晶闸管声控延时控灯电路设计.doc

目录摘 要. 1Abstract 1第1章 绪 论. 11.1问题的提出. 11.2国内外现状研究. 11.3本文主要工作. 2第2章 楼道感应自控灯延迟开关设计和论证. 32.1方案一. 32.2方案二. 42.3方案三. 6第3章 电路总体设计与论证. 83.1楼道感应自控灯总体方案设计. 83.2电源电路设计和论证. 113.2.1方案一. 113.3声控延迟灯开关电路设计. 133.3.1方案一. 133.3.2方案二. 143.4光控延时照明电路设计. 153.4.1方案一. 153.4.2方案二. 17第4章 楼道感应自控灯具体实现. 194.1光敏电阻. 194.2 LM324单、双电源通用型四运放. 224.3.3CTS1型双向触发三极闸流晶体管 . 254.4 NE555引脚图及ne555的作用介绍. 27第5章 总 结. 38参 考 文 献. 40摘 要【摘要】该设计主要介绍的是关于楼道照明感应自控灯的电路设计。楼道照明感应自控是通过光敏电阻来实现的，当光敏电阻在背光的的时候灯就会慢慢的熄灭，即这时也是人走过 了的时候。在有的电路中这种原理也可以通过声音的振动来实现，当人走过时只需用手轻排一下灯就会自动的亮，人离开后又熄灭。这样就给路人提供了相应的方便，同时，也达到了节电和节能的目的；延长灯的寿命。在实际生活中节电节能，能够实现更多的自动。【关键词】电源电路、声控电路、光控电路、延时控制电路Abstract【Abstract】 The design focuses on is about the sound and light control circuit design. Sound and Light Control is achieved through the light-sensitive resistor, when the photosensitive resistor when the backlight lamp will slowly go out, that is, when is the time people have gone through. In some circuits this principle can also be achieved through the vibration of the sound, when people walked hand-light emission only look at the bright lights automatically, then leave off. Disturbing the passers-by to provide a corresponding convenience, also reached a power-saving and energy-saving purposes; extend lamp life. In real life, saving energy, to achieve more automated.【Key words】 power supply circuits, voice circuits, light control circuit, delay control circuit第1章 绪 论1.1问题的提出随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现灯的自动发亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。声光控电路已成为人们日常生活中必不可少的必需品，它不需要开关，声光控延时开关可在白天关闭电灯，晚上人来有声音时自动开灯，延时一分钟自动熄灭，真正做到了人来灯亮，人走灯灭，这种开关有许多优点，一是省电，由于灯泡大部分时间不工作，因此节电效率很高，达80%左右；二是方便，首先，不用接触，全自动智能控制，另外，接线简单、安装方便，不用更改原照明电路；三是省灯泡，正常情况下，一只灯泡可使用两年左右。另外，是在一定场所使用还可起防盗作用，因此我花了一个星期时间设计了以下几种方案。1.2国内外现状研究可能有人会觉得一盏小小的电灯没有什么特别之处。但自从几百年前爱迪生发明电灯以来,电灯就在不断地发展，在现代电子技术工作者，给电灯赋予了各种各样的功能，使其也变成了自动化和智能化，更好地方便人们的生活。常见的功能如下：触摸式开启：利用触摸开关，只要用手轻轻触摸一下，电灯就亮起来。延时功能：电灯开始后，过一段时间后就能自动关闭。光控功能：利用手电筒等光源照一下电灯的光感应元件，灯就亮起来了。或者用光控电路使电灯无法在光亮的环境下亮起来。声控功能：只要拍一下手，电灯就自动开始，关闭也用同样的方法。1.3本文主要工作1）对楼道照明感应自控灯，问题提出，现状分析与研究。2）楼道感应自控灯延迟开关设计和论证，用三个不同的方案来分析和解决问题。3）楼道感应自控灯延迟开关总体设计。4）楼道感应自控灯延迟开关具体实现。第2章 楼道感应自控灯延迟开关设计和论证2.1方案一本方案介绍的声光控延时照明电路，在白天不工作，在夜间有人在楼梯上走动时，脚步声就会使电子开关动作，电灯点亮，人走后即无声响30s三后电灯会自动熄灭，节能实用，且具有较高的声控灵敏度 。VD3VD6组成桥式整流电路，经R8降压限流，VS稳压，C3滤波输出约9V直流电压供三极管VT1VT4用电。白天光敏电阻RL呈低电阻，VT3导通，VT4截止。此时C4上无电压，VT5截止，VT6导通，晶闸管VT7的门极于阴极被VT6短接，VT7关断，电灯E不亮。晚上，RL无光照射，呈高电阻，但由于R2的偏置作用使VT1导通，VT1发射极电流流入VT3基极，使VT3仍处于导通状态，所以在安静状态时，电灯仍不会被点亮。当楼梯上有人走路，其脚步声或谈话声经话筒B拾取后，就输出相应电信号经C1送至VT1放大。放大后音频信号一方面由VT1发射极注入到VT3的基极，另一方面由VT1集电极输出，经C2耦合到VT2的基极，该信号经VT2放大由其集电极输出再次送入到VT1基极。由此可见，VT1与VT2组成正反馈式音频放大器，它具有极高的电路增益，因而使电路有很高的声控灵敏度，这就是本电路设计的巧妙所在。由于VT3基极有很强的音频输入，其信号的负半周使VT3退出导通态，进入放大态甚至截止态。VT3集电极电位上升，VT4导通，9V直流电压经VT4、VD2向C4迅速充电，并经R9使VT5导通、VT6截止，解除对晶闸管VT7门极的封锁。VT7门极由R11获得正向触发电流，VT7开通，电灯就点亮发光。电灯点亮后，自身光线虽然使RL变成低电阻，使VT3导通封锁，但由于C4已经充满了电荷，C4通过R9向VT5发射结放电，使VT5仍能保持导通态，所以电灯能继续点亮。当C4放电完毕，VT5截止，VT6导通，VT7关断，电灯熄灭。如果再次有声响，电灯又能点亮。电路的延迟时间主要由R9、C4的放电时间常数决定，图示数据约为30S。白天，因VT3封锁，再大的声响都不会使电灯点亮。VT1、VT3要求放大倍数值大于200，其他三极管值以100左右为宜。VT5、VT6的Vceo要求尽可能高一些。驻极体电容话筒B最好选稳定性较好的带白点色标的那种。其他元器件参数见图，无特殊要求。图2.1 分立元件声光控楼梯延迟开关电路图2.2方案二本方案是一个采用CD4011数字集成电路制作的声、光控楼梯走道延迟照明开关，它除了具备前面介绍的分立元件电路所有特点外，它的延迟精度高，工作可靠性高，各成品之间性能离散性小，因此非常适宜工厂大规模生产。图中2.22，晶闸管VT2构成延迟灯开关的主回路，控制回路由2输入端四与非门CD4011数字集成电路构成。CD4011中与非门组成线性放大器，用来放大话筒B输入的音频信号。与非门组成光控开关，与非门、组成单稳态电路。与非门的逻辑功能是：“见0出1，全1为0”。白天光敏电阻RL受光照射呈低电阻，使与非门一个输入端脚为低电平“0”，输出端脚为高电平“1”，故脚也为“1”。与非门两个输入端、脚因R10接地为低电平“0”，所以输出脚为“1”，脚也为“1”。与非门两个输入端都为“1”，输出端脚为“0”，电容C5两端都为低电平无法充电，而三极管VT1接地而关断，电灯不亮。由于脚为低电平“0”，所以不管其脚电平如何变化，电子开关均被封死，电灯不可能被点亮。晚上，光敏电阻RL无光照射呈高电阻，其阻值远大于R8，所以脚为高电平“1”，这就为开灯提供了条件，但输出端脚的电平高低还要看脚电平的情况。当有人走动的时候，B收取声音信号经C2耦合到与非门进行放大，然后经R6向C4充电(充电时间常数极小)，使脚也变为高电平“1”，根据与非门“全1为0”的逻辑关系，脚输出低电平“0”，脚也为“0”。由“见0出1”可知脚为“1”即脚输出高电平，经R10向C5充电。根据电容两端电压不能突变的原理，、两脚为“1”，故输出端脚为低电平“0”，VT1截止，晶闸管VT2的门极通过VD1和R1获得正向触发电流而开通，电灯E通电发光。约经30S左右，C5充电完毕，、两脚恢复低电平“0”，脚输出高电平“1”，VT1导通，VT2失去触发电流，当交流电过零时即关断，电灯熄灭。在稳态时，脚为低电平“0”，C5可通过R10放电，为下次开灯作延迟准备。本电路有两个特点：一是电灯点亮时为软启动，点亮后为半波交流电，可以大大延长灯泡的使用寿命；二是灯泡点亮时间由R10和C5的时间常数决定，自身灯光照射在RL上不会发生自我关灯现象。此延迟节能灯经实际使用，效果极佳，一般的脚步声就能使电灯点亮发光。照明灯泡E宜用60W或60W以下的白炽灯泡。基于上述特点，本次设计采用此方案。图2.2 数字电路声光控楼梯延迟开关电路图检音B延时R10、C5感光RL反相D1放大 反相D3整形VS控制门D2电子开 关VT2L1照明灯图2.3声光控延时开关方框图2.3方案三本方案是采用LM324运算放大器制作而成的声光控楼梯走道延迟照明开关，它也采用二线制接法，可以直接取代普通照明开关，而不必更改室内原有布线。VD3VD6、VT构成延迟灯开关的主回路，控制回路主要有A1A4四个运放构成，220V交流电经VD3VD6整流，R13降压，VS稳压，可在C3两端获得10V左右稳定直流电压供A1A4用电。话筒B与A1、A2组成声控电路；RL与A3等构成光控电路；R9、C4组成灯E点亮后的延迟电路；LED为发光二极管，用于夜间指示开关位置。白天，RL呈低电阻，A3的反相输入端脚为高电平，所以脚输出低电平，VD1导通。此时无论声控电路有无输出，它都将A4的同相输入端脚钳位在低电平，所以脚输出低电平，晶闸管VT始终关断，灯E不会点亮。只有到了晚上，RL呈高电阻，A3的脚为低电平，脚输出高电平，VD1反偏截止，从而解除对A4的封锁。如果此时，有人在楼梯上走动，B拾取人的脚步声，经C1耦合到A1的脚，使脚输出高电平，再经C2耦合到A2的脚，A2的脚就输出高电平。此高电平使VD2导通，加至A4的同相输入端脚，脚就输出高电平，晶闸管VT开通，灯E点亮。同时正电源通过VD2向C4充电。声音过后，A2的脚恢复低电平，VD2截止，但C4储存电荷可通过R9缓慢放电，继续维持脚保持高电平，所以灯不会马上熄灭。约30S左右C4两端电压即第脚电平低于脚时，脚恢复低电平，晶闸管VT失去触发电流。当交流电过零时，即关断，灯E熄灭。图中，接成四只电压比较器的运放A1A4可采用一块单电源四运放集成电路LM324。其他元器件参数见图，无特殊要求。图2.4 采用运放的声光控楼梯延迟开关电路图第3章 电路总体设计与论证3.1楼道感应自控灯总体方案设计1.画出楼道感应自控灯的控制系统方框图输入光控二极管话筒，电源开关控制电子电路对输入信号分析后，发出指令输出电灯被控对象灯光 2.根据系统的要求分析出电路的组成如下电源开关声控部分光控部分处理 电灯延时 其中，开关部分选用图1（b）类似的方案，声控部分选用图1(a)类似的方案，光控部分选用光敏电阻作为基本感光元件，延时部分先用图2(a)的方案。接下来的处理部分的解决就是最大的问题。开始时我们决定使用逻辑电路来实现其功能要求。有三个输入端，若设光控信号为A，由于触摸开关可声控部分可连在同一个延时电路中，可高它们为B，设输出为Y。当A为高电平时，Y为低。当A为低电平时，B为高电平时，Y为高。逻辑真值表为图(1)。根据图表可知其逻辑表达式为 ，逻辑电路使用如图(2)。 随后，我们知道上述电路中使用了两种门电路，而通用的集成电路块都只含一种门电路。必须对其进行变形。因为 ,根据反演律有 这样就可以使用或非门来实现同样的处理功能。门电路连接如图（3）。按照此图的电路连接，可使用CT74LS02或CC4001的四二输入或非门。其引脚如图（4）。其连接方法是A连1，B连5和6，4和2连接，3即为输出端Y。 但后来我们发现使用这样的方法还是浪费了集成电路的两个门。因为电路要实现的逻辑功能比较简单，可以用其他的方法代替门电路的使用，通过查找相关的电路图使用，决定使用两个三极管实现设计要求,如图（5）。令外界光度较高时，A输入为低电平，无论B输入为高电平，若有B为高电平，电灯就可亮起来。光控电路部分电路如图（6）所示。当R2接收到外界较强光线时，U为低电平，当外界光线较弱时，R2呈现高电阻，U为高电平。 然后我们才发现只要把逻辑表达式 中的 改变为A就是一个与门电路，之前所思考的方法反而使电路更加复杂。而图（5）就是一个与门电路的简单形式之一。3.上述的设计内容，画出总的设计图如下:其工作原理为：当外界光线较强时，光敏电阻R4呈现低电阻，三极管VT6基极为低电平，三极管截止。电灯无法亮起来。当外界光线较弱时，三极管VT6基极为高电平，三极管VT6导通。当用手触摸金属片M时，人体感应电动势从M输入，经过三极管VT4，VT5放大在短时间内给C充电，同时，VT7有基极电流，VT7导通。电灯发光。当手指离开M后，电容C3开始放电，VT7保持导通，延时开始，当C放电完毕，VT7截止，电灯泡熄灭，延时结束。延时时间由C3和R5的数值决定。声控。大力地拍一下手掌,使B接收声音信号,再把声音信号转化为电信号,再转入三极管组,VT1,VT2,VT3经过放大后的电流作用于电容C3使其充电,并使VT7导通,若此时VT6也导通,电灯泡就亮起来了。电容C的放电充电使其实现延时功能。3.2电源电路设计和论证3.2.1方案一1.推挽型变换器S2S1LCRN1N1N2N2UiUoT下面是推挽型变换器的电路。图3.1 推挽型变换电路S1和S2轮流导通，将在二次侧产生交变的脉动电流，经过全波整流转换为直流信号，再经L、C滤波，送给负载。由于电感L在开关之后，所以当变比为1时，它实际上类似于降压变换器。2半桥型变换器图2-6给出了半桥型变换器的电路图。当S1和S2轮流导通时，一次侧将通过电源-S1-T-C2-电源及电源-C1-T-S2-电源产生交变电流，从而在二次侧产生交变的脉动电流，经过全波整流转换为直流信号，再经L、C滤波，送给负载。同样地，这个电路也相当于降压式拓补结构。C2UiS2S1LRN1N2N2UoTC1C2图3.2 半桥式变换电路3全桥型变换器CUiS3S2LRN1N2N2UoTS4S1下图是全桥变换器电路。图3.3 全桥式变换电路当S1、S3和S2、S4两两轮流导通时，一次侧将通过电源-S2-T-S4-电源及电源-S1-T-S3-电源产生交变电流，从而在二次侧产生交变的脉动电流，经过全波整流转换为直流信号，再经L、C滤波，送给负载。这个电路也相当于降压式拓补结构。4正激型变换器TN3CLRN2UoSN1VD2VD3Ui下图为正激式变换器。图3.4正激型变换器电路当S导通时，原边经过输入电源-N1-S-输入电源，产生电流。当S断开时，N1能量转移到N3，经N3-电源-VD3向输入端释放能量，避免变压器过饱和。VD1用于整流，VD2用于S断开期间续流。3.3声控延迟灯开关电路设计3.3.1方案一本方案是一个采用音乐门铃芯片为核心器件的声控延迟灯，当接受到声音，电灯便会被点亮，延迟20S左右，灯会自行熄灭，该电路是采用二线制接法，可以直接取代普通开关而不必更改室内原有的线路；也可以将它并联在普通的电灯开关上，或与光控开关相连，构成声光控延迟照明电路。图中，右部为普通照明电路，左部为声控延迟开关。S为普通灯开关，S闭合后，灯E点亮，此时延迟电路不起作用。S打开时，灯灭，延迟电路开始工作，此时只要击掌，便可开灯，延迟20S后，灯便自行熄灭。电路工作原理：VD1VD4与VT4构成开关主回路，控制回路由KD-9300音乐门铃芯片、话筒B、三极管VT1VT3构成。VS、R6与C3构成简单稳压电源，输出3V左右的直流电压供控制回路用电。平时，VT2、VT3截止，晶闸管VT4处于关断态，灯E不亮。如果你拍一下手掌，B拾取声波信号后由C1送至VT1进行放大，VT1集电极就会出现一个正向脉冲，由C2耦合到VT2的基极，使VT2瞬间导通。音乐门铃芯片因触发端TRIG受到高电平触发而工作，输出端O/P就输出芯片内储的乐曲信号，经VT3放大注入VT4的门极，使VT4触发开通，灯E便点亮发光。R5、C4用来平滑VT3输出的乐曲信号，目的使灯光不产生闪烁感。当门铃芯片内储乐曲信号终了时，VT3恢复截止，VT4因门极失去触发电流，当交流电过零时即关断，灯E熄灭。本电路电灯点亮时间的长短取决于门铃芯片内储乐曲信号的长度，KD-9300型集成电路乐曲信号长度视内储乐曲名而定，一般在1020S左右，VT2的值宜大，最好在200以上；VT4宜采用触发电流较小的微触发单向晶闸管，如2N6565型等。其他元器件无特殊要求。 图3.5声控延迟灯开关电路原理图3.3.2方案二本方案介绍的声控照明灯，在有突发声响出现的时候即可点亮，延时一段时间后又能自动熄灭，可作为声光控照明电路的分电路。电路工作原理该声控照明电路有电源电路，声控放大电路和延时控制电路组成，如图3.6所示。电源电路由电源开关S、降压电容器C3、泄放电阻器R7、稳压管VS、整流二极管VD和铝箔电容器C4组成。声控放大电路由传声器BM、晶体管V1、V2、电阻器R1R4和电容器C1组成。延时控制电路由时基集成电路IC、电阻器R5、R6、延时电容器C2和晶闸管VT组成。接通电源开关S，交流220V电压经C3、降压VS、稳压VD整流及C4滤波后，产生+12V（Vcc）左右的工作电压，供给声控放大电路和延时控制电路。平时（无突发声响的时候），IC因2脚为高电平而处于稳态，3脚输出低电平。VT处于截止状态，照明灯EL不亮。当有突发声响出现时，该声音经BM转换成交变电压信号后，再经V1、V2两极电压放大，在信号的负半周时IC内电路翻转，由稳态变为暂态，3脚输出高电平，使VT受触发而导通，EL被点亮。与此同时，C2经IC的7脚内部的放电电路快速放电后，+12V电压又经R5对C2缓慢充电，使IC的6脚电平不断上升。当该脚电压升至2Vcc/3时，IC复位，由暂态恢复为稳态，3脚由高电平变为低电平，使VT截止，EL熄灭。改变R5的阻值或C2的电容量，可以改变EL延时点亮的持续时间。 图3.6 声控延迟灯开关电路原理图元器件选择R1R7选用1/4W炭膜电阻器或金属膜电阻器。C1选用独石电容器；C2和C4均选用耐压值为25V铝电解电容器；C3选用耐压值为400V的涤纶电容器或CBB电容器。VD选用1N4007型整流二极管。VS选用2CW110或2CW21H1N4743型硅稳压二极管。V1和V2选用S9013或3DG9013型NPN晶体管。VT选用BCR1AM或3CTS1（1A、400V）型双向晶闸管。IC选用NE555型时基集成电路。BM选用CRZ-29型驻极体传声器。3.4光控延时照明电路设计3.4.1方案一电路工作原理该光控延时照明电路由单稳态触发器，自动光控制电路和红外光控制电路等组成，如图所示。单稳态触发器由时基集成电路IC、电位器RP和电容器C1组成。自动光控制电路由可见光光敏晶体管V2与IC的4脚内电路组成。红外光控制电路由红外发光二极管VL与红外光光敏晶体管V1组成。双向晶闸管VT作为照明灯EL的电子开关，受IC3脚的电平控制。在白天有光照的时候，V2呈导通状态，使IC的4脚（复位端）为低电平，整个控制电路不工作。夜晚，V2因无光照射而呈截止状态，IC4脚变为高电平，整个光控制电路开始正常工作。若在光控区无人时，则VL发出的红外光使V1导通，IC的2脚为恒定的低电平，3脚输出低电平，VT截止，照明灯EL不亮（只有IC的2脚有负脉冲输入时，其内部的触发器才动作，IC的3脚才输出高电平）。当有人进入光控区后，遮挡光照使V1截止，IC的2脚变为高电平，人走出光控区后，IC第2脚加入负脉冲，使其内部的触发器翻转，IC的3脚输出高电平，使VT受触发而导通，照明灯EL被点亮。待IC暂态结束后，其3脚恢复低电平，使VT截止，照明灯EL熄灭。 图3.7 光控延时照明元器件选择R1R4、R6均选用1/4W炭膜电阻器；R5选用2W炭膜电阻器。C1选用耐压值为16V铝电解电容器；C2选用独石电容器或涤纶电容器；C3耐压值为500V的CBB无感电容器。VL选用HG501型中功率红外发光二极管。V1、V2均选用3DU系列的光敏晶体管。VT选用1A/400V双向晶闸管，使用时应加散热片。IC选用NE555型时基集成电路。EL选用2540W、220V的白炽灯。3.4.2方案二本方案是一个性能较好的光控延时照明电路，它能自动点亮60S，从而避免人们晚上走夜路时的不必要麻烦。因此可用于声光控照明电路中作为光控照明模块。电路工作原理该光控照明电路由电源电路和光控电路组成，如图所示 图3.8 光控延时照明电路电源电路由降压电容器C1整流二极管VD1VD4滤波电容器C2和稳压二极管VS组成。光控电路由光敏电阻器RG、电位器RP、精密稳压集成电路IC、二极管VD5、电容器C3、电阻器R和继电器K组成。交流220V电压经C1、降压VD1VD4整流、C2滤波及VS稳压后，为光控电路提供8V直流工作电压。白天，RG受光照射而处于低阻状态，IC的G端（控制端）低于2.5V，K端为高电平，K处于释放状态，照明灯EL不亮。夜晚，RG因无光照射而阻值增大，使IC的G端电压大于2.5V，K端输出低电平（低于2V），K通电吸合，其常开触头接通，EL点亮。调节RP的阻值，可改变光控的灵敏度。元器件选择R选用1/4W炭膜电阻器或金属膜电阻器。RG选用MG45系列的光敏电阻器，其亮值应小于2K，暗值应大于10M。RP选用小型实心电位器或WSW型可变电阻器。C1选用耐压值为400V以上的涤纶电容器或CBB电容器；C2 和C3均选用耐压值为16V铝电解电容器。VD1VD5均选用1N4007型硅整流二极管。VS选用1W、8V的硅稳压二极管。IC选用A431或TL431、SW431型精密稳压集成电路。K选用JRX-13F型6V直流继电器。第4章 楼道感应自控灯具体实现4.1光敏电阻1.光敏电阻器的主要参数有亮电阻（RL）、暗电阻（RD）、最高工作电压（VM）、亮电流（IL）、暗电流（ID）、时间常数、温度系数灵敏度等。光敏电阻参数_光敏电阻的主要参数1亮电阻 亮电阻是指光敏电阻器受到光照射时的电阻值。 光敏电阻参数_光敏电阻的主要参数2暗电阻 暗电阻是指光敏电阻器在无光照射（黑暗环境）时的电阻值。 光敏电阻参数_光敏电阻的主要参数3最高工作电压 最高工作电压是指光敏电阻器在额定功率下所允许承受的最高电压。 光敏电阻参数_光敏电阻的主要参数4亮电流 视电流是指在无光照射时，光敏电阻器在规定的外加电压受到光照时所通过的电流。 光敏电阻参数_光敏电阻的主要参数5暗电流 暗电流是指在无光照射时，光敏电阻器在规定的外加电压下通过的电流。 光敏电阻参数_光敏电阻的主要参数6时间常数 时间常数是指光敏电阻器从光照跃变开始到稳定亮电流的63%时所需的时间。 光敏电阻参数_光敏电阻的主要参数7电阻温度系数 温度系数是指光敏电阻器在环境温度改变1时，其电阻值的相对变化。 光敏电阻参数_光敏电阻的主要参数8灵敏度 灵敏度是指光敏电阻器在有光照射和无光照射时电阻值的相对变化。图4.1光敏电阻器的电路图形符号a）新图形符号 b)旧图形符号2.光敏电阻的特性_伏安特性在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与流过光敏电阻的电流之间的关系，称为伏安特性。由图3.1.2可知，光敏电阻伏安特性近似直线，而且没有饱和现象。受耗散功率的限制，在使用时，光敏电阻两端的电压不能超过最高工作电压，图中虚线为允许功耗曲线，由此可确定光敏电阻正常工作电压。图4.2 光敏电阻的伏安特性图4.3 光敏电阻的光谱特性3、光敏电阻特性_光电特性光敏电阻的光电流与光照度之间的关系称为光电特性。如图4.1.2所示，光敏电阻的光电特性呈非线性。因此不适宜做检测元件，这是光敏电阻的缺点之一，在自动控制中它常用做开关式光电传感器。4、光敏电阻的特性_光谱特性对于不同波长的入射光，光敏电阻的相对灵敏度是不相同的。各种材料的光谱特性如图4所示。从图中看出，硫化镉的峰值在可见光区域，而硫化铅的峰值在红外区域，因此在选用光敏电阻时应当把元件和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的结果。5、 光敏电阻特性_频率特性当光敏电阻受到脉冲光照时，光电流要经过一段时间才能达到稳态值，光照突然消失时，光电流也不立刻为零。这说明光敏电阻有时延特性。由于不同材料的光敏电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不相同 。图3.1.4给出相对灵敏度Kr，与光强变化频率f之间的关系曲线，可以看出硫化铅的使用频率比硫化铊高的多。但多数光敏电阻的时延都较大，因此不能用在要求快速响应的场合，这是光敏电阻的一个缺陷。图4.4 光敏电阻的频率特性 图4.5 硫化铅的光谱温度特性6、光敏电阻的特性_温度特性光敏电阻和其他半导体器件一样，受温度影响较大，当温度升高时，它的暗电阻会下降。温度的变化对光谱特性也有很大影响。图4.1.5是硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线。从图中可以看出，它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动。因此，有时为了提高灵敏度，或为了能接受远红外光而采取降温措施。常用的光敏电阻器是硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达110MW；在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）mm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。所以设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。光敏电阻随入射光线的强弱其对应的阻值变化不是线性的，也就不能用它作光电的线性变换，这是使用者应注意的地方。初学者可购置一只光敏电阻器（MG45型），在夜间点一盏60100W的白炽灯，用万用表直接测量光敏电阻器的阻值。测量时，应把光敏电阻对着白炽灯的光，再逐渐拉开与灯的距离（由近到远），观察万用表指示的阻值变化，可以直观验证光敏电阻的特牲，以加深对它的感性认识。4.2 LM324单、双电源通用型四运放LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，lm324原理图如图所示2。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。 每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。lm324引脚图见图2。 a)1 b)2图4.6 LM324电路符号及内部结构由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。下面介绍LM324应用实例。反相交流放大器电路见附图。此放大器可代替晶体管进行交流放大，可用于扩音机前置放大等。电路无需调试。放大器采用单电源供电，由R1、R2组成1/2V+偏置，C1是消容。图4.7 反相交流放大器放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：Av=-Rf/Ri。负号表示输出信号与输入信号相位相反。按图中所给数值，Av=-10。此电路输入电阻为Ri。一般情况下先取Ri与信号源内阻相等，然后根据要求的放大倍数在选定Rf。Co和Ci为耦合电容。有源带通滤波器许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。这种有源带通滤波器的中心频率 ，在中心频率fo处的电压增益Ao=B3/2B1，品质因数 ，3dB带宽B=1/（*R3*C）也可根据设计确定的Q、fo、Ao值，去求出带通滤波器的各元件参数值。R1=Q/（2foAoC），R2=Q/（2Q2-Ao）*2foC），R3=2Q/（2foC）。上式中，当fo=1KHz时，C取0.01Uf。此电路亦可用于一般的选频放大3。图4.8 有源带通滤波器电路此电路亦可使用单电源，只需将运放正输入端偏置在1/2V+并将电阻R2下端接到运放正输入端既可。比较器当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时(即开环状态),理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大(实际上是很大,如LM324运放开环放大倍数为100dB，既10万倍)。此时运放便形成一个电压比较器，其输出如不是高电平（V+），就是低电平（V-或接地）。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。图4.9 LM324构成的比较器电路图4.9中使用两个运放组成一个电压上下限比较器，电阻R1、R1组成分压电路，为运放A1设定比较电平U1；电阻R2、R2组成分压电路，为运放A2设定比较电平U2。输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间，当Ui U1时，运放A1输出高电平；当Ui U2，则当输入电压Ui越出U2，U1区间范围时，LED点亮，这便是一个电压双限指示器。若选择U2 U1，则当输入电压在U2，U1区间范围时，LED点亮，这是一个“窗口”电压指示器。此电路与各类传感器配合使用，稍加变通，便可用于各种物理量的双限检测、短路、断路报警等。4.3.3CTS1型双向触发三极闸流晶体管 1.可控硅工作特性(晶闸管的工作特性)可控硅(晶闸管)承受反向阳极电压时，不管门极承受和种电压，可控硅都处于关短状态。可控硅(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可控硅才导通。可控硅(晶闸管)在导通情况下，只要有即可的正向阳极电压，不论门极电压如何，可控硅保持导通，即可控硅导通后，门极失去作用。可控硅(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，可控硅关断可控硅(晶闸管)承受反向阳极电压时，不管门极承受和种电压，可控硅都处于关短状态。可控硅(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可控硅才导通。可控硅(晶闸管)在导通情况下，只要有即可的正向阳极电压，不论门极电压如何，可控硅保持导通，即可控硅导通后，门极失去作用。可控硅(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，可控硅关断 图4.10 氖灯触发的大功率双向可控硅调光器电路图表4.1双 向 晶闸 管 主 要 参 数型号重复峰值电压额定平均电流不重复浪涌电流通态平均电压触发电压触发电流URRM(V)IF(A)IFSM(A)UF(V)UG(V)IG(mA)3CTS13CTS23CTS33CTS43CTS540010001234510203033.6422.2350MAC97-2MAC97-3MAC97-4MAC97-5MAC97-6MAC97-7MAC97-8501002003004005006000.68.022.5102N6069A2N6070A2N6071A2N6072A2N6073A2N6074A2N6075A501002003004005006004302.55102N63422N63432N63442N6345200400600800810022.550754.4 NE555引脚图及ne555的作用介绍ne555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。ne555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。ne555时基电路有两种封装形式有，一是dip双列直插8脚封装，另一种是sop-8小型（smd）封装形式。其他ha17555、lm555、ca555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。ne555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为554.ne555属于cmos工艺制造. NE555引脚图介绍如下61地 GND 2触发 3输出 4复位 5控制电压 6门限(阈值） 7放电 8电源电压Vcc 应用十分广泛.下面是一个简单的ne555电路应用图4.11 NE555电路引脚图图4.12 NE555内部结构单稳类电路单稳工作方式，它可分为3种。见图示7。第1种（图4.13）是人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元，并分别以a） 和b)为代号。他们的输入端的形式，也就是电路的结构特点是：“RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。a)人工启动单稳 b)人工启动单稳 图4.13 单稳态电路工作方式第2种（图4.14）是脉冲启动型单稳，也可以分为2个不同的单元。他们的输入特点都是“RT-7.6-CT”，都是从2端输入。a)电路的2端不带任何元件，具有最简单的形式；b)电路则带有一个RC微分电路。a)脉冲启动单稳 b)脉冲启动单稳 图4.14 脉冲启动型单稳第3种（图4.15）是压控振荡器。单稳型压控振荡器电路有很多，都比较复杂。为简单起见，我们只把它分为2个不同单元。不带任何辅助器件的电路为a)；使用晶体管、运放放大器等辅助器件的电路为b)。图中列出了2个常用电路。a)单稳型VCO b)单稳型VCO 图4.15 压控震荡器电路双稳类电路这里我们将对555双稳电路工作方式进行总结、归纳。555双稳电路可分成2种。第一种（图4.168）是触发电路，有双端输入（a）和单端输入（b）2个单元。单端比较器（b）可以是6端固定，2段输入；也可是2端固定，6端输入。a)R-S触发器 b)单端比较器 图4.16 NE555够成触发电路第2种（图4.17）是施密特触发电路，有最简单形式的（a）和输入端电阻调整偏置或在控制端（5）加控制电压VCT以改变阀值电压的（b）共2个单元电路。a)施密特触发器 b)阀值电压可调的施密特触发器 图4.17 施密特触发电路双稳电路输入端的输入电压端一般没有定时电阻和定时电容。这是双稳工作方式的结构特点。b)单元电路中的C1只起耦合作用，R1和R2起直流偏置作用。各种应用电路555触摸定时开关集成电路IC1是一片555定时电路，在这里接成单稳态电路 。平时由于触摸片P端无感应电压，电容C1通过555第7脚放电完毕，第3脚输出为低电平，继电器KS释放，电灯不亮。图4.18 555触摸定时开关电路当需要开灯时，用手触碰一下金属片P，人体感应的杂波信号电压由C2加至555的触发端，使555的输出由低变成高电平，继电器KS吸合，电灯点亮。同时，555第7脚内部截止，电源便通过R1给C1充电，这就是定时的开始。当电容C1上电压上升至电源电压的2/3时，555第7脚道通使C1放电，使第3脚输出由高电平变回到低电平，继电器释放，电灯熄灭，定时结束。定时长短由R1、C1决定：T1=1.1R1*C1。按图中所标数值，定时时间约为4分钟。D1可选用1N4148或1N4001。单电源变双电源电路附图电路中，时基电路555接成无稳态电路，3脚输出频率为20KHz、占空比为1：1的方波。3脚为高电平时，C4被充电；低电平时，C3被充电。由于VD1、VD2的存在，C3、C4在电路中只充电不放电，充电最大值为EC，将B端接地，在A、C两端就得到+/-EC的双电源。本电路输出电流超过50mA。图4.19 555构成无稳态电路用555制作的D类放大器我们知道D类放大器具有体积小、效率高的特点。这里介绍一个用555电路制作的简易D类放大器。它是利用555电路构成一个可控的多谐振荡器，音频信号输入到控制端得到调宽脉冲信号10（如图），基本能满足一般的听音要求。图4.20 555构成D类放大器由IC 555和R1、R2、C1等组成100KHz可控多谐振荡器，占空比为50%，控制端5脚输入音频信号，3脚便得到脉宽与输入信号幅值成正比的脉冲信号，经L、C3接调、滤波后推动扬声器4.5 TL431的简介德州仪器公司（TI）生产的TL431是一是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。 (a) (b) 上图是该器件的符号。3个引脚分别为：阴极（CATHODE）、阳极（ANODE）和参考端（REF）。TL431的具体功能可以用如图4.1.4.1的功能模块示意。图4.21 TL431功能模块由图可以看到，VI是一个内部的2.5V基准源，接在运放的反相输入端。由运放的特性可