项目五节能调光台灯的设计与制作教材编写

1、一）项目描述随着高科技的发展，节能调光台灯也不断地更新，它不但具有体积小、光效高、寿命长、耗电少、造型美观、使用方便等特点；而且适用于各种使用要求的台灯也应运而生，学生灯、书写灯、应急灯、日光灯、霞光灯、晚餐灯、不同高度的落地灯等新品迭出。从而能够很好的满足人们方方面面的需要，受到人们的欢迎。（此部分主要是简单的介绍项目的内容、特点等，一段话即可）二）项目分析（1）识别检测晶闸管。（2）制作单结晶体管触发电路。（3）制作家用调光台灯，并选择仪器仪表对电路进行调试和检测。 .（此部分主要是简单的分析项目实施的具体内容及要求、写几个点即可）三）项目目标 通过此项目的学习，学生要掌握晶闸管的基本结构

2、、工作原理。能够熟练制作家用调光台灯。（此部分主要是写通过项目的实施，要达到什么目标，比如学生获得的知识、能力等，写几点或写一小段即可）四）知识与能力要求（1）了解晶闸管的基本结构、工作原理。（2）能识别常用晶闸管，能对晶闸管进行简单的检测。（3）了解单相可控整流电路的可控原理和整流电压与电流的波形。（4）了解单结晶体管及触发电路的工作原理。（5）会制作调光台灯电路。（6）会用相关仪器仪表对调光电路进行调试与测量。（此部分主要是写实施项目对学生的基本知识和能力的要求，写几点即可）五）项目实施 学习情境1 晶闸管及其应用电路工作任务任务1.1 单向晶闸管的认知（对于每一个具体任务，例如单向晶闸管

3、的认知，就是按照本教材目录要求，要求把每一个小节具体涉及的知识点写出，在编写时弱化对公式的推导，减少深奥理论的介绍，把最基本最重要的知识点编写出来，如单向晶闸管的结构、符号和工作原理，编写时把单向晶闸管的结构、常用电路符号及基本工作原理等知识点写出。）单向晶闸管的结构、符号和工作原理1结构与符号（1）外形晶闸管的外形有小型塑封型(小功率)、平面型(中功率)和螺栓型(中、大功率)几种，如上图所示。平面型和螺栓型使用时固定在散热器上。（2）符号文字符号：一般用SCR、KG、CT、VT表示。（3）结构它由三个电极：阳极A、阴极K、控制极G4层半导体：引出线为控制极；引出线为阳极；引出线为阴极3个PN

4、结（，）2. 工作原理为了便于理解，下面用实验方法来说明单向晶闸管的工作原理。（1）正向阻断在图a中，晶闸管加上正向电压，即晶闸管阳极接电源正极，阴极接电源负极。开关S 不闭合，指示灯不亮。这说明晶闸管加正向电压时，但门极未加正向电压时，晶闸管不会导通，这种状态称为晶闸管的正向阻断状态。（2）触发导通在图b中，晶闸管加正向电压，且开关S 闭合，在门极上加正向电压，此时指示灯亮，表明晶闸管导通，这种状态称为晶闸管的触发导通状态。晶闸管导通后，将S断开，灯仍亮，说明晶闸管一旦导通，门极便失去作用。要使晶闸管关断，必须将正向阳极电压降低到一定数值，使流过晶闸管的电流小于维持电流而关断。（3）反向阻断

5、在图c中，晶闸管加反向电压，即a 接电源负极，k 接电源正极，此时不论开关S 闭合与否，指示灯始终不亮。这说明单向晶闸管加反向电压时，不管门极加怎样的电压，它都不会导通，而是处于截止状态，这种状态称为晶闸管的反向阻断状态。结论：综合上述，晶闸管导通必须具备两个条件：一是晶闸管阳极与阴极之间接正向电压；二是门极与阴极之间也接正向电压。晶闸管一旦导通，去掉门极电压晶闸管仍然保持导通状态。关断晶闸管的方法有：一是将阳极电压降到足够小或加反向阳极电压；二是将阳极瞬间开路。单向晶闸管的触发特性和触发电路1单结晶体管的结构和型号（1）外形（2）符号发射极箭头指向极，表示经PN结的电流只流向。（3）结构三个

6、电极：发射极E、第一基极、第二基极。一个PN结。2单结晶体管的基本特性（1）等效电路：E与间电阻，随发射极电流而变，即上升，下降。：E与间的电阻，数值与IE无关。：两基极间电阻。=+。h ：称为分压比，与的比值，h 0.8之间。（2）导通条件3单结晶体管触发电路（1）单结晶体管触发脉冲形成电路（2）工作原理电源接通后，通过微调电阻和电阻向电容C充电，当单结晶体管满足导通条件，单结晶体管导通，C迅速放电，在电阻上形成一个很窄的正脉冲。经过一个周期后，单结晶体管截止，由通过微调电阻和电阻向电容C充电，重复上述过程。单向晶闸管的可控整流电路1单相半波可控整流电路（1）电路组成（2）工作原理 当为正半

7、周时：晶闸管VT承受正向电压，若此时没有触发电压，则负载= 0。 当t = 时，控制极加有触发电压，晶闸管具备导通条件而导通，正向压降很小，。 当t p 时，晶闸管保持导通，负载电压基本上与次级电压保持相等。 当t = p 时，= 0，晶闸管自行关断。 当 pt 2p 时，进入负半周后，晶闸管呈反向阻断状态，负载电压=0。（3）波形图：控制角。指触发脉冲的加入时间。q：导通角。每半个周期晶闸管导通角度。控制角越大，导通角越小，它们的和为定值+q= p 。单相半波可控整流电路的电源效率低，直流电波动大。2单相桥式可控整流电路（1）电路组成（2）工作原理 桥式整流输出电压对晶闸管VT而言是正向电压

8、，只要触发电压到来，VT即可导通。则负载电压将与对应部分基本相等。 当经过零值时，晶闸管自行关断，在的第二个半周中，电路将重复第一半周的情况。（3）波形图双向晶闸管的结构、符号和工作原理1双向晶闸管的结构与符号（1）外形（2）符号文字符号：TLC、SCR、CT及KG、KS等表示。（3）结构有三个电极，为主电极和，另一个电极G为控制极。2.双向可控硅的工作原理双向可控硅的工作原理1.可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，

9、BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流 ic1=1ib1=12ib2。这个电流又流回到BG2的基极，成正反馈，使ib2不断增大，如此正反馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅饱和导通。由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性。 双向晶闸管的典型触发电路

10、1双向二极管触发电路（1）触发电路：双向二极管。：双向晶闸管。：负载。（2）工作原理 交流电源处于正半周，对电容C充电，电压极性为上正下负。电压增大到使双向二极管导通，可使双向晶闸管导通。 当交流电源过零的瞬间，双向晶闸管自行阻断。 交流电源处于负半周，对电容C充电，电压极性为下正上负。电压增大到的转折电压，使双向二极管反相导通，可使双向晶闸管导通。 调节值，即可改变电容的充电常数，从而改变脉冲出现时刻，可改变晶闸管的导通角。2其他类型的触发电路（1）RC触发电路特点：简单、成本低。（2）晶体管组合触发电路、：为NPN型，只用C、E两极。（3）氖管触发电路特点：成本低，氖管可作指示器。技能实训

11、实训1 台灯调光控制器的设计与仿真（此部分内容，按照实践实训指导书模式编写即可）一、实训目的XXXXXX二、实训内容XXXXXX三、知识与技能准备XXXXXX四、实训步骤及方法XXXXXX五、实训总结与体会XXXXXX1设计项目电子调光控制器2设计任务及要求（1）设计并制造用电子控制的调光控制器。（2）控制器的控制信号输入用触摸开关。3功能介绍本触摸式调光控制器采用“参数固态继电器”PSSR作为主控元件，而不是通常所用的双向晶闸管。本电路由触摸控制信号输入电路、步进控制脉冲发生器、脉冲信号加/减计数器、脉冲信号译码分配器、十级控制开关和参数式固态继电器组成。该控制器可以通过触摸开关实现光源的开

12、启和关闭，并且可以由人体接触触摸开关的时间长短实现光源亮度的调节。4电子调光控制器电路原理图5传感器、计数器传感器是将外界信号转换为电信号的装置。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。通常计数器用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算。它按触发器是否同时翻转分类，可将计数器分为同步计数器和异步计数器两种。按照技术

13、过程中数字增减分类，又可将计数器分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。该原理图中的M1、M2就是传感器的探头部分，CD40192接收传感器中传输的信号，并且进行译码分配。CD40192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号，如图所示。CD40192（同CC40192 74LS192）的功能见表，说明如下：当清除端CR为高电平“1”时，计数器直接清零；CR置低电平则执行其他功能。当CR为低电平，置数端 也为低电平时，数据直接从置数端J1、J2、J3、J4 置入计数器。图 CD40192引脚排列图及逻辑符号引脚功能：图中：LD （11脚） 置数端 C

14、U(5脚) 加计数端 CD(4脚) 减计数端 C0 （12脚）非同步进位输出端 B0 （13脚）非同步借位输出端。838电子J1、J2、J3、J4 计数器输入端. Q1、Q2、Q3、Q4 数据输出端 CR（14脚） 清除端当CR为低电平， LD 为高电平时，执行计数功能。执行加计数时，减计数端CD 接高电平，计数脉冲由CU输入；在计数脉冲上升沿进行8421码十进制加法计数。执行减计数时，加计数端CU接高电平，计数脉冲由减计数端CPD输入.CD40192 引脚图6译码器译码是编码的逆过程，即将某个二进制翻译成电路的某种状态。实现译码操作的电路称为译码器。输入二进制代码，输出一个特定信号以代表代码

15、原意的组合逻辑电路。译码是编码的逆过程，在编码时，每一种二进制代码，都赋予了特定的含义，即都表示了一个确定的信号或者对象。把代码状态的特定含义“翻译”出来的过程叫做译码，实现译码操作的电路称为译码器。或者说，译码器是可以将输入二进制代码的状态翻译成输出信号，以表示其原来含义的电路。根据需要，输出信号可以是脉冲，也可以是高电平或者低电平。CD4028 是BCD十进制或二进制八进制译码器，它由4 个缓冲输入端口、译码逻辑门和10 个缓冲器组成。加至四个输入端口A0A3 的一个BCD 码在十个十进制译码器输出十个相应的顺序脉冲，输出为高电平有效。同样，若A30，加在输出口具有高驱动能力，以在高输出应

16、用中增强直流和动态性能。7参数固态继电器型参数固态继电器（PSSR）中无触点开关是由单向或双向可控硅组成的，它接收触发电路送来的与交流电网同步的触发脉冲。由同步调制电源供电而工作的间歇振荡器产生脉冲群，该脉冲群中每一个脉冲的宽度都受到经磁隔离器隔离的控制绕组控制。其内部的整流电路、晶体管有源电阻以及无源阻抗驱动端共同确定并控制着控制绕组的状态。当控制绕组中流过较大的退磁电流时，间歇脉冲振荡器产生的脉冲宽度偏窄，从而不能触发无触点开关，使输出端断开，反之则闭合。该继电器具有高无源电阻和低无源阻抗的无源驱动功能（即零功率驱动、有源驱动功能及负功率驱动功能）。型参数固态继电器（PSSR）3、4脚间的

17、输入阻抗与5、6脚压降之间的关系如下图所示：使用该PSSR参数固态继电器可以利用经由传感器传输而来的经历计数、译码等过程的信号实现继电器的闭合，并联电阻的接通，从而实现光源亮度的降低。 7CD4011当X=0、Y=0时，将使两个NAND门之输出均为1，违反触发器之功用，故禁止使用。如真值表第一列。 (2)当X=0、Y=1时，由于X=1导致NAND-A的输出为”1”，使得NAND-B的两个输入均为”1”，因此NAND-B的输出为”0”，如真值表第二列。 (3)当X=1、Y=0时，由于Y=0导致NAND-B的输出为”1”，使得NAND-1的两个输入均为”1，因此NAND-A的输出为”0”，如真值表

18、第三列。 (4)当X=1、Y=1时，因为一个”1不影响NAND门的输出，所以两个NAND门的输出均不改变状态，如真值表第四列。知识拓展1 晶闸管在交流调速系统中的应用(此部分作为了解性常识性东西作概括性简单介绍，写13小段即可) 根据电力拖动系统的负载特性的特点，通过晶闸管改变电动机的电源电压而改变电动机的机械特性来人为改变系统的转速，以满足其工作实际的需要。下图为绕线式异步电动机晶闸管窜级调速,是在绕线式异步电动机的转子回路中串联晶闸管逆变器,借以引入附加可调电势，从而控制电机转速的一种调速方法。转子在不同的转速下感应出转差频率的电压，经一组不控的三相桥式变流器变成直流电压 ,此电压再经一组

19、全控桥式变流器实现有源逆变。把电能(转差功率)馈送回电网中去,改变逆变角的大小,即可改变馈送回电网电能的多少,从而达到改变电机转速的目的。 在理想条件下,转子回路经三相不控桥式整流后输出的直流电压平均值为UdSE20,式中，S-转差率;E20转子不动,即转差率S=1时,转子绕组开路线电势。三相全控桥式有源逆变器输出的直流电压平均值为U21cos，式中,U21逆变变压器副边绕组线电压有效值。逆变电压可看作是加于异步电动机转子回路的附加电势,只要改变逆变角,就可改变回路中的附加电势,实现对绕线式异步电动机的转速控制。 串级调速系统直流回路存在如下的电压平衡关系,即Ud=USE2021cos;因为转

20、差率队 s=(n1-n)/n1,所以电机转速 n=(1-s)n1=n1(1-u21cos/E20)由此可见,改变逆变角下降,COS增加,n下降;反之增加,COS下降,n上升,当max=900时,cos=0,U=0,相当于整流器的直流侧短接,也即转子短接,电动机在自然特性上运转。 其调节过程是:如果电机原来稳定运行于某一转速n,当减小时,则U加大,直流回路Id减小,转子电流I2随之减小,电机转矩M减小,形成MMf,电机减速;而一旦n下降,转差率S增大,转子感应电势E2便增大,导致电流I2、Id回升；当重新获得M=Mfz时，电机转速不再下降，即在低于原来转速的新转速下稳定运行；反之，如增大逆变角，

21、电机转速上升。2 电子产品生产管理文件的制定1工艺文件的成套性 电子产品工艺文件的编制不是随意的，应该根据产品的生产性质、生产类型，产品的复杂程度、重要程度及生产的组织形式等具体情况，按照一定的规范和格式编制配套齐全，即应该保证工艺文件的成套性。 电子行业标准sJT10324对工艺文件的成套性提出了明确的要求，分别规定了产品在设计定型、生产定型、钽电容样机试制或一次性生产时的工艺文件成套性标准； 电子产品大批量生产时，工艺文件就是指导企业加工、装配、生产路线、计划、调度、原材料准备、劳动组织、质量管理、工模具管理、经济核算等工作的主要技术依据，所以工艺文件的成套性在产品生产定型时尤其应该加以重

22、点审核。通常，整机类电子产品在生产定型时至少应具备下列几种工艺文件， 工艺文件封面工艺文件明细表装配工艺过程卡片自制工艺装备明细表材料消耗工艺定额明细表材料消耗工艺定额汇总表2典型岗位作业指导书的编制岗位作业指导书是指导员工进行生产的工艺文件，编制作业指导书，要注意以下几点： (1)为便于查阅、追溯质量责任，作业指导书必须写明产品(如有可能，尽量包括产品规格及型号)以及文件编号。 (2)必须说明该岗位的工作内容，对于操作人员，最好在指导书上指明操作的部位。 3)写明本工位工作所需要的原材料、元器件和设备工具以及相应的规格、型号及数量。 (4)有图纸或实物样品加以指导的，要指出操作的具体部位。

23、(5)有说明或技术要求以告诉操作人员怎样具体操作以及注意事项。 (6)工艺文件必须有编制人、审核人和批准人签字。 一般，一件产品的作业指导书不止一张，有多少工位就应有多少张作业指导书，因此每一产品的作业指导书要汇总在一起，装订成册，以便生产使用。自我测试1单向晶闸管内部结构包括_层半导体材料，构成_个PN结。它有三个电极分别是_，_和_。2单结晶体管有三个电极：_、_和_，只有_个PN结。3在单相可控半波整流电路中，通常把电角叫做_，把q 称为_。两者的关系是，越大，则q 就_，它们的和为_，即_。改变的大小，就可以改变_，也就改变了_。思考与练习1晶闸管导通的条件是什么？晶闸管导通后，通过管

24、子阳极的电流大小由哪些因素决定？已经导通的晶闸管在什么条件下才能从导通转为截止？2晶闸管是否有放大作用？它与晶体三极管的放大有何不同？3简述用万用表判别晶闸管元件的步骤和方法？学习情境2节能调光台灯的设计与制作工作任务任务2.1 设计节能调光台灯的工作原理图可控整流电路的作用是把交流电变换为电压值可以调节的直流电。图所示为单相半控桥式整流实验电路。主电路由负载1（灯炮）和晶闸管q2组成，触发电路为单结晶体管1 及一些阻容元件构成的单结晶体管触发电路改变晶闸管q2 的导通角，便可调节主电路的可控输出整流电压（或电流）的数值，这点可由灯炮负载的亮度变化看出。晶闸管导通角的大小决定于触发脉冲的频率f

25、 ，由公式可知，当单结晶体管的分压比（一般在0.50.8 之间）及电容C 值固定时，则频率f 大小由R 决定，因此，通过调节电位器RP，使可以改变触发脉冲频率，主电路的输出电压也随之改变，从而达到可控调压的目的。任务2.2 制作节能调光台灯的PCB电路板2.2.1 设计印制电路板1、选择FileNew 命令打开PCB Document,打开电路板设计环境2、设计电路板的工作层面3、选择DesignCreate net 生成网络报表4、选择DesignCreate net 装入网络表5、单击菜单Auto RouteAll 对整个电路进行自动布线2. 元件布局主电路、控制电路应尽量分离；控制电路中

26、，由不同的功能部分组成，各功能部分器件应尽量集中，电源线或公共线应尽量放在线路板的边缘。先确定体积大或占安装位置大的器件的位置3.考虑元件的放止方式，设计相应的安装位置(1)放置方式分为平和立放，若安装空间允许，二极管(IN4002)、稳压二极管(1N4747)、电阻、应平放(2)单结晶体管、晶闸管、电容应立放4.单结晶体管、晶闸管等元件的管脚位置(1)单结晶体管（2N2646）的脚为软管脚，安装时要根据电路板和它在电路原理图中与相临元件的电路关系来考虑它的安装位置，不使其管脚成交叉状。(2)晶闸管(MCR22-4)的管脚为硬管脚，三个管脚应直插或稍微弯曲，不能因管脚的安装位置选择不当，使管脚

27、相互交叉。应结合元件的电压等级、容量情况、元器件的总体数量和电路板的大小等因素综合考虑。在安装空间允许的情况下，应尽量满足，整齐、对称的原则。任务2.3 节能调光台灯的组装、焊接若元件疏密不均，可重新调整元件的实际安装位置，使其均匀分布考虑元器件可能由于某种外力的作用，使管脚弯曲，相临元件的管脚可能发生相碰，造成短路及也考虑元件自身的散热情况，元器件的安装高度应予限制。(1)二极管、电阻、稳压二极管、电容比电路略高出2-3mm即可(2)单结晶体管、晶闸管要高，尤其是晶闸管(3)电位器由螺丝定位(固定高度)先在电路板上按电位器的尺寸钻孔，后插入电位器，调节手柄应在焊接侧。(1)若元件的管脚有氧化

28、层而不易焊接时，应先用纱布将氧化层磨去，并涂上一薄层焊锡，然后插入电路板的插孔焊接。(2)焊点要焊牢，不能虚焊、假焊。(3)焊点要大小适中，不能太大，也不能太小。(4)焊点应光亮。要保证上述要求，首先要处理好电烙铁、焊接时间不要过长，松香不要用得过多。有时，在各元件或电路间需用短接线，此时应注意：(1)短接线应在元件一侧(2)短接线应尽量少，且各短接线不交叉(3)短接线不能弯曲或折角(4)跨接线应紧贴电路板(1)在设计电路图时，一定要弄清各元器件的引脚，特别是引脚的电子元器件（如：晶体管、晶闸管等），以防接反，影响整个电路的正常工作。(2)各元器件的封装要严格按照要求设计其焊盘的大小和孔径的大小。(3)导入PCB 时要检查是否有错误，只要有一处错误，就不能通过执行下一步。(4)导入PCB 后，注意认真检查核对元器件的数量是否齐全，检查各引脚和飞线是否正确。(5)在布局元器件时，应遵循尽可能让走线过少的原则，适当的调节各元器件的位置，尽可能达到绝对优化。(6)在布线时，应注意禁止走锐角直线，尽可能不走直角，以防止产生干扰。(7)在腐蚀铜的过程中，一定要注意使铜完全腐蚀掉为止，不要有残留。技能实训实训1多功能调光台灯的制作与调试设计本电路具有调光、充电和应急照明三种功能。平时电网供电时,可进行调光并对电池充电;电网停电时会自动点亮应急灯。如图所示。多功能调光