电子线路设计2

电子线路设计与实践 主讲 张锷 2010年3月 三 线性电阻器和电位器的主要性能指标 1 电阻器的主要参数 表2 常用电阻器额定功率系列 1 额定功率 电阻器额定功率的符号 标称阻值 简称标称值 及允许误差 表3 通用电阻的标称系列 直标法是将电阻器的主要参数和技术性能用数字或字母直接标注在电阻体上 电阻器的阻值和误差的标注方法有三种 色标法 又称色环表示法 是用不同颜色的色环来表示电阻器的阻值及误差等级 各色环颜色所代表的含义见表下所列 色环法表示的电阻值一律是欧姆 下图为电阻器色标示例 其中图 a 为四环道电阻器 图 b 为五环道电阻器 文字符号法是将需要标志出的主要参数与技术性能用文字 数字符号两者有规律地组合起来标注在电阻器上 如0 1 标志为 l 3 3 标志为3 3 3 3K 标志为3k3 10M 标志为10M等 表4 色环颜色代表的含义 金色 允许偏差 橙色 乘数 紫色 第二位数 红色 第一位数 棕色 允许偏差 银色 乘数 绿色 第三位数 紫色 第一位数 棕色 第二位数 电阻器的使用注意事项 1 在使用前首先检查外观有无损坏 用万用表测量其阻值是否与标志值相符合 2 在安装时 应先将其引线刮光镀锡 以保证焊接可靠 不产生虚焊 高频电路中电阻器的引线不宜过长 以减小分布参数 小型电阻器的引线不应剪得过短 一般不要小于 mm 焊接时应用尖嘴钳和镊子夹住引线根部 以免过热使电阻器变值 装配时应使电阻器的标志部位应朝易观察者的方向 以便调试和维修查对 3 电阻器引线不可反复弯曲和从根部弯曲 否则易将引线折断 安装 拆卸时不可过分用力 以免电阻器的主体与接触帽之间松动造成隐患 4 使用时应注意电阻器的额定功率和最高工作电压的限制 超过额定功率 电阻器会受热损坏 超过最高工作电压 电阻器内部会产生火花 使电阻器击穿烧坏 额定功率在10w以上的线绕电阻器 安装时必须焊接在特制的支架上 并留有一定的散热空间 电位器的简单测量 安装及调节 l 测量 安装前先要用万用电表的欧姆档测量电位器的最大阻值是否与标称值相符 然后再测量中心滑动端和电位器任意固定端的电阻值 测量时旋转转轴观察万用表指针应平稳移动 阻值变化连续且没有跳动现象 转动转轴时应感到内触点滑动灵活 松紧适中 听不到 咝咝 的噪声 表示电位器的电阻体良好 动接点接触可靠 2 安装 使用时应用紧固零件将电位器安装牢靠 特别是带开关的电位器 开关常常与电源线相接 若安装不牢固 电位器在调节时易引起松动而发生短路的危险 电位器的端子应正确连接 如下图所示 电位器的三个引线端子分别用A B C表示 中间的端子B连接电位器的动接点 当转轴按逆时针旋转时 动接点B从A端向C端滑动 在连接线路时应根据这一规律接线 电位器的简单测量 安装及调节 l 测量 2 安装 3 调节 在使用中应注意调节时用力均匀 带开关的电位器不要猛开猛关 电容器 电容器是由两个金属电极中间夹一层电介质构成 在两个电极之间加上电压时 电极上就储存电荷 所以说电容器是一种储能元件 在电路中常用于调谐 滤波 隔直 交流旁路和能量转换等 一 电容器的分类 电容器的种类很多 接介质不同 可分为空气介质电容器 纸质电容器 有机薄膜电容器 瓷介电容器 玻璃釉膜电容器 云母电容器 电解电容器等 按结构不同 可分为固定电容器 半可变电容器 可变电容器等 1 固定电容器 固定电容器的容量是不可调的 常用的几种固定电容器的外形和图形符号如下图所示 a 瓷介质电容器 b 涤纶电容器 c 独石电容器 d 云母电器 e 金属化纸介质电容器 f 铝电解电容器 g 符号 2 半可变电容器 半可变电容器又称微调电容器或补偿电容器 其特点是容量可在小范围内变化 可变容量通常在几pF或几十pF之间 最高可达100pF 陶瓷介质电容 半可变电容器通常用于整机调整后 电容量不需经常改变的场合 它的图形符号及常见的电容器外形如下图所示 可变电容器 可变电容器的容量可在一定范围内连续变化 它由若干片形状相同的金属片并接成一组 或几组 定片和一组 或几组 动片组成 动片可以通过转轴转动 以改变动片插入定片的面积 从而改变电容量 其介质有空气 有机薄膜等 可变电容器有 单联 双联 和 三联 之分 外形及电路符号如下图所示 a 空气双联 b 密封双联 c 空气单联 d 单联符号 e 双联符号 1 4 2晶闸管 可控硅 晶闸管是半导体 硅 闸流管的简称 又名 可控硅整流元件 也有称为 硅可控元件 系取自英文原名SiliconControlledRectifier 简写作SCR 晶闸管则译自Thyristor 一般我们简称为可控硅 它是一种大功率的半导体器件 它具有体积小 重量轻 效率高和使用方便等优点 对于实现生产过程自动化 提高生产效率 降低成本等方面都有显著的效果 晶闸管即有单向导电的整流作用 又有可以控制的开关作用 可用微小的功率控制较大的功率 是一种新型的可控整流元件 他的电路图符号及符号为 单向可控硅 双向可控硅 一 可控硅的工作原理 二 可控硅的导通工作条件 1 仅在阳极和阴极加有电压时 可控硅是不能导通工作的 2 只有在阳极和阴极之间加有电压的同时 有一触发电压加在控制级和阴极之间 此时可控硅处于导通状态 3 可控硅触发导通后 在直流状态下去掉触发电源 可控硅仍处于导通状态 4 可控硅触发导通后 只有切断触发电压后 瞬间切断阳极和阴极之间的电压 可控硅处于不导通截止状态 三 可控硅的工作性质 1 单向可控硅导通时 具有二极管整流的作用 而双向可控硅导通时 它具有双向整流的作用 2 在交流正半周到来时 触发可控硅导通 此时单向可控硅将维持交流正半周的电压 当交流负半周到来时 由于单向可控硅电性能决定了维持交流负半周的电压 相当于GB1 为零 在交流正半周到来时触发可控硅导通的叫过零触发 q 我们称之为导通角 t我们称之为导通时间 四 晶闸管的主要参数及其意义 1 断态重复峰值电压VDRM 当控制极断路 器件的结温为额定值时 允许重复加在器件上的正向峰值电压 这里的 断态 指正向情况 重复 指重复率为每秒50次 能够经受一定限度操作过电压的持续时间不大于10ms 断态重复峰值电压取断态不重复峰值电压的80 断态不重复峰值电压应低于正向转折电压 所低的数值按标准另行规定 2 反向重复峰值电压VRRM 当控制极断路 结温为额定值时 允许重复加在器件上的反向峰值电压 这个数值也取反向不重复峰值电压的80 通常把VDRM和VRRM中的较小者作为该型号器件的额定电压 用VD表示 VD仍指峰值 其范围为100 3000V 选用晶闸管时 额定电压应为正常工作时峰值电压的2 3倍 作为允许的操作过电压余量 3 额定通态平均电流IT 当环境温度为十40 并在规定的冷却条件下 电阻性负载单相工频 即50HZ 正弦半波电路中 器件导电角 1800 稳定结温不超过额定值时所允许的最大平均电流 其范围为 1 1000 A 在选用晶闸管时 应按实际最大平均电流的 1 5 2 倍来考虑 作为过电流的安全余量 4 通态平均电压VT 在规定条件下 通过正弦半波的额定通态平均电流时 晶闸管阳极和阴极之间电压降的平均值 一般称作管压降 其数值为 0 6 1 V 5 维持电流IH 在室温下 控制极开路 晶闸管被触发导通后 维持导通状态所必须的最小电流 一般为几十至一百多毫安 6 断态不重复平均 漏 电流IDs和反向不重复平均 漏 电流IRS 额定结温下 控制极开路时 对应于断态和反向不重复峰值电压的平均漏电流 一般为十分之几至几毫安 7 控制极触发电压VGT和控制极触发电流IGT 在室温下 阳极电压为直流6V时 使晶闸管完全导通所必须的最小控制极直流电压和电流 一般UGT为 1 5 V IGT为几十到几百毫安 实际应用时 加到控制极的触发电压和电流应大于器件的额定值 以保证可靠触发 1 5继电器 1 5 1超小型电磁继电器 一 结构特点 超小型电磁继电器内部结构示意图 二 主要参数与特点 1 规格品种较多 额定电压范围可从直流3V 48V 能满足用户使用要求 2 功耗小 大多数仅有0 36W 3 触点的负载能力适中 多数在2A 10A之间 DC24V 电气寿命为105次 机械寿命为107次 4 有较高的品质因素 有一定的绝缘强度 5 有较强的适应环境能力 工作环境温度为 40oC 70oC 表1 5 l列出了不同规格继电器的主要参数 供读者选用时参考 三 使用注意事项 1 超小型继电器体积小 重量轻 而且采用塑料封装 使用时要轻拿轻放 插向印制板时几个脚要同时插入 不要硬掰 以防止引脚松动或断裂 2 焊接时不要用100W以上的电烙铁 3 在进行整体清洗后 如再要使用 应将贴在继电器外罩上的薄膜撕下 将外罩上的小孔露出 4 防止过强的冲击和振动 1 5 2固态继电器 固态继电器 SSR 是采用固体元件组装而成的一种无触点开关器件 是20世纪80年代进入实用阶段的一种新技术产品 它具有工作可靠 驱动功率小 无触点 无噪声 抗干扰 开关速度快 寿命长等特点 因为能与TTL HTL CMOS等数字电路相兼容 它的应用领域十分广泛 如用于计算机I O接口 防爆场合 自动控制等领域 一 固态继电器分类 1 以负载电源类型可分为交流固态继电器 AC SSR 和直流固态继电器 DC SSR AC SSR以双向晶闸管作为开关元件 DC SSR以功率管作为开关元件 分别用来接通或分断交流或直流负载电源 2 以控制触发形式可分为过零触发型固态继电器和随机导通型固态继电器 3 以开关触点形式可分为常开式固态继电器和常闭式固态继电器两种 常开式的输入端加信号时 输出端接通 常闭式则反之 4 以安装形式可分为装配式固态继电器 A N型 焊接型固态继电器 C型 插座式固态继电器 F H型 装配式的可装在配电板上 当通断容量在5A以上时需配散热器 焊接式的可以在印制电路板上直接焊装 二 固态继电器的原理 AC SSR为四端器件 二个输入端 二个输出端 DC SSR为五端器件 二个输入端 二个输出端 一个负端 输入输出间采用光电隔离 没有电气联系 输入端仅要求很小的控制电流 输出回路采用双向晶闸管和大功率管接通或分断负载电源 固态继电器的基本原理框图如图下所示 l 随机导通型AC SSR如书中图1 5 4 a 的所示 GD为光电耦合器 它把输入输出从电气上隔离开 VT1为放大器 VS和BR用来获得使双向晶闸管VS开启用的双向触发脉冲 R0和R4为限流电阻 R4亦为VS的负载 R3和R5为分流电阻 分别用来保护VS和BCR R5和C组成浪涌吸收网络 BR为双向整流硅桥 当输入端加上信号时 光电晶体管GD饱和 VT1截止 VS导通 在BCR的控制极上就会得到从R4 BR VS BR R5以及反方向的触发脉冲 使VS导通 负载接通 当输入端信号撤除后 光电晶体管GD截止 VT1饱和 VS截止 但此时BCR仍保持导通 负载仍有电流通过 直到负载电流随着外部电压减小到小于双向晶闸管的维持电流为止 2 过零触发AC SSR书中图1 5 4 b 所示 首先说明 所谓过零并非真的是在0V处 而是一般在 10V 士25V区域内 因为开关电路需要供电 R5 R4 VT2组成过零电压检测电路 只要适当选择分压电阻R4和R5 使在VS二端电压超过过零电压值时 VT2饱和 反之则VT2截止 VT1和VT2组成与门电路 即输入信号总是在交流电压为零附 近方能使VS导通 接通负载 实现过零触发 3 DC SSR如书中图1 5 4 c 所示 GD为光电耦合器 VT1为放大器 VT2为大功率晶体管 VD1 VD2为保护二极管 当输入端加上信号时 GD饱和VT1截止 VT2饱和导通负载接通 反之则VT2截止分断负载 三 固态继电器的主要特点及参数 1 光电隔离的输入驱动电流仅几毫安 与TTL HTL CMOS等数字电路相兼容 输入输出及底壳之间的绝缘耐压高于2KV 2 应用范围广 交流 大功率1A 40A 电网电压110V 380V 直流 电流1A 5A 负荷电压3V 50V 三 固态继电器的主要特点及参数 3 无触点 无动作噪声 无火花干扰 耐振动 寿命长 抗干扰 开关速度快 4 胶木壳密封结构 耐潮 耐腐蚀 适宜于防爆场合 5 固态继电器与普通继电器相比的最大缺点是无辅助 触点 四 SSR已经应用的领域 计算机外围接口装置 数控机械 遥控及保护系统 大功率晶闸管触发 信号灯 闪烁器 灯光交换控制装置 复印机及光照 霓虹灯 白炽灯及舞台灯控制 电动机控制 中间继电器 电磁阀门控制 演播厅机器的无声开启 井下防爆电器开关及耐潮 耐腐蚀场合电器控制等 五 使用固态继电器注意事项 1 使用固态继电器时 切忌负载二端短路 以免造成永久性损坏 2 如果环境温度高 选用固态继电器时必须留有余量 3 当用固态继电器控制感性负载时 应接上氧化锌压敏电阻RV起保护作用 4 固态继电器内部一般有5mA 10mA漏电流 因此不宜用它直接控制很小功率的负载 3 1 2利用专用集成电路构成的灯光调光控制电路 1 BA2101 SM9403专用集成电路制作调光控制器 BA2101集成电路采用CMOS工艺制造 8脚双列直插式塑料封装 如图是其引脚排列示意 各引脚功能为 第1脚OSC 内部时钟外接振荡电阻端 第2脚SYN 交流同步信号输入端 第3脚VDD 电源正端 第4脚SP 触摸信号输入端 第5脚CI 外接放电阻容端 第6脚TGO 控制信号输出端 第7脚VSS 电源负端 第8脚50 60Hz 交流频率选择端 当交流电频率为50Hz时 该端接VDD 交流电频率为60Hz时 该端悬空 BA21O1和SM9403集成电路的主要电参数见表 二 电路的组成 V