方案和制作熱釋自動能燈電路

個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用目錄個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用摘要簡單地介紹了熱釋電紅外自動節(jié)能燈的原理，利用人體發(fā)出的紅外線，通過熱釋電紅外傳感器的接收與放大形成具有一定電壓幅度的控制信號，并用其去觸發(fā)可控硅導(dǎo)通。人體都有恒定的體溫，一般在37度左右，所以會發(fā)出特定波長10μM左右的紅外線，當(dāng)人到來時，控制系統(tǒng)接收到人體的紅外線時燈自動開啟，人走后燈自動關(guān)閉，這種控制電路不但節(jié)能而且可靠方便，同時又延長燈的使用壽命。關(guān)鍵詞：熱釋紅外線自動節(jié)能前言0.1概述所謂的熱釋電紅外自動節(jié)能燈就是一種將人體發(fā)出的紅外線轉(zhuǎn)化成電信號的自動節(jié)能燈，它的組成如圖0-1所示。早在1938年，有人提出過利用熱釋電效應(yīng)探測紅外輻射，但并未受到重視，直到六十年代，隨著激光、紅外技術(shù)的迅速發(fā)展，才又推動了對熱釋電效應(yīng)的研究和對熱釋電晶體的應(yīng)用。熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測器，它可以作為紅外激光的一種較理想的探測器。它正在被廣泛的應(yīng)用到各種自動化控制裝置中。除了在我們熟知的樓道自動個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用開關(guān)、防盜報警上得到應(yīng)用外，在更多的領(lǐng)域應(yīng)用前景也被看好。在學(xué)校、機關(guān)、廠礦企業(yè)等單位的公共場所樓梯、走廊、衛(wèi)生間及居民區(qū)的公共樓道，公共場所的照明控制。長明燈現(xiàn)象十分普遍，這造成了能源的極大浪費。為此，安裝方便、使用壽命長的熱釋電紅外自動節(jié)能燈更實用、更經(jīng)濟。圖0-1熱釋電紅外自動節(jié)能燈原理框圖0.2從國內(nèi)外發(fā)展來看隨著全球經(jīng)濟一體化，發(fā)達國家產(chǎn)業(yè)調(diào)整的步伐進一步加快，一般照明電器產(chǎn)品生產(chǎn)大量向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移。中國是一個比較適合生產(chǎn)照明電器產(chǎn)品的國家，原因在于:一是中國具備生產(chǎn)這些產(chǎn)品的條件，二是勞動力成本比較低。這些都將使中國逐步成為照明電器產(chǎn)品出口大國。而我國照明產(chǎn)品的主要市場是在北美和歐盟<它們對產(chǎn)品質(zhì)量要求也比較高,分別要求UL和CE認(rèn)證），約占到我國照明產(chǎn)品出口額的60%。展望未來的國內(nèi)市場，需求仍會呈逐年增長趨勢，以下強力因素都預(yù)示著我國照明市場仍有很大的潛力可挖：1、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面：機場、鐵路、港口、城市軌道交通等訊速發(fā)展，每一項工程均需要照明；2、城市亮化工程方面：城市廣場、綠地、道路、建筑物泛光照明，已從大城市發(fā)展到中小城市，隨著我國城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，城市亮化工程方面的需求潛力巨大；3、工業(yè)、商業(yè)照明方面：工廠越來越重視照明對企業(yè)生產(chǎn)效率提高的作用，商業(yè)企業(yè)為吸引顧客，不惜花費更多的財力用于商場照明，寫字樓、學(xué)校、醫(yī)院的照明也有明顯的改善。從以上幾個方面可以看出，我國照明燈的市場前景還是非?？捎^的。然而資源的節(jié)約對我國非常的重要，所以要開發(fā)自動節(jié)能燈，它可以節(jié)約用電，而且燈的壽命也有了很大的提高。本論文研究的是熱釋電紅外自動節(jié)能燈，它就是改善我國目前能源浪費嚴(yán)重<水能、太陽能等）而設(shè)計的。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第1章熱釋電紅外傳感器1.1紅外線的發(fā)現(xiàn)紅外線也叫紅外光，它是一位英國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的。1800年，赫胥爾在研究太陽光時，讓光通過棱鏡分解為彩色光帶，他用溫度計去測量光帶中不同顏色所含的熱量。實驗中，他偶然發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象：放在光帶紅光外的一支溫度計，比室內(nèi)其他溫度的指示數(shù)值高。經(jīng)過反復(fù)實驗，這個所謂熱量最多的高溫區(qū)，總是位于光帶最邊緣處紅光的外面。于是他宣布太陽發(fā)出的輻射中除可見光線外，還有一種人眼看不見的“熱線”，這種人的肉眼看不見的“熱線”位于紅色光外側(cè)，叫做紅外線。<不過，要說明的是，事實上太陽發(fā)出的能量以波長580nm的綠光最強。）1.2紅外線的定義我們知道，人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。其中紅光的波長范圍為 <0.62～0.76）μm；紫光的波長范圍為<0.38～0.46）μm。比紫光波長還短的光叫紫外線，比紅光波長還長的光叫紅外線。而人體紅外輻射的光譜為<7～14）μm,其中心波長在<9～11）μm左右。1.3紅外線的基本特性紅外線是一種電磁波，具有與無線電波及可見光一樣的本質(zhì)。紅外線的波長在0.76～100μm之間，位于無線電波與可見光之間。通常紅外線按波長可進行簡單分類，比如近紅外、短波紅外、中波紅外、熱紅外、遠(yuǎn)紅外等。物理學(xué)告訴我們，任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會由于自身分子原子運動不停地輻射出紅外能量，分子和原子的運動愈劇烈，輻射的能量愈大，反之，輻射的能量愈小。溫度在絕對零度以上的物體，都會因自身的分子運動而輻射出紅外線。物體的溫度越高，輻射出的紅外線越多。物體在輻射紅外線的同時，也在吸收紅外線，物體吸收了紅外線后自身溫度就升高。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用1.4熱釋電紅外傳感器的原理特性熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾該傳感器在工藝上將兩個特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號，并不能直接使用，因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式，該電阻阻抗高達１０４ＭΩ，故引入的Ｎ溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式，即源極跟隨器來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計時應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負(fù)極性的。雙探測元熱釋電紅外傳感器使用時Ｄ端接電源正極，Ｇ端接電源負(fù)極，Ｓ端為信號輸出。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補償。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。1.5熱釋電紅外傳感器功能和組成任何高于絕對溫度的物體都會發(fā)出電磁輻射 ——紅外線，但個種不同溫度的物體所輻射的電磁能及能量隨波長的分布是不同的。物體的表面溫度越高，它輻射時能量就越大。利用鋯鈦酸鉛<PZT）材料制成的敏感元件來感知紅外線溫度的變化，并輸出微弱的電信號，人體紅外輻射的光譜為<7～14）μm左右。為了區(qū)分人體<370C左右）輻射的紅外線和周圍物體輻射的紅外線，特別是近紅外輻射，常在熱釋電傳感探測元件前加一紅外濾光片，以抑制人體以外的紅外輻射干擾。而且熱釋電傳感器輸出的信號強度與紅外輻射強度的變化成正比，盡管人離傳感器很近卻紋絲不動傳感器也無信號輸出，而離傳感器較遠(yuǎn)的人一移動，傳感器就會發(fā)出脈沖信號。圖1-1雙探測元熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器有傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。1、傳感探測元由高熱電材料 <鋯鈦酸鉛系陶瓷）制成一定厚度的薄片閉并在其兩面鍍上金個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用屬電極，然后加電進行極化而制成的。它能遙感人體發(fā)出的微量紅外線能量的變化，由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負(fù)極性的。結(jié)構(gòu)如圖 1-12、干涉光片是抑制人體外的紅外輻射 <特別是近紅外輻射）的干擾，使波長小于 μm的紅外線被吸收，只留下對人體敏感的熱釋紅外線光譜。3、場效應(yīng)管起到整個電路的阻抗匹配和前置放大作用。利用這種傳感器件，就可以非接觸方式對物體輻射出的紅外線進行檢測，察覺紅外線能量的變化，將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，并以該信號作為控制信號。它有三個引腳， D腳接正電源，S腳輸出接低頻放大器，G腳接地。1.6熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)同壓電效應(yīng)類似，是指由于溫度的變化而引起晶體表面荷電的現(xiàn)象。熱釋電傳感器是對溫度敏感的傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在元件兩個表面做成電極，在傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有ΔT的變化時，熱釋電效應(yīng)會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷ΔQ，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓ΔV。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一個場效應(yīng)管進行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷ΔQ會被空氣中的離子所結(jié)合而消失，即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，T=0，則傳感器無輸出。當(dāng)人體進入檢測區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生T，則有T輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出了。所以這種傳感器檢測人體或者動物的活動傳感。由實驗證明，傳感器不加光學(xué)透鏡(也稱菲涅爾透鏡>，其檢測距離小于2m，而加上光學(xué)透鏡后，其檢測距離可大于7m。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第2章低通放大器2.1放大器的概述由第1章分析熱釋電紅外傳感器的特性可知，當(dāng)它受到觸發(fā)時，輸出的傳感信號為<0.1～10）Hz的超低頻脈沖<頻率值視為使用的菲涅爾透鏡和人體移動的速度而定），而且脈沖的輻度不大于1mV。這就需要一個高增益、低噪聲的低頻帶通放大器，將其放大后才能對電路執(zhí)行控制功能。通常要求放大器的增益為<60～70）dB即幾千倍，而且對放大器的帶寬有一定要求。帶寬窄，則噪聲小，錯誤動作率低；帶寬寬，則噪聲大，錯誤動作率較高，但對不同移動速度的人體運動均有較好的響應(yīng)。權(quán)衡二者，通常帶寬取<0.3～0.7）Hz左右。由于單級放大器不能滿足如此高的放大倍數(shù)，將它設(shè)計為兩級低通放大電路，第一級為同相輸入放大電路，第二級為反相輸入放大電路，這樣便得到后級所需的足夠大的驅(qū)動信號。2.2同相輸入式放大電路<a）電路圖 <b）等效圖圖2-1同相輸入放大電路圖2-1所示電路為同相輸入放大電路，又稱同相放大電路。信號通過 R2接入運放的同相輸入端，輸出電壓通過電阻Rf反饋到運放的反相輸入端，與 R1組成反饋網(wǎng)絡(luò)，形成電壓串聯(lián)負(fù)反饋。 R2是平衡電阻，一般取R2=Rf//R1。根據(jù)虛斷的概念，電阻R2上無電流流過，則運放同相輸入的電位 upu1。反相端無電流流過，則有 i1

==if。再用虛短的概念，運放輸入端的電位等于反相輸入端的電位，

uN

=uP=u1，則有u1=uP=uN=[R1/(Rf+R1>]u0所以u0=i1(Rf+R1>=(u1/R1>(Rf+R1>可得電壓放大倍數(shù)為：Auf=u0/u1=(Rf+R1>/R1=1+(Rf/R1>由式<2-1）可知，同相輸入電壓放大倍數(shù)只與反饋網(wǎng)絡(luò)電阻有關(guān)，同相輸入放大電路的輸出與輸入同相，且電壓放大倍數(shù)A>=1。同相輸入放大電路的特點如下；1、由于是深度串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻特別高，可達 20M以上，可近似為無窮大。2、由于是深度電壓負(fù)反饋，輸出電阻很小，可近似為零。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用3、由于un = up=u1，運放兩端存在共模電壓，會引起運算誤差，所以在選擇運放時，就要求它的共模抑制比較高。4、同相輸入放大電路的特例 ——電壓跟隨器。如將圖2中的反饋電阻Rf短路，R1開路，就得電路，由式<2-3）可得到Auf=1式<2-1）表明，輸出電壓等于輸入電壓且相位相同，稱它為電壓跟隨器，與射極跟隨電路類似。但由于運放的反饋深度比單管跟隨電路大得多，因此跟隨性能要好得多。因為它的輸入電阻極高，輸出電阻很低，常用作阻抗變換器或緩沖器，在電子電路中應(yīng)用很廣泛。缺點是由于輸入阻抗極高，易受周圍電場干擾等影響，通?？稍谕噍斎攵藢Φ亟右粋€適當(dāng)?shù)碾娮?，此時的輸入電阻有所減小，Ri的數(shù)值等于該電阻值.圖2-2 同相輸入放大器上圖<圖2-2）為原理圖中的同相輸入放大電路，它是由C7、C8、R12、R13等組成其電路的電壓增益為：Au1=2πfR12C8/(1+2πfR12C7><1+2πfR13C8）它的帶寬可由下列公式確定：上限截止頻率：fH=1/2πfR12C7=7HZ第一級放大采用直接耦合，下限截止頻率：fL=1/2πRC=0HZ若選：R12=2.2MΩ，C7=0.01μF,8C=22μF,,R13=27kΩ帶寬：fw=fH-fL=7.2HZ,其頻率特性如圖<a）所示。當(dāng)取 f=1HZ時，第一級的增益Aui為：Au1=20lg[2π12fRC8/(1+2πfR12C7><1+2πfR13C8）](dB>=35Dbd個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用2.3反相輸入式放大器圖2-3反相輸入式放大電路圖2-3是反相輸入式放大電路，又稱為反相放大電路。輸入信號通過 R1，接到運放的反相輸入端。通過分析可知，該電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路。圖中的R2是平衡電阻，用于消除偏置電流帶來的誤差，一般取R2=R1//Rf，電路性能分析如下：根據(jù)運放線性應(yīng)用的特點，用虛斷的要概念，電阻R2上無電流流過，即i1=0，則同相輸入端電位up=0，與地等電位。再用虛短的概念，同相端電位等于反相端電位，即時un=up=0,反相端的電位也為零，因此，N點相當(dāng)于接地，但事實上并非真正接地，我們稱它“虛假接地”<vir-tualground）,簡稱“虛地”，這就將圖6~2a的電路等到效成圖b。虛地是反相輸入放大電路的重要特征。這一特征表明運放輸入端無共模信號。從圖中可以看出，R1一端接u1，一端接虛地，所以有u1=i1R1，而RF一端接在u0端，另一端接在虛地端，所以︱u0︱=︱uRF︱，即輸出電壓等于反饋電阻上的壓降。但是兩端的電壓。但是兩端的電壓極性相反，所以有u0=—uF=—ifRf，而且由于Iid=0，則i1=if，這就非常容易找出輸出電壓u0與輸入電壓u1的關(guān)系。反相放大電路的電壓放大倍數(shù)為：Auf=u0/u1=(-ifRf>/i1R1=-Rf/R1上式中，負(fù)號表示輸出與輸入反相。由于輸入支路與反饋支路的元件是電阻，屬于線性元件，因此輸出電壓與輸入電壓呈線性關(guān)系。電路的輸入電阻 Rif=R1。該電路的特點是：1、由于反相輸入端為虛地，它的共模輸入電壓可近似為零，這樣對運放的有關(guān)共模的參數(shù)要求低。2、由于是電壓負(fù)反饋，輸出電阻小，近似為零，所以帶負(fù)載能力強。3、由于是并聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻小 <Rif=R1），輸入端要向信號源吸取一定的電流。由于運放輸出電流通常只有幾個毫安，所以Rf必須大于1KΩ；又由于實際運放存在失調(diào)電流，所以Rf又必須小于幾MΩ，否則易引起運放的飽和。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖2-4反相輸入放大器上圖<圖2-4）為原理圖中的反相輸入放大電路，它是由 C5、C4、R11、R9、R8等組成。其電路的電壓增益為：Au2=1+[2πfR8C5/(1+2πfR11C5><1+2πfR8C4）]上限截止頻率：fH=1/2πfR8C4=7HZ第二級放大采用阻容耦合，下限截止頻率：fL=1/2πfR11C5=0.3HZ若取：R8=2.2MΩ,C4=0.01μF,,R11=22KΩ,C5=22μF它的不定帶寬可由下列公式確定：帶寬：fw=fH-fl=7.2-0.3HZ=6.9HZ其頻率特性如圖<2-5）當(dāng)取f=1Hz時，第二級的增益Au2為：Au2=20lg{1+[2πfR8C5/(1+2πfR11C5><1+2πfR8C4）](dB>兩級的總增益Au(dB>=Au1+Au2=71(dB>左右，即Au=Au1*Au2=3550倍<a） 圖2-5頻率特性 <b）第3章電壓比較電路3.1電壓比較器概念及構(gòu)成通過對兩輸入電壓的相對比較，在輸出端得到高電平或低電平結(jié)果的電路器件。V0+U0MViVREF—U0M個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖3-1電壓傳輸特性uo與ui的函數(shù)關(guān)系uo=f(ui>稱為電壓傳輸特性。引起uo發(fā)生跳變得參考電壓稱為閾值電壓 <或門檻電壓），記為uT。3.2.基本工作原理及分析方法運放在理想情況下：Aod＝∞，Iid＝0，UiP=UiN在開環(huán)狀態(tài)下：若UiP>UiN，則VO=VOH若UiP<UiN，則VO=VOL如果電路接成正反饋形式也可得到同樣效果。完整的電壓比較器電路：圖3-2完整的電壓比較器電路對比較器電路的分析不能像對放大電路和運算電路的方法。一般的分析方法是集中在輸出跳變得瞬間所對應(yīng)的ui來分析uo與ui的對應(yīng)關(guān)系。這時可認(rèn)為電路滿足uiP=uiN，iP=iN=0，ui=uT。3.3電壓比較器的分類一般電壓比較器按uT的不同和連接方式的不同可以有：1、單門限比較器；2、滯回比較器；3、窗口比較器。3.3.1單門限比較器只有一個閾值電壓uT的比較器，傳輸曲線如圖。若Ui>UT時，VO=VOH；若Ui<UT時，VO=VOL。根據(jù)uT的取值不同可分為過零比較器和一般門限比較器3.3.2滯回比較器<施密特觸發(fā)器）單門限電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高。但抗干擾能力差，如輸入電壓在uT附近時會造成uo反復(fù)跳動，造成比較器工作不穩(wěn)定。為解決這一問題，可將比較器設(shè)置兩個閾值，只要干擾信號不超過這兩個閾值比較器就不個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用會跳變，從而提高比較器的抗干擾能力。利用這種思想設(shè)計出來的電壓比較器稱為滯回比較器或稱施密特觸發(fā)器。3.3.3窗口比較器單門限比較器和滯回比較器有一個共同特點就是當(dāng) ui單方向變化時，uo只會有一次跳變。如果希望檢測ui是否在兩給定電壓之間時就可以采用窗口比較器。3.4電壓比較電路的基本結(jié)構(gòu)圖3-3是壓比較電路的基本結(jié)構(gòu)，若依照圖 3-4的指示聯(lián)機的話，電壓比較電路就成為正基準(zhǔn)電壓的單電源型電壓比較器。此外抑制輸入阻抗(impedance>乃是設(shè)計上必需注意的重要事項，尤其是輸出變成反相的遷移時段內(nèi)，若是以 open loopgain方式動作，必需防止噪聲(noise>混入，因為一旦混入噪聲的話電路會出現(xiàn)誤動作等困擾，所以layout封裝時必需設(shè)法杜絕噪聲混入。雖然圖3-3與圖3-4的電路，都是將基準(zhǔn)電壓連接至反相輸入端，并將信號電壓連接至同相輸入端，然而實際上電壓比較器卻是利用兩輸入端子之間的差動輸入電壓動作，因此信號電壓與基準(zhǔn)電壓即使任意互換，除了輸出的動作會反相之外，對電路并不會造成任何問題。圖3-3電壓比較IC的動作特性圖3-4正基準(zhǔn)電壓的單電源型電壓比較器個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用3.5電壓比較器電路的分析圖3-5電壓比較器電路我所設(shè)計電路當(dāng)中的電壓比較器電路這部分是由動算放大器、 R7、Rg光敏電阻、R5、R6等組成，如圖<5）所示，將同相端10腳分壓為3.9V，作為參考電壓。取Ucc =6V、R5=82k、R3=150k。即：U10=UCC*R6/<R5+R6）=3.9V當(dāng)ICb輸出的信號電壓Uo2大于參考電壓3.9V時，ICc8腳Uo3輸出低電平，此低電平使二極管VD3導(dǎo)通，控制臺級單穩(wěn)態(tài)延時電路。在電壓比較器ICc中，將參電壓設(shè)定為3.9V，目的是為了抑制干擾信號，使低于3.9V的干擾信號被抑制。為了節(jié)能使電路僅在夜間被觸發(fā)，在ICc的輸出端9腳接入了光敏電阻Rg，隨放夜間或光線昏暗Rg阻值變大<其暗阻>=1M），且產(chǎn)生的壓降大于3.9V，使ICc8腳輸出低電平，VD3導(dǎo)通，從而保證了電路工作的可靠性。而光敏電阻Rg在白天由于受光的照射，其阻值不大于2k9<亮阻<=2k）。因此，ICb輸出的高電平經(jīng)R7與Rg分壓后，其電壓值總是小于參考電壓。這就使ICc8腳輸出端一直保持高電平，VD3不通。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第4章單穩(wěn)態(tài)延時電路4.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點1、具有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)兩種工作狀態(tài)。2、在外加觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)維持一定時間后，再自動返回穩(wěn)態(tài)。3、暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路的參數(shù)4.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種脈沖整形電路，多用于脈沖波形的整形、延時和定時。1、脈沖整形：對于幅度和寬度都不規(guī)則的脈沖信號，只要這些脈沖的幅度都大于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)電平，則經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以將不規(guī)則的脈沖波形變成幅度和寬度都相同的脈沖波形。2、用于定時：利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài)期間輸出的高、低電平去控制某個電路定時工作。3、用于延時：利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài)期間輸出的高電平去控制與門的開關(guān)特性。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用uA ui單＆t穩(wěn)uAuiUi0tUi0ui

(a>電路U0圖4-1用于定時 (b>波形uiuA u0單穩(wěn)態(tài) 單穩(wěn)態(tài)1 2uA(a>電路u04-2延時電路(b>波形

ttttt4.3單穩(wěn)態(tài)延時電路的分析圖4-3單穩(wěn)態(tài)延時電路我所設(shè)計電路當(dāng)中的單穩(wěn)態(tài)延時電路這部分是由動放ICd、RP、C2、VT3圖<4-3）所示。平時ICd的反相輸入端6腳步通過R2、R3被分壓在3.9V，而同相輸入端5腳則由于電源經(jīng)RP個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用向C2充電，取Rp=330k,C2=220 μF，其時間常數(shù)為：td=1.1RPC2=1.1 0.×330 ×220S=80S根據(jù)燈的用途不同通過改變時間常數(shù)RpC2，可達到不同的時間要求。同時使其值保持在接近電源電壓6V的狀態(tài)，這使ICd的輸出的端7腳保持高電平，VT4截止，可控硅VS不導(dǎo)通，燈不亮。當(dāng)有傳感信號使ICc的輸出端8腳變低電平時，電容C2通過VT3放電。當(dāng)放電使C2的正極電壓<ICd的5腳）低于參考電壓3.9V時，ICd的7腳輸出低電平并通過VT4將雙向可控硅VS觸發(fā)導(dǎo)通，燈亮。當(dāng)傳感器輸出的信號電壓消失后，ICc的8腳恢復(fù)高電平，VT1截止，電源通過RP向C2充電。當(dāng)充電使C2的正極電壓升至大于3.9V時，單穩(wěn)態(tài)電路的暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，ICd的7腳恢復(fù)高電平，VT4截止，VS關(guān)斷，燈滅。由于C2的充電需要一定的時間，因此當(dāng)人離的時燈并不即熄滅，而是延時一段時間后熄滅。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第5章可控硅觸發(fā)電路5.1雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)1、外型結(jié)構(gòu)有三種：塑封裝、螺旋型、平板型2、內(nèi)部結(jié)構(gòu)：五層三端半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)3、電氣符號如圖7—1所示。有三個極：第一陽極，第二陽極、門極。5.2特性與型號圖5-1雙向晶閘管 圖5-2伏安特性5.2.1特性雙向晶閘管的伏安特性如圖 7-2所示，要使管子能通過交流電流，必須在每半個周期內(nèi)對門極觸發(fā)一次，只有在元件中通過的電流大于掣住電流后，去掉觸發(fā)脈沖后才能維持元件繼續(xù)導(dǎo)通；只有在元件中通過的電流下降到維持電流以下時，元件才能關(guān)斷并恢復(fù)阻斷能力。5.2.2型號根據(jù)JB2173-77標(biāo)準(zhǔn)，雙向晶閘管的型號規(guī)格為：個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用如型號為KS100-8-21，表示雙向晶閘管，額定電流 100A，斷態(tài)重復(fù)峰值電壓8級<800V），斷態(tài)電壓臨界上升率為2級，換向電流臨界下降率為1級。由于雙向晶閘管常用在交流電路中，所以額定通態(tài)電流以最大交流有效值表示。5.3雙向晶閘管的觸發(fā)方式雙向晶閘管正反二個方向都能導(dǎo)通，門極加正負(fù)信號都能觸發(fā)，因此有四種觸發(fā)方式。1、陽極電壓為第一陽極

T1為正，T2為負(fù)；門極電壓是

G為正，T2為負(fù)，特性曲線在第

I＋觸發(fā)方式I象限，為正觸發(fā)。2、

I-觸發(fā)方式陽極電壓為第一陽極

T1為正，T2為負(fù)；門極電壓是

G為負(fù)，T2為正，特性曲線在第

I象限，為負(fù)觸發(fā)。3、陽極電壓為第一陽極

T1為負(fù)，T2為正；門極電壓是

Ⅲ＋觸發(fā)方式G為正，T2為負(fù)，特性曲線在第Ⅲ象限，為正觸發(fā)。4、

Ⅲ-觸發(fā)方式陽極電壓為第一陽極T1為負(fù)，T2為正；門極電壓是G為負(fù)，T2為正，特性曲線在第Ⅲ象限，為負(fù)觸發(fā)。Ⅲ＋觸發(fā)方式的觸發(fā)靈敏度最低，盡量不用。5.4雙向晶閘管主要參數(shù)1、額定通態(tài)電流IT<RMS）2、額定電壓UTX3、換向能力DU/DT5.5可控硅觸發(fā)電路的分析由VT4、R2、R3、R4、VS雙向可控硅、EL照明燈等組成如圖<7）。所示。VT4開關(guān)管選用PNP管，因此，ICd7腳輸出低電平，才能控制VT4導(dǎo)通，進而觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通燈亮。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖5-3可控硅觸發(fā)電路第6章工作電源整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動直流電。濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。穩(wěn)壓電路對整流后的直流電壓采用負(fù)反饋技術(shù)進一步穩(wěn)定直流電壓。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖6-1工作電源6.1全波整流一種對交流整流的電路。在這種整流電路中，在半個周期內(nèi)，電流流過一個整流器件<整流二極管），而在另一外一個半周內(nèi)，電流流經(jīng)第二個整流器件，并且兩個整流器件的連接能使流經(jīng)它們的電流以同一方向流過負(fù)載。無論正半周或負(fù)半周，通過負(fù)載電阻 R的電流方向總是相同的。全波整流使交流電的兩半周期都得到了利用。其各項整流因數(shù)則與半波整流時不同。設(shè)變壓器次極每邊電壓為 Um則有：6.2電容濾波1、加了電容濾波之后，輸出電壓的直流成分提高了，而脈動成分降低了。這都是由于電容的儲能作用造成的。電容在二極管導(dǎo)通時充電<儲能），截止時放電<將能量釋放給負(fù)載），不但使輸出電壓的平均值增大，而且使其變得比較平滑了。2、電容的放電時間常數(shù)<τ＝RLC）愈大，放電愈慢，輸出電壓愈高，脈動成分也愈少，即濾波效果愈好。故一般C取值較大，RL也要求較大。實際中常按下式來選取C的值：RLC≥<3～5）T／2<全波）GS0715濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。6.3穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓穩(wěn)壓二極管(又叫齊納二極管>它的電路符號是:此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件.在這臨界擊穿點上,反向電阻降低到一個很少的數(shù)值,在這個低阻區(qū)個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用中電流增加而電壓則保持恒定,穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的,因為這種特性,穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用。如圖6－1它是利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性穩(wěn)壓的，由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小的電壓變化。6.4電路的論述節(jié)能控制電路用于交流220V照明燈的控制，因此，控制電路的工作電源直接從市電獲得，它由R1、C1、VD1、VD2、C10、VDz、R14、C9等組成，如圖6－1所示。經(jīng)R1、C1阻容降壓后，由VD1、VD2全波整流、C10濾波、VDz穩(wěn)壓得約6V的直流電壓，Uo1提供給各級電路工作電源，Uo2提供給傳感器作工作電源。R14、C9防止傳感器BH因電壓波動而輸出錯誤信號。由R1、C1組成的阻容降壓主要是為了減小體積，它也可用降壓變壓器替換。第7章元器件的選擇和介紹7.1元器件的選擇本控制電路基本上是由通用型電路組成的 ,除BH熱釋電紅外傳感器不常用外 ,其他元器件基本上為通用元器件。現(xiàn)將主要元器件分述如下。1、熱釋電紅外傳感器可選用雙元件型 ,如型號為LHI958傳感器。2、N1～N4為集成4運放可以選用LM324運放。3、Rg光敏電阻可選用MG41-22或MG45-12<亮阻5K、暗阻800K）4、VZ穩(wěn)壓管需選擇0.5W/5.5V規(guī)格的即可。5、C1、R1是降壓元件，其可靠性強，否則它的損壞將導(dǎo)致大面積的電路損壞。 C1應(yīng)選用耐用在400V以上的無機性電容器，如 MPP400V-1Μf，R1選用金屬膜電阻RJ-2W-220K6、晶閘管VT是該電路的控制器件 ,其參數(shù)的選取取決于負(fù)載的功率 ,一般功率為6OW的燈泡選擇1A/400V的雙向晶閘管即可。7、其余各元器件按電路中所標(biāo)注參數(shù)選配。表7-1元器件規(guī)格表序號

名稱代號

型號規(guī)格1234

熱釋紅外傳感器 BH菲涅爾透鏡集成運放IC雙向晶閘管VS

LHI958Q—6型LM324MAC94A41A/400V個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用5燈泡EL220V/60W6三極管VT49012<或8550）β≥17光敏電阻RgMG41—22或MG45—128二極管VT1、VT2IN40079二極管VT3IN414810電位器RPWH7330K11金屬膜電阻R1RJ—2W—220K12金屬膜電阻R8、R122.2M1/8W13金屬膜電阻R2、R3、R4、R5、R6、R7、R9、R13、R14RJ—510Ω、15K、1K、82K、150K、5K、30K、27K、47K14金屬膜電阻R10、R16RJ—100K15金屬膜電阻R11、R15RJ—22K16聚丙稀電容C1CBB—400V—0.75μ17鋁電解電容C2、C9、C10CD—25V—220μ18鋁電解電容C5、C8CD—25V—22μ19鋁電解電容C6CD—25V—47μ20瓷片電容C4、C7、C12CC1—0.01μ21瓷片電容C3、C11CC1—0.22μF、0.02222穩(wěn)壓管VD2IN7536V、額定功耗0.5W7.2元器件的介紹7.2.1集成運放LM324LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到30伏的電源下，靜態(tài)電流大致為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一<對每一個放大器而言）。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。輸出電壓范圍也包含負(fù)電源電壓。1、短路保護輸出2、真差動輸入級3、單電源工作：3.0至32伏4、低輸入偏置電流：最