器中心频率f0 的范围仅为30～60kHz。所以，在用于频率编码时，它所容纳的频道数较少，一般不会超过3个频道，每一个频道需要配置一个CX20106A，通过R1来调准频道接收频率。当它应用在脉冲编码的红外遥控电路中时，可容纳的频道数则不受限制，例如在彩色电视机红外遥控电路中，它所容纳的控制指令已有几十个。
关于CX20106A技术参数见表3-3-1
3.4 多谐振荡器74HC00
采用74HC00是因为74HC00电源电压低容易起振，不影响使用，74HC00电路的基本特性有：
1）工作电压范围：2.0～6.0V。
2）频率特性：一般CMOS电路的工作频率在100kHz以下，74
系列在40MHz以下。
3）输出电压特性：当工作电压为5.0V时，最小逻辑“1”
的输入电平为3.5V，最大逻辑“0”的输入电平为1.0V，输出高电平大于Vcc-0.1V，输出低电平小于0.1V。
4）最小输出的驱动电流：74HC系列的标准输出为4mA,大电
流输出为6mA。
5）扇出能力（LS-TTL）：74HC系列的标准输出为10，大电流
输出为15。
6）最大电流输出（单位mA，输出底电平0.4V）：74系列为
-0.001。
7）输入阻抗最高可达104 Ω。
8）HCMOS电路速度高，抗干扰能力弱，最好每个器件的电源
都要接0.01µF～0.1µF的旁路电容，本设计为电容Ｃ1。
9） 高速CMOS器件的加电顺序：为保证安全，加电时先接地
线，再接电源，最后连接输入信号，取电信号相反。
74HC00的具体工作参数见表3-4-1。
4 结论
设计结束得到以下结论：红外线遥控的特点是不受外界环境影响，不干扰其它电路设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生互相干扰。红外线遥
控开关将会更广泛的应用于国民经济的各个领域中，发挥出越来越重要的作用。
经过几个月的毕业设计，自己收获很大，对以前的理论知识有了更深一步的了解，动手能力也有了很大的提高。为了知道集成块各管脚的功能，自己在图书馆和互联网查阅了许多资料，终于找到了相应的集成块参数。查阅的过程很辛苦，但是学到了不少方法。为了更好的完成设计，又将《模拟电子技术基础》以及《数字电子技术基础》的知识进行了巩固，对电路的原理吃的更加透彻。在完成设计的过程中，还对许多以前未曾涉及过的知识进行了学习，红外线遥控基于Windows环境，功能强大，让我不仅在此设计，在今后的工作中也会受益良多。在电路安装调试过程中，也是尽量做到细致入微，象接收系统较为复杂，布线时就从全局出发，由大件到小件，再到每根导线都力求完美，最终使得设计指标能够达到。
参考文献
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[4]肖景和、赵健.红外线热释电与超声波遥控电路.人民邮电出
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新疆轻工职业技术学院 毕业论文（专科）
论文题目：红外线控制开关
姓 名：
班 级：06成人电气自动化技术
指导教师：
2009年4月25日
目录
摘要................................................................................................................................................... 1
1 绪论 ............................................................................................................................................. 1
1.1 遥控开关的发展 .............................................................................................................. 1
1.2 红外线特性及红外线遥控开关的优点 ............................................................................ 2
1.3 红外线遥控开关的基本构成 ............................................................................................ 4
2 红外线遥控开关设计原理 ......................................................................................................... 4
2.1 红外线遥控开关的构成原理 ............................................................................................ 5
2.2 红外线遥控开关发射系统 ................................................................................................ 5
2.3 红外线遥控开关接收系统 ................................................................................................ 7
3 红外线遥控开关的硬件电路单元 ............................................................................................. 8
3.1 红外发光二极管 ................................................................................................................ 9
3.1.1 红外发光二极管的基本特性 ................................................................................. 9
3.1.2 红外发光二极管的主要参数 ............................................................................... 11
3.1.3 红外发光二极管的基本驱动方式 ....................................................................... 13
3.2 光电二极管 ...................................................................................................................... 16
3.2.1 光电二极管的基本特性 ....................................................................................... 17
3.2.2 光电二极管的主要参数 ....................................................................................... 18
3.3 红外线接收解调专用集成电路CX20106A................................................................... 19
3.3.1 红外线接收解调专用集成电路简介 ................................................................... 19
3.3.2 CX20106A和KA2184 ....................................................................................... 20
3.4 多谐振荡器74HC00 ....................................................................................................... 22
4 结论............................................................................................................................................. 24
参考文献 ......................................................................................................................................... 25
红外线控制开关
摘要
在人们懂得了用电的那一年开始，机械动作式的开关就开始与人类相伴，到了科技相当发达的当今时代，传统的按键式和拉线式开关仍然是照明开关的主体，凭借其较为简单的结构、低廉的售价和方便的安装便用方法，牢固地占领着市场。然而，现代电子技术的发展和人们对生活质量的需求变化，已使传统的开关感受到产品更新换代的威胁。于是遥控开关电路便顺理成章的应运而生了。遥控其实就是远距离操纵的意思。
关键词：发光二极管 红外线 CX20106A 开关
1 绪论
1.1 遥控开关的发展
自从人们发现了无线电波，就开始用无线电来遥控了。航空爱好者用无线电收发装置来操纵模型飞机，舰模爱好者用无线电来操纵模型舰艇。走廊里的声控电灯也是一种遥控装置。当人们走路的声音，说话的声音传到灯头上的声控开关时，电路就被自动接通了。当然，声控开关旁边还要有个延时开关，就是使电路只能接通几分钟，然后再自然地断掉。这样既可以省电，又可以延长电灯的寿命。可见，声音、超声波、无线电波都可以用作传
递信号的媒体，传递命令，实现远距离操纵，前面提到的声控电灯，只有一个命令：接通！这很简单。要操纵小船，就要有左转、右转、启动和停止的四条命令。操纵飞机就还需要左、右、俯、仰等命令，而且每条命令是发给不同的机构的。这就需要你的无线电发射器和接收机有两通道或四通道的功能。构造复杂，造价也很高。而且象空调机、电视、录音机和音响设备的遥控器能发出无数条指令，对应着开、关、颜色、亮度、音量、时间预置、节目预置、频道选择等许许多多的命令，许许多多的功能，它是如何实现的呢？这种遥控器主要是应用红外线来遥控。
1.2 红外线特性及红外线遥控开关的优点
红外线实质上是一种电磁波。从分析自然界中各种电磁波组成的波谱中可知，波谱是由γ射线、x射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波组成的。从形式上看，它们之间似乎没有关系，但是如果按他们的波长依次排列，就会发现和我们形影不离的可见光只占整个波谱中0.38～0.76µm波长的这么一点范围，而和可见光相邻的红外线（包括远红外、中红外和近红外）却占了波谱中0.76～1000µm的一大段。红外线是介于可见光与微波之间的一种电磁波，因此它具有两相邻波的某些特性。在近红外区，它和可见光相邻，因此具有可见光的某些特性，如直线传播、反射、折射、散射、衍射、可被某些物体吸收以及可以通过透镜将其聚焦等。在远红外区，由于它邻近微波区，因此它具
有微波的某些特性，如较强的穿透能力和贯穿某些不透明物质等。
自然界中，不论任何物体，也不论其本身是不是发光（指可见光），只要其温度高于绝对零度（-273℃），都会一刻不停地向周围辐射红外线。只不过是温度高的物体辐射的红外线较强，温度较低的物体辐射的红外线较弱。红外线摄象、红外线夜视、热释电红外探测以及某些导弹的瞄准等就是利用红外线的这一特性工作的。
红外线不能穿越砖瓦水泥砌筑的墙体。用红外线作遥控开关的传递媒介时，不会对邻居的家用电器造成干扰。而外界环境一般也不容易对你发出的红外线指令信号产生干扰。如果用无线电信号就容易受空间电磁波干扰。因此，指令的传递安全可靠。而且上文也提及红外线遥控开关有过去老式遥控开关所不具备的多通道、执行无数条指令的独特优势。红外线遥控只是红外线众多应用中的一部分，目前在家用电器中广泛应用的彩电遥控器、录象机遥控器、VCD机遥控器、高保真音响遥控器等，都采用了红外线遥控，它使这些家用电器的控制变的十分简单，方便。在无线电遥控、声遥控、超声波遥控和红外线遥控中，红外线遥控技术是最复杂的，但使用起来也是最方便的。当人们把它运用到家用电器上和其它电子控制电路配合使用，也是最便捷精巧的。这在成批生产的家用电器中，技术成本也就可以降下来了。目前使用最多的还有一处就是汽车上的自动防盗报警系统。司机掏出
一块橡皮大小的发射器轻轻一按，“滴”的一声，命令就被贯彻下去了。
1.3 红外线遥控开关的基本构成
红外线遥控开关由红外线发射器和接收器两部分组成：发射 器包括调制器和红外线发射管，一般都装在一个小盒子内，可以放在手头，有效发射范围达十余米。红外线发射管能发射出某一确定频率的红外光波。调控器用低频控制信号来调制改造红外光波，这样，从红外线发射器发出来的红外光波中，就包含了控制信号的信息。红外光波好比一只信鸽，控制信号好比一封信，把信件拴在信鸽的尾羽上，这个过程叫调制。红外接收器都安装在家用电器的正面面板上，它里面有接收管、抗干扰电路、解调器、开关控制器等。红外光波照到接收管上，立即被它转变成为电信号；抗干扰电路能识别和排除周围环境中的红外线干扰信号，只让自家的红外光波通过检验；解调器能将截在红外光波上的低频控制信号卸下来，也就是说，还原成明确的指令信号，然后根据命令操纵各个系统，控制有关的电源开关。
对于大多数多通道红外遥控电路来说通常采用频率编码或
者脉冲编码的方式来划分频道，本设计中采用脉冲编码的方式来划分频道，该电路由单控键红外发射器，红外接收及控制电路组成。
2 红外线遥控开关设计原理
2.1 红外线遥控开关的构成原理
红外线遥控开关如框图2-1-1，由编码器的编码信号（即控制信号）经调制变成受调制的红外线信号，由发射器发送出，再由红外线接收器接收进行放大后送到解码器进行解码，然后用输出的控制信号去控制执行机构。
图 2-1-1
2.2 红外线遥控开关发射系统
图2-2-1为发射系统原理图，发射系统由微动开关和一只四——二输入与非门74HC00组成。U1的一个输入端接+5V电源，其中U1、U2和R2、C2组成键控式多谐振荡器。未接通电源时，U1、U2和R2、C2组成的系统处于定态。接通电源后，R1和C1产生电磁振荡，使U1的输入端有微小的跳变产生，必将引起如下的正反馈过程：Vi1上升导致Vo2上升，而Vo2的上升又导致Vi1上升，使Vo1迅速跳变成低电平，而Vo2迅速跳变为高电平，电路进入第一个暂稳态。同时，电容C2开始放电，随着电容的
放电，Vi1迅速下降到Vi1=Vth时，又有一个正反馈过程发生，即Vi1下降导致Vo2的下降，而Vo2的下降又导致Vi1下降，Vo1迅速跳变为高电平而Vo2迅速跳变为低电平，电路进入第二个暂稳态。同时电容C2开始充电，随着电容C2的开始充电，Vi1不断升高，当升至Vi1=Vth时，电路又重新转换到第一个暂稳态。因此，电路便不停地在两个暂稳态之间振荡。其振荡频率由公式f=1/2*(R2)(C2)确定。该电路的振荡频率要求为38K Hz,C2=1000pF,故R2=12KΩ，U3、U4组成缓冲放大极，兼有脉冲整形功能。U4输出的电流接在三极管的基电极b端，红外发光二极管SE301A接在三极管的集电极c端，三极管的发射极e接地,使组成功率放大器，使红外发光二极管SE301A的发光功率变大，以增大发射距离，使其大于8米，达到技术指标的要求。同时，SE301A发出的是38K Hz调制的红外光。
SA
图 2-2-1
2.3 红外线遥控开关接收系统
系统由红外光电测管PH302，红外遥控前置放大器，八进制计数器CD4022，四——二输入与非门CD4011，开关电路组成。电路原理图由图2-3-1所示。前置放大器由CX20106A红外前置放大专用集成块担任，它的内部主要由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分电路以及脉冲整形电路组成。它具有灵敏度高，增益大，输出波形好等特点。
由红外接收管PH302接收到的发射信号通过信号处理电路CX20106A的放大、解调处理后，由7脚输出解调脉冲。如果发射器发出的是连续的长脉冲，则由7脚输出的是恒定的低电平信号，如果发射器发出的是断续的短脉冲，则由7脚输出的是断续的方型脉冲。
CX20106A输出的是恒定的低电信号输入三极管VT1的基电极b，由集电极输出，而且输出的是高电平，和原来的信号相反。将CX20106A与VT1组成的放大解调系统输出的信号输入到八进制计数器CD4022的输入端（14脚）。CD4022
的第14脚为输入端CLK，第15脚为置零端RST，第2、1、3、7、11、4、5、10端为输出端。
光电二极管PH302接收到发射机发送的第一个信号后，CX20106A输出低电平信号，经VT1 反向后送到CD4022的第14脚，使其第2脚输出高电平，而其它脚输出的为低电平。CD4022的第2脚输出信号送到CD4011的第1和第2两个脚，使得第一个与非门
U3A输出为低电平，从而使发光二极管D4的正向电压大于导通电压，使D4发光。当发光二极管PH302接收到发射机发送的第二个信号后，CD4022接收到第二个脉冲，使得CD4022第1脚输出高电平，第2脚变成低电平，此时发光二极管D4的正向电压小于导通电压，D4不发光，D5的正向电压大于导通电压，D5发光。以此类推，CD4022接收到第三个信号后，D6发光，接收到第四个信号后，D7发光。我们设计只使用四种状态，所以将CD4022的第11脚的高电位通过二极管D3反馈到第15脚，给CD4022一个置零脉冲，使CD4022在接收第五个信号后又回到第一状态，即第2脚输出高电平，D4发光。
图 2-3-1
3 红外线遥控开关的硬件电路单元
3.1 红外发光二极管
作为红外线遥控开关的重要组成元件，红外发光二极管是采用砷化镓（GaAs）和砷铝化镓（GaAlAs）等半导体材料制成的，它们的外型和普通的发光二极管基本相同，用透明的树脂材料封装。中大功率的红外发光二极管采用金属或陶瓷材料做底座，用玻璃或树脂透镜做窗口。本设计选用SE301A红外发光二极管。
3.1.1 红外发光二极管的基本特性
（1）伏安特性
红外发光二极管的安暗特性如图3-1-1所示，红外发光二极管的正向压降VF与材料及正向电流有关。砷化镓红外发光二极管的正向压降在1～2V之间；小功率管的正向压降在1～1.3V之间；中功率管的正向压降在1.6～1.8V之间；大功率管的正向压降小于等于2V。在使用是应注意驱动电源电压的数值应大于红外发光二极管的正向电压VF，否则不能克服死区电压产生的正向电流IF。 红外发光二极管的反向击穿电压VR较低，约为5～30V，因此，使用中要注意其反向电压不要超过5V，否则会造成元器件损坏。所以，在实际使用中需加限流电阻予以保护。
图 3-1-1
（2）输出特性
红外发光二极管的输出特性曲线如图3-1-2所示。它表示红外发光二极管的输出功率Po与正向工作电流IF之间的关系。
由图3-1-2可见，在工作电流IF较小时，输出光功率Po与工作电流IF成线性关系。当工作电流IF较大时，曲线产生了弯曲，红外发光二极管饱和，Po与IF就不再成线性关系了，形成了非线性工作区。
在红外线遥控电路中，红外发光二极管一般都工作在开关状态（数字调制）。因此，对于输出特性是否在线性区没有要求。
当红外发光二极管用在简单的光通信中时，它的工作状态为调幅工作状态（模拟调制），这时必须使红外发光二极管工作在线性区。
图 3-1-2
（3）指向特性
红外发光二极管的指向特性是指它的发射光强度与光辐射的几何角度的关系，它是由封装透镜的形状、管芯与顶端的位置决定的。
采用多只发射管并列安装的方法，可以改善发射光的指向特性。用于遥控发射器的红外发光二极管所发射的红外光的波长在0.9 ～1.0µm之间，属于近红外光。近红外光在电磁波谱中与可见光相邻，它具有反射光的可见特性。当红外遥控器在室内使用时，发射管不必正对接收管，可通过室内墙壁及家具的反射将红外光发射到接收管中以实现遥控操作。红外线的这一特性使红外遥控器的使用十分方便。
3.1.2 红外发光二极管的主要参数
（1）工作电流IF及峰值电流IFP
一般小功率红外发光二极管的正向工作电流为30～50mA，在使用时如时超过IF工作范围，容易使红外发光二极管发热损坏。
所以需加限流电阻进行保护。
峰值电流IFP是指流过管子的脉冲电流的最大峰值。若脉冲电流的平均值与恒定的直流值相等，则脉冲电流的幅值要比允许的工作电流大的多，其发射效率也较高。所以一般遥控发射器都采用占空比较小的脉冲工作方式。 （2）管功耗Pm与光功率Po
管功率与光功率是两个不同的概念。管功耗是指流过管子的电流与管压降的乘积，最大功耗不得超过允许值。而消耗在管内的电功率仅有一部分转变为光功率，故小功率发光二极管的光功率仅为1～3mW，发光效率只有百分子几。 （3）峰值波长λp
峰值波长是指红外发光二极管所发出的红外光中，光强最大值所对应的发光波长。在选用红外接收管时，其峰值波长应与红外发光二极管的峰值波长相一致或相近，以提高其接收效率。 （4）反向漏电流IR
反向漏电流之红外发光二极管在未被击穿时反向电流的大小，这一指标应尽量小。 （5）响应时间tw
红外发光二极管PN结电容的存在会影响他的工作频率。一般红外发光二极管的响应时间约为10-6～10-7s，最高工作频率约为几十兆赫兹。
表3-1-1给出了几种红外发光二极管的主要参数。
3.1.3 红外发光二极管的基本驱动方式
红外发光二极管是一种电流驱动器件，它的基本驱动方式有直流恒定电流驱动、直流脉冲驱动和交流电流驱动三种。 （1）直流恒定电流驱动方式
直流恒定电流驱动方式如图3-1-3（a）所示。图中V+为驱动电压，R为限流电阻，驱动电流IF=V-VF/R。式中VF是红外发光二极管的正向管压降。由于是直流驱动，其驱动电流也就是正向平均工作电流。因此，实际工作电流只要不超过器件参数表给出的表值即可。
由于是直流电流恒定驱动，因此，红外发光二极管发出的也是光强恒定的红外光，如图3-1-3（b）所示。这种驱动方式常用于红外遥控开关电路中的红外发射电路，其特点是结构简单。
图 3-1-3
（2）直流脉冲电流驱动方式
驱动原理如图3-1-4所示。在图3-1-4（a）中，驱动电压V为脉冲电压，所以红外发光二极管的驱动电流也为脉冲电流。红外光的有效传送距离与驱动功率峰值成正比，而峰值功率又与所加的驱动电流峰值成正比。所以，为了提高红外光的传送距离，应加大峰值驱动电流。红外发光二极管参数表中给出的工作电流有正向工作电流和峰值电流两项，其中正向工作电流是指采用直流恒定电流驱动方式时的平均工作电流，峰值电流是指采用直流脉冲电流驱动方式时的峰值驱动电流。红外发光二极管的正向工作电流IF与峰值电流IFP之间有如下关系： Ip= IFP(To/Td)1/2
其中To/Td为脉冲电流的空度比。空度比越大，允许的峰值电流越大。因此，若参数表中仅给出其中一项时，则可根据公式求出另一项，以适应电路实际工作的要求。例如：某红外发光二极管
的参数表中仅给出IF=100mA，若电路中需要的空度比为To/Td=25，则有公式可以算出峰值电流IFP=500mA。
脉冲电流的空度比并不是可以无限加大的，因为空度比过大时，脉冲的宽度Td太窄，由于受红外发光二极管响应时间的限制，来不及响应脉冲电流就消失了，这样就不能保证控制的有效性。
采用直流脉冲电流驱动方式除了能提高发射功率和节约发射能源外，还有一项重要作用，就是可用来传递数字遥控信号。这是因为在数字电路中，脉冲波形中的高、低电平分别代表二进制数的1和0。在用一定频率的脉冲电流来驱动红外发光二极管时，它的每一个发送周期可以包含许许多多的二进制遥控信息。这也正是采用同一遥控器可以控制很多项目的原因。正因如此，直流脉冲电流驱动方式是红外发光二极管在红外遥控电路中的主要应用方式。
（3）交流电流驱动方式
交流电流驱动方式与直流脉冲电流驱动方式完全相同，只是
直流脉冲电流驱动方式采用的是矩形波，而交流电流驱动方式采用的是正弦波，同时对驱动电路预加直流偏置，以保证所传递信号的保真度。交流电流驱动方式主要用来传递音频信号，如近距离的红外线通信、音响电路中的红外线耳机等等应用。
3.2 光电二极管
光电二极管也是红外遥控开关的重要组成，半导体材料在受到光的照射后会产生电流，这就是半导体的光电效应。光电二极管就是利用半导体材料的光电效应制成的。
光电二极管是一种光电变换器件，当它的PN结受到光的照射后能吸收光并将光能转换为电能。光电二极管采用以下两种工作方式工作。第一种为预加偏压工作方式，即对光电二极管预加一定的偏压，当受到光的照射后，光电二极管的反向电流会随着照射光强度的变化而变化，光的强度越大，则反向电流越大。在大多数应用电路中，光电二极管都是以这种方式工作的，第二种为不加偏压的工作方式，它是利用PN结在受到光照后会产生正向电压的原理，把光电二极管当作微型光电池使用，这种工作方式多用于光电检测电路。
光电二极管有四种类型：PN结型（也称PD型）、PIN结型，雪崩型和消特基型，其中应用最多的是用硅材料制作的PN结型光电二极管，它的价格也最低。其它几种类型的光电二极管由于响应速度快，主要用于光纤通信及计算机信息传输。常用的光电二
极管一般有2DU型和2CU型两种。2DU型光电二极管带有环极，可减小暗电流，它接电源正极。一般最常用的是2CU型光电二极管，它采用金属外壳全密封，顶端有玻璃透镜窗口。
本设计选用PH302光电二极管。
3.2.1 光电二极管的基本特性
（1）伏安特性
光电二极管在无光照射时，它的特性与一般的硅二极管一样。当受光照射后，它的特性曲线沿电流轴向下平移，平移的幅度与光的照度成正比。特性曲线在第三象限内的部分，表达了光电二极管在加有反向电压的情况下受光照射后的反向特性。次特性表明：反向电流随入射光线照度的增大而增大，在一定反向电压范围内，反向电流的大小几乎与反向电压的大小无关。
在入射照度一定时，光电二极管相当于一个恒流源，其输出电压随负载电阻的增大而升高。如R1>R2，则输出电压VR1>VR2，其中VR1=Ec-V1，VR2=Ec-V2。
特性曲线在第四象限内的部分表明：它呈光电池特性，光照强度越大，负载电阻越小，电流越大，即R1>R2时，I2>I1。 （2）光谱响应特性
光电二极管的光谱范围为400～1100nm,其峰值波长为880～900nm,如图3-2-1所示。它与砷化镓（GaAs）红外发光二极管的波长相匹配，可以获得较高的传输效率。
图 3-2-1
3.2.2 光电二极管的主要参数
（1）反向工作电压VR
在无光照的情况下，光电二极管中的反向电流小于等于0.2～0.3µA时，允许的反向最高电压一般不大于10V，最高允许电压为50V。
（2）暗电流ID
在无光照时，加上一定的反向电压后形成的反向偏电流，称为暗电流。
（3） 光电流IL
在一定的反向电压条件下，当受到光照时，通过光电二极管的电流为光电流。一般情况下，光电流强度为几十微安，并且和光的照度呈线性关系。
3.3 红外线接收解调专用集成电路CX20106A 3.3.1 红外线接收解调专用集成电路简介
在红外遥控电路中，光电接收管在接收到由红外发射管发送来的红外遥控信号后，输出电信号。由于这个电信号十分微弱，必须通过放大器放大后才能用于对电路的控制。而这个放大器除了应有高的放大倍数外，还应当是低噪声并具有对信号波的调解能力，即滤除信号载波，只留下有用的控制信号。通常这种放大器由晶体管、门电路或集成运算放大器组成。而采用专用集成电路的前置放大器则具有电路结构简单、使用方便、性能稳定和功能完善的优点，因此这类放大器已成为各类遥控器的首选电路。
红外遥控专用集成电路前置放大器最初用在彩色电视机的红外遥控接收电路中，由于其电路功能强，性能优越，外围电路简单，使用成本低，现已广泛用在各种红外遥控系统中。
目前使用的红外遥控专用集成电路前置放大器主要有两种类型：第一类以CX20106A和KA2148为代表，这种电路内部设有滤波电路，外电路十分简单，由于不设外接电感进行选频，故抗干扰能力较强；第二类以µPC1373和LA7224为代表，这类电路内部未设滤波电路，因此需要外接LC滤波网络进行选频。这两类电路功能均较强，内部包括前置放大器及脉冲形成电路，在CX20106A和KA2184中还包含了选频电路。因此，用一块电路就可以完成放大、选频、解调和脉冲形成等功能。
3.3.2 CX20106A和KA2184
CX20106A是索尼公司的产品，KA2184则是其仿制品。它的内部电路结构与电参数完全相同，可直接代用。CX20106A的内部主要由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器及脉冲整形电路组成。其中的自动电平控制电路ABLC可以保证在输入信号较弱时前置放大器有较高的增益，在输入信号过强时前置放大器不会过载。为确保遥控器在预定的遥控距离（约10米）内可靠地工作，其内设滤波器的中心频率f0可由⑤脚外接的电阻来调整，调整范围为30～60kHz。 （1）CX20106A的工作过程
前置放大器将光电管输出的脉冲电压进行增益约为77～79dB的放大，然后通过限幅器进行限幅处理，将其变为整齐的矩形脉冲，经过带通滤波器进行选频并滤除干扰，再通过检波器滤除载频并检出指令信号，最后将检出的指令信号进行整形并由⑦脚输出。如果要用一句话来概括该电路的功能，则可这样说：当接收到与CX20106A滤波器中心频率相符合的红外遥控信号后，其输出端（⑦脚）就会变成低电平。 （2）CX20106A的电参数
1）电源电压的典型值为5V，最大值为17V。 2）工作电流为1.1～2.5mA(典型值为1.8Ma)。 3）输出低电平为0.2V。 4）电压增益为77～79dB。
5）输入阻抗为27kΩ。
6）滤波器中心频率f0为30～60kHz。 7）允许功耗为0.6W。
图 3-3-1
图3-3-1为CX20106A的应用电路图，其中R1为带通滤波器中心频率f0 的设置电阻，通过改变其阻值可以改变接收器的接收频率。当f0 偏离被接收信号的频率时，频率设置电阻为200kΩ,其常数C= f0 ×R1。如果采用38kHz的发送频率，则电阻R1的阻值应为：f01 ×R1/f02 =40×103 ×200×103 /38×103 =211kΩ。R2、C1串联网络是决定放大器增益和频率特性的反馈网络，一般CX20106A的总增益被设计为77～79dB，在此增益下⑦脚输出的脉冲幅度约为3.5～5V。适当见效R2或增大C1会使增益有所提高，但C1太大时会使频率特性变差。兼顾两者，通常取R2=4.7Ω，C1=1µF。CX20106A采用峰值检波方式，检波电容C2一般选用容量为3.3µF的电容器。C2较大时，将变成平均值检波，瞬态响应会变低，C2较小时，虽然为峰值检波，且瞬态响应灵敏度较高，但检波输出脉冲宽度会发生较大变动，容易导致低频译码出错而产
生误动作。C3为积分电容，其容量一般取330pF。C3较大时虽然可使抗干扰能力提哦高，但同时会使输出脉冲的低电平持续时间加长，造成遥控距离变短。⑦脚为低频解码信号输出端，R3是输出负载电阻，VD为光电接收二极管。若采用光电三极管，则应使其集电极接CX20106A的①脚，发射极接地。
CX20106A的带通滤波器中心频率f0 的范围仅为30～60kHz。所以，在用于频率编码时，它所容纳的频道数较少，一般不会超过3个频道，每一个频道需要配置一个CX20106A，通过R1来调准频道接收频率。当它应用在脉冲编码的红外遥控电路中时，可容纳的频道数则不受限制，例如在彩色电视机红外遥控电路中，它所容纳的控制指令已有几十个。
关于CX20106A技术参数见表3-3-1
3.4 多谐振荡器74HC00
采用74HC00是因为74HC00电源电压低容易起振，不影响使用，74HC00电路的基本特性有：
1）工作电压范围：2.0～6.0V。
2）频率特性：一般CMOS电路的工作频率在100kHz以下，74
系列在40MHz以下。
3）输出电压特性：当工作电压为5.0V时，最小逻辑“1”
的输入电平为3.5V，最大逻辑“0”的输入电平为1.0V，输出高电平大于Vcc-0.1V，输出低电平小于0.1V。
4）最小输出的驱动电流：74HC系列的标准输出为4mA,大电
流输出为6mA。
5）扇出能力（LS-TTL）：74HC系列的标准输出为10，大电流
输出为15。
6）最大电流输出（单位mA，输出底电平0.4V）：74系列为
-0.001。
7）输入阻抗最高可达104 Ω。
8）HCMOS电路速度高，抗干扰能力弱，最好每个器件的电源
都要接0.01µF～0.1µF的旁路电容，本设计为电容Ｃ1。
9） 高速CMOS器件的加电顺序：为保证安全，加电时先接地
线，再接电源，最后连接输入信号，取电信号相反。
74HC00的具体工作参数见表3-4-1。
4 结论
设计结束得到以下结论：红外线遥控的特点是不受外界环境影响，不干扰其它电路设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生互相干扰。红外线遥
控开关将会更广泛的应用于国民经济的各个领域中，发挥出越来越重要的作用。
经过几个月的毕业设计，自己收获很大，对以前的理论知识有了更深一步的了解，动手能力也有了很大的提高。为了知道集成块各管脚的功能，自己在图书馆和互联网查阅了许多资料，终于找到了相应的集成块参数。查阅的过程很辛苦，但是学到了不少方法。为了更好的完成设计，又将《模拟电子技术基础》以及《数字电子技术基础》的知识进行了巩固，对电路的原理吃的更加透彻。在完成设计的过程中，还对许多以前未曾涉及过的知识进行了学习，红外线遥控基于Windows环境，功能强大，让我不仅在此设计，在今后的工作中也会受益良多。在电路安装调试过程中，也是尽量做到细致入微，象接收系统较为复杂，布线时就从全局出发，由大件到小件，再到每根导线都力求完美，最终使得设计指标能够达到。
参考文献
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