簡(jiǎn)易水塔水位控制電路課程設(shè)計(jì)

1、簡(jiǎn)易水塔控制電路XXXXX學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目： 簡(jiǎn)易水塔控制電路 成 績(jī)： _ _ _ 學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 院 （系）： 電氣信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 2014年 2月23日 XXXXX學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)題目 簡(jiǎn)易水塔水位控制電路 專(zhuān)業(yè) 學(xué)號(hào) 姓名 XXX 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容1閱讀相關(guān)科技文獻(xiàn)。2學(xué)習(xí)protel軟件的使用。3學(xué)會(huì)整理和總結(jié)設(shè)計(jì)文檔報(bào)告。4學(xué)習(xí)如何查找器件手冊(cè)及相關(guān)參數(shù)。技術(shù)要求1. 要求電路能夠通過(guò)控制兩個(gè)水泵實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的控制。假定水位范圍是S1S2（S1S2），S為實(shí)際水位。當(dāng)SS1時(shí)，兩個(gè)水泵都放水；當(dāng)

2、S1SS2時(shí)，僅一個(gè)水泵放水；當(dāng)SS2時(shí)，兩個(gè)水泵都關(guān)閉。2. 要求電路在S1、S2處不能出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，即水泵不能在短時(shí)間內(nèi)反復(fù)在放水和關(guān)閉的狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。3. 要求電路能夠顯示出水泵的狀態(tài)。4. 要求電路能夠手動(dòng)調(diào)節(jié)水位控制的范圍。主要參考資料1何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，浙江大學(xué)出版社，2001年6月2姚福安，電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001年10月3王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐，東南大學(xué)出版社，1999年10月4李銀華，電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年6月5康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003完 成 期 限： 2014年 2月23日 指導(dǎo)教師簽章：

3、專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人簽章： 2014年 2月17日目 錄中文摘要1 概述I2 電路設(shè)計(jì)方案 II2.1 系統(tǒng)組成框圖32.2 電路設(shè)計(jì)原理32.2.1 水位監(jiān)測(cè)電路32.2.2 水泵開(kāi)關(guān)電路52.2.3 電源電路62.2.4 原理總結(jié)73 主要元器件的簡(jiǎn)介III3.1 二極管83.2 穩(wěn)壓管103.3 發(fā)光二極管113.4 三極管123.5 電磁繼電器143.6 遲滯比較器15總 結(jié)17參考文獻(xiàn)18附錄19附錄1 元件清單表19附錄2 簡(jiǎn)易水塔水位控制原理總電路圖20 簡(jiǎn)易水塔水位控制電路摘 要 本次設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易水塔水位控制電路，其中包括本方案的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易水塔水位控制系統(tǒng)，該電路主要由

4、電源電路、水位監(jiān)測(cè)和水位范圍測(cè)量電路以及水泵開(kāi)關(guān)和顯示電路三部分構(gòu)成。其中電源電路是將電網(wǎng)電通過(guò)變壓器電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路來(lái)將220V電路轉(zhuǎn)化為低壓直流電路是整個(gè)系統(tǒng)的供電系統(tǒng)。水位監(jiān)測(cè)電路的功能是利用水壓傳感器的特性監(jiān)測(cè)水位的變化，同時(shí)將水壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。水位范圍測(cè)量電路的功能是利用比較器的原理實(shí)現(xiàn)水位范圍的確定，同時(shí)利用遲滯比較器的遲滯特性避免跳閘現(xiàn)象。水泵開(kāi)關(guān)電路的功能是完成控制電路和水泵電路的開(kāi)關(guān)。顯示電路的功能是利用發(fā)光二極管將水泵通電與否顯示出來(lái)。關(guān)鍵詞 水位監(jiān)測(cè) 二極管 比較器 控制電路1 概述隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，簡(jiǎn)易水塔控制電路的設(shè)計(jì)將滿(mǎn)足人們快節(jié)奏的生活方式

5、，該水塔控制電路全部自動(dòng)化，大大節(jié)約了人們的時(shí)間，方便了人們的生活。簡(jiǎn)易水塔水位控制電路設(shè)計(jì)要求有:能夠通過(guò)控制水泵實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的控制,假定水位范圍是S1S2（S1S2），S為實(shí)際水位,當(dāng)SS1時(shí)，兩水泵都放水,當(dāng)S1SS2時(shí)，兩水泵都關(guān)閉；電路在S1、S2處不能出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，即水泵不能在短時(shí)間內(nèi)反復(fù)在放水和關(guān)閉的狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換；電路能夠顯示水泵的狀態(tài)；要求電路能夠手動(dòng)調(diào)節(jié)水位控制的范圍。2 電路設(shè)計(jì)方案2.1 系統(tǒng)組成框圖簡(jiǎn)易水塔水位控制電路的總框圖如下圖所示，它是由水位監(jiān)測(cè)電路、水位范圍測(cè)量電路、水泵開(kāi)關(guān)電路、顯示電路和電源電路五部分構(gòu)成的。水位監(jiān)測(cè)功能是利用探針監(jiān)測(cè)水位的變化，同時(shí)將水位信號(hào)

6、轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。水位范圍測(cè)量電路的功能是利用比較器的原理實(shí)現(xiàn)水位范圍的確定，同時(shí)利用遲滯比較器的遲滯特性避免跳閘現(xiàn)象。水泵開(kāi)關(guān)電路的功能是完成控制電路和進(jìn)水的快慢轉(zhuǎn)化。顯示電路的功能是利用發(fā)光二極管將水泵是否工作顯示出來(lái)。電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電源。水位測(cè)量顯示電路水泵開(kāi)關(guān)水位范圍測(cè)量 電源電路圖2.1.1系統(tǒng)組成框圖2.2 電路設(shè)計(jì)原理2.2.1 水位監(jiān)測(cè)電路和水位范圍測(cè)量電路水位監(jiān)測(cè)電路由可變電阻R3和可變電阻R4以及液位探針G、A、B構(gòu)成。它的工作原理如圖2.2.1是通過(guò)探頭監(jiān)測(cè)到水位變化，同時(shí)將液位信號(hào)轉(zhuǎn)化為不同的電信號(hào)Vr1,Vr2。圖2.2.1 水位監(jiān)測(cè)電路和水位范圍

7、測(cè)量電路水位范圍測(cè)量電路由兩部分構(gòu)成：第一部分是由電阻R1和R2構(gòu)成的參考電壓產(chǎn)生電路；第二部分是由遲滯比較器構(gòu)成的水位測(cè)量電路。水位范圍測(cè)量電路的功能有兩個(gè)：第一是確定實(shí)際水位和水位控制范圍的大小關(guān)系；第二是防止出現(xiàn)跳閘的現(xiàn)象。首先，參考電源產(chǎn)生電路的功能是產(chǎn)生兩個(gè)穩(wěn)定的電壓，這兩個(gè)電壓代表水位范圍的上限值S2和下限值S1。通過(guò)調(diào)節(jié)R3、R4控制Vs在+8V至+10V之間。設(shè)Vs=10V,由于參考電源產(chǎn)生電路輸出端接入比較器的輸入，為了防止出現(xiàn)輸出電流導(dǎo)致參考電源不穩(wěn)定的情況，電路采用電阻和穩(wěn)壓管相結(jié)合的方式構(gòu)成。其中穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓均為+8V，而輸出Vr2=+8V, Vr1=+4V。其次，

8、Vr1和Vr2分別輸入到兩個(gè)比較器的同相輸入端，而Vs則同時(shí)輸入到這兩個(gè)比較器的反相輸入端。這樣，當(dāng)Vs Vr1時(shí)，V1A和V1B輸出都為高電平；當(dāng)Vr1Vs Vr2時(shí)V1A和V1B輸出都為低電平，其中V1A和VB為兩個(gè)比較器的輸出電壓。其次，本電路通過(guò)遲滯比較器代替單門(mén)限比較器來(lái)防止跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)。遲滯比較器U1A的特性表達(dá)式為：=R9*Vr1/(R7+R9)+R7*V1/(R7+R9)=(7.3+1.1)V=8.4 (V) = R9*Vr1/(R7+R9)+0=7.3 (V)由此可得到回差范圍=()-()=1.1（V）從高電平轉(zhuǎn)換為低電平和從低電平轉(zhuǎn)換為高電平的分界點(diǎn)電壓值有了1.1V的回

9、差范圍，從而就可以防止跳閘現(xiàn)象的出現(xiàn)。同理遲滯比較器U2B的特性表達(dá)式為=()-()=1.1 V ，同樣具有1.1V的回差范圍。2.2.2 水泵開(kāi)關(guān)電路和顯示電路圖2.2.2 水泵開(kāi)關(guān)電路和顯示電路如圖2.2.2中電路所示，水泵的開(kāi)關(guān)電路是由三極管電路和繼電器電路構(gòu)成的。電路的輸入即為圖2.2.1的輸出，由于水泵啟動(dòng)時(shí)的電流過(guò)大，致使直流電流源無(wú)法提供大電流，因此水泵需要交流供電，這樣一來(lái)，電路中的開(kāi)關(guān)必須采用繼電器電路。而一般的運(yùn)算放大器的輸出電無(wú)法驅(qū)動(dòng)繼電器，因此需要加入電流放大電路。其中R11和R12為限流電阻，防止輸入電流過(guò)大燒毀三極管。三極管接為共射極電路，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)

10、通飽和，可以將輸入電流放大倍；當(dāng)輸入電壓為低電平時(shí)，三極管截止，無(wú)電流通過(guò)。繼電器連接三極管集電極，當(dāng)有電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)吸合，對(duì)應(yīng)的水泵工作；當(dāng)無(wú)電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)的水泵不工作，同時(shí)在繼電器兩端并聯(lián)入二極管進(jìn)行保護(hù)?？赏ㄟ^(guò)發(fā)光二極管亮滅來(lái)表示水泵是否工作，同時(shí)由于繼電器的驅(qū)動(dòng)電流過(guò)大，需加入限流電阻（可用負(fù)載起到限流的作用）。2.2.3 電源電路圖2.2.3 電源電路電源電路的設(shè)計(jì)可采用兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：第一種方法是采用電池供電，第二種方法是直接從電網(wǎng)供電，通過(guò)變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路將電網(wǎng)中的220V交流電轉(zhuǎn)換成+12V的直流電壓。電路中變壓器采用常用的鐵心變壓器，整流電路

11、采用二極管橋式整流電路，C1、C2、C3和C4完成濾波功能，穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.2.4 原理總結(jié)采用傳感器對(duì)水塔水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)水塔水位的變化將其信號(hào)傳遞給遲滯比較器，經(jīng)過(guò)遲滯比較器的運(yùn)算、比較、放大，來(lái)控制水泵是否工作。并通過(guò)發(fā)光二極管來(lái)顯示水泵的工作狀態(tài)，易于判斷和檢修。遲滯比較器的運(yùn)用避免了由于水波的波動(dòng)而造成的水泵的反復(fù)的放水與閉合，實(shí)現(xiàn)了水塔水位的自動(dòng)控制。3 主要元器件的簡(jiǎn)介3.1 二極管 二極管，（英語(yǔ)：Diode），電子元件當(dāng)中，一種具有兩個(gè)電極的裝置，只允許電流由單一方向流過(guò)。許多的使用是應(yīng)用其整流的功能。而變?nèi)荻O管（Varicap Diode）則用

12、來(lái)當(dāng)作電子式的可調(diào)電容器 大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱(chēng)之為“整流（Rectifying）”功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(guò)（稱(chēng)為順向偏壓），反向時(shí)阻斷 （稱(chēng)為逆向偏壓）。因此，二極管可以想成電子版的逆止閥。然而實(shí)際上二極管并不會(huì)表現(xiàn)出如此完美的開(kāi)與關(guān)的方向性，而是較為復(fù)雜的非線(xiàn)性電子特征這是由特定類(lèi)型的二極管技術(shù)決定的。二極管使用上除了用做開(kāi)關(guān)的方式之外還有很多其他的功能反向性:外加反向電壓不超過(guò)一定范圍時(shí)，通過(guò)二極管的電流是少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)所形成反向電流。由于反向電流很小，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。這個(gè)反向電流又稱(chēng)為反向飽和電流或漏電流，二極管的反向飽和電流受溫度

13、影響很大。一般硅管的反向電流比鍺管小得多，小功率硅管的反響飽和電流在nA數(shù)量級(jí)，小功率鍺管在A數(shù)量級(jí)。溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體受熱激發(fā)，少數(shù)載流子數(shù)目增加，反向飽和電流也隨之增加。擊穿:外加反向電壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，反向電流會(huì)突然增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱(chēng)為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時(shí)二極管失去單向?qū)щ娦?。如果二極管沒(méi)有因電擊穿而引起過(guò)熱，則單向?qū)щ娦圆灰欢〞?huì)被永久破壞，在撤除外加電壓后，其性能仍可恢復(fù)，否則二極管就損壞了。因而使用時(shí)應(yīng)避免二極管外加的反向電壓過(guò)高。二極管是一種具有單向?qū)щ姷亩似骷?，有電子二極管和晶體二極管之分，電子二極管因?yàn)闊艚z的熱損耗，效率比晶體二極管低，所

14、以現(xiàn)已很少見(jiàn)到，比較常見(jiàn)和常用的多是晶體二極管。二極管的單向?qū)щ娞匦?，幾乎在所有的電子電路中，都要用到半?dǎo)體二極管，它在許多的電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用也非常廣泛。二極管的管壓降：硅二極管（不發(fā)光類(lèi)型）正向管壓降0.7V，鍺管正向管壓降為0.3V，發(fā)光二極管正向管壓降會(huì)隨不同發(fā)光顏色而不同。主要有三種顏色，具體壓降參考值如下：紅色發(fā)光二極管的壓降為2.0-2.2V，黃色發(fā)光二極管的壓降為1.82.0V，綠色發(fā)光二極管的壓降為3.03.2V，正常發(fā)光時(shí)的額定電流約為20mA。二極管的電壓與電流不是線(xiàn)性關(guān)系，所以在將不同的二極管并聯(lián)的時(shí)候要接相適應(yīng)的電阻。特性曲線(xiàn)：

15、與PN結(jié)一樣，二極管具有單向?qū)щ娦?。硅二極管典型伏安特性曲線(xiàn)。在二極管加有正向電壓，當(dāng)電壓值較小時(shí)，電流極??；當(dāng)電壓超過(guò)0.6V時(shí)，電流開(kāi)始按指數(shù)規(guī)律增大，通常稱(chēng)此為二極管的開(kāi)啟電壓；當(dāng)電壓達(dá)到約0.7V時(shí)，二極管處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，通常稱(chēng)此電壓為二極管的導(dǎo)通電壓，用符號(hào)UD表示。對(duì)于鍺二極管，開(kāi)啟電壓為0.2V，導(dǎo)通電壓UD約為0.3V在二極管加有反向電壓，當(dāng)電壓值較小時(shí)，電流極小，其電流值為反向飽和電流IS。當(dāng)反向電壓超過(guò)某個(gè)值時(shí)，電流開(kāi)始急劇增大，稱(chēng)之為反向擊穿，稱(chēng)此電壓為二極管的反向擊穿電壓，用符號(hào)UBR表示。不同型號(hào)的二極管的擊穿電壓UBR值差別很大，從幾十伏到幾千伏。早期的二極管包含

16、“貓須晶體（Cats Whisker Crystals）”以及真空管(英國(guó)稱(chēng)為“熱游離閥（Thermionic Valves）”)?，F(xiàn)今最普遍的二極管大多是使用半導(dǎo)體材料如硅或鍺。二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n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p-n 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I0。

17、當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n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)值很大的反向擊穿電流，稱(chēng)為二極管的擊穿現(xiàn)象。p-n結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。圖2.1 二極管實(shí)物圖3.2 穩(wěn)壓管圖2.2穩(wěn)壓管的特性曲線(xiàn)穩(wěn)壓二極管，英文名稱(chēng)Zener diode，又叫齊納二極管。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(diǎn)上，反向電阻降低到一個(gè)很小的數(shù)值，在這個(gè)低阻區(qū)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(lái)分檔的，因?yàn)檫@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.其伏安特性見(jiàn)圖，穩(wěn)壓二極管可

18、以串聯(lián)起來(lái)以便在較高的電壓上使用，通過(guò)串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。穩(wěn)壓管也是一種晶體二極管，它是利用PN結(jié)的擊穿區(qū)具有穩(wěn)定電壓的特性來(lái)工作的。穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓設(shè)備和一些電子電路中獲得廣泛的應(yīng)用。我們把這種類(lèi)型的二極管稱(chēng)為穩(wěn)壓管，以區(qū)別用在整流、檢波和其他單向?qū)щ妶?chǎng)合的二極管。穩(wěn)壓二極管的特點(diǎn)就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。 這樣，當(dāng)把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動(dòng)，或其它原因造成電路中各點(diǎn)電壓變動(dòng)時(shí)，負(fù)載兩端的電壓將基本保持不變。如圖畫(huà)出了穩(wěn)壓管的伏安特性及其符號(hào)。輸入電壓為整流濾波后的電壓，穩(wěn)壓管與負(fù)載并聯(lián)，穩(wěn)壓管反向工作，使流過(guò)穩(wěn)壓管的電流不超過(guò)最大極限，同時(shí)當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)

19、，通過(guò)R上的壓將調(diào)節(jié)，使輸出電壓基本不變。3.3 發(fā)光二極管發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)ED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見(jiàn)光，因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鉀二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。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?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，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

20、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，則發(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)光二極管的核心部分是由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 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

21、到紅外不同顏色的光線(xiàn)，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。LED只能往一個(gè)方向?qū)ǎㄍ姡?，叫作正向偏置（正向偏壓），?dāng)電流流過(guò)時(shí)，電子與空穴在其內(nèi)復(fù)合而發(fā)出單色光，這叫電致發(fā)光效應(yīng)，而光線(xiàn)的波長(zhǎng)、顏色跟其所采用的半導(dǎo)體材料種類(lèi)與摻入的元素雜質(zhì)有關(guān)。具有效率高、壽命長(zhǎng)、不易破損、開(kāi)關(guān)速度高、高可靠性等傳統(tǒng)光源不及的優(yōu)點(diǎn)。白光LED的發(fā)光效率，在近幾年來(lái)已經(jīng)有明顯的提升，同時(shí)，在每千流明的購(gòu)入價(jià)格上，也因?yàn)橥度胧袌?chǎng)的廠(chǎng)商相互競(jìng)爭(zhēng)的影響，而明顯下降。雖然越來(lái)越多人使用LED照明作辦公室、家具、裝飾、招牌甚至路燈用途，但在技術(shù)上，LED在光電轉(zhuǎn)換效率(有效照度對(duì)用電量的比值)上仍然低于新型的熒光燈，是國(guó)家以后發(fā)展民

22、用的去向。圖3.3發(fā)光二極管的實(shí)物圖3.4 三極管 半導(dǎo)體三極管也稱(chēng)為晶體三極管，可以說(shuō)它是電子電路中最重要的器件。它最主要的功能是電流放大和開(kāi)關(guān)作用。三極管顧名思義具有三個(gè)電極。二極管是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的，而三極管由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，共用的一個(gè)電極成為三極管的基極(用字母b表示)。其他的兩個(gè)電極成為集電極(用字母c表示)和發(fā)射極(用字母e表示)。由于不同的組合方式，形成了一種是NPN型的三極管，另一種是PNP型的三極管。三極管的種類(lèi)很多，并且不同型號(hào)各有不同的用途。三極管大都是塑料封裝或金屬封裝，常見(jiàn)三極管的外觀(guān)，有一個(gè)箭頭的電極是發(fā)射極，箭頭朝外的是NPN型三極管，而箭頭朝內(nèi)的是PNP型。實(shí)

23、際上箭頭所指的方向是電流的方向。圖3.4.1 NPN型三極管符號(hào)BJT的開(kāi)關(guān)作用對(duì)應(yīng)于觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)和閉合。 如圖1.1(a)所示為一個(gè)共發(fā)射極晶體三極管開(kāi)關(guān)電路。(a)電路(b)工作狀態(tài)圖解圖3.4.2 BJT的開(kāi)關(guān)工作狀態(tài) 圖3.4.2(a)中BJT為NPN型硅管。電阻Rb為基極電阻，電阻Rc為集電極電阻，晶體三極管T的基極b起控制的作用，通過(guò)它來(lái)控制開(kāi)關(guān)開(kāi)閉動(dòng)作，集電極c及發(fā)射極e形成開(kāi)關(guān)兩個(gè)端點(diǎn)，由b極來(lái)控制其開(kāi)閉，c.e兩端的電壓即為開(kāi)關(guān)電路的輸出電壓vO。當(dāng)輸入電壓vI為高電平時(shí)，晶體管導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合，所以集電極電壓vc0，即輸出低電平，而集電極電流iCVCC/RC。當(dāng)輸入電

24、壓vI為低電平時(shí)，由圖可見(jiàn)，晶體管截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，所以得集電極電流iC0，而集電極電壓vcVCC，即輸出為高電平。這就是晶體三極管的理想穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)特性。晶體三極管的實(shí)際開(kāi)關(guān)特性決定于管子的工作狀態(tài)。晶體三極管輸出特性三個(gè)工作區(qū)，即截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū),如圖3.4.2(b)所示。如果要使晶體三極管工作于開(kāi)關(guān)的接通狀態(tài)，就應(yīng)該使之工作于飽和區(qū)；要使晶體三極管工作于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài)，就應(yīng)該使之工作于截止區(qū)，發(fā)射極電流iE=0，這時(shí)晶體三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。集電結(jié)加有反向電壓，集電極電流iC=ICBO，而基極電流iB=-ICBO。說(shuō)明三極管截止時(shí)，iB并不是為0，而等于-ICBO?；?/p>

25、極開(kāi)路時(shí)，外加電源電壓VCC使集電結(jié)反向偏置，發(fā)射結(jié)正向偏置晶體三極管基極電流iB=0時(shí)，晶體管并未進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)iE=iC =ICEO還是較大的。晶體管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，晶體管基極與發(fā)射極之間加反向電壓，這時(shí)只存在集電極反向飽和電流ICBO，iB =-ICBO，iE=0，為臨界截止?fàn)顟B(tài)。進(jìn)一步加大基極電壓的絕對(duì)值，當(dāng)大于VBO時(shí)，發(fā)射結(jié)處于反向偏置而截止，流過(guò)發(fā)射結(jié)的電流為反向飽和電流IEBO，這時(shí)晶體管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)iB = -(ICBO+ IEBO)，iC= ICBO。發(fā)射結(jié)外加正向電壓不斷升高，集電極電流不斷增加。同時(shí)基極電流也增加，隨著基極電流iB 的增加基極電位vB升高，而隨著集電極

26、電流iC的增加，集電極電位vC卻下降。當(dāng)基極電流iB增大到一定值時(shí)，將出現(xiàn)vBE =vCE的情況。這時(shí)集電結(jié)為零偏，晶體管出現(xiàn)臨界飽和。如果進(jìn)一步增大iB ，iB增大，使得集電結(jié)由零偏變?yōu)檎蚱?，集電結(jié)位壘降低，集電區(qū)電子也將注入基區(qū)，從而使集電極電流iC隨基極電流iB的增大而增大的速度減小。這時(shí)在基區(qū)存儲(chǔ)大量多余電子-空穴對(duì)，當(dāng)iB繼續(xù)增大時(shí)，iC基本維持不變，即iB失去對(duì)iC的控制作用，或者說(shuō)這時(shí)晶體管的放大能力大大減弱了。這時(shí)稱(chēng)晶體管工作于飽和狀態(tài)。一般地說(shuō)，在飽和狀態(tài)時(shí)飽和壓降VBE(sat)近似等于0.7V，VCE(sat)近似等于0.3V。由圖3.4.2 (a)可看出，集電極電流

27、iC的增加受外電路的限制。由電路可得出iC的最大值為ICM= VCC/ RC。晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)，基極電流增大，集電極電流變化很小，iC=ICS=(VCC-VBE(sat)/RC晶體管臨界飽和時(shí)的基極電流IBS=ICS/=(VCC-VBE(sat)/RC 。3.5 電磁繼電器電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流、較低的電壓去控制較大電流、較高的電壓的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁繼電器的工作原理和特性 電磁式繼電器一般由鐵芯、線(xiàn)圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成

28、的。只要在線(xiàn)圈兩端加上一定的電壓，線(xiàn)圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線(xiàn)圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線(xiàn)圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱(chēng)為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱(chēng)為“常閉觸點(diǎn)”。圖圖3.5 電磁繼電器工作圖3.6 遲滯比較器 圖3.6 遲滯比較器符號(hào)遲滯比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)傳輸特性的

29、比較器。在反相輸入單門(mén)限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入正反饋網(wǎng)絡(luò)，就組成了具有雙門(mén)限值的反相輸入遲滯比較器。由于反饋的作用這種比較器的門(mén)限電壓是隨輸出電壓的變化而變化的。它的靈敏度低一些，但抗干擾能力卻大大提高。遲滯比較器又可理解為加正反饋的單限比較器。單限比較器，如果輸入信號(hào)Uin在門(mén)限值附近有微小的干擾，則輸出電壓就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的抖動(dòng)（起伏）。在電路中引入正反饋可以克服這一缺點(diǎn)。遲滯比較器（Operational Amplifier,簡(jiǎn)稱(chēng)OP、OPA、OPAMP）是一種直流耦合差模（差動(dòng)模式）輸入、通常為單端輸出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）電壓