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金属探测器毕业论文摘 要本文利用电子技术的知识设计了金属探测器，可以探测地毯下的金属或硬币。本设计包括电容三点式振荡电路，用以产生40KHZ的高频信号；电压放大电路，用以对高频信号进行放大；整流滤波电路，用以对交流信号进行整流、滤波，变为直流信号；三极管开关电路及二极管指示电路，发出光信号用以指示是否有金属。本设计具有结构简单，性能可靠的优点。关键词：金属探测器 电容三点式振荡电路 放大电路 整流滤波电路AbstractIn this paper, knowledge of the use of electronic technology metal detector designed to detect metal under the carpet or coins. The design includes three-point oscillator circuit capacitance, used to generate high-frequency signal 40KHZ; voltage amplifier for the amplification of high-frequency signals; rectifier filter circuit for the rectification of AC signals, filtering, into a DC signal; triode switch circuit and diode circuits instructions issued instructions for the optical signal whether there is metal. The design is simple in structure, the advantages of reliable performance.Key words: metal detectors capacitance three-point oscillator circuit amplifier rectifier filter circui 目录引言1第1章 绪论1.1 金属探测器的发展现状及发展趋势21.2 金属探测器的应用3第2章 设计要求及技术指标2.1 设计要求42.2 技术指标4第章设计方案3.1 总体设计方案框图及分析5第4章 单元电路设计4.1 电容三点式振荡电路的设计74.1.1 反馈型振荡器的基本工作原理74.1.2 三点式振荡电路94.1.3 电容三点式振荡器104.2 电压放大电路设计114.2.1 概述114.2.2 放大电路的分析134.3 整流滤波电路174.3.1 整流电路174.3.2 滤波电路174.4 三极管开关电路18系统的原理图21结 论22参考文献23致 谢24 金属探测器的设计 1 引 言谈起金属探测器，人们就会联想到探雷器，工兵用它来探测掩埋的地雷。事实上金属探测器是一种探测用的电子仪器，可应用于各个领域。在军事上，可用金属探测器探测金属地雷；在公安部门，探测随身携带或隐藏的武器及作案工具；在考古方面，可发现埋藏金属物品的古墓，发现古墓中的金银财宝，金银首饰，各种硬币；在工程中，用于探测地下金属埋设物，管道，管线等；在矿产勘探中用来探测和发现自然金颗粒及金块；工业上可用于在线监测，如去掉棉花，煤炭，和食品中的金属杂物等。金属探测器还可以作为开展青少年国防教育和科普活动的用具，当然也不失为是一种有趣的娱乐玩具。金属探测器的设计 2 第1章 绪论1.1 金属探测器的发展现状及发展趋势全球第一台金属探测器诞生于1960年，最初的金属探测器主要应用于工矿企业，其为检查矿产纯度和提高效益的得力帮手。随后于1970年，随着社会的不断发展，金属探测器被引入一个新的应用领域安全检查，其广泛运用于民航、公安、缉私和边防等领域，也就是今天我们所使用的金属探测器的雏形，它的出现意味着人类对安全的认知已步入了一个新的时代。一个产品的出现带动了一个行业的发展，于是安检这个既陌生又熟悉的行业开始进入市场。随着国内安全防护行业的蓬勃发展，在安检领域，国内出现了多个金属探测器生产厂商，但在国内市场占有率上来看国外品牌占有80%的市场份额，民航市场也一直是国内金属探测器的禁区。究其原因，大部分是因为产品质量不过关导致相关质量认证书拿不到。其实，国内金属探测器产品的研发、生产和推广，近几年已获得较大进步。但是，犹如其他电子类产品一样，金属探测器同样出现了电路仿制、性能相同、功能繁多、华而不实的现象。某些所谓生产厂商这种投入小、研发周期短的商业行为势必导致产品的一致性差，可靠性低以及安检产品社会信誉度降低，设备从根本上保证不了安检要求。在70年代，随着航空业迅速发展，劫机和危险事件的发生使航空及机场安全逐渐受到重视，于是在机场众多设备中金属探测门扮演着排查违禁物品的重要角色。同样在70年代，由于金属探测门在机场安检中的崭露头角，大型运动会(如奥运会)展览会及政府重要部门的安全保卫工作中开始启用金属探测门作为必不可少的安检仪器。发展到80年代，监狱暴力案件呈直线上升趋势，如何及早有效预防并阻止暴力案件发生成了监狱管理工作中的重中之重，在依靠警员对囚犯加强管理的同时，金属探测门再次成为了美国、英国、比利时等发达国家监狱管理机构必备的安检设备，形成平均每300个囚犯便使用一台金属探测门应用于安全检查；与此同时西方兴起的“寻宝热”，也使手持式、便携式金属探测器得到长足的发展。进入90年代，迅速升温的电子制造业成了这个时代的宠儿，大型的电子公司为了减少产品流失、结束员工与公司之间的尴尬局面，陆续采用金属探测门和手持式金属探测器作为管理员工行为、减少产品流失的利刃。于是金属探测器又有了它新的角色产品防盗。40多年过去了，金属探测器经历了几代探测技术的变革，从最初的信号模拟技术到连续波技术直到今天所使用的数字脉冲技术，金属探测器简单的磁场切金属探测器的设计 3 割原理被引入多种科学技术成果。无论是灵敏度、分辨率、探测精确度还是工作性能上都有了质的飞跃。应用领域也随着产品质量的提高延伸到了多个行业。1.2 金属探测器的应用金属探测器除了应用在食品、纺织、服装、矿冶、寻宝、探雷等领域，还逐步扩大到木材、药品、玩具、安检等方面。另外，还出现了X光红外探测器系列，能够指示在食品中金属杂质所在的位置和大小，同时应用在安检领域也提高了检测的水平。目前，研究人员正研究利用电磁波谱的另外一部分:万亿赫兹辐射或称T射线。T射线有可能改变诸如机场安全和医学成像等领域的现状，这样食品加工商能探测密封包装食品的含水量，以确保其新鲜度。TeraView公司还致力于研发可置于码头的金属探测器，这种探测器可看到大衣口袋中的剃须刀以及口袋中塑料炸药。食品是人们日常生活中不可或缺的物质资源，其质量的好坏将直接影响人们的生活质量与身体健康。在食品生产过程中，金属探测器的应用是质量控制的有效手段之一。目前，食品行业普遍实行国际食品技术委员会HACCP(危害分析及临界控制点)质量体系认证，为食品的安全提供强有力的保障。在实施HACCP过程中，金属检测常被确定为关键控制点而受到严格的把关。在生产过程中，凡是直接接触金属表面的工序，都有可能引入金属杂质。而金属探测器在生产线中的摆放位置是否合理，决定了食品生产的质量以及生产成本的高低。如果放置于生产线前几道工序，将会漏掉以后几道工序的金属检测;如果放置于生产线最后几道工序，势必会造成返工以及包装材料的浪费。通过对食品企业的考察和分析，发现在食品生产过程中，可能引入铁、铜、铝、钢、等多种金属杂质，为了有效地将其去除，需要有针对性地选择金属探测器的型号以及样式。金属探测器的设计 6 金属探测器的设计 4 第2章 设计要求及技术指标2.1设计要求1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。2.2技术指标1.工作温度范围：-40C+50C2.连续工作时间40小时金属探测器的设计 5 第3章 设计方案3.1 总体设计方案框图及分析常见的金属探测器都是利用金属物体对电磁信号产生涡流效应的原理。利用电磁感应现象，会在金属导体中产生涡电流，使振荡回路中的能量损耗增大，正反馈减弱，处于临界态的振荡器振荡减弱，甚至无法维持振荡所需的最低能量而停振。如果能检测出这种变化，并转换成声音或光电信号，根据信号的有无，就可以判定探测线圈下面是否有金属物。本设计采用如下方案：金属探测器电路中主要部分是一个处于临界状态的振荡器，当有金属物品接近电感L（即探测器的探头）时，线圈中产生的电磁场将在金属物品中感应出涡流，这个能量损失来源于振荡电路本身，相当于电路中增加了损耗电阻。如果金属物品与线圈L较近，电路中中的损耗加大，线圈值降低，使本来就处于振荡临界状态的振荡器停止工作，从而控制发光二极管的亮灭，指示有无金属。 图3.1 总体设计方案框图金属探测器的探头是一个关键性的元件，它是一个带磁芯的电感线圈。磁芯可选10的收音机天线磁棒，截取15mm，再用绝缘板 厚纸板做两个直径为20mm的挡板，中间各挖一个10 mm的孔，然后套在磁芯两端，如图3.2所示，最后用0.31的漆包线在磁芯上绕300匝。图3.2 电感架金属探测器的设计 6 金属探测器的振荡频率为40KHZ，调整电路参数，使电路处在刚刚起振的状金属探测器的设计 6态，微弱的振荡信号通过电压放大回路进行放大，然后通过二极管整流、电容滤波后，生成的直流电压使三极管开关电路导通，发光二极管亮，指示没有金属。在金属探测器的电感探头接近金属物体时，振荡电路停振，没有信号通过整流滤波电路，三极管截止，发光二极管灭，指示有金属。金属探测器的设计 8 金属探测器的设计 7 金属探测器的设计 7 第4章 单元电路设计4.1 电容三点式振荡电路的设计4.1.1 反馈型振荡器的基本工作原理自激振荡现象：我们常见到这样情况，当有人把他所使用的话筒靠近扬声器时，会引起一种刺耳的哨叫声，该现象如图4.1所示。图4.1 扩音系统中的电声振荡这种现象，是由于当话筒靠近扬声器时，来自扬声器的声波激励话筒，话筒感应电压并输入放大器，然后扬声器又把放大了的声音再送回话筒，形成正反馈。如此反复循环，就形成了声电和电声的自激振荡叫声。1. 振荡器的功能无须外加输入信号的控制，将直流电能转换为具有特定的频率和一定的振幅的交流信号的能量,这一类电路称为振荡器。 2. 振荡器与放大器的区别放大器：对外加的激励信号进行不失真的放大。振荡器：不需外加激励信号，靠电路本身产生具有一定频率、一定波形和一定幅度的交流R信号。3. 反馈型振荡器的含义与用途凡是从输出信号中取出一部分反馈到输入端作为输入信号，无需外部提供激励信号，能产生等幅正弦波输出称为正反馈振荡器4. 反馈型振荡器的工作原理 图4.2为正反馈放大电路的方框图，在无外加输入信号时就成为图4.3所示的反馈型振荡器方框图。图中，通常取输入信号，反馈信号，净输入信号。 图4.2 正反馈放大电路方框图 图4.3 反馈型振荡器方框图金属探测器的设计 8 在电路进入稳定状态后，要求，由图4.3得，因此自激振金属探测器的设计 9荡形成的条件就是=1由于，所以=1便可分解为幅值和幅角（相位）两个条件，即相位平衡条件 （n=0,1,2,3）振幅平衡条件=1起振条件1振荡两个条件中，关键是相位平衡条件，如果电路不能满足正反馈要求，则肯定不会振荡。至于幅值条件，可以在满足相位条件后，调节电路的参数来达到。判断相位条件，通常采用“瞬时极性法”。5. 反馈型振荡器的组成一个反馈型振荡器由以下几部分组成：基本放大电路作用是对反馈信号进行放大；选频网络作用是获得单一确定的振荡频率；反馈网络作用是将输出回路中的能量取出一部分加到基本放大器的输入端。为了使振荡的输出稳定，在电路中，有的还含有稳幅环节。选频网络由RC电路构成的称为RC正弦波振荡器；选频网络由LC电路构成的称为LC正弦波振荡器。6. 振荡的建立过程当刚接通电源时，振荡电路中各部分总是会存在各种电的扰动，例如接通电源瞬间引起的电流突变、电路的内部噪声等，它们包含了非常多的频率分量，由于选频网络的选频作用，只有频率等于振荡频率fO的分量才能被送到反馈网络，其他频率分量均被选频网络所滤除。通过反馈网络送到放大器输入端的频率为fO的信号，就是原始的输入电压。该输入电压被放大器放大后，再经选频网络和反馈网络，得到的反馈电压又被送到放大器的输入端。由于满足振荡的相位平衡条件和起振条件，因此该输入电压（即反馈电压）与原输入电压相位相同，振幅更大。这样，经放大、选频和反馈的反复循环，振荡电压振幅就会不断增大。随着振幅的增大，放大管进入大信号的工作状态。当振幅增大到一定程度后，金属探测器的设计 9由于稳幅环节的作用，放大倍数的模A将下降（反馈系数的模F一般为常数），于金属探测器的设计 10是环路增益AF逐渐减小，输出振幅Uom的增大变缓，直至AF下降到1时，反馈电压振幅与原输入电压振幅相同，电路达到平衡状态，于是振荡器就输出频率为fO、且具有一定振幅的等幅振荡电压。图4-4画出了正弦振荡的建立过程中输出电压uO的波形。这样，一个微弱的电扰动就能使振荡器建立起自激振荡。 图4.4 振荡的建立过程4.1.2 三点式振荡电路三点式振荡电路的一般形式如图4.5所示。图中,振荡管的三个电极分别与振荡回路中的电容C或电感L的三个点相连接，三点式的名称即由此而来。Xce、Xbe、Xcb是振荡回路的三个电抗元件的电抗。对于振荡器而言，其集电极电压Xce与基极电压Xbe是反相的，两者差180。 为了满足相位平衡条件，即满足是正反馈的条件，反馈电压Uf也须产生180的相位差(超前或滞后均可)。为此，Xbe与Xce必须性质相同，即为同类电抗，Uf才能为负值，产生所需相位差。Xbe与Xce既然是同类电抗(即同为容抗或感抗)，则Xcb与Xce、Xbe为异类电抗，这样才能构成LC 三点式振荡电路。 这是构成三点式振荡器的原则。判断一个三点式振荡电路的相位条件是否满足时，只要观察到两个电容或电感的抽头接晶体管的发射极，则正反馈条件一定满足，也可以此作为判断满足相位条件的依据。图4.5 三点式振荡电路金属探测器的设计 11金属探测器的设计 11 4.1.3 电容三点式振荡器1. 电路结构如图4.6(a)，振荡管为晶体三极管，Rb1、Rb2和Re构成稳定偏置电路结构；Ce为交流旁路电容；C3、C4为隔直耦合电容；Lc为扼流圈，防止交流分量通过电源短路；C1、C2和L组成选频网络。反馈信号从电容C2两端取出，送往输入端，故称电容反馈式振荡器。图4.6 电容三点式振荡器2. 相位平衡条件的判断和振荡频率.相位平衡条件的判断参见图4.6（b）。对交流而言，振荡回路中两个电容的三根引线分别接晶体管三个电极( 电容三点式振荡器的名称正是缘于此处)，且两个电容的中间抽头接振荡管的发射极。Xcb为L，Xbe为C2，Xce为C1，故Xbe与Xce是同类电抗(即同为容抗)，则Xcb与Xbe、Xce为异类电抗。满足三点式振荡器的组成原则，满足相位平衡条件。.振荡频率当不考虑分布参数的影响，且Q值较高时，振荡频率近似等于回路的谐振频率。上式中C为L两端的等效电容，当不考虑分布电容时，C为C1、C2的串联等效电容。 对于f0以外的其它频率成分，因回路失谐被抑制掉。3. 电容三点式振荡器的特点1. 输出波形好。由于反馈信号取自电容两端，而电容对高次谐波阻抗小，相应地反馈量也小，所以输出量中谐波分量也较小，波形较好。金属探测器的设计 122. 加大回路电容可提高振荡频率稳定度。由于晶体管不稳定的输入、输出电容Ci和Co与谐振回路的电容C1、C2相并联，增大C1、C2的容量，可减小Ci和Co对振荡频率稳定度的影响。3. 振荡频率较高。电容三点式振荡器可利用器件的输入、输出电容作为回路电容( 甚至无须外接回路电容)，可获得很高的振荡频率，一般可达几百MHz甚至上千MHz。4.2 电压放大电路设计4.2.1概述三极管可以通过控制基极电流来控制集电极的电流，来达到放大的目的。放大电路就是利用三极管的这种特性来组成放大电路。1. 放大的基本概念放大电路（又称放大器）广泛应用于各种电子设备中，如音响设备、视听设备、精密测量仪器、自动控制系统等。放大电路的功能是将微弱的电信号（电流、电压）进行放大得到所需要的信号。放大器必须接直流电源才能工作，因为放大器输出信号功率比输入信号功率大得多，输出功率是从直流电源转化而来的。所以放大电路实质上是一种能量转换器，是用较小的能量去控制较大能量，它将直流电能转换成交流电能输出给负载。2. 放大电路的三种基本组态三极管有三个电极，其中两个可以作为输入, 两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极，因此，构成放大器时可以有三种连接方式，也称三种组态，见下图：（1）共基极，如图（1）所示（2）共发射极 如图（2）所示（3）共集电极 如图（3）所示 金属探测器的设计 12三极管具有电流放大作用，放大作用的内因是三极管生产制造时，从结构上、生产工艺上就保证了1；放大作用的外因是必需提供能量，必需保证正确的外加偏置电压，即发射结正偏、集电结反偏。电路中各元件的作用：（1）三极管VT起电流放大作用，通过基极电流iB控制集电极电流iC。是放大电路核心元件。（2）电源VCC-使三极管处在放大状态，发射结正偏，集电结反偏。同时也是放大电路的能量来源，提供电流iB和iC。VCC一般在几伏到十几伏之间。（3）基极偏置电阻Rb-电源VCC通过Rb为三极管提供发射结正向偏压，用来调节基极偏置电流IB，使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几兆欧。（4）集电极负载电阻Rc-通过它为三极管提供集电结反向偏压，并将集电极电流iC的变化转换为电压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧。（5）耦合电容Cl、C2-用来传递交流信号，起到耦合的作用。同时，又使放大电路和信号源及负载间直流相互隔离，起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失，Cl、C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。放大原理（1）输入信号通过输入耦合电容C1加到VT基极,发射极间，引起基极电流iB作相应变化 。（2） 通过VT的电流放大作用，VT的集电极电流iC也将变化 。（3） iC的变化引起VT的集电极电阻上的压降变化，由于，集电极和发射极之间的电压也跟着变化。金属探测器的设计 13(4) 输出信号通过输出耦合电容C2隔离直流，交流分量畅通地传送给负载，成为输出交流电压，实现了电压放大作用。综上分析可知，在共发射极放大电路中，输入信号电压与输出电压频率相同，相位相反，幅度得到放大，因此这种单级的共发射极放大电路通常也称为反相放大器。4.22 放大电路的分析对放大器的分析，目的是了解放大器的工作状态，同时对放大器的主要性能指标进行必要的估算，以便了解放大器的基本情况。一、放大电路的几个重要概念（一）静态、直流通道、静态分析和静态工作点Q 放大电路在没有加输入信号，即时电路所处的工作状态叫静态。此时，电路只有直流电源作用，故也称直流工作状态。把放大器中直流电流流经的途径称为放大器的直流通道。静态时电路中的、的数值叫做放大电路的静态工作点Q。静态分析的目的就是求出静态工作点Q以确定它是否满足放大要求。画放大器的直流通路时，将电容视为开路，电感元件视为短路，其他不变，如图4.8所示。（二）动态、交流通道和动态分析当有输入信号，即时，电路中的电压、电流都将随输入信号做相应变化，称为动态，也称交流工作状态。此时，电路中既有直流，也有交流。交流信号所走的通路称为交流通道。绘制交流通道的原则是：电路中的耦合电容、旁路电容的容量足够大，对交流信号而言，它的容抗很小，都视为短路； 直流电源的内阻极小，对于交流信号而言，也可以看作两极短路。根据上述原则可画出图A所示放大电路的交流通路如图B所示。图中所有电压、电流都是交流成分。动态分析的目的就是确定电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等主要性能指标，看看它是否满足要求。金属探测器的设计 14金属探测器的设计 14图4.8 共射极放大器的直流通路 放大电路建立正确的静态，即设置合适的静态工作点，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路。金属探测器的设计 15在分析放大电路时有两类问题：直流问题和交流问题。（1）直流通路：将放大电路中的电容视为开路，电感视为短路即得。它又被称为静态分析。（2）交流通路：将放大电路中的电容视为短路，电感视为开路，直流电源视为短路即得。它又被称为动态分析。如图4.9所示。进行静态分析时，主要是求基极直流电流IB、集电极直流电流、集电极与发射极间的直流电压 图4.9 共射极放大器的交流通路（三）微变等效电路法1三极管的微变等效电路（如图（1）所示的电路）采用微变等效电路法的思想是：当信号变化的范围很小（微变）时，可以认为三极管电压、电流变化量之间的关系是线性的。通过上述思想我们就可以把含有非线性元件（如三极管）的放大电路，转换为熟悉的线性电路，这样我们就可以利用电路分析的各种方法来求解了。其中：Ie=（1+）Ib 。三极管的输入回路可以等效为输入电阻,输出回路可用等效的受控恒流源来代替。在低频小信号工作条件下，是一个与静态工作点有关的常数。金属探测器的设计 162放大电路的微变等效电路微变等效电路主要用于对放大电路的动态特性分析。1.放大电路的性能指标（我们简要的介绍几种） 金属探测器的设计 16电压放大倍数 Au它是用来衡量放大电路的电压放大能力。它可定义为输出电压的幅值与输入电压的幅值之比Au=Uo/Ui电压源放大倍数Aus是表示输出电压与信号源电压值比，它就是考虑了信号源内阻Rs影响时的Au ,Aus=Uo/Us电流放大倍数 Ai它是用来衡量放大电路的电流放大能力，值越大表明放大能力越好。它可定义为输出电流Io和输入电流Ii之比Ai=Io/Ii输入电阻 ri它是用来衡量放大电路对输入信号源的影响。它可表示为输入电压与输入电流之比ri=Ui/Ii输出电阻 ro它是用来衡量放大电路所能驱动负载的能力。从输出端看进去的等效电阻就是输出电阻。 用微变等效电路法对放大电路进行分析。1.共e极放大电路 如图(1)所示的电路,试分析它的Au、Ai、r0、ri，分析为：其等效电路图为：如图4.10（2）所示（1）电压放大倍数 Au= -RL/rbe 其中RL=Rc/RL。负号表示共e极时,集电极电压与基极电压的相位相反（2）电流放大倍数 因为Io=Ic= ，Ii=Ib所以： Ai=Io/Ii=（3）输入电阻因为ri=Rb/rI ，又因为ri=Ui/Ib，Ui=Ib*，所以ri=为约等(4)输出电阻 ro=Rc注意： ro常用来带负载RL的能力,我们在求它时不应含RL,应将其断开。 图4.10 放大电路的交流通路金属探测器的设计 17一般来说，希望放大电路的输入电阻高一些好，这样可以避免输入信号过多地衰减；对于输出级来说，则希望输出电阻越小越好，以提高电路的带负载能力。.整流滤波电路.整流电路整流电路的作用是把交流电转换成直流电，严格地讲是单方向大脉动直流电，而滤波电路的作用是把大脉动直流电处理成平滑的脉动小的直流电。整流原理：利用二极管的单向导电性可实现整流。本设计采用半波整流。图4.11中D是二极管，RL是负载电阻。若输入交流电为 则经整流后输出电压u0(t)为（一个周期内） u0(t)= 0 其相应的平均值（即直流平均值，又称直流分量） 图4.11 半波整流电路图.滤波电路经过整流后的电压（电流）仍然是有“脉动”的直流电，为了减少被波动，通常要加滤波器，常用的滤波电路有电容、电感滤波等。本系统采用电容滤波电路。电容滤波器是利用电容充电和放电来使脉动的直流电变成平稳的直流电。我们已经知道电容器的充、放电原理。图4.12所示为电容滤波器在带负载电阻后的金属探测器的设计 18工作情况。设在t0时刻接通电源，整流元件的正向电阻很小，可略去不计，在t=t1时，UC达到峰值为。此后Ui以正弦规律下降直到t2时刻，二极管D不再导电，电容开始放电，UC缓慢下降，一直到下一个周期。电压Ui上升到和UC相等时，即t3以后，二极管D又开始导通，电容充电，直到t4。在这以后，二极管D又截止，UC又按上述规律下降，如此周而复始，形成了周期性的电容器充电放电过程。在这个过程中，二极管D并不是在整个半周内都导通的，从图上可以看到二极管D只在t3到t4段内导通并向电容器充电。由于电容器的电压不能突变，故在这一小段时间内，它可以被看成是一个反电动势（类似蓄电池）。图4.12 电容滤波电路由电容两端的电压不能突变的特点，达到输出波形趋于平滑的目的。经滤波后的输出波形如图4.13所示。图4.13 滤波电路的输出波形.三极管开关电路能够实现各种基本逻辑关系的电路通称为门电路。由于在二值逻辑中，逻辑变量的取值1和0在电路中是用电路的两种截然相反的状态来表示的，而电路的状态是靠二极管、三极管开关的闭合和断开来控制和实现的，所以门电路也称为开关电路。用1表示高电平、0表示低电平的情况称为正逻辑；反之用0表示高电平、1表示低电平的情况称为负逻辑。通过开关电路获得高、低电平的方法如图4.14所示。其中S示意为受输入信号控制的电子开关(二极管、三极管)，当二极管、三极管截止时相当于S断开，金属探测器的设计 19输出为高电平；当二极管、三极管导通时，相当于S闭合，输出为低电平。金属探测器的设计 19在数字电路中，只要能确切的区分出高、低电平两种状态就足够了。所以高、低电平都有一个允许的范围，如图4.15 所示。图4.14 图4.15 双极型三极管的开关特性（1）静态开关特性图4.16是相当于图4.14的三极管的开关电路，这里，三极管充当了开关S。图4.16 三极管的开关电路从三极管的工作原理和特性曲线可知，三极管可以工作在放大、截止、饱和三个工作区。在开关电路中，三极管是在后两种工作区间转换。当基极控制电压时， ，三极管工作于截止区，其集电极到发射极之间如同断开的开关一样，此时输出电压。 为正（高电平）时，只要参数安排适当，使（为三极管的临界饱和基极电流），则和同为正向偏置，三极管工作于饱和区，金属探测器的设计 20不随的增加而增加，此时，ce间的饱和管压降0，如同开关闭合一样，输出电压0。由上述可见，只要用的高、低电平控制三极管即可使其分别工作在饱和导通和截止状态，三极管处于开关状态，在其输出端可获得对应的高、低电平。实际电路中，一般都能满足、0, 所以在分析三极管开关电路