楼道触摸延时开关电路的设计毕业论文.doc

目 录第一章 电路的工作原理 2第二章 单元电路及工作原理4照明灯电路4整流电路4指示灯442.5触发电路52.6 桥式整流电路6晶闸管的开关作用8第三章 元器件的检测13稳压二极管 133.2三极管1314第四章 元器件明细表16第五章 总结17参考文献 18第一章 电路的原理图及工作原理本设计的原理图如下工作原理二极管VD1VD4、晶闸管VS组成触摸开关的主回路，R1、LED、与VD5构成次回路，控制回路由三极管VT1VT3等组件组成，平时LED发光指示触摸开关的位置，方便在夜间寻找开关。VT3的集电极被VD5控制在8V左右，VT1VT3均处于截止状态，VS因为无触发电压处于关断状态，故电灯不亮。需要开灯时，只要用手触摸一下触摸电极片M，因人体泄露电流经R5与R4分压后注入三极管VT3的基极，使VT3迅速导通。8V直流电经过VT3的c-e极向电容C2充电，并经过R2使VT2导通，VT1也随之迅速导通，VS因门极获得正向触发电流而导通，灯H即被点亮。人手离开电极片M后，因C2储存的电荷通过R2向VT2的发射结放电，所以仍能维持VT2、VT1及VS的导通，电灯H依然点亮。直至C2电荷根本放完，VT2由导通转为截止，VT1也随之截止，VS因失去触发电流当交流电过零时即关断，灯灭。改变R2、R3及C2的数值能调节电灯每次被点亮的时间长短。采用附录所示数据，每触摸一次电极片M电灯H约能点亮1min左右。电阻R4的作用是使三极管VT3平时处于反偏状态，以减小VT3的漏电流，确保在无触摸信号时VT2始终处于截止状态。假设取消R4，往往因VT3管子质量不佳，其漏电流可使电容C2两端电压不断上升，最终会导致VT2误导通使电灯H点亮。第二章 单元电路及工作原理21 照明灯电路照明电路采用220V交流输出，将功率小于100W的灯泡与整流电路局部串联连接。22 整流电路电路中采用四个IN4007二极管，互相接成桥式结构。利用二极管的电流导向作用，在交流输入电压U的正半周内，二极管VD1、VD3导通，VD2、VD4截止，在负载RL上得到上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反，VD1、VD3截止，VD2、VD4导通，流过负载RL的电流方向与正半周一致。因此，利用四个二极管，使得在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。23 指示灯VD1VD4、VS组成开关的主回路。平时，VS处于关断状态，灯不亮。VD1VD4输出220V脉动直流电经R1限流，VD5稳压，C2滤波输出约8V左右的直流电供VT3使用。此时LED发光，指示开关位置，便于夜间寻找开关。24 延时电路延时电路的实现，主要运用电容的充放电原理。在VT3得到触发信号导通后，电流流经电容C2进行充电，电容储存一定量的电荷。当人手离开电极片后，触发信号消失，电容放电使VT2、VT1、VS保持一定时间内处于导通状态下，实现灯泡H延时1min左右后熄灭。延时时间长短主要由R2、C2充电时间常数决定，假设要延长或缩短延时时间，可适当增大或减小R2、C2的数值。25 触发电路 触摸灯的触摸开关是通过人体接触后产生的电流泄露而工作的。当用手触摸一下触摸开关的电极片M时，人体泄漏电流使VT3导通。此时，电容C2开始充电，VT2、VT1随即导通，晶闸管门极得到正向触发电流导通。其中泄露的电流十分微小，只有多少微伏。而人体本身带的静电都有几千几万伏。所以触摸开关对人体的影响是微乎其微的几乎没有。26 桥式整流电路(1) 单相桥式整流电路的组成单相桥式整流电路由四只二极管组成，其构成原那么就是保证在变压器副边电压u2正、负半周内正确引导流向负载的电流，使其方向不变。设变压器副边两段分别为a和b，那么a为“、b为“时应有电流留出a点，a为“-、b为“时应有电流流入a点；相反，a为“、为“时应有电流流入点，为“、为“时应有电流流出点；因而和点均应分别接两只二极管，以引导电流；如图2-3所示。图2-3 桥式整流原理(2) .工作原理设变压器副边电压，U2为其有效值。当2为正半周时，电流由a点流出，经过V1、RL、D3流入b点，因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边电压，即，V2和V4管承受的反响电压为u2。当u2为负半周时，电流由b点流出，经V2、RL、V4流入a点，负载电阻RL上的电压等于u2，即，V1、V3承受的反向电压为u2。这样，由于V1、V3和V2、V4两对二极管交替导通，致使负载电阻RL上在u2的整个周期内都有电流通过，而且方向不变，输出电压。如图2-4所示为单相桥式整流电路各局部的电压和电流的波形。 图2-4 桥式整流电路电流、电压波形(3) .输出电压平均值UO(AV)和输出电流平均值IO(AV)根据图2-4中所示uo的波形可知，输出电压的平均值 解得 由于桥式整流电路实现了全波整流电路，它将u2的负半周也利用起来，所以在变压器副边电压有效值相同的情况下，输出电流的平均值即负载电阻中的电流平均值 在变压器副边电压相同、且负载也相同的情况下，输出电流的平均值也是半波整流电路的两倍。根据谐波分析，桥式整流电路的基波UOIM的角频率是u2的2倍，即100HZ，。故脉动系数 与半波整流电路相比，输出电压的脉动减小很多。 熟悉晶闸管的开关作用(1).晶闸管的开关作用晶闸管是一种开关组件，广泛的应用在各种电路，以及电子设备中。典型的小电流控制大电流的组件，通过一个电流很小的脉冲触发，当晶闸管处于导通状态时它的电阻变得很小相当于一跟导线。(2).晶闸管的结构和工作原理晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结,可以把它中间的NP分成两局部，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管。如图图2-1.1所示：图等效图图2-1.2 器件符号当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此是两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门极电流Ig流入时，就会形成强烈的正反应，造成两晶体管饱和导通。设PNP管和NPN管的集电极电流分别为IC1和IC2，发射极电流相应为Ia和Ik，电流放大系数相应为1=IC1/Ia和2=IC2/Ik，设流过J2结的反相漏电流为ICO，晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和： (1)假设门极电流为Ig，那么晶闸管阴极电流为： 得出晶闸管阳极电流为： (2)硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数1和2随其发射极电流的改变而急剧变化。当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未接受电压的情况下，式(2)中Ig=0，(1+2)很小，故晶闸管的阳极电流IaICO，晶闸管处于正向阻断状态；当晶闸管在正向门极电压下，从门极G流入电流Ig，由于足够大的Ig流经NPN管的发射结，从而提高放大系数2，产生足够大的集电极电流IC2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数1，产生更大的集电极电流IC1流经NPN管的发射结，这样强烈的正反应过程迅速进行。当1和2随发射极电流增加而使得(1+2)1时，式(2)中的分母1-(1+2)0，因此提高了晶闸管的阳极电流Ia。这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定，晶闸管已处于正向导通状态。晶闸管导通后，式(2)中1-(1+2)0，即使此时门极电流Ig=0，晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通，门极已失去作用。在晶闸管导通后，如果不断地减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时，由于1和2迅速下降，晶闸管恢复到阻断状态。(3) .晶闸管的工作条件晶闸管承受反向阳极电压时，无论门极承受何种电压,晶闸管都处于关断状态。晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压,无论门极电压如何，晶闸管保持导通,即晶闸管导通后，门极失去作用。晶闸管在导通情况下，当主回路电压或电流减小到接近于零时，晶闸管关断。(4) .晶闸管的管脚鉴别单、双晶闸管的判别：先任测两个极，假设正、反测指针均不动R×1挡，可能是A、K或G、A极对单向晶闸管也可能是T2、T1或T2、G极 对双向晶闸管。假设其中有一次测量指示为几十至几百欧，那么必为单向晶闸管。且红笔所接为K极，黑笔接的为G极，剩下即为A极。假设正、反向测批示均为几十 至几百欧，那么必为双向晶闸管。再将旋钮拨至R×1或R×10挡复测，其中必有一次阻值稍大，那么稍大的一次红笔接的为G极，黑笔所接为T1极，余下是T2极。 图2-2 晶闸管管脚性能的差异：将旋钮拨至R×1挡，对于16A单向晶闸管，红笔接K极，黑笔同时接通G、A极，在保持黑笔不脱离A极状态下断开G极，指针应指示几十欧至一百欧，此时可控硅已被触发， 且触发电压低或触发电流小。然后瞬时断开A极再接通，指针应退回位置，那么说明可控硅良好。 对于16A双向晶闸管，红笔接T1极，黑笔同时接G、T2极，在保证黑笔不脱离T2极的前提下断开G极，指针应指示为几十至一百多欧视晶闸管电流大 小、厂家不同而异。然后将两笔对调，重复上述步骤测一次，指针指示还要比上一次稍大十几至几十欧，那么说明晶闸管良好，且触发电压或电流小。 假设保持接通A极或T2极时断开G极，指针立即退回位置，那么说明晶闸管触发电流太大或损坏。可按图2方法进一步测量，对于单向晶闸管，闭合开关K，灯应发亮，断开K灯仍不息灭，否那么说明晶闸管损坏。 对于双向晶闸管，闭合开关K，灯应发亮，断开K，灯应不息灭。然后将电池反接，重复上述步骤，均应是同一结果，才说明是好的。否那么说明该器件已损坏。第三章 元器件的检测31 稳压二极管稳压二极管的外形与普通小功率整流二极管的外形根本相似。当其壳体上的型号标记清楚时，可根据型号加以鉴别。当其型号标志脱落时，可使用万用表电阻挡很准确地将稳压二极管与普通整流二极管区分开来。具体方法是：首先利用万用表R×1K挡，按前述方法把被测管的正、负电极判断出来。然后将万用表拨至R×10K挡上，黑表笔接被测管的负极，红表笔接被测管的正极，假设此时测得的反向电阻值比用R×1K挡测量的反向电阻小很多，说明被测管为稳压管；反之，如果测得的反向电阻值仍很大，说明该管为整流二极管或检波二极管。这种判别方法的道理是，万用表R×1K挡内部使用的电池电压为1.5V，一般不会将被测管反向击穿，使测得的电阻值比拟大。而R×10K挡测量时，万用表内部电池的电压一般都在9V以上，当被测管为稳压管，切稳压值低于电池电压值时，即被反向击穿，使测得的电阻值大为减小。但如果被测管是一般整流或检波二极管时，那么无论用R×1K挡测量还是用R×10K挡测量，所得阻值将不会相差很悬殊。注意，当被测稳压二极管的稳压值高于万用表R×10K挡的电压值时，用这种方法是无法进行区分鉴别的。32 三极管首先将万用表打到测试二极管端，用万用表的红表笔接触三极管的其中一个管脚，而用万用表另外的那支表笔去测试其余的管脚，直到测试出如下结果：如果三极管的黑表笔接其中一个管脚，而用红表笔测其它两个管脚都导通有电压显示，那么此三极管为PNP三极管，且黑表笔所接的脚为三极管的基极B，用上述方法测试时其中万用表的红表笔接其中一个脚的电压稍高，那么此脚为三极管的发射极E，剩下的电压偏低的那个管脚为集电极C。如果三极管的红表笔接其中一个管脚，而用黑表笔测其它两个管脚都导通有电压显示，那么此三极管为NPN三极管，且红表笔所接的脚为三极管的基极B，用上述方法测试时其中万用表的黑表笔接其中一个脚的电压稍高，那么此脚为三极管的发射极E，剩下的电压偏低的那个管脚为集电极C。33 电容利用数字万用表也可观察电容器的充电过程，这实际上是以离散的数字量反映充电电压的变化情况。设数字万用表的测量速率为n次/秒，那么在观察电容器的充电过程中，每秒钟即可看到n个彼此独立且依次增大的读数。根据数字万用表的这一显示特点，可以检测电容器的好坏和估测电容量的大小。下面介绍的是使用数字万用表电阻档检测电容器的方法，对于未设置电容档的仪表很有实用价值。此方法适用于测量0.1F几千微法的大容量电容器。将数字万用表拨至适宜的电阻档，红表笔和黑表笔分别接触被测电容器Cx的两极，这时显示值将从“000开始逐渐增加，直至显示溢出符号“1。假设始终显示“000，说明电容器内部短路；假设始终显示溢出，那么可能时电容器内部极间开路，也可能时所选择的电阻档不适宜。检查电解电容器时需要注意，红表笔带正电接电容器正极，黑表笔接电容器负极。 第四章 元器件明细表单相桥式整流电路发光二极管 LED晶闸管 MCR100-8电容 10F*2 22F*1电阻 100k*1 1M*1三极管 PNP*2 NPN*1触摸电极片 M第五章 总结楼道触摸延时开关已经在早些年就效劳于群众了，但是对于相关知识了解甚少。在本次的“0楼道触摸延时开关设计中，充分运用所学的模拟电子技术根底知识、以及搜集的大量资料。明白了楼道触摸延时开关的根本原理，并且用所学知识对一些电路图改良，使其性能更加优良。在对触摸延时开关分析、制作的过程中，很好的稳固了之前学到的模拟电子相关知识。重新学习了整流电路的相关内容，对全波整流电路、滤波电路、稳压电路有了更深刻的认识，不仅会熟练的运用计算公式，而且通过软件仿真技术观察各阶段电路的变化，对各阶段电路的波形有更形象的体会。此电路用到了晶闸管的门极触发原理，在之前对晶闸管方面的学习只是皮毛，楼道触摸开关电路的设计之中又用到了晶闸管的控制机理。经过查阅大量的资料，现在掌握了晶闸管的根本结构、工作原理、以及管脚判别方法，对以后的电路设计有很大的帮助。为了使触摸延时开关电路的设计更为直观，在设计过程中用到了很屡次计算机仿真技术。从对系统整体电路的仿真，到各单元电路的仿真，都做了详细的数据、波形、效果记录。经过计算机仿真对电路功能的实现，做出了触摸开关的实际产品，对动手实践方面有了很大的提高。参考资料1彭介华.电子技术课程设计指导M.北京：高等教育出版社2孙梅生，李美莺，徐振英. 电子技术根底课程设计M. 北京：高等教育出版社·实验·测试第二版M.武汉：华中科技大学出版社4康华光.电子技术根底:模拟局部. 北京:高等教育出版社,19889