電視機視力保護燈的設計畢業(yè)論文設計

1、 本科畢業(yè)設計說明書電視視力保護燈電路設計學 院：機電工程學院專 業(yè)：農(nóng)業(yè)電氣化與自動化設計概況 本文主要研究了一個簡易的電視機視力保護燈的設計，主要有交流信號拾取電路、信號放大電路、整流倍壓電路、光控電路、可控硅開關電路和12v電源等組成。在電視機打開時，背景照明燈自動點亮；關閉電視后，燈又能自動熄滅；而在白天看電視時，燈能自動封鎖不會點亮，到了夜晚時又能自動打開。本系統(tǒng)簡單實用，本錢低廉，具有較高的實用價值。關鍵詞：信號拾取電路 信號放大電路 可控硅開關 光控電路 電源 AbstractThis paper studies the design of a simple TV eye pro

2、tection lamp, AC signal pickup circuit ,thesignal amplification circuit , rectifier voltage doubler circuit , light control circuit thyristorswitch circuit and 12v power . The TV is turned on , the background lights turn on automatically ; after the TV is turned off , the lights can automatically ex

3、tinguished ; watching TV during the day, the lights can automatically block does not light up , while automatically open to the night . The system is simple and practical, low cost, and circuit Triac Light control circuit Power 目 錄1 引言12 設計構(gòu)思13 電視機視力保護燈的設計33.1 單元電路的設計3 電源電路5 信號拾取電路5 信號放大電路6 信號整流電路7

4、可控硅開關電路8 光控電路9 總的電路圖114 電視機視力保護燈的所用元器件簡介114.1 光敏電阻11 原理結(jié)構(gòu)114.2 電容器12 電容器的作用12 電容器主要特性參數(shù)134.3 二極管14 二極管的工作原理14 二極管的主要參數(shù)14 二極管的主要參數(shù)144.3.4 發(fā)光二極管154.4 三極管16 三極管的結(jié)構(gòu)164.5晶閘管及其工作原理184.6 電容濾涉及濾波電路194.7 橋式整流電路22致 謝24參考文獻251 引言隨著文化生活水平的提高，近視眼有逐漸增多的趨勢。在普通人群中，近視眼已成為第三、四位致盲原因，而在中高級知識分子中，高度近視眼是最常見的眼病，致盲率居第一位。看電視

5、既是一種文娛活動，又可以開發(fā)智力，增長知識，為人們的學習和生活帶來歡樂和愉快。但是，過于入迷或不注意收看衛(wèi)生，它也會有損健康，給人們帶來一定的危害，其中最直接的影響是視力。人在較長時間收看電視之后，會產(chǎn)生眼球發(fā)酸、脹痛、視力模糊、流淚、結(jié)膜輕度出血、眼內(nèi)發(fā)癢等不適病癥。有時還會感到全身不適、頭痛、倦怠、注意力不集中。但是，這種現(xiàn)象經(jīng)過適當?shù)男菹⒑?，會很快減輕。長期習慣于在昏暗的地方看電視是對視力不好的，但不注意休息，眼球的肌肉和晶體持續(xù)處于不斷收縮和調(diào)節(jié)緊張狀態(tài)，就會難以治愈，造成視力永久性下降。在看電視時，背景保持一定的亮度，不容易引起人眼睛的疲勞，也感覺比擬舒適。為此，我本次做的設計即實現(xiàn)

6、了這一功能。在電視開機時自動點亮，關閉電視機時自動熄滅，而在白天不會點亮，夜晚自動打開。2 設計構(gòu)思收看電視時，要求有一定的亮度，否那么長時間看電視易使眼晴疲勞，不利于保護我們的視力。所以可考慮在電視機打開時，背景照明燈自動點亮，關閉電視后，燈又能自動熄滅，而在白天看電視時，燈能自動封鎖不會點亮。根據(jù)這些要求，先后查閱了相關的資料把電路分成了幾個局部來進行分析解決，以下是設計方法。具體設計思路與方向：第一局部是總體框圖；第二局部是各局部電路的組成、功能及元器件的選擇；第三局部是及其對主要元件功能以及相關電路的介紹；第四局部是電路的調(diào)試 。總體框圖如下：圖1 電視機視力保護燈的總框圖2.1 電源

7、電路系統(tǒng)采用12V直流電供電。220V交流電經(jīng)變壓器降壓至15V，再經(jīng)線性穩(wěn)壓器得到一個12V的直流電壓。2.2 信號拾取電路由這個電路進行對電視機信號進行拾取，從而產(chǎn)生相應的電信號，才能進行與電視機同步的工作。2.3 信號放大電路由于拾取的電視機電信號比擬弱，所以想通過放大電路對其進行信號放大。電壓并聯(lián)負反應電路具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，適用于信號源內(nèi)阻較大的場合。三極管最基本的應用就是將微弱信號進行放大。2.4 倍壓整流電路整流，就是把交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程。電力網(wǎng)供應用戶的是交流電，而各種無線電裝置需要用直流電。利用具有單向?qū)щ娞匦缘钠骷梢园逊较蚝痛笮〗蛔兊碾娮儞Q流為直流電。2.5 可

8、控硅開關電路可控硅的導通條件：由阻斷到導通必須同時具備兩個條件：可控硅的陽極與陰極之間加正向電壓，控制極與陰極之間加正向觸發(fā)電壓，而可控硅從截至到導通后，觸發(fā)電壓失去了作用。關斷條件，從導通到關斷，可減少陽極與陰極之間的陰極電流，使之小于維持電流或使陽極電壓反向或斷開主電路，控制燈泡的自動關斷和開啟的電路。 2.6 光控電路電路主要由光敏電阻等其它組成，光敏電阻是一種半導體光電器件。當光照射到光電導體上時，如果這個光電導體是本征半導體材料，且光照輻射能量足夠強，光導材料價帶上的電子將被激發(fā)到導帶上去，使導帶的電子和價帶的空穴增加，光電導體的導電率變大，即光敏阻電阻的值將減少。白天光敏電阻呈現(xiàn)低

9、電阻，使電壓衰減很大，從而使三極管截至，電燈不會亮。晚上光敏電阻呈高電阻，使三極管導通，電路就正常工作，電燈被點亮。3 電視機視力保護燈的設計3.1 單元電路的設計電路主要由電視機通斷信號拾取器、信號放大器、信號整流器、可控硅開關、光控電路與電源電路等幾大局部組成。3.1.1 電源電路電源電路主要由變壓器、整流橋和三端穩(wěn)壓器以及濾波電路組成。 變壓器變壓器是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵芯磁芯。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓磁飽和變壓器等。本設計中變壓器的作用是降壓。電源輸入為220V交流電，這里采用15V變壓器，那么輸出峰峰值為

10、15V的交流電。見圖2： 圖2 變壓器電路圖 整流橋整流橋是四個二極管1N4007組成的全橋電路，主要作用就是通過二極管的單向?qū)ǖ奶匦詫㈦娖皆诹泓c上下浮動的交流電轉(zhuǎn)換為單向脈動的直流電。見圖3：圖3 整流橋如圖3，電路中采用四個二極管，互相接成橋式結(jié)構(gòu)。利用二極管的電流導向作用，在交流輸入電壓U2的正半周內(nèi)，二極管VD2、VD4導通，VD1、VD3截止，在負載R上得到上正下負的輸出電壓；在負半周內(nèi)，正好相反，VD2、VD4截止，VD1、VD3導通，流過負載R的電流方向與正半周一致。因此，利用變壓 器的一個副邊繞組和四個二極管，使得在交流電源的正、負半周內(nèi)，整流電路的負載上都有方向不變的脈動直

11、流電壓和電流。 三端穩(wěn)壓器LM7812LM7812是一種常見的線性穩(wěn)壓器，具有輸出穩(wěn)定性好、使用方便、輸出過流、過熱自動保護的特點。最大輸出電流500mA，最小輸出電壓11.5V，最大12.5V。電路圖如下：圖4 LM7812電路圖C5、C6、C7和C8為濾波電容，C5和C7濾除高頻噪音，C6和C8濾除低頻。3.1.2 信號拾取電路電視機通斷信號拾取電路由電磁線圈L1、電容C1組成。 工作原理當電視機打開時，電視機電源線因通電會在周圍產(chǎn)生50Hz的電磁場，電磁線圈L1就拾取這50Hz的交變磁場，從而產(chǎn)生相應的電信號由C1輸出。電路圖如下圖5所示：圖5 通斷信號拾取電路 元器件的選擇電磁線圈L1

12、需要自制，找一個舊收音機里的輸入或輸出變壓器鐵芯，尺寸為3718。先將鐵芯的一邊剪去，使鐵芯成“U型，利用線圈原有的骨架，在上面用0.1mm漆包線繞約200匝即可。3.1.3 信號放大電路 信號放大器信號放大器：由T1、R1、R3、C2、R2、T2、C3、R4等組成。由信號拾取電路拾取的信號，經(jīng)T1和T2組成的兩級三極管放大電路放大后，由C3輸出，電路圖如下圖6所示：圖6 信號放大電路 元器件的選擇T1和T2可用9013型等硅NPN三極管，值宜在100150間。9013是一種最常用的普通三極管，它是一種低電壓,大電流,小信號的NPN型硅三極管，其特性如下：結(jié)構(gòu)：NPN工作溫度：-55 +150

13、集電極-發(fā)射極電壓: 25V 集電極-基電壓: 45V 射極-基極電壓: 5V 集電極電流: 0.5A 耗散功率: 0.625W 特怔頻率: 最小 150MHz 放大倍數(shù)：D64-91 E78-112 F96-135 G122-166 H144-220 I190-3003.1.4 信號整流電路由D1、D2、C3和C4組成信號整流倍壓電路。如下列圖7所示：圖7 信號整流電路 元器件的選擇VD5和VD5為1N4148型等硅開關二極管。1N4148是一種小型的高速開關二極管，開關比擬迅速，100V反向耐壓和150mA平均正向電流，非常適合一般場合做普通整流用，4pF的結(jié)電容和4nS的反向恢復時間足夠

14、滿足多數(shù)場合使用，非常易于獲得，以及價格低廉，通用性極廣的一個小信號高頻二極管。廣泛用于信號頻率較高的電路進行單向?qū)ǜ綦x，通訊電腦板，電視機電路及工業(yè)控制電路中常用它。其特性如下：正常正向電If: 150mA 最大正向電流Imax: 500mA 最大重復峰值電流Ifs: 450mA最大重復峰值電壓Umax: 100V 最大連續(xù)反向電壓Urrm: 75V 最大正向電壓Uf: 1V工作溫度：-65 200 二倍壓整流電路其工作原理當Ui正半周時節(jié)，電壓極性如圖所示，VD1導通，VD2截止；C1充電，電流方向和C1上電壓極性如圖所示，C1電壓最大值可達Ui。圖8 二倍壓整流電路當Ui負半周時節(jié)，電

15、壓極性如圖所示，VD2導通，VD1截止；C2充電，電流方向和C2上電壓極性如圖所示，C2電壓最大值可達2Ui?？梢姡瑢﹄姾傻拇鎯ψ饔?，使輸出電壓即C2上的電壓為變壓器副邊電壓的兩倍，利用同樣原理可以實現(xiàn)所需倍數(shù)的輸出電壓。 3.1.5 可控硅開關電路可控硅開關電路由C4、R5、R6、T3、R7、R8、VT等組成。C4兩端得到的直流電壓，經(jīng)R5與R6分壓后，加到T3的基極使T3導通，再經(jīng)R7與R8分壓后，為可控硅提供可靠的觸發(fā)信號，可控硅TV獲得觸發(fā)電壓而開通，電燈VD7被點亮發(fā)光。電路圖如下圖9：圖9 可控硅開關電路 元器件的選擇T4可用9013型等硅NPN三極管，200。VT可用BT169D

16、、MCR100-8型等小型塑封單向可控硅。MCR100-8單向可控硅是一種先進的玻璃鈍化芯片、具有靈敏的控制極觸發(fā)電流，通態(tài)壓降低。 廣泛應用于各種萬能開關器、小型馬達控制器、 彩燈控制器、漏電保護器、燈具繼電器鼓勵器、邏輯集成電路驅(qū)動、大功率可控硅門極驅(qū)動、摩托車點火器等線路功率控制。 其主要參數(shù)如下：電壓Vdrm: 600V額定正向平均電流If: 控制觸發(fā)電流Ig工作溫度范圍: -40C +110C3.1.6 光控電路光控電路主要由R5、R6、T3、R7、R8、VD7、VT、R11、光敏電阻器R10等組成，白天R10呈現(xiàn)低電阻，使C4兩端直流電壓衰減很大，所以T3將保持截止狀態(tài)，電燈VD7

17、不會被點亮。只有在晚上R10為高電阻，它的存在對C4無影響，所以電路能正常工作。光控電路如圖10：圖10 光控電路 元器件選擇R10為MG45型光敏電阻器，其余電阻均用RTX-18W型碳膜電阻器。光敏電阻的主要參數(shù)如表1：表1 光敏電阻主要參數(shù)型號功率亮阻暗阻環(huán)境溫度時間常數(shù)工作電壓(mW)(K)(M)()(ms)(V)MG45-110210110 - 40+702050MG45-220210110 - 40+702085MG45-350210110 - 40+7020150MG45-5200210110 - 40+70202503 總的電路圖通過以上對各局部電路的分析，可以設計出總的電路。電

18、路圖11如下：圖11 電視機保護燈的電路圖 工作原理電視機通斷信號拾取器和信號放大器分別由電磁線圈L1、三極管T1、T1組成。當電視機在夜晚工作時，光敏電阻的阻值非常大，電視機電源線因通電會在周圍產(chǎn)生50Hz的電磁場，線圈L1就拾取這50Hz的交變磁場，從而產(chǎn)生相應的電信號交流信號由C1輸出，經(jīng)T1、T2兩極放大后，由C3送至由VD5、VD6和C4組成的整流器進行倍壓整流,即將交流電壓整成一個較高的直流電壓(C4兩端)，此電壓經(jīng)R5與R6分壓加到T3的基極使T3導通，再經(jīng)R7與R8分壓后，晶閘管VT獲得觸發(fā)電流而開通，電燈VD7點亮。在白天工作時，光敏電阻的阻值會變小，導致T3的左端電壓減小，

19、缺乏以使三極管T3導通。而當電視機關閉時，因電視機的220V電源和燈的電源一致，所以在電視機關閉的時候，燈VD7就關閉了。到達了設計的目的。4 電視機視力保護燈的所用元器件簡介4.1 光敏電阻4 原理結(jié)構(gòu)光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應。在半導體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成了光敏電阻。為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。構(gòu)成光敏電阻的材料有金屬的硫化物、硒化物、碲化物等半導體。 半導體的導電能力取決于半導體導帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。當光敏電阻受到光照時，價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導帶，成為自由電子，同時產(chǎn)生空穴，電子空穴對的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強，光生電

20、子空穴對就越多，阻值就愈低。當光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照增大而增大。入射光消失，電子-空穴對逐漸復合，電阻也逐漸恢復原值，電流也逐漸減小。 主要參數(shù)暗電阻和暗電流：暗電阻是指在不受光照時所測得的電阻值，暗電阻在1至100M之間。這時在光敏電阻兩端加一定的工作電壓，流過光敏電阻的電流就稱為暗電流。亮電阻和亮電流：亮電阻是指在有光照時所測得的電阻值，實際光敏電阻的亮電阻在幾K以下，此時流過光敏電阻的電流就稱為亮電流。光電流：亮電流與暗電流的差值稱為光電流。亮電阻與暗電阻之差越大，光敏電阻的靈敏度就越高，其性能越好。4.2 電容器4.2.1 電容器的作用旁路旁路電容是為本地器件

21、提供能量的儲能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負載需求。就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進行放電。為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負載器件的供電電源管腳和地管腳。這能夠很好地防止輸入值過大而導致的地電位抬高和噪聲。地電位是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。去耦去耦，又稱解耦。從電路來說， 總是可以區(qū)分為驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負載。如果負載電容比擬大， 驅(qū)動電路要把電容充電、放電， 才能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候， 電流比擬大， 這樣驅(qū)動的電流就會吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻特別是芯片管腳上的電感，會產(chǎn)生反彈，這種電流相對于正常情況來說實際上就是

22、一種噪聲，會影響前級的正常工作，這就是所謂的“耦合。去耦電容就是起到一個“電池的作用，滿足驅(qū)動電路電流的變化，防止相互間的耦合干擾，在電路中進一步減小電源與參考地之間的高頻干擾阻抗。將旁路電容和去藕電容結(jié)合起來將更容易理解。旁路電容實際也是去耦合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比擬小，根據(jù)諧振頻率一般取0.1F 等；而去耦合電容的容量一般較大，可能是10F 或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)、以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象，而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象，防止干擾信號返回電源。這應該是他們的本質(zhì)

23、區(qū)別。濾波從理論上即假設電容為純電容說，電容越大，阻抗越小，通過的頻率也越高。但實際上超過1F 的電容大多為電解電容，有很大的電感成份，所以頻率高后反而阻抗會增大。有時會看到有一個電容量較大電解電容并聯(lián)了一個小電容，這時大電容通低頻，小電容通高頻。電容的作用就是通高阻低，通高頻阻低頻。電容越大低頻越不容易通過。具體用在濾波中，大電容1000F濾低頻，小電容20pF濾高頻。濾波就是充電，放電的過程。儲能儲能型電容器通過整流器收集電荷，并將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。電壓額定值為40450VDC、電容值在220150 000F 之間的鋁電解電容器如EPCOS 公司的 B43504

24、或B43505是較為常用的。根據(jù)不同的電源要求，器件有時會采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式， 對于功率級超過10KW 的電源，通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。4.2.2 電容器主要特性參數(shù)電容量和允許偏差標稱電容量是標志在電容器上的電容量。電容器實際電容量與標稱電容量的偏差稱誤差，在允許的偏差范圍稱精度。額定電壓在最低環(huán)境溫度和額定環(huán)境溫度下可連續(xù)加在電容器的最高直流電壓有效值，一般直接標注在電容外殼上，如果工作電壓超過電容器的耐壓，電容器擊穿，造成不可修復的永久損壞。絕緣電阻直流電壓加在電容上，并產(chǎn)生漏電電流，兩者之比稱為絕緣電阻。當電容較小時，主要取決于電容的外表狀態(tài)，容量大于0.1uf

25、時，主要取決于介質(zhì)性能，絕緣電阻越小越好。電容的時間常數(shù)為恰當?shù)脑u價大容量電容的絕緣情況而引入了時間常數(shù)，它等于電容的絕緣電阻與容量的乘積。損耗電容在電場作用下，在單位時間內(nèi)因發(fā)熱所消耗的能量叫做損耗。各類電容都規(guī)定了其在某頻率范圍內(nèi)的損耗允許值，電容的損耗主要由介質(zhì)損耗，電導損耗和電容所有金屬局部的電阻所引起的在直流電場的作用下，電容器的損耗以漏導損耗的形式存在，一般較小，在交變電場的作用下，電容的損耗不僅與漏導有關，而且與周期性的極化建立過程有關。頻率特性隨著頻率的上升，一般電容器的電容量呈現(xiàn)下降的規(guī)律。4.3 二極管4.3.1 二極管的工作原理晶體二極管為一個由P型半導體和N型半導體形成

26、的PN結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，由于PN結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流。當外加的反向電壓高到一定程度時，PN結(jié)空間電荷層中的電場強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。 二極管的伏安特性圖12 二極管的伏安特性 二極管的主要參數(shù)最大整流電

27、流IOM：二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。反向工作峰值電壓URWM：是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。反向峰值電流IRM：指二極管加最高反向工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，IRM受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。4.3.4 發(fā)光二極管它是半導體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能，常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后

28、，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，那么發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。 發(fā)光原理它的根本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。發(fā)光二極管的核心局部是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載

29、流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。 當它處于正向工作狀態(tài)時即兩端加上正向電壓，電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。 發(fā)光二極管的特性高效節(jié)能一千小時僅耗幾度電普通60W白熾燈十七小時耗1度電，普通10W節(jié)能燈一百小時耗1度電)。超長壽命半導體芯片發(fā)光，無燈絲，無玻璃泡，不怕震動，不易破碎，使用壽命可達五萬小時普通白熾燈使用壽命僅有一千小時，普通節(jié)能燈使用壽命也只有八千小時。光線健康光線中不含紫

30、外線和紅外線，不產(chǎn)生輻射普通燈光線中含有紫外線和紅外線，LED輻照器365 LED輻照器365。綠色環(huán)保不含汞和氙等有害元素，利于回收和，而且不會產(chǎn)生電磁干擾普通燈管中含有汞和鉛等元素，節(jié)能燈中的電子鎮(zhèn)流器會產(chǎn)生電磁干擾。保護視力直流驅(qū)動，無頻閃普通燈都是交流驅(qū)動，就必然產(chǎn)生頻閃。光效率高發(fā)熱小，90%的電能轉(zhuǎn)化為可見光普通白熾燈80%的電能轉(zhuǎn)化為熱能，僅有20%電能轉(zhuǎn)化為光能。平安系數(shù)高所需電壓、電流較小，發(fā)熱較小，不產(chǎn)生平安隱患，于礦場等危險場。市場潛力大低壓、交流供電，電池、太陽能供電，于遙遠山區(qū)及野外照明等缺電、少電場所。4.4 三極管4 三極管的結(jié)構(gòu)半導體三極管也稱為晶體三極管，可以

31、說它是電子電路中最重要的器件。其結(jié)構(gòu)特點的是發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高，集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大，基區(qū)很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且摻雜濃度最低。三極管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的電信號變成一定強度的信號，當然這種轉(zhuǎn)換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉(zhuǎn)換成信號的能量罷了。三極管有一個重要參數(shù)就是電流放大系數(shù)。當三極管的基極上加一個微小的電流時，在集電極上可以得到一個是注入電流 倍的電流，即集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而變化，并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化，這就是三極管的放大作用。 三極管工作原理我們知道，三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射

32、極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達集電極而實現(xiàn)的。實現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是： 內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。 外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。由于三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導電，故稱為雙極型三極管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。放大狀態(tài)下BJT中載流子的傳輸過程如圖14： 圖13 放大狀態(tài)下BJT中載流子的傳輸過程如圖13，以NPN為例，其中：發(fā)射結(jié)外加正向電壓PN結(jié)正向偏置，其內(nèi)電場被大大削弱，有利于多數(shù)載流子的擴散運動：發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子源源不斷地越過發(fā)射結(jié)注入基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射電子，形成電子注

33、入電流IEN。與此同時，基區(qū)多子空穴也向發(fā)射區(qū)擴散，形成空穴注入電流IEP 。發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠遠大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，IEPIEN，因而發(fā)射結(jié)的電流IE主要取決于從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的電子電流IEN，而從基區(qū)注入到發(fā)射區(qū)的空穴電流IEP，因為數(shù)值很小面將其忽略，即IEIEN+IEPIEN。因為電子帶負電，而電流方向規(guī)定為正電荷移動的方向，所以發(fā)射電流方向與電子運動的方向相反，IE流出發(fā)射極。發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子注入基區(qū)后，稱為基區(qū)的非平衡少子。它在發(fā)射結(jié)處濃度最大，而在集電結(jié)處濃度最小，在基區(qū)中形成非平衡電子的濃度差。在該濃度差作用下，注入基區(qū)的電子將繼續(xù)向集電結(jié)方向擴散。由于基區(qū)的多子空穴濃

34、度較低，基區(qū)本身又非常溥，因而基區(qū)的非平衡少子電子在擴散過程中，絕大多數(shù)都能到達集電結(jié)邊緣，只有極少量的電子與基區(qū)中的空穴復合。復合后基區(qū)帶負電，電源VEE的正極將從基區(qū)拉走電子或者說補充空穴。這樣就形成了基區(qū)復合電流IBN，它是基極電流IB的主要局部。由于集電結(jié)外加反向電壓PN結(jié)反向偏置，有利于少數(shù)載流子的漂移運動，使發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)聚集在集電結(jié)邊緣的非平衡少子電子很快漂移到集電區(qū)。到達集電區(qū)的電子被電源的正極拉走，形成集電區(qū)的收集電流ICN，該電流是構(gòu)成集電極電流IC的主要局部。另一方面，集電區(qū)的少數(shù)載流子空穴向基區(qū)漂移，基區(qū)的少數(shù)載流子自由電子向集電區(qū)漂移，形成集電結(jié)反向飽和電流ICBO

35、，并流過極電極和基極支路，構(gòu)成IC和IB的另一局部電流。ICBO的數(shù)值很小，硅管的ICBO比鍺管的更小，在計算是?？梢院雎浴CBO的大小取決于少數(shù)載流子的濃度，而少子濃度受溫度的影響比擬大，故ICBO隨溫度的升高而增大。總之，由發(fā)射區(qū)發(fā)射的總電子數(shù)對應于IENIE中，絕大局部電子被集電區(qū)收集對應于ICN，只有極小的一局部電子在基區(qū)中與空穴復合對應于IBN。4.5 晶閘管及其工作原理晶閘管又稱可控硅是由3個PN結(jié)四層結(jié)構(gòu)硅芯片和3個電極組成半導體器件?？煽毓枋荘1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個PN結(jié)，分析原理時，可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成，當陽極A加上正向電壓時，B

36、G1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發(fā)信號，BG2便有基流流過，經(jīng)BG2放大，其集電極電流IC1=2Ig。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連，所以Ig=IC2。此時，電流IC2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流IC2=1Ig。這個電流又流回到BG2的基極，表成正反應，使Ig不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導通。由于BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋作用，所以一旦可控硅導通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有關斷功能，所以這種可控硅是不可關斷的。如圖14：圖14 晶閘管工作原理由于

37、可控硅只有導通和關斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，此條件見表2：表2 可控硅導通和關斷的條件狀 態(tài)條 件說 明從關斷到導通1、陽極電位高于是陰極電位2、控制極有足夠的正向電壓和電流兩者缺一不可維持導通1、陽極電位高于陰極電位2、陽極電流大于維持電流兩者缺一不可從導通到關斷1、陽極電位低于陰極電位2、陽極電流小于維持電流任一條件即可 晶閘管根本特性 反向特性當控制極開路，陽極加上反向電壓時，J2結(jié)正偏，但J1、J2結(jié)反偏此時只能流過很小的反向飽和電流，當電壓進一步提高到J1結(jié)的雪崩擊穿電壓后，接差J3結(jié)也擊穿，電流迅速增加，此時，可控硅會發(fā)生永久性反向擊穿。

38、正向特性當控制極開路，陽極上加上正向電壓時，J1、J3結(jié)正偏，但J2結(jié)反偏，這與普通PN結(jié)的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻斷狀態(tài)。由于電壓升高到J2結(jié)的雪崩擊穿電壓后，J2結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量的電子和空穴，電子時入N1區(qū)，空穴時入P2區(qū)。進入N1區(qū)的電子與由P1區(qū)通過J1結(jié)注入N1區(qū)的空穴復合，同樣，進入P2區(qū)的空穴與由N2區(qū)通過J3結(jié)注入P2區(qū)的電子復合，雪崩擊穿，進入N1區(qū)的電子與進入P2區(qū)的空穴各自不能全部復合掉，這樣，在N1區(qū)就有電子積累，在P2區(qū)就有空穴積累，結(jié)果使P2區(qū)的電位升高，N1區(qū)的電位下降，J2結(jié)變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現(xiàn)所謂

39、負阻特性。這時J1、J2、J3三個結(jié)均處于正偏，可控硅便進入正向?qū)щ姞顟B(tài)通態(tài)，此時，它的特性與普通的PN結(jié)正向特性相似。 觸發(fā)導通在控制極G上參加正向電壓時因J3正偏，P2區(qū)的空穴時入N2區(qū)，N2區(qū)的電子進入P2區(qū)，形成觸發(fā)電流IGT。在可控硅的內(nèi)部正反應作用的根底上，加上IGT的作用，使可控硅提前導通。4.6 電容濾涉及濾波電路電容器是一個儲存電能的倉庫。在電路中，當有電壓加到電容器兩端的時候，便對電容器充電，把電能儲存在電容器中，當外加電壓失去或降低之后，電容器將把儲存的電能再放出來。充電的時候，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近充電電壓；放電的時候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失

40、。電容器的容量越大，負載電阻值越大，充電和放電所需要的時間越長。這種電容帶兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來承當濾波的任務。交流電經(jīng)過二極管整流之后，方向單一了，但是脈動較大，含有較大的諧波成分，不能適應大多數(shù)電子線路及設備的需要。因此，一般在整流后，通常要采取一定的措施，一方面盡量降低輸出電壓中的脈動成分，另一方面又要盡量保存其中直流成分，使輸出電壓接近于理想的直流電壓，這便是濾波。圖15 具有電容濾波器的整流電路圖15是最簡單的電容濾波電路，電容器與負載電阻并聯(lián)，接在整流器后面。在二極管導通期間，當電壓E2處于正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓UC時，二極管D2、D4導通，電流一路流經(jīng)負載電

41、阻R，另一路對電容C充電。當E2上升到峰值后開始下降，電容通過負載電阻R放電，其電壓UC也開始下降，趨勢與E2根本相同。但是由于電容按規(guī)律放電，所以當E2下降到一定數(shù)值后，UC的下降速度小于E2的下降速度，使UC大于U2，從而導致D2、D4反向偏置而變?yōu)檩d止。此后，電容C繼續(xù)通過R放電，UC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。當電壓E2處于負半周時同理。圖16中示出全波整流時電容濾波前后的輸出波形。圖16 濾波前后波形顯然，電容量越大，濾波效果越好，輸出波形越趨于平滑，輸出電壓也越高。但是，電容量到達一定值以后，再加大電容量對提高濾波效果已無明顯作用。通常應根據(jù)負載電用和輸出電用的大小選擇最佳電容量。表3中所

42、列濾波電容器容量和輸出電流的關系，表4中帶有濾波器的整流電路中各電壓的關系，可供參考。電容器的耐壓值一般取E2的倍。表3 濾波電容器容量和輸出電流的關系2A左右1A左右100-50mA50mA以下400020001000500200-500200表4 帶有濾波器的整流電路中各電壓的關系輸入交流電壓有效值負載開路時的輸出電壓帶負載的輸出電壓每管承受的最大反向電壓半波整流E2E222E2全波整流E2+E2E222E2橋式整流E2E222E2采用電容濾波的整流電路，輸出電壓隨時輸出電流變化較大，這對于變化負載如乙類推挽電路來說是很不利的。4.7 橋式整流電路橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。具有全波整流電路的優(yōu)點，而同時在一定程度上克服了它的缺點。4.7.1 工作原理橋式整流電路的工作原理如下：U2對D1、D3加正向電壓，D1、D3導通；對D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成U2、D1、RL、D3通電回