電視機(jī)視力保護(hù)燈的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)電視視力保護(hù)燈電路設(shè)計(jì)學(xué) 院：機(jī)電工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè)：農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化設(shè)計(jì)概況 本文主要研究了一個(gè)簡(jiǎn)易的電視機(jī)視力保護(hù)燈的設(shè)計(jì)，主要有交流信號(hào)拾取電路、信號(hào)放大電路、整流倍壓電路、光控電路、可控硅開(kāi)關(guān)電路和12v電源等組成。在電視機(jī)打開(kāi)時(shí)，背景照明燈自動(dòng)點(diǎn)亮；關(guān)閉電視后，燈又能自動(dòng)熄滅；而在白天看電視時(shí)，燈能自動(dòng)封鎖不會(huì)點(diǎn)亮，到了夜晚時(shí)又能自動(dòng)打開(kāi)。本系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，本錢(qián)低廉，具有較高的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：信號(hào)拾取電路 信號(hào)放大電路 可控硅開(kāi)關(guān) 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(shè)計(jì)構(gòu)思13 電視機(jī)視力保護(hù)燈的設(shè)計(jì)33.1 單元電路的設(shè)計(jì)3 電源電路5 信號(hào)拾取電路5 信號(hào)放大電路6 信號(hào)整流電路7

4、可控硅開(kāi)關(guān)電路8 光控電路9 總的電路圖114 電視機(jī)視力保護(hù)燈的所用元器件簡(jiǎn)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(xiàn)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(shì)。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(jí)知識(shí)分子中，高度近視眼是最常見(jiàn)的眼病，致盲率居第一位?？措娨?/p>

5、既是一種文娛活動(dòng)，又可以開(kāi)發(fā)智力，增長(zhǎng)知識(shí)，為人們的學(xué)習(xí)和生活帶來(lái)歡樂(lè)和愉快。但是，過(guò)于入迷或不注意收看衛(wèi)生，它也會(huì)有損健康，給人們帶來(lái)一定的危害，其中最直接的影響是視力。人在較長(zhǎng)時(shí)間收看電視之后，會(huì)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(shí)還會(huì)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(guò)適當(dāng)?shù)男菹⒑?，?huì)很快減輕。長(zhǎng)期習(xí)慣于在昏暗的地方看電視是對(duì)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(huì)難以治愈，造成視力永久性下降。在看電視時(shí)，背景保持一定的亮度，不容易引起人眼睛的疲勞，也感覺(jué)比擬舒適。為此，我本次做的設(shè)計(jì)即實(shí)現(xiàn)

6、了這一功能。在電視開(kāi)機(jī)時(shí)自動(dòng)點(diǎn)亮，關(guān)閉電視機(jī)時(shí)自動(dòng)熄滅，而在白天不會(huì)點(diǎn)亮，夜晚自動(dòng)打開(kāi)。2 設(shè)計(jì)構(gòu)思收看電視時(shí)，要求有一定的亮度，否那么長(zhǎng)時(shí)間看電視易使眼晴疲勞，不利于保護(hù)我們的視力。所以可考慮在電視機(jī)打開(kāi)時(shí)，背景照明燈自動(dòng)點(diǎn)亮，關(guān)閉電視后，燈又能自動(dòng)熄滅，而在白天看電視時(shí)，燈能自動(dòng)封鎖不會(huì)點(diǎn)亮。根據(jù)這些要求，先后查閱了相關(guān)的資料把電路分成了幾個(gè)局部來(lái)進(jìn)行分析解決，以下是設(shè)計(jì)方法。具體設(shè)計(jì)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(duì)主要元件功能以及相關(guān)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(jī)視力保護(hù)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(gè)12V的直流電壓。2.2 信號(hào)拾取電路由這個(gè)電路進(jìn)行對(duì)電視機(jī)信號(hào)進(jìn)行拾取，從而產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，才能進(jìn)行與電視機(jī)同步的工作。2.3 信號(hào)放大電路由于拾取的電視機(jī)電信號(hào)比擬弱，所以想通過(guò)放大電路對(duì)其進(jìn)行信號(hào)放大。電壓并聯(lián)負(fù)反應(yīng)電路具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，適用于信號(hào)源內(nèi)阻較大的場(chǎng)合。三極管最基本的應(yīng)用就是將微弱信號(hào)進(jìn)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^(guò)程。電力網(wǎng)供應(yīng)用戶的是交流電，而各種無(wú)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(kāi)關(guān)電路可控硅的導(dǎo)通條件：由阻斷到導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件：可控硅的陽(yáng)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(dǎo)通后，觸發(fā)電壓失去了作用。關(guān)斷條件，從導(dǎo)通到關(guān)斷，可減少陽(yáng)極與陰極之間的陰極電流，使之小于維持電流或使陽(yáng)極電壓反向或斷開(kāi)主電路，控制燈泡的自動(dòng)關(guān)斷和開(kāi)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(dǎo)體光電器件。當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上時(shí)，如果這個(gè)光電導(dǎo)體是本征半導(dǎo)體材料，且光照輻射能量足夠強(qiáng)，光導(dǎo)材料價(jià)帶上的電子將被激發(fā)到導(dǎo)帶上去，使導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴增加，光電導(dǎo)體的導(dǎo)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(huì)亮。晚上光敏電阻呈高電阻，使三極管導(dǎo)通，電路就正常工作，電燈被點(diǎn)亮。3 電視機(jī)視力保護(hù)燈的設(shè)計(jì)3.1 單元電路的設(shè)計(jì)電路主要由電視機(jī)通斷信號(hào)拾取器、信號(hào)放大器、信號(hào)整流器、可控硅開(kāi)關(guān)、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(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)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(shè)計(jì)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(jiàn)圖2： 圖2 變壓器電路圖 整流橋整流橋是四個(gè)二極管1N4007組成的全橋電路，主要作用就是通過(guò)二極管的單向?qū)ǖ奶匦詫㈦娖皆诹泓c(diǎn)上下浮動(dòng)的交流電轉(zhuǎn)換為單向脈動(dòng)的直流電。見(jiàn)圖3：圖3 整流橋如圖3，電路中采用四個(gè)二極管，互相接成橋式結(jié)構(gòu)。利用二極管的電流導(dǎo)向作用，在交流輸入電壓U2的正半周內(nèi)，二極管VD2、VD4導(dǎo)通，VD1、VD3截止，在負(fù)載R上得到上正下負(fù)的輸出電壓；在負(fù)半周內(nèi)，正好相反，VD2、VD4截止，VD1、VD3導(dǎo)通，流過(guò)負(fù)載R的電流方向與正半周一致。因此，利用變壓 器的一個(gè)副邊繞組和四個(gè)二極管，使得在交流電源的正、負(fù)半周內(nèi)，整流電路的負(fù)載上都有方向不變的脈動(dòng)直

11、流電壓和電流。 三端穩(wěn)壓器LM7812LM7812是一種常見(jiàn)的線性穩(wěn)壓器，具有輸出穩(wěn)定性好、使用方便、輸出過(guò)流、過(guò)熱自動(dòng)保護(hù)的特點(diǎn)。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(hào)拾取電路電視機(jī)通斷信號(hào)拾取電路由電磁線圈L1、電容C1組成。 工作原理當(dāng)電視機(jī)打開(kāi)時(shí)，電視機(jī)電源線因通電會(huì)在周?chē)a(chǎn)生50Hz的電磁場(chǎng)，電磁線圈L1就拾取這50Hz的交變磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)由C1輸出。電路圖如下圖5所示：圖5 通斷信號(hào)拾取電路 元器件的選擇電磁線圈L1

12、需要自制，找一個(gè)舊收音機(jī)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(hào)放大電路 信號(hào)放大器信號(hào)放大器：由T1、R1、R3、C2、R2、T2、C3、R4等組成。由信號(hào)拾取電路拾取的信號(hào)，經(jīng)T1和T2組成的兩級(jí)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(hào)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(hào)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(hào)整流電路由D1、D2、C3和C4組成信號(hào)整流倍壓電路。如下列圖7所示：圖7 信號(hào)整流電路 元器件的選擇VD5和VD5為1N4148型等硅開(kāi)關(guān)二極管。1N4148是一種小型的高速開(kāi)關(guān)二極管，開(kāi)關(guān)比擬迅速，100V反向耐壓和150mA平均正向電流，非常適合一般場(chǎng)合做普通整流用，4pF的結(jié)電容和4nS的反向恢復(fù)時(shí)間足夠

14、滿足多數(shù)場(chǎng)合使用，非常易于獲得，以及價(jià)格低廉，通用性極廣的一個(gè)小信號(hào)高頻二極管。廣泛用于信號(hào)頻率較高的電路進(jìn)行單向?qū)ǜ綦x，通訊電腦板，電視機(jī)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(fù)峰值電流Ifs: 450mA最大重復(fù)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(dāng)Ui正半周時(shí)節(jié)，電壓極性如圖所示，VD1導(dǎo)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(dá)Ui。圖8 二倍壓整流電路當(dāng)Ui負(fù)半周時(shí)節(jié)，電

15、壓極性如圖所示，VD2導(dǎo)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(dá)2Ui?？梢?jiàn)，對(duì)電荷的存儲(chǔ)作用，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(shí)現(xiàn)所需倍數(shù)的輸出電壓。 3.1.5 可控硅開(kāi)關(guān)電路可控硅開(kāi)關(guān)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(dǎo)通，再經(jīng)R7與R8分壓后，為可控硅提供可靠的觸發(fā)信號(hào)，可控硅TV獲得觸發(fā)電壓而開(kāi)通，電燈VD7被點(diǎn)亮發(fā)光。電路圖如下圖9：圖9 可控硅開(kāi)關(guān)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(jìn)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(yīng)用于各種萬(wàn)能開(kāi)關(guān)器、小型馬達(dá)控制器、 彩燈控制器、漏電保護(hù)器、燈具繼電器鼓勵(lì)器、邏輯集成電路驅(qū)動(dòng)、大功率可控硅門(mén)極驅(qū)動(dòng)、摩托車(chē)點(diǎn)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?fàn)顟B(tài)，電燈VD7

17、不會(huì)被點(diǎn)亮。只有在晚上R10為高電阻，它的存在對(duì)C4無(wú)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(hào)功率亮阻暗阻環(huán)境溫度時(shí)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(guò)以上對(duì)各局部電路的分析，可以設(shè)計(jì)出總的電路。電

18、路圖11如下：圖11 電視機(jī)保護(hù)燈的電路圖 工作原理電視機(jī)通斷信號(hào)拾取器和信號(hào)放大器分別由電磁線圈L1、三極管T1、T1組成。當(dāng)電視機(jī)在夜晚工作時(shí)，光敏電阻的阻值非常大，電視機(jī)電源線因通電會(huì)在周?chē)a(chǎn)生50Hz的電磁場(chǎng)，線圈L1就拾取這50Hz的交變磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)交流信號(hào)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(jìn)行倍壓整流,即將交流電壓整成一個(gè)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(dǎo)通，再經(jīng)R7與R8分壓后，晶閘管VT獲得觸發(fā)電流而開(kāi)通，電燈VD7點(diǎn)亮。在白天工作時(shí)，光敏電阻的阻值會(huì)變小，導(dǎo)致T3的左端電壓減小，

19、缺乏以使三極管T3導(dǎo)通。而當(dāng)電視機(jī)關(guān)閉時(shí)，因電視機(jī)的220V電源和燈的電源一致，所以在電視機(jī)關(guān)閉的時(shí)候，燈VD7就關(guān)閉了。到達(dá)了設(shè)計(jì)的目的。4 電視機(jī)視力保護(hù)燈的所用元器件簡(jiǎn)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(yīng)。在半導(dǎo)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(dǎo)體。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，價(jià)帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同時(shí)產(chǎn)生空穴，電子空穴對(duì)的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強(qiáng)，光生電

20、子空穴對(duì)就越多，阻值就愈低。當(dāng)光敏電阻兩端加上電壓后，流過(guò)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(duì)逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)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(shí)所測(cè)得的電阻值，暗電阻在1至100M之間。這時(shí)在光敏電阻兩端加一定的工作電壓，流過(guò)光敏電阻的電流就稱(chēng)為暗電流。亮電阻和亮電流：亮電阻是指在有光照時(shí)所測(cè)得的電阻值，實(shí)際光敏電阻的亮電阻在幾K以下，此時(shí)流過(guò)光敏電阻的電流就稱(chēng)為亮電流。光電流：亮電流與暗電流的差值稱(chēng)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(chǔ)能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負(fù)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(jìn)行放電。為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負(fù)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(guò)大而導(dǎo)致的地電位抬高和噪聲。地電位是地連接處在通過(guò)大電流毛刺時(shí)的電壓降。去耦去耦，又稱(chēng)解耦。從電路來(lái)說(shuō)， 總是可以區(qū)分為驅(qū)動(dòng)的源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如果負(fù)載電容比擬大， 驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電， 才能完成信號(hào)的跳變，在上升沿比較陡峭的時(shí)候， 電流比擬大， 這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)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(huì)產(chǎn)生反彈，這種電流相對(duì)于正常情況來(lái)說(shuō)實(shí)際上就是

22、一種噪聲，會(huì)影響前級(jí)的正常工作，這就是所謂的“耦合。去耦電容就是起到一個(gè)“電池的作用，滿足驅(qū)動(dòng)電路電流的變化，防止相互間的耦合干擾，在電路中進(jìn)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(lái)將更容易理解。旁路電容實(shí)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(kāi)關(guān)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(dòng)電流的變化大小來(lái)確定。旁路是把輸入信號(hào)中的干擾作為濾除對(duì)象，而去耦是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象，防止干擾信號(hào)返回電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)

23、區(qū)別。濾波從理論上即假設(shè)電容為純電容說(shuō)，電容越大，阻抗越小，通過(guò)的頻率也越高。但實(shí)際上超過(guò)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(huì)增大。有時(shí)會(huì)看到有一個(gè)電容量較大電解電容并聯(lián)了一個(gè)小電容，這時(shí)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(guò)。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(guò)程。儲(chǔ)能儲(chǔ)能型電容器通過(guò)整流器收集電荷，并將存儲(chǔ)的能量通過(guò)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(shí)會(huì)采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式， 對(duì)于功率級(jí)超過(guò)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(biāo)稱(chēng)電容量是標(biāo)志在電容器上的電容量。電容器實(shí)際電容量與標(biāo)稱(chēng)電容量的偏差稱(chēng)誤差，在允許的偏差范圍稱(chēng)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(biāo)注在電容外殼上，如果工作電壓超過(guò)電容器的耐壓，電容器擊穿，造成不可修復(fù)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(chēng)為絕緣電阻。當(dāng)電容較小時(shí)，主要取決于電容的外表狀態(tài)，容量大于0.1uf

25、時(shí)，主要取決于介質(zhì)性能，絕緣電阻越小越好。電容的時(shí)間常數(shù)為恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)大容量電容的絕緣情況而引入了時(shí)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(chǎng)作用下，在單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱所消耗的能量叫做損耗。各類(lèi)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(dǎo)損耗和電容所有金屬局部的電阻所引起的在直流電場(chǎng)的作用下，電容器的損耗以漏導(dǎo)損耗的形式存在，一般較小，在交變電場(chǎng)的作用下，電容的損耗不僅與漏導(dǎo)有關(guān)，而且與周期性的極化建立過(guò)程有關(guān)。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(gè)由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)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(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于PN結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，PN結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向電流，稱(chēng)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(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)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(guò)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(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆睿琁RM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(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能，常簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)ED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)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(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)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(zhǎng)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(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封，起到保護(hù)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(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱(chēng)為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)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(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，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(chēng)LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)即兩端加上正向電壓，電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。 發(fā)光二極管的特性高效節(jié)能一千小時(shí)僅耗幾度電普通60W白熾燈十七小時(shí)耗1度電，普通10W節(jié)能燈一百小時(shí)耗1度電)。超長(zhǎng)壽命半導(dǎo)體芯片發(fā)光，無(wú)燈絲，無(wú)玻璃泡，不怕震動(dòng)，不易破碎，使用壽命可達(dá)五萬(wàn)小時(shí)普通白熾燈使用壽命僅有一千小時(shí)，普通節(jié)能燈使用壽命也只有八千小時(shí)。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(huì)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(huì)產(chǎn)生電磁干擾。保護(hù)視力直流驅(qū)動(dòng)，無(wú)頻閃普通燈都是交流驅(qū)動(dòng)，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(jiàn)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(chǎng)等危險(xiǎn)場(chǎng)。市場(chǎng)潛力大低壓、交流供電，電池、太陽(yáng)能供電，于遙遠(yuǎn)山區(qū)及野外照明等缺電、少電場(chǎng)所。4.4 三極管4 三極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體三極管也稱(chēng)為晶體三極管，可以

31、說(shuō)它是電子電路中最重要的器件。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(gè)微米至幾十個(gè)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(hào)變成一定強(qiáng)度的信號(hào)，當(dāng)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(hào)的能量罷了。三極管有一個(gè)重要參數(shù)就是電流放大系數(shù)。當(dāng)三極管的基極上加一個(gè)微小的電流時(shí)，在集電極上可以得到一個(gè)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(guò)基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)這一傳輸過(guò)程的兩個(gè)條件是： 內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)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(dǎo)電，故稱(chēng)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(guò)程如圖14： 圖13 放大狀態(tài)下BJT中載流子的傳輸過(guò)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(chǎng)被大大削弱，有利于多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子源源不斷地越過(guò)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(shí)，基區(qū)多子空穴也向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，形成空穴注入電流IEP 。發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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?yàn)閿?shù)值很小面將其忽略，即IEIEN+IEPIEN。因?yàn)殡娮訋ж?fù)電，而電流方向規(guī)定為正電荷移動(dòng)的方向，所以發(fā)射電流方向與電子運(yùn)動(dòng)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(chēng)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(kuò)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(kuò)散過(guò)程中，絕大多數(shù)都能到達(dá)集電結(jié)邊緣，只有極少量的電子與基區(qū)中的空穴復(fù)合。復(fù)合后基區(qū)帶負(fù)電，電源VEE的正極將從基區(qū)拉走電子或者說(shuō)補(bǔ)充空穴。這樣就形成了基區(qū)復(fù)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(yùn)動(dòng)，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(dá)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(guò)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(jì)算是?？梢院雎?。ICBO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?？傊?，由發(fā)射區(qū)發(fā)射的總電子數(shù)對(duì)應(yīng)于IENIE中，絕大局部電子被集電區(qū)收集對(duì)應(yīng)于ICN，只有極小的一局部電子在基區(qū)中與空穴復(fù)合對(duì)應(yīng)于IBN。4.5 晶閘管及其工作原理晶閘管又稱(chēng)可控硅是由3個(gè)PN結(jié)四層結(jié)構(gòu)硅芯片和3個(gè)電極組成半導(dǎo)體器件?？煽毓枋荘1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個(gè)PN結(jié)，分析原理時(shí)，可以把它看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成，當(dāng)陽(yáng)極A加上正向電壓時(shí)，B

36、G1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時(shí)，如果從控制極G輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號(hào)，BG2便有基流流過(guò)，經(jīng)BG2放大，其集電極電流IC1=2Ig。因?yàn)锽G2的集電極直接與BG1的基極相連，所以Ig=IC2。此時(shí)，電流IC2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流IC2=1Ig。這個(gè)電流又流回到BG2的基極，表成正反應(yīng)，使Ig不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個(gè)管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通。由于BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋?zhàn)饔?，所以一旦可控硅?dǎo)通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號(hào)只起觸發(fā)作用，沒(méi)有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。如圖14：圖14 晶閘管工作原理由于

37、可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開(kāi)關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，此條件見(jiàn)表2：表2 可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷的條件狀 態(tài)條 件說(shuō) 明從關(guān)斷到導(dǎo)通1、陽(yáng)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(dǎo)通1、陽(yáng)極電位高于陰極電位2、陽(yáng)極電流大于維持電流兩者缺一不可從導(dǎo)通到關(guān)斷1、陽(yáng)極電位低于陰極電位2、陽(yáng)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(dāng)控制極開(kāi)路，陽(yáng)極加上反向電壓時(shí)，J2結(jié)正偏，但J1、J2結(jié)反偏此時(shí)只能流過(guò)很小的反向飽和電流，當(dāng)電壓進(jìn)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(shí)，可控硅會(huì)發(fā)生永久性反向擊穿。

38、正向特性當(dāng)控制極開(kāi)路，陽(yáng)極上加上正向電壓時(shí)，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(guò)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(yīng)，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量的電子和空穴，電子時(shí)入N1區(qū)，空穴時(shí)入P2區(qū)。進(jìn)入N1區(qū)的電子與由P1區(qū)通過(guò)J1結(jié)注入N1區(qū)的空穴復(fù)合，同樣，進(jìn)入P2區(qū)的空穴與由N2區(qū)通過(guò)J3結(jié)注入P2區(qū)的電子復(fù)合，雪崩擊穿，進(jìn)入N1區(qū)的電子與進(jìn)入P2區(qū)的空穴各自不能全部復(fù)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(fù)阻特性。這時(shí)J1、J2、J3三個(gè)結(jié)均處于正偏，可控硅便進(jìn)入正向?qū)щ姞顟B(tài)通態(tài)，此時(shí)，它的特性與普通的PN結(jié)正向特性相似。 觸發(fā)導(dǎo)通在控制極G上參加正向電壓時(shí)因J3正偏，P2區(qū)的空穴時(shí)入N2區(qū)，N2區(qū)的電子進(jìn)入P2區(qū)，形成觸發(fā)電流IGT。在可控硅的內(nèi)部正反應(yīng)作用的根底上，加上IGT的作用，使可控硅提前導(dǎo)通。4.6 電容濾涉及濾波電路電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電能的倉(cāng)庫(kù)。在電路中，當(dāng)有電壓加到電容器兩端的時(shí)候，便對(duì)電容器充電，把電能儲(chǔ)存在電容器中，當(dāng)外加電壓失去或降低之后，電容器將把儲(chǔ)存的電能再放出來(lái)。充電的時(shí)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(shí)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(fù)載電阻值越大，充電和放電所需要的時(shí)間越長(zhǎng)。這種電容帶兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來(lái)承當(dāng)濾波的任務(wù)。交流電經(jīng)過(guò)二極管整流之后，方向單一了，但是脈動(dòng)較大，含有較大的諧波成分，不能適應(yīng)大多數(shù)電子線路及設(shè)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(dòng)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(jiǎn)單的電容濾波電路，電容器與負(fù)載電阻并聯(lián)，接在整流器后面。在二極管導(dǎo)通期間，當(dāng)電壓E2處于正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓UC時(shí)，二極管D2、D4導(dǎo)通，電流一路流經(jīng)負(fù)載電

41、阻R，另一路對(duì)電容C充電。當(dāng)E2上升到峰值后開(kāi)始下降，電容通過(guò)負(fù)載電阻R放電，其電壓UC也開(kāi)始下降，趨勢(shì)與E2根本相同。但是由于電容按規(guī)律放電，所以當(dāng)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(dǎo)致D2、D4反向偏置而變?yōu)檩d止。此后，電容C繼續(xù)通過(guò)R放電，UC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。當(dāng)電壓E2處于負(fù)半周時(shí)同理。圖16中示出全波整流時(shí)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(dá)一定值以后，再加大電容量對(duì)提高濾波效果已無(wú)明顯作用。通常應(yīng)根據(jù)負(fù)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(guān)系，表4中帶有濾波器的整流電路中各電壓的關(guān)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(guān)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(guān)系輸入交流電壓有效值負(fù)載開(kāi)路時(shí)的輸出電壓帶負(fù)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(shí)輸出電流變化較大，這對(duì)于變化負(fù)載如乙類(lèi)推挽電路來(lái)說(shuō)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(diǎn)，而同時(shí)在一定程度上克服了它的缺點(diǎn)。4.7.1 工作原理橋式整流電路的工作原理如下：U2對(duì)D1、D3加正向電壓，D1、D3導(dǎo)通；對(duì)D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成U2、D1、RL、D3通電回