毕业设计（论文）-用模数电路实现节能路灯控制电路

JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY本 科 毕 业 论 文（设 计）题目：用模数电路实现节能路灯控制电路 学 院： 工 学 院 姓 名： 包志亮 学 号： 20061167 专 业： 电子信息工程 年 级： 信工062 指导教师： 马文烈 职 称：教授 二0 一一 年 五 月23目 录前 言11 我国路灯系统现状21.1 路灯的节能需求21.2 路灯主要的节能方式21.2.1 可控硅斩波型照明节能装置.21.2.2 自耦降压式调控装置.21.2.3 智能照明节电器.32 电子元件的基本介绍42.1 电阻、光敏电阻和可调电阻42.1.1 电阻.42.1.2 光敏电阻.42.1.3 可调电阻.52.2 普通二极管、整流二极管和发光二极管62.2.1 普通二极管.62.2.2 整流二极管.62.2.3 发光二极管.72.3 电容82.4 继电器92.5 CD4011与非门92.6 NE555102.7 稳压管112.8 半导体三极管工作原理143 各部分基本功能163.1电源供电部分163.2定时开关部分174 电路各模式工作原理184.1 路灯白天工作184.2 路灯晚上工作184.3 路灯后半夜工作194.4 路灯第二天清晨工作194.5 模拟路灯的原理图195 路灯模拟原理电路图和PCB20参 考 文 献22致谢.23摘 要在我国飞速发展的今天，对电力的需求是越来越大，每年消耗的电量是非常庞大的，城市街道照明在我国照明耗电中占30的比例，约439亿kWh，以平均电价0.65元kWh计算，一年开支285亿元。所以通过控制来实现节能是非常有必要的，它通过使用电子元件，NE555，继电器，稳压芯片等自动控制，按时开关，使路灯系统达到节能的目的。关键词：街道照明；NE555；继电器；稳压芯片Abstract Rapid development in China today, the demand for electricity is growing, the annual consumption of electricity is very large, urban street lighting lighting power consumption in China accounted for 30% of the proportion, about 43.9 billion kWh, the average price 0.65 yuan / kWh calculation, the annual expenditure of 28.5 billion. Therefore, to achieve energy efficiency through the control is necessary, it is through the use of electronic components, NE555, relay, voltage regulator chip, such as automatic control, time switch, the street light system to save energy. Keywords: street lighting；NE555； relay； voltage regulator chip 前 言国外对路灯节能的探索。在电力紧张的背景下，政府出台了一些文件，要求在后半夜，采取“亮一隔一”或“亮一隔二”的措施，关闭部分光源。七十年代的世界性能源危机中，日本大藏省曾要求在工厂、办公室和道路上进行间隔点灯的试验，结果导致生产率和办公效率降低以及治安、道路交通事故的大幅上升，不到一年时间就在一片反对声中全部放弃了。显然，这种消极的节电是不可取的。另外，这种方式由于需要在同一路径上敷设两根路灯供电电缆，也增加了建设投资。“在保证照明效果下点着灯节电”，这样的概念才是科学的，合理的，这是发达国家道路照明系统的设计思想之一。我国路灯照明现状。据调查，我国小型城市在夜晚9点后，大中城市在午夜12点后，道路上几乎空无一人，即便是北京、上海、广州这样的繁华都市，凌晨2点以后，道路上也已罕见行人、车辆。从这一时段直至清晨6点路灯熄灭，在低交通流量的道路上仍然保持较高照度显然没有必要。城市公共照明在我国照明耗电中占30的比例，约439亿kWh，以平均电价0.65元kWh计算，一年开支285亿元。在市政开支极度紧张的今天，国内绝大部分的城市和地区几乎不约而同地采用了日本等国家在七十年代就抛弃了的路灯隔盏关灯的省钱方法，其中的弊病不言而喻不仅导致了路面照度分布不均，给治安及交通安全埋下了隐患，而且不能避免后半夜电网电压的升高对路灯寿命的减损，因此不能称做是真正意义上的节能。当发达国家在讨论什么是“恰到好处的照度水平”的今天，我们这种控制方法就太落后了。九十年代以来，夜景照明建设成为都市市政设施建设的一个重要环节，各地也取得了相应的成绩，但是市政开支普遍紧张与增设夜景照明形成了很大的矛盾以沿海某开放城市为例，大批路灯在安装后迫于财政紧张的压力，支付不起沉重的照明电费开支，又不得不关掉近一半的灯，结果近年新装的部分路灯形同摆设，造成变相浪费。要实现路灯的节能，一方面是使用节能器件，特别是灯具和镇流器的节能化；另一方面是实现控制节能，采用节能控制技术，比如控制路灯的定时开关：以高压汞灯与钠灯隔盏交叉安排在街道两旁为例，为了节约用电，当行人稀少的后半夜，将汞灯关闭，仅保留钠灯，第二天清晨路灯全部关闭，到傍晚路灯全部打开，后半夜隔盏打开。1 我国路灯系统现状1.1 路灯的节能需求随着我国城市化建设的不断深入，经济高速持续的发展，人们的生活水平也不断提高。在繁华的都市，城市道路、夜景照明已成为城市文明的标志和城市文化的代表。在推进城市亮化工程的进程中，照明光源及调控设备得到了空前的发展，当然，城市照明的电能消耗和灯具损耗也越来越大，由于电力紧缺和电费的上涨，照明节能降耗将越来越受到广泛重视。路灯的节能控制相当重要，来实现按时开关灯，午夜后降压供电等要求。1.2 路灯主要的节能方式目前国内照明节能主要的途径有三种：合理照度；采用高效的节能型光源，也就是使用发光效率高的灯泡或灯管；在现有照明系统上加装节能控制设备。从实际应用的角度来看，第二种方案适用于新设计的照明回路。对于已有的照明系统，因需更换所有灯具，初期投入资金和人力比较大，在不能分批分次更新灯具的照明场所，这样做一次性投入太大。对现有照明系统的节能改造，一般采用加装节能设备，较为经济和实用，目前国内销售的照明节能设备很多，其中照明控制调控装置所占比例最大。从工作原理上大致分为三大类。 1.2.1 可控硅斩波型照明节能装置原理：采用可控硅斩波原理，通过控制晶闸管（可控硅）的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，从而降低了输出电压的平均值，达到控压节电的目的。这类节能调控设备对照明系统的电压调节速度快，精度高，可分时段实时调整，有稳压作用，因为主要是电子原件，相对来说体积小、设备轻、成本低。 但该调压方式存在一致命缺陷，由于是相控调压，使电压无法实现正弦波输出，还会出现大量谐波，形成对电网系统谐波污染。 1.2.2 自耦降压式调控装置 现在市场上最多照明节电产品就是此类产品。它的原理是，通过一个自耦变压器机芯，根据输入电压高低情况，接连不同的变压器抽头，将电网电压降低5， 10，15，20V等几个档，从而达到降压节电的目的。 这类产品最大的优点是克服了晶闸管相控型产品产生谐波的缺陷，实现了电压的正弦波输出，结构和功能都很简单，当然可靠性也比较高。但是不能用来控制照明调控装置进行频繁切换，一般做不到实时稳定电压、多时段调控等功能。 1.2.3 智能照明节电器智能照明节电器，即智能光源降压稳压调光技术。智能照明调控装置工作原理，采用微电脑控制系统，实时采集输出、输入电压信号与最佳照明电压比较，通过计算进行自动调节，从而保证输出最佳的照明系统工作电压。2 电子元件的基本介绍2.1 电阻、光敏电阻和可调电阻2.1.1 电阻电阻定义：在物理学中，用电阻（Resistance）来表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种性质。电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件。导体的电阻通常用字母R表示，电阻的单位是欧姆（ohm），简称欧，符号是（希腊字母，音译成拼音读作 u m ga )，1=1V/A。比较大的单位有千欧（k）、兆欧（M）。电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，还与导体长度、粗细、材料有关。衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1时电阻值发生变化的百分数。多数（金属）的电阻随温度的升高而升高，一些半导体却相反。如：玻璃，碳 。在温度一定的情况下，有公式R=l/s 其中的就是电阻率，l为材料的长度，单位为m, s为面积,单位为msup2;。可以看出，材料的电阻大小正比于材料的长度，而反比于其面积。电阻是一个线性元件。说它是线性元件，是因为通过实验发现，在一定条件下，流经一个电阻的电流与电阻两端的电压成正比即它是符合欧姆定律：I=U/R。主要职能就是阻碍电流流过，应用于限流、分流、降压、分压、负载与电容配合作滤波器及阻匹配等.数字电路中功能有上拉电阻和下拉电阻。2.1.2 光敏电阻 光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内 图2-1光敏电阻外形图和电路符号图就激发出电子空穴对，参与导电，使电路中电流增强。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。一般光敏电阻器结构如右图所示。 光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片（或树脂防潮膜）和电极等组成。光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及r值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关控制领域。下面给出几个典型应用电路。2.13 可调电阻电位器是可调电阻的一种。通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出。 电位器的作用调节电压（含直流电压与信号电压）和电流的大小。 电位器的结构特点电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。 图2-2各种电位器图电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。它大多是用作分压器，这是电位器是一个四端元件。电位器基本上就是滑动变阻器，有几种样式，一般用在音箱音量开关和激光头功率大小调节电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。 用于分压的可变电阻器。在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻值。按材料分线绕、炭膜、实芯式电位器；按输出与输入电压比与旋转角度的关系分直线式电位器（呈线性关系）、函数电位器（呈曲线关系）。主要参数为阻值、容差、额定功率。广泛用于电子设备，在音箱和接收机中作音量控制用。所以可调电阻在生活中也是能常常用到。2.2 普通二极管、整流二极管和发光二极管2.2.1 普通二极管二极管是一种具有单向导电的二端器件，有电子二极管和晶体二极管之分，电子二极管现已很少见到，比较常见和常用的多是晶体二极管。二极管的单向导电特性，几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。 二极管的管压降：硅二极管（不发光类型）正向管压降0.7V，锗管正向管压降为0.3V，发光二极管正向管压降为随不同发光颜色而不同。 主要有三种颜色，具体压降参考值如下：红色发光二极管的压降为2.0-2.2V，黄色发光二极管的压降为1.82.0V，绿色发光二极管的压降为3.03.2V，正常发光时的额定电流约为20mA。 二极管的电压与电流不是线性关系，所以在将不同的二极管并联的时候要接相适应的电阻。 图2-3二极管实物图晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。p-n结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。2.2.2 整流二极管 整流二极管是一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件。通常它包含一个PN结，有阳极和阴极两个端子。P区的载流子是空穴,N区的载流子是电子，在P区和N区间形成一定的位垒。外加使P区相对N区为正的电压时，位垒降低，位垒两侧附近产生储存载流子，能通过大电流，具有低的电压降（典型值为0.7V）,称为正向导通状态。若加相反的电压,使位垒增加，可承受高的反向电压，流过很小的反向电流（称反向漏电流），称为反向阻断状态。整流二极管具有明显的单向导电性,其伏安特性和电路符号如图2所示。整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高，反向漏电流小，高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造(掺杂较多时容易反向击穿）。这种器件的结面积较大，能通过较大电流（可达上千安），但工作频率不高，一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频半波整流电路，如需达到全波整流桥使用。 图2-4整流二极管图 2.2.3 发光二极管 发光二极管 半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。 图2-5发光二极管图它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。 发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。2.3 电容电容（或电容量, Capacitance）指的是在给定电位差下的电荷储藏量；记为C，国际单位是法拉（F）。一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷的累积储存，最常见的例子就是两片平行金属板。也是电容器的俗称。1法拉（F）= 1000000微法（F） 1微法（F）= 1000纳法（nF）= 1000000皮法（pF）。在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。小容量的电容，通常在高频电路中使用，如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点，一般1F以上的电容均为电解电容，而1F以下的电容多为瓷片电容，当然也有其他的，比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出两个电极，作为正（+）、负（-）极，与其它电容器不同，它们在电路中的极性不能接错，而其他电容则没有极性。 图2-6（金属膜、瓷片、电解、电解）电容图把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上，过一会儿即使把电源断开，两个引脚间仍然会有残留电压（学了以后的教程，可以用万用表观察），我们说电容器储存了电荷。电容器极板间建立起电压，积蓄起电能，这个过程称为电容器的充电。充好电的电容器两端有一定的电压。电容器储存的电荷向电路释放的过程，称为电容器的放电。 举一个现实生活中的例子，我们看到市售的整流电源在拔下插头后，上面的发光二极管还会继续亮一会儿，然后逐渐熄灭，就是因为里面的电容事先存储了电能，然后释放。当然这个电容原本是用作滤波的。至于电容滤波，不知你有没有用整流电源听随身听的经历，一般低质的电源由于厂家出于节约成本考虑使用了较小容量的滤波电容，造成耳机中有嗡嗡声。这时可以在电源两端并接上一个较大容量的电解电容（1000F，注意正极接正极），一般可以改善效果。发烧友制作HiFi音响，都要用至少1万微法以上的电容器来滤波，滤波电容越大，输出的电压波形越接近直流，而且大电容的储能作用，使得突发的大信号到来时，电路有足够的能量转换为强劲有力的音频输出。这时，大电容的作用有点像水库，使得原来汹涌的水流平滑地输出，并可以保证下游大量用水时的供应。 电子电路中，只有在电容器充电过程中，才有电流流过，充电过程结束后，电容器是不能通过直流电的，在电路中起着“隔直流”的作用。电路中，电容器常被用作耦合、旁路、滤波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。那么交流电为什么能够通过电容器呢？我们先来看看交流电的特点。交流电不仅方向往复交变，它的大小也在按规律变化。电容器接在交流电源上，电容器连续地充电、放电，电路中就会流过与交流电变化规律一致(相位不同)的充电电流和放电电流。 电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的问题。加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压，电容器就会被击穿损坏。一般电解电容的耐压分档为6.3V，10V，16V，25V，50V等。2.4 继电器继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器的输入信号x从零连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值xx,继电器的输出信号立刻从y=0跳跃到y=ym,即常开触点从断导通。一旦触点闭合，输入量x继续增大，输出信号y将不再起变化。当输入量x从某一大于xx值下降到xf,继电器开始释放，常开触点断开。我们把继电器的这种特性叫做继电特性，也叫继电器的输入-输出特性。释放值xf与动作值xx的比值叫做反馈系数，即Kf= xf /xx 触点上输出的控制功率Pc与线圈吸收的最小功率P0之比叫做继电器的控制系数，即Kc=PC/P0图2-7继电器图2.5 CD4011与非门 功能：四2输入与非门电源电压范围：3V15V功耗：700mW（普通封装）；500mW（小外形封装）工作温度范围：CD4011BM -55+125CD4011BC -40+85CD4011引脚图：图2-8 CD4011与非门图2.6 NE555NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。 图2-9 NE555图 a. NE555的特点有：1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。 Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。 Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。 Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。 Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。图2-10 NE555内部功能图参数功能特性： 供应电压4.5-18V 供应电3-6 mA 输出电225mA (max) 上升/下时间100 ns .NE555的相关应用: NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器（Monostable Mutlivibrator）及无稳态多谐振荡器(Astable Multivibrator)。2.7 稳压管用lm78/lm79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的lm78或lm79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如lm7806表示输出电压为正6V，lm7909表示输出电压为负9V。 因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用.在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率 的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。 当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。 在lm78 * 、lm79 * 系列三端稳压器中最常应用的是TO-220 和TO-202 两种封装。lm7805应用电路lm78XX系列集成稳压器的典型应用电路图，是一个输出正5V直流电 图2-11 lm7805稳压电路压的稳压电源电路。IC采集成稳压器lm7805，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。当输出电流较大时，lm7805应配上散热板。 为提高输出电压的应用电路。稳压二极管VD1串接在lm78XX稳压器2脚与地之间，可使输出电压Uo得到一定的提高，输出电压Uo为78XX稳压器输出电 压与稳压二极管VC1稳压值之和。VD2是输出保护二极管，一旦输出电压低于VD1稳压值时，VD2导通，将输出电流旁路，保护lm7800稳压器输出级不被 损坏。 为输出电压可在一定范围内调节的应用电路。由于R1、RP电阻网络的作用，使得输出电压被提高，提高的幅度取决于RP与R1的比值。调节电位器RP，即 可一定范围内调节输出电压。当RP=0时，输出电压Uo等于lm78XX稳压器输出电压；当RP逐步增大时，Uo也随之逐步提高。 为扩大输出电流的应用电路。VT2为外接扩流率管，VT1为推动管，二者为达林顿连接。R1为偏置电阻。该电路最大输出电流取决于VT2的参数。7805电参数 参数符号测试条件最小值典型值最大值单位输出电压VoTj=254.85.05.2V5.0mAlt;1olt;1.0A,Polt;15W Vi=7.5v to 20v4.755.005.25V线性调整率VoTj=25,Vi=7.5V to 25V4.0100mVTj=25,Vi=8V to 12V1.650mV负载调整率VoTj=25,lo=5.0mA to 1.5A9100mVTj=25,lo=250mA to 750mA450mV静态电流IQTj=255.08mA静态电流变化率IQlo=5mA to 1.0A 0.030.5mAVi=8V to 25V0.30.8mA输出电压温漂Vo/Tlo=5mA 0.8mV/ 输出噪音电压VNf=10Hz to 100KHz,Ta=2542V纹波抑制比RRf=120Hz,Vi=8V to 18V 6273dB输入输出电压差Volo=1.0A,Tj=252V输出阻抗Rof=1KHz15m短路电流1SCVi=35V,Ta=25230mA峰值电流1PKTj=252.2A 表2-122.8 半导体三极管工作原理半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或N区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。图2-13三极管9013图晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。 对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。 当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。 在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流了。 由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理得： Ie=Ib+Ic 这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即： 1=Ic/Ib 式中：1-称为直流放大倍数， 集电极电流的变化量Ic与基极电流的变化量Ib之比为： = Ic/Ib 式中-称为交流电流放大倍数，由于低频时1和的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，值约为几十至一百多。 三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。 三极管放大时管子内部的工作原理 1、发射区向基区发射电子 电源Ub经过电阻Rb加在发射结上，发射结正偏，发射区的多数载流子(自由电子）不断地越过发射结进入基区，形成发射极电流Ie。同时基区多数载流子也向发射区扩散，但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子浓度，可以不考虑这个电流，因此可以认为发射结主要是电子流。 2、基区中电子的扩散与复合 电子进入基区后，先在靠近发射结的附近密集，渐渐形成电子浓度差，在浓度差的作用下，促使电子流在基区中向集电结扩散，被集电结电场拉入集电区形成集电极电流Ic。也有很小一部分电子（因为基区很薄）与基区的空穴复合，扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。 3、集电区收集电子 由于集电结外加反向电压很大，这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散，同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流Icn。另外集电区的少数载流子（空穴）也会产生漂移运动，流向基区形成反向饱和电流，用Icbo来表示，其数值很小，但对温度却异常敏感。3 各部分基本功能3.1 电源供电部分 图3-1电源供电原理图市电交流220V给电源变压器（B）供电，B为降压变压器，其次级的交流电压约为15V，再经过VD1-VD4组成的桥式整流电路整流、电容器C1、104uf电容滤波，7805稳压给电路提供5V直流电压。再次经C2滤波，R1,VD5组成5V输出指示器。3.2 定时开关部分图3-2定时开关工作原理图RG为光敏电阻，调节R2的阻值能够改变RG的取样电压。四运放LM324分别接成四个反相放大器，9013推动电磁继电器K1,K1的常开触点接红色发光二极管（模拟高压钠灯）。NE555电路组成定时电路，定时时间长短由R4C4定时元件决定，C3为触发信号的耦合电容器，电磁继电器K2的常开触点接绿色发光二极管（模拟高压汞灯）。D1D2分别为继电器K1、K2线圈的保护元器件。4 电路各模式工作原理4.1 路灯白天工作1.白天RG见日灯（演示时可用灯光代替），阻值很小，Vrg电位很低，即CD4011的（1）、（2）脚为低电位，（3）脚为高电位，（4）脚为低电位，（10）脚为高电位，于是：a、CD4011的(11)脚为低电平，三极管9013截止，继电器K1的线圈无电流流过，其动接点不动作，常开点K1-2不得电，红色发光管不亮。b、CD4011的（10）脚突变为高电位的同时，这意味着一正脉冲触发NE555的（2）脚，则NE555的（3）脚输出低电位，继电器K2的线圈无电流流过，绿色发光管不亮，这就模拟出白天路灯不亮的情景。4.2 路灯晚上工作2、晚上：随着傍晚天色渐渐变暗，RG失光（也可用电工黑胶布遮住RG表面进行演示），阻值变大，Vrg电位升高，即CD4011的（1）、（2）脚变为高电位，（3）脚变为低