电力电子设计报告Word下载.docx
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声控和触摸控制,控制灯亮的时间为约17秒;
光控为即时控制(有光照时灯不亮,无光照时灯亮)。
声控和触摸控制时光控无效;
光控时,有声控或触摸控制信号传入会锁定灯亮17秒。
2、技术指标:
采用12V的直流电源作为主电源(可以自制);
响应时间≤1S。
二、设计思路及原理图
\
●设计思路
1.总体设计思路:
先通过网络和图书选择三种单独控制电路若干,从中挑出简单易行的电路,分析其控制原理。
分别对三种电路做接线实验,调试成功后两两进行整合。
由于各电路的工作电压及某些其他因素影响,所以电路的整合难度稍大。
最终搭试出一个新的电路,此电路设计符合实验的要求。
再对新电路进行测试,不断修改,成功后焊接到电路板上。
2.声控电路的设计与实现:
利用三极管的放大作用,设计实现一个声控电
路。
能够将声音信号转变为电压信号,并将此电压信号进行放大,用以控制发光二极管发光。
(一)三极管的基本结构和原理
1.基本结构
三极管是利用半导体的导电特性制成的一种基本的电子元件。
三极管分为NPN型和PNP型两种其符号如图1所示:
2.基本原理:
三极管是一种控制元件,主要用来控制电流大小,以共发射极接法为例,如图2所示
e是交流信号源,提供变化的交流信号。
当基极电压BEu有一个微小的变化时,基极电流Bi也会随之有一小的变化,受基极电流Bi的控制,集电极电流Ci会有一个很大的变化,基极电流Bi越大,集电极电流Ci也越大,反之,基极电流越小,集电极电流也越小,即基极电流控制集电极电流的变化。
但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多,这就是三极管的放大作用。
iC的变化量与iB变化量之比叫做三极管的放大倍数b=DiCDiB(D表示变化量),三极管的放大倍数β一般在几十到几百倍。
三极管在放大信号时,首先要进入导通状态,即要先建立合适的静态工作点(由CC+U提供),也叫建立偏置,否则会放大失真。
在三极管的集电极和电源之间接一个电阻,可将电流放大转换成电压放大:
当基极电压BV升高时,Bi变大,Ci也变大,Ci在集电极电阻CR的压降也越大,所以三极管集电极电压VC会降低,且VB越高,VC就越低,DVC=DVB。
注:
三极管的详细原理可参见相应的参考书(如模拟电子线路、低频电子线路等)。
(二)放大电路
图2所示电路由一个三极管构成,称为单级放大电路。
有时候单级放大电路还不能够将
电压放大到足够大,这时,可以才用多级放大电路来实现电压放大。
采用两个三极管1T和2T分别构成两个单级放大电路,然后两级相联,构成两级放大电路,则输入电压经过两次放大得到输出电压。
(三)驻极体传声器
驻极体传声器是将声音转换为电信号的电子元件。
(四)声控电路
声控电路,是把声音转换为电信号,利用放大电路将该电信号放大从而驱动其他电路工作
放大电路的详细原理可参见相应的参考书(如模拟电子线路、低频电子线路等)
●元器件的选择
①电磁式继电器的工作原理和特性
电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点等组成。
只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会有电流流过,从而产生电磁效应,衔铁就在电磁力吸引的作用下克服反弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。
当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力下返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。
这样吸合、释放从而达到电咱的导通断开目的。
对于继电器的“常开”、“常闭”可以这样来区分;
继电器线圈未通电进处于断开状态的为静触点,称为“常开触点”,处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
电磁式继电器的应用:
1、工你电路是有危险的高压电路,通过电磁继电器可利用低压控制高压。
2、工作场所温度高或环境不好,可以利用电磁继电器来实现远距离操作
②光敏二极管
光敏二极管从结构上看,也是一个PN结,它利用PN结反向偏置时,在光线照射下反向电流将由小变大的原理制作而成。
根据已知的半导体知识,我们知道PN结加反向电压时,反向电流是极小的,表现出极大的电阻值,这是因为内部载流子的数目太少。
但受到光线照射时,在光激发下,半导体内部载流子的数量将大大增加,因此反向电流也随之增大,表现出电阻值大大下降。
这就是光敏二极管的工作原理。
我们把未受到光照时流过二极管的反向电流称为暗电流,而把受到光照后流过二极管的反向电流称为亮电流。
两者的差值越大越好。
应注意,光敏二极管对照射光线的频率(或波长)是有选择的。
也就是说,它对于某一种光线
特别敏感,对其他光线则不那么敏感。
在选用光敏二极管时要注意这一点。
③发光二极管
二极管是利用半导体的特殊导电性制成的一种基本电子元件,其主要特点是正向导通、反向截止,即在二极管两端加上正向电压则二极管导通,若加上反向电压则截止。
二极管的符号如图3所示。
根据用途不同,二极管可以分为稳压二极管、整流二极管、发光二极管、光电二极管、开关二极管等等。
其中,发光二极管是在普通二极管内参杂某些杂质从而在二极管导通时能够发光。
二极管的详细原理可参见相应的参考书(如模拟电子线路、低频电子线路等)。
三、电路原理图及PCB封装图
1.原理图
图1
图1是通过查找相关资料,实验测试成功后自己绘出来的电路图。
优点:
声控和触摸控制共用一个电路,元器件相对较少且都是常用的,这样就节约了制作成本。
2.PCB原理图
四、元件清单及焊接
1.元件清单
序号
元器件规格
R1
56K
R10
5.1K
D1
发光二极管
R2
2.7K
R11
100K
D2
光敏二极管
R3
510K
C1
10μ(电解)
MK1
驻极体传声器
R4
10K
C2
47μ(电解)
RLY1
12V电磁继电器
R5、R6
VT1~VT3
S9014
J1
12V直流电源
R7
2K
VT4
S9015
J2
排针(触点)
R8
240Ω
VT5
S9013
R9
22K
VT6
3.电路板的焊接
电路板的焊接安装时首先将电阻焊到电路板上,然后依次将三极管、发光二极管、光敏二极管、驻极体传声器、开关、电解电容、继电器焊到电路板上(在电路板上的高度由低到高依次焊接),注意电解电容器的极性和三极管的管脚排列。
只要元器件正确,焊接可靠,电路基本不再需调整就可以工作了。
首次通电,继电器会吸合。
当灯熄灭后,可以拍手使灯亮,也可以触摸排针,这两种方法点亮灯后约17秒(t=0.7×
R3×
C2=16.779)后灯自动熄掉,可以调节R3或C2控制亮灯时间。
五、电路工作原理
1.声控原理
图2
图3图4
图2为声控电路部分,由图3声音感应、放大电路和图4单稳态电路构成。
图4中三极管VT2、VT3及其电阻、电容器组成了单稳态电路。
电阻R3为三极管VT2提供了基极电流;
而三极管VT3的基极电流则是从三极管VT2的集电极电阻R4上得到的。
三极管VT2集电极与三极管VT3基极之间是直接耦合的;
而三极管VT3集电极与三极管VT2基极之间的耦合则是由电容器C2来完成的。
电阻R4是三极管VT2的集电极负载,三极管VT3的集电极负载是电阻R5。
单稳态电路的特点是它只有一个稳定状态。
电路在没有信号输入时,选择合理的R3使三极管VT2稳定在饱和状态,此时它的集电极电压约为0.3V以下。
这样使三极管VT3稳定在截止状态。
这就是单稳态电路的稳定状态。
当一个负脉冲通过C1到达三极管VT2的基极时,三极管VT2开始趋向截止,它的集电极电流减小,集电极电压升高;
经过直接耦合,使三极管VT3的基极电压升高,三极管VT3开始导通,它的集电极电压下降;
经电容C2的藕合又使三极管VT2的基极电压进一步下降(虽然这时负脉冲已经不再存在),形成一个正反馈,很快达到一个新的状态。
此时三极管VT2截止,三极管VT3饱和导通。
这就是单稳态电路的暂稳态现象。
单稳态电路的暂稳态是不能持久的。
在暂稳态期间,电容器C2通过电阻R3进行放电,随着放电的进行,三极管VT2的基极电压逐渐升高,当它达到0.5V以上时,三极管VT2开始导通,正反馈现象再次发生,整个电路很快又回到VT2饱和导通,VT3截止的稳定状态。
电容C2通过电阻R3的放电过程决定了电路暂稳态的维持时间。
根据计算,这个时间t=0.7×
C2。
在本电路中电阻R3为510KΩ,电容C2为47μF,所以t≈17s.根据这个公式改变电阻R3或电容C2的参数,可以延长或缩短电路的延迟时间。
电路复原后,电容器C2通过电阻R5和三极管VT2的发射结进行充电。
充电完成后电路才可以接收下一次的触发。
电路中的B是一只驻极体传声器,它能将声音信号转变为电信号。
驻极体传声器压所转换的电信号较微弱,只有通过由三极管VT1组成的放大器把微弱的信号进行放大后,才能去触发单稳态电路。
放大后信号中的负脉冲作用在三极管VT2的基极上时,可以使单稳态电路翻转。
在电路的稳态过程下,单稳态电路中三极管VT2导通,三极管VT3截止。
三极管VT3的集电极为高电平,接在它上面的三极管VT4是PNP型三极管,所以三极管VT4没有导通,继电器不工作。
一旦有外界的声音来触发电路,单稳态电路中三极管VT2的基极受到负脉冲的作用而截止,单稳态电路处在了暂态的过程中。
这时三极管VT3导通,它的集电极电压下降,导致与它连接的三极管VT4也导通,继电器吸合,LED电路导通从而灯亮。
2、触摸控制原理在搞懂单稳态电路原理的基础上,很好的利用单稳态电路的性质尝试了触摸控制的实现,经试验得到了两个点可以通过触摸来控制的即R6电阻两端(VT3的集电极和VT4的基极),取的是VT4基极,这样有利于我焊接分布元件。
图5
当人体触摸J2,人体感应电压使得VT4的基极电压降低,VT4导通。
继电器吸合,LED发光。
其熄灭原理与声控电路相同。
3、光控部分原理
当有光照射光敏二极管时二极管D2导通,相当于相当于断路,当无光照时,相当于导线。
如图6所示当有光照D2时,三极管VT6的基极与R10的交叉点断路,VT6截止,从而VT5也截止。
当无光照时,VT6导通,其集电极电压接入VT5基极使其导通,VT5发射极的电压触发继电器吸合。
LED电路通路。
图6
六、问题及改进措施
七、参考文献
《电力电子技术》
(第5版)王兆安刘进军
机械工业出版社
《模拟电子技术基础》(第四版)童诗白华成英高等教育出版社
八、附录
作品图
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- 关 键 词:
- 电力 电子设计 报告