电子灭蝇器课程设计.docx
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电子灭蝇器课程设计
一使用器件的介绍
1.1单向可控硅
单向可控硅是一种可控整流电子元件,能在外部控制信号作用下由关断变为导通,但一旦导通,外部信号就无法使其关断,只能靠去除负载或降低其两端电压使其关断。
单向可控硅是由三个PN结PNPN组成的四层三端半导体器件与具有一个PN结的二极管相比,单向可控硅正向导通受控制极电流控制;与具有两个PN结的三极管相比,差别在于可控硅对控制极电流没有放大作用。
1.1.1单向可控硅工作原理
可控硅导通条件:
一是可控硅阳极与阴极间必须加正向电压,二是控制极也要加正向电压。
以上两个条件必须同时具备,可控硅才会处于导通状态。
另外,可控硅一旦导通后,即使降低控制极电压或去掉控制极电压,可控硅仍然导通。
可控硅关断条件:
降低或去掉加在可控硅阳极至阴极之间的正向电压,使阳极电流小于最小维持电流以下。
1.1.2单向可控硅的引脚区分
对可控硅的引脚区分,有的可从外形封装加以判别,如外壳就为阳极,阴极引线比控制极引线长。
从外形无法判断的可控硅,可用万用表R×100或R×1K挡,测量可控硅任意两管脚间的正反向电阻,当万用表指示低阻值(几百欧至几千欧的范围)时,黑表笔所接的是控制极G,红表笔所接的是阴极C,余下的一只管脚为阳极A。
1.1.3单向可控硅的性能检测
可控硅质量好坏的判别可以从四个方面进行。
第一是三个PN结应完好;第二是当阴极与阳极间电压反向连接时能够阻断,不导通;第三是当控制极开路时,阳极与阴极间的电压正向连接时也不导通;第四是给控制极加上正向电流,给阴极与阳极加正向电压时,可控硅应当导通,把控制极电流去掉,仍处于导通状态。
用万用表的欧姆挡测量可控硅的极间电阻,就可对前三个方面的好坏进行判断。
具体方法是:
用R×1k或R×10k挡测阴极与阳极之间的正反向电阻(控制极不接电压),此两个阻值均应很大。
电阻值越大,表明正反向漏电电流愈小。
如果测得的阻值很低,或近于无穷大,说明可控硅已经击穿短路或已经开路,此可控硅不能使用了。
1.2双基极二极管
单结晶体管(简称UJT)又称双基极二极管,它是一种只有一个PN结和两个电阻接触电极的半导体器件,它的基片为条状的高阻N型硅片,两端分别用电阻接触引出两个基极b1和b2。
在硅片中间略偏b2一侧用合金法制作一个P区作为发射极e。
其结构、符号和等效电路如图1-1所示。
图1-1单结晶体管
1.2.1单结晶体管的特性
从图1-1可以看出,两基极b1与b2之间的电阻称为基极电阻:
rbb=rb1+rb2
式中:
rb1----第一基极与发射结之间的电阻,其数值随发射极电流ie而变化,rb2为第二基极与发射结之间的电阻,其数值与ie无关;发射结是PN结,与二极管等效。
若在两面三刀基极b2、b1间加上正电压Vbb,则A点电压为:
VA=[rb1/(rb1+rb2)]vbb=(rb1/rbb)vbb=ηVbb
式中:
η----称为分压比,其值一般在0.3---0.85之间,假如发射极电压VE由零逐渐增加,就可测得单结晶体管的伏安特性,见图1-2
图1-2单结晶体管的伏安特性
(1)当Ve<ηVbb时,发射结处于反向偏置,管子截止,发射极只有很小的漏电流Iceo。
(2)当Ve≥ηVbb+VDVD为二极管正向压降(约为0.7伏),PN结正向导通,Ie显著增加,rb1阻值迅速减小,Ve相应下降,这种电压随电流增加反而下降的特性,称为负阻特性。
管子由截止区进入负阻区的临界P称为峰点,与其对就的发射极电压和电流,分别称为峰点电压Vp和峰点电流Ip和峰点电流Ip。
Ip是正向漏电流,它是使单结晶体管导通所需的最小电流,显然Vp=ηVbb
(3)随着发射极电流Ie不断上升,Ve不断下降,降到V点后,Ve不在降了,这点V称为谷点,与其对应的发射极电压和电流,称为谷点电压,Vv和谷点电流Iv。
(4)过了V点后,发射极与第一基极间半导体内的载流子达到了饱和状态,所以uc继承增加时,Ie便缓慢地上升,显然Vv是维持单结晶体管导通的最小发射极电压,如果Ve<Vv,管子重新截止。
1.2.2单结晶体管的主要参数
(1)基极间电阻Rbb:
发射极开路时,基极b1、b2之间的电阻,一般为2--10千欧,其数值随温度上升而增大。
(2)分压比η:
由管子内部结构决定的常数,一般为0.3--0.85。
(3)eb1间反向电压Vcb1:
b2开路,在额定反向电压Vcb2下,基极b1与发射极e之间的反向耐压。
(4)反向电流Ieo:
b1开路,在额定反向电压Vcb2下,eb2间的反向电流。
(5)发射极饱和压降Veo:
在最大发射极额定电流时,eb1间的压降。
(6)峰点电流Ip:
单结晶体管刚开始导通时,发射极电压为峰点电压时的发射极电流。
1.3隔离变压器
隔离是指变压器原副边绕线圈之间是电绝缘的。
变压器的隔离是隔离原副边绕线圈各自的电流。
隔离有很多种,对于低压常见的变压器主要是金属绕线圈外面敷上绝缘漆,然后原副边绕线圈绕在一闸铁心上组成一个变压器。
这种变压器的绕线圈使用的导线很多人就叫其“漆包线”。
原因就是那层绝缘漆。
这时原副边就是靠那层漆绝缘的,即隔离。
隔离变压器有隔离分布式系统的作用,通常采用降压变压器以降低进线电压.任何用于控制器的隔离变压器必须有足够的功率以胜任其负载,功率额定值通常以伏安VA表示.
隔离变压器的原理和普通变压器的原理是一样的。
都是利用电磁感应原理。
隔离变压器一般是指1:
1的变压器。
由于次级不和地相连。
次级任一根线与地之间没有电位差。
使用安全。
常用作维修电源。
隔离变压器不全是1:
1变压器。
控制变压器和电子管设备的电源也是隔离变压器。
如电子管扩音机,电子管收音机和示波器和车床控制变压器等电源都是隔离变压器。
如为了安全维修彩电常用1比1的离变压器。
隔离变压器是使用比较多的,在空调中也是使用的。
隔离变压器是在使用某些电器时为了人身安全而加设的。
例如在维修彩色电视机时,因为有彩色电视机的电源部分和市电相连,若维修人员不注意碰到了这部分电路,隔离变压器就会引触电,危及人身安全。
其次,在维修一些家用电器时,也应该接上隔离变压器。
说明一点,隔离变压器是一个1:
1的变压器,也就是说,它的初级和次级的圈数和线径的粗细都是相等的,并不分初级和次级,哪边的绕组接入市电都是一样的。
须要注意的是,选用隔离变压器的原则是:
隔离变压器的功率一定要大于所维修的家电电器的功率。
1.4稳压电源的主要技术指标
能为负载提供稳定交流电源或直流电源的电子装置,包括交流稳压电源和直流稳压电源两大类。
交流稳压电源又称交流稳压器。
随着电子技术的发展,特别是电子计算机技术应用到各工业、科研领域后,各种电子设备都要求稳定的交流电源供电,电网直接供电已不能满足需要,交流稳压电源的出现解决了这一问题。
常用的交流稳压电源有:
①铁磁谐振式交流稳压器。
由饱和扼流圈与相应的电容器组成,具有恒压伏安特性。
②磁放大器式交流稳压器。
将磁放大器和自耦变压器串联而成,利用电子线路改变磁放大器的阻抗以稳定输出电压。
③滑动式交流稳压器。
通过改变变压器滑动接点位置稳定输出电压。
④感应式交流稳压器。
靠改变变压器次、初级电压的相位差,使输出交流电压稳定。
⑤晶闸管交流稳压器。
用晶闸管作功率调整元件。
稳定度高、反应快且无噪声。
但对通信设备和电子设备造成干扰。
20世纪80年代以后,又出现3种新型交流稳压电源:
补偿式交流稳压器。
数控式和步进式交流稳压器。
净化式交流稳压器。
具有良好隔离作用,可消除来自电网的尖峰干扰。
开关型交流稳压电源它应用于高频脉宽调制技术,与一般开关电源的区别是它的输出量必须是与输入侧同上频、同相的交流电压。
它的输出电压波型有准方波、梯型波、正弦波等,市场上的不间断电源(UPS)抽掉其中的蓄电源和充电器,就是一台开关型交流稳压电源的稳压性好,控制功能强,易于实现智能化,是非常具有前途的交流稳压电源。
二方案分析
2.1方案分析
通过对几种方案的对比分析,最后选定下面这种方案,具体分析如下:
(1)最大输出电流指稳压电源正常工作的情况下能输出的最大电流,用IOmax表示。
一般情况下的工作电流IO (2)输出电压指稳压电源的输出电压,用UO表示 (3)输出电阻稳压电源的输出电阻RO用来表明负载电流IO变化时,引起输出电压UO变化的程度。 当输入电压不变时,由于负载电流变化DIO,而引起输出电压变化DUO,则显然,RO越小负载变化时对输出电压的影响就越小。 说明该稳压电源的性能越好 (4)电压调整率KV它表示负载电流和环境温度T保持不变,输入电压UI(220V)变化±10%时,输出电压的相对变化值。 (5)稳压系数SS是指负载电流和环境温度T保持不变时,输入电压Ui的相对变化引起输出电压的相对变化,显然,电压调整率越小表示该电源的性能越稳定,其值应是越小越好 2.2电路原理图 图2-1 该装置电路如图2-1所示。 整个装置直接由220V市电经整流后供电。 R3、R4、R5、C1和双基极二极管组成张驰振荡器,其输出脉冲信号用于控制可控硅的导通和关断。 不可控硅处于关断状态,市电经VD整流再经R6和L1的等效电阻向C3充电。 当VS被触发导通后,C3上的电荷经导通的可控硅和L1的等效电阻迅速放电。 当放电电流过零时,可控硅又自动关断。 如此反复循环,在变压器的次级L2就获得了高压脉冲电压,这一电压加在由许多等距离金属丝组成的电网上,电网下设有诱饵,苍蝇嗅到诱饵而来,着落时触及电网而被电死,死蝇从网距空间自动下落,达到自动灭蝇的效果。 2.3参数计算 当在ωt=α时刻开通晶闸管VT1,负载电流应满足如下微分方程式和初始条件: 解方程得: 式中, ;θ为晶闸管导通角。 利用边界条件: 时 ,可求得: 负载电压有效值: 晶闸管电流有效值为: 负载电流有效值: 设晶闸管电流 的标么值为: 一定时, 越小, 越大,即 越大。 当 时, 不变,为最大值0.5。 故可求出晶闸管电流有效值 的最大值: 晶闸管的额定电流为: 晶闸管承受的最大反向电压为: 所以考虑安全裕量,晶闸管的额定电压为: 因此,依据以上参数选择晶闸管,比如,可以选用额定电压为800V,额定电流为200A的晶闸管。 2.4功能描述 R3的阻值在20-50K之间选择。 振荡电容C1最好选用钽电容,如选用普通铝电解电容,应保证漏电流足够小。 C2为滤波电容,在保证耐压的前提下,容量大些为好。 变压器用14吋黑白电视机行输出变压器的磁芯,初级用Φ=0.1mm的漆包线绕600匝,次级利用原高压包线圈。 绕好后变压器需经烘干浸漆处理。 改变R3的电阻值,使振荡频率在10-20Hz范围内,此时可测得输出电压在4kV左右。 灭蝇盒的尺寸为320×225×70mm3。 在灭蝇盒顶部用14号铁丝制成高压电网。 相邻铁丝距离为7mm。 灭蝇盒前侧开一方孔,以便清除死蝇。 使用时应封死,严防苍蝇从该洞进出。 为防止触及高压,灭蝇盒应安置在距地面几米高处,且应固定牢靠。 "R3、R4、R5、C1和双基极二极管组成张驰振荡器,其输出脉冲信号用于控制可控硅的导通和关断。 不可控硅处于关断状态,市电经VD整流再经R6和L1的等效电阻向C3充电。 当VS被触发导通后,C3上的电荷经导通的可控硅和L1的等效电阻迅速放电。 当放电电流过零时,可控硅又自动关断。 如此反复循环,在变压器的次级L2就获得了高压脉冲电压,这一电压加在由许多等距离金属丝组成的电网上,电网下设有诱饵,苍蝇嗅到诱饵而来,着落时触及电网而被电死,死蝇从网距空间自动下落,达到自动灭蝇的效果。 三系统仿真结果 图3-1 图3-2 图3-3 图3-4 四结论 这个设计是在充分介绍单向可控硅,双基极二极管,隔离变压器,稳压电源等电力电子器件后,对这些电子器件进行性能分析,充分利用了其性能特点设计电路。 R3、R4、R5、C1和双基极二极管组成张驰振荡器,其输出脉冲信号用于控制可控硅的导通和关断。 不可控硅处于关断状态,市电经VD整流再经R6和L1的等效电阻向C3充电。 当VS被触发导通后,C3上的电荷经导通的可控硅和L1的等效电阻迅速放电。 当放电电流过零时,可控硅又自动关断。 如此反复循环,在变压器的次级L2就获得了高压脉冲电压,这一电压加在由许多等距离金属丝组成的电网上,电网下设有诱饵,苍蝇嗅到诱饵而来,着落时触及电网而被电死。 改变R3的电阻值,使振荡频率在10-20Hz范围内,此时可测得输出电压在4kV左右。 灭蝇盒的尺寸为320×225×70mm3。 在灭蝇盒顶部用14号铁丝制成高压电网。 相邻铁丝距离为7mm。 灭蝇盒前侧开一方孔,以便清除死蝇。 使用时应封死,严防苍蝇从该洞进出。 五心得体会 在这次设计过程中我收集了大量资料,为这次设计做出了充分的准备。 通过这次设计我学到了很多很多的的东西,同时不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识,并对所学课程进行了补充和扩展。 经过几天网上、图书馆查阅积累的大量资料,最终终于有了这个设计,通过这几天的电子技术课程设计,我有了以下几方面体会: 开始的时候很迷茫,不知道从那里下手,后来反复的看书本查知识。 在书本网络图书馆反复搜寻,开始渐渐的有了头绪,而且发现了很多其他的知识,在本次课程设计中也需要运用。 真正了解到知识的重要性。 也明白了,做任何事情,必须明白你在做什么,为什么做。 对题目的反复思考之后,一步一步着手去做,有条理,有思路,有计划的去做,才会取得成果。 作为一名大三的电力专业的学生,我认为做这样的课程设计是非常必要的,课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。 而且无论对我们的理论知识还是动手操作能力都是一个锻炼,对我们今后的发展是很有帮助的。 参考文献 [1]池之恒ProtelDXP电路原理图与电路板设计教程 [2]易培林电子技术与应用 [3]崔玮Protel99SE电路原理图与电路板设计教程 [4]华成英童诗白模拟电子技术基础第四版高等教育出版社 [5]王兆安刘进军电力电子技术第五版机械工业出版社 附录 元器件清单 编 号 名 称 型 号 数 量 R1 金属膜电阻 300K 1 R2 金属膜电阻 1K 1 R3 金属膜电阻 20-50K 1 R4 金属膜电阻 510Ω 1 R5 金属膜电阻 200Ω 1 C1 电解电容 100u/25V 1 C2 电解电容 5u/16V 1 C3 金属纸介电容 0.22u/400V 1 VD 整流二极管 IN4007 1 VS 单向可控硅 1A/400V 1 VT 双基极二极管 BT33 1 T 开关变压器 自制 1
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