汽车防盗器的工作原理是什么?

核心提示汽车防盗器是一种安装在车上,用来增加盗车难度,延长盗车时间的装置。 汽车防盗器的类型 随着科学技术的进步,为对付不断升级的盗车手段,人们一代一代地研制出 各种方式、不同结构的防盗器,目前防盗器按其结构可分三大类:机械式、电子 式和网络式。钩

汽车防盗器是一种安装在车上,用来增加盗车难度,延长盗车时间的装置。

汽车防盗器的类型

随着科学技术的进步,为对付不断升级的盗车手段,人们一代一代地研制出

各种方式、不同结构的防盗器,目前防盗器按其结构可分三大类:机械式、电子

式和网络式。钩锁、方向盘锁和变速挡锁等基本属于机械式防盗器,它主要是靠

锁定离合、制动、油门或方向盘、变速挡来达到防盗的目的,但只防盗不报警。

插片式、按键式和遥控式等都属于电子式防盗器,它主要是靠锁定点火或起动来

达到防盗的目的,同时具有防盗和声音报警功能。GPS卫星定位汽车防盗系统

属于网络式防盗器,它主要是靠锁定点火或起动来达到防盗的目的,而同时还可

通过GPS卫星定位系统(或其他网络系统),将报警信息和报警车辆所在位置

无声地传送到报警中心。

遥控式汽车防盗器的特点

遥控式汽车防盗器是随着电子技术的进步而发展起来的,是市场上推广普及

最为广泛的一种。它的特点是遥控控制防盗器的全部功能,可靠方便,可带振动

侦测、门控保护及微波或红外探头等功能。随着市场对防盗器的要求不断提高,

遥控式汽车防盗器还增加了许多方便使用的附加功能,如遥控中控门锁、遥控送

放冷暖风、遥控电动门窗及遥控开启行李舱等功能。

遥控式汽车防盗器的主要配置

一套完整的遥控式汽车防盗器由以下几个部分组成:

(1)主机部分:它是防盗器的核心和控制中心。

(2)感应侦测部分:它可由感应器或探头组成,目前普遍使用的是振荡感

应器,微波及红外探头应用较少。

(3)门控部分:包括前盖开关、门开关及行李舱开关等。

(4)报警部分:喇叭。

(5)配线部分。

(6)其他部分:包括不干胶、螺钉及继电器等配件和使用说明书及安装配

线图等。

防盗器的密码

同移动电话的工作原理相同,遥控式汽车防盗器的遥控器发射机与防盗主机

系统之间除了要有相同的发射和接收频率之外,还要有密码才能相互识别。

防盗器的密码是一组由不同方式组合的数据,是防盗器的一把钥匙。它一方

面记载着防盗器的身份资料(身份码),区别各个防盗器的不同;另一方面,它

又内含着防盗的功能指令资料(资料码或指令码),负责开启或关闭防盗器,控

制完成防盗器的一切功能。换句话说,有了这组密码,也就掌握了开启防盗器的

钥匙。

遥控式汽车防盗器的几种主要类型

根据密码发射方式的不同,遥控式汽车防盗器主要分为定码防盗器和跳码防

盗器两种类型。早期防盗器多采用定码方式,但由于其自身缺点,现已逐渐被技

术上较为先进、防盗效果较好的跳码防盗器所取代。下面就两种不同类型防盗器

的原理、特点等分别加以介绍。

定码防盗器早期的遥控式汽车防盗器是主机与遥控器各有一组相同的密码,

遥控器发射密码,主机接收密码,从而完成防盗器的各种功能,这种密码发射方

式称为第一代固定码发射方式(简称定码发射方式)。定码发射方式在汽车防盗

器中的应用并不普及,当防盗器用量不多,即处于一个初期防盗器应用市场里时

,其防盗器的安全性和可靠性还有所保证。但对于一个防盗器使用已成熟的市场

而言,定码方式就显得既不可靠又不安全,原因有三:

(1)密码量少,容易出现重复码,即发生一个遥控器控制多部车辆的现象。

(2)遥控器丢失后,若单独更换遥控器极不安全,除非连同主机一道更换

,但费用过高。

(3)也是最大的危险即安全性差,密码易被复印或**,从而使车辆被盗。

跳码防盗器定码防盗器长期以来一直存在密码量少、容易出现重复码且密码

极易被复制**等不安全问题,因此1996年出现了密码学习式跳码防盗器,

其特点如下:

(1)遥控器的密码除了身份码和指令码外,又多了一个跳码部分。跳码即

密码依一定的编码函数,每发射一次,密码随即变化一次,密码不会被轻易复制

或**,安全性极高。

(2)密码组合上亿组,根本杜绝了重复码。

(3)主机无密码,主机通过学习遥控器的密码,从而实现主机与遥控器之

间的相互识别。若遥控器丢失,可安全且低成本地更换遥控器,无后顾之忧。

光电三极管也称光敏三极管,它的电流受外部光照控制。是一种半导体光电器件。比光电二极管灵敏得多,光照集中电结附近区域。

利用雪崩倍增效应可获得具有内增益的半导体光电二极管(APD),而采用一般晶体管放大原理,可得到另一种具有电流内增益的光伏探测器,即光电三极管。它的普通双极晶体管十分相似,都是由两个十分靠近的p-n结-------发射结和集电结构成,并均具有电流发大作用。为了充分吸收光子,光电三极管则需要一个较大的受光面,所以,它的响应频率远低于光电二极管。[1]

2.1机构与工作原理

光电三极管是一种相当于在基极和集电极之间接有光电二极管的普通三极管,因此,结构与一般晶体管类似,但也有其特殊地方。如图2.1.1所示。图中e.b.c分别表示光电三极管的发射极.基极和集电极。正常工作时保证基极--集电极结(b—c结)为反偏正状态,并作为受光结(即基区为光照区)。光电三极管通常有npn和pnp型两种结构。常用的材料有硅和锗。例如用硅材料制作的npn结构有3DU型,pnp型有3GU型。采用硅的npn型光电三极管其暗电流比锗光电三极管小,且受温度变化影响小,所以得到了广泛应用。[2]

光电三极管的工作有两个过程,一是光电转换;二是光电流放大。光电转换过程是在集---基结内进行,它与一般光电二极管相同。[3]当集电极加上相对于发射极为正向电压而基极开路时(见图2.1.1(b)),则b--c结处于反向偏压状态。无光照时,由于热激发而产生的少数载流子,电子从基极进入集电极,空穴则从集电极移向基极,在外电路中有电流(即暗电流)流过。当光照射基区时,在该区产生电子---空穴对,光生电子在内电场作用下漂移到集电极,形成光电流,这一过程类似于光电二极管。于此同时,空穴则留在基区,使基极的电位升高,发射极便有大量电子经基极流向集电极,总的集电极电流为

IC=IP +βI P=(1+β)IP 2.1.1

图2.1.1光电三极管结构及工作原理

式中β为共发射极电流放大倍数。因此,光电三极管等效于一个光电二极管与一般晶体管基极---集电极结的并联。它是把基极---集电极光电二极管的电流(光电流IP)放大β倍的光伏探测器,可用图2.1.1(c)来表示。与一般晶体管不同的是集电极电流IC由基极---集电极结上产生的光电流IP=Ib控制。也就是说,集电结起双重作用,一是把光信号变成电信号起光电二极管的作用;二是将光电流放大,起一般晶体三极管的集电极的作用。[4]

2.2光电三极管的等效电路

根据光电三极管的工作原理,我们可以比较容易的画出他的等效电路。由于它的集电结势垒电容Ccb远小于发射结势垒电容Cbe,我们可以得到如图2.2.1光电三极管的交流等效电路,图中ip为集电结光电二极管的电流源,Cbe为发射结电容;rbe为发射结正向微分交流电阻;iLw为放大后的电流源;iL=βip;β为光电三极管的放大倍数;Rce为集电极发射极电阻;Cce为集电极发射极间电容;RL为负载电阻。由图5--40等效电路,

可以得到负载电阻两端的输出电压V0为

2.2.1

式中, , 为入射光信号的角频率,选择合适的负载,使得 ,则 ,输出电压为

2.2.2

由上式可看出,当输入光信号时,由于发射结电容相对较大,造成对信号的分流,将使有效输出信号减小。此外,电容 的旁路也会减少流过 的输出电流。利用光电三极管的等效电路在计算机和分析它的时间响应和输出外特性是非常方便的。[5]

2.3光电三极管的特性参数

2.3.1伏安特性

图2.3.1表示光电三极管的 关系曲线。由图可见,光电三极管在偏压为零时,集电流为零。当有光照时,光电三极管输出电流比同样光照下光电二极管的输出电流大 倍。图中曲线还表明,在光功率等间距增大的情况下,输出电流并不等间距增大,这是由于电流放大倍数 随信号光电流的增大而增大所引起的。

2.3.2频率响应

光电三极管的频率响应与 结的结构及外电路有关。通常需考虑:少数载流子对发射结和收集结势垒电容( 和 )的充放电时间;少数载流子渡越基区所需时间;少数载流子扫过收集势垒区的渡越时间;通过收集结到达收集区的电流流经收集区及外负载电阻产生的结压将,使收集结电荷量改变的时间常数。于是光电三极管总响应时间应为上述各个时间之和。因此,光电三极管的响应时间比光电二极管的要长的多。由于光电三极管广泛应用于各种光电控制系统,其输入光信号多为脉冲信号,即工作在大信号或开关状态,因而光电三极管的响应时间或响应频率将是光电三极管的重要参数。[6]

为改善光电三极管的响应频率,从光电三极管的等效电路可知道应尽可能减少 和 时间常数。一方面在工艺上设法减小结电容 . 等;另一方面要合理选择负载电阻 ,减小电路时间常数。图2.3.2给出了在不同负载电阻 下,光电三极管输出电压的相对值与入射光调制频率的关系。由图可知, 愈大,高频响应将愈差。减小 可以改善频率特性。但 降低会导致输出电压下降。因此,在实际使用时,合理选择 和利用高增益运算放大器作后级电压放大,可得到高的输出电压并改善频率响应。此外,为改善频率响应,减小体积,提高增益,电路上常采用高增益.低输入阻抗的运算放大器与之配合。图2.3.3(a)(b)分别表示达林顿光电晶体管的集成电路示意图。实际使用光电三极管时常采用带基极引线的光电三极管,并提供一定的基极电流。对无基极引线的光电三极管,则给予一定照度的背景光,使其工作于线性放大区,以得到较大的集电极电流,这将有利于提高光电三极管的频率响应。图2.3.4给出了光电三极管响应时间与集电极电流 的关系,由图可知,增加集电极电流 可减小光电三极管的响应时间,即提高光电三极管的工作频率。[7]

与光电二极管相比较,光电三极管频率响应较低,不宜使用于高速,宽带的光电探测系统中,但由于其响应率高,具有电流内增益,故在一般光电探测系统中仍得到广泛应用。

设计一个报警器。由图3.1(a)、(b)所示电路分别是红外发射器和红外接收、无线发射机的电路图。

图3.1(a)所示电路为红外发射器电路。由VT1、VT2、C1以及R1等组成一个300Hz左右的自激振荡器,其振荡器频率主要由时间常数R1 C1决定。红外发射二极管串接在VT2的集电极回路中,在振荡器振荡过程中VT2每导通一次,发光二极管发光一次。R3用于限流,使VT2的电流不超过500mA。

(a) 红外发射器

(b)红外接受无线发射机

图3.1 遮光式红外监控无线报警器电路

在图3.1(b)所示电路中,红外就收管VD3选用选用与发射管配套的管型(光波长一致)。VD3将照射的红外光转换成电信号,并经C2、R5加至IC1-a的反相输入端。IC1采用双运放TL072(或LM358、R4558、NE5532),其同相端外接6V骗子电压。该级的放大倍数K=20lg(R8/R5),图示参数给出近53dB的放大量。IC1-a的输出经VD4、C3等整流后,以直接电压形式加至IC1-b的反相输入端。IC1-b与R10、R12、RP1等组成一个电压比较器,当VD3一直受红外光照时,b点的电位Vb<Va(预先调好),IC1-b的输出端(⑦脚)呈高电平,VT3饱和导通,致使其集电极,(即IC2的④脚)呈低电平(<0.4V)。IC2与R15、R16、C4等组成一个可控多谐振荡级,当它的强制复位④脚呈低电平时,电路被强制复位,振荡中止。

当有人涉足红外监控区时,红外光束被遮断,IC1-a无信号输入,其输出呈低电平,则电源电压通过R9对C3充电,致使Vb>Va, IC1-b的⑦脚呈低电平,VT3截止,则IC2的④脚通过R14接电源,呈高电位,IC2起振。其振荡频率f=1.44/[( R15+2 R16)C4],图示参数的振荡频率约为1000Hz。

IC2输出的音频脉冲信号通过R17、C6加至VT4的基极。VT4与L、C9、C10等组成一个高频振荡器,其振荡频率主要取决于L、C9组成的选频回路,调节C9,使振荡频率在调频波段88-108MHz范围内。同时,该振荡级在输入脉冲信号的激励下呈调频振荡状态,这是由于VT4的集电结电容随调制脉冲的高低电平变化,进而实现调频。调频载波信号通过天线发射出去。

 
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