电气开关课程设计报告书

目录一、设计要求………2二、设计目的………21.熟悉晶闸管的开关作用…………22.掌握桥式整流电路原理…………63.掌握三极管的开关作用……84.掌握稳压管的作用…………9三、设计的具体实现………………1.系统概述……102.单元电路设计………………113.仿真测试……13四、结论与展望……五、心得体会及建议………………六、附录……………七、参考文献………一、设计要求谢谢阅读照明灯点亮，并延续一段时间后自动熄灭。2.开关的延时时间约1分钟左右。设计目的1.熟悉晶闸管的开关作用(1).晶闸管的开关作用晶闸管是一种开关组件，广泛的应用在各种电路，以及电子谢谢阅读设备中。典型的小电流控制大电流的组件，通过一个电流很小的精品文档放心下载脉冲触发，当晶闸管处于导通状态时它的电阻变得很小相当于一感谢阅读跟导线。(2).晶闸管的结构和工作原理晶闸管是四层三端器件，它有JJJ123三个PN结,可以把它中间的分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN感谢阅读型三极管的复合管。如图图2-1.1所示：图图当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承谢谢阅读受反向电压的PN结J失去阻挡作用。每个晶体管的集电极电流精品文档放心下载2同时就是另一个晶体管的基极电流。因此是两个互相复合的晶体谢谢阅读Ig谢谢阅读造成两晶体管饱和导通。设PNP管和NPN管的集电极电流分别为I和I，发射极感谢阅读C1C2电流相应为Ia和Iα=I/Ia和α=I，精品文档放心下载k1C12C2k设流过J结的反相漏电流为I，晶闸管的阳极电流等于两管的精品文档放心下载2CO集电极电流和漏电流的总和：Iа=IC+IC2+I=α1Ia+α2Ik+I(1)若门极电流为Ig，则晶闸管阴极电流为：IkIaIg得出晶闸管阳极电流为：IаIIcog1α1α2)(2)硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数α和α随其发射谢谢阅读12极电流的改变而急剧变化。当晶闸管承受正向阳极电压，而门极谢谢阅读未接受电压的情况下，式(2)中Ig=0，(α)很小，故晶闸管的谢谢阅读12阳极电流Ia≈I精品文档放心下载CO极电压下，从门极GI，由于足够大的Igg流经NPN管的发射结，从而提高放大系数α，产生足够大的集电极电流I精品文档放心下载2C2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数α，产感谢阅读1生更大的集电极电流I流经NPN管的发射结，这样强烈的正反感谢阅读C1馈过程迅速进行。当α和α随发射极电流增加而使得(α+α谢谢阅读1212分母1-(α+α，因此提高了晶闸管的阳极电流Ia谢谢阅读12过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定，晶闸管已感谢阅读处于正向导通状态。晶闸管导通后，式(2)中1-(α+α，即使精品文档放心下载12此时门极电流，晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia感谢阅读导通，门极已失去作用。在晶闸管导通后，如果不断地减小电源精品文档放心下载电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流I以下时，H由于α和α迅速下降，晶闸管恢复到阻断状态。12(3).晶闸管的工作条件晶闸管承受反向阳极电压时，无论门极承受何种电压,晶闸谢谢阅读管都处于关断状态。●晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情谢谢阅读况下晶闸管才导通。晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压,无论门感谢阅读极电压如何，晶闸管保持导通,即晶闸管导通后，门极失去谢谢阅读作用。●晶闸管在导通情况下，当主回路电压或电流减小到接近于精品文档放心下载零时，晶闸管关断。(4).晶闸管的管脚鉴别●单、双晶闸管的判别：A、精品文档放心下载K或A或G极（对感谢阅读精品文档放心下载向晶闸管。且红笔所接为K极，黑笔接的为GA谢谢阅读极。若正、反向测批示均为几十至几百欧，则必为双向晶闸管。精品文档放心下载再将旋钮拨至R×1或R×10挡复测，其中必有一次阻值稍大，精品文档放心下载则稍大的一次红笔接的为GT2极。感谢阅读图●性能的差别：将旋钮拨至单向晶闸管，红笔接K谢谢阅读黑笔同时接通AA极状态下断开G极，谢谢阅读且触发电压感谢阅读A极再接通，指针应退回∞谢谢阅读位置，则表明可控硅良好。对于～双向晶闸管，红笔接T1极，黑笔同时接G、精品文档放心下载极，在保证黑笔不脱离T2极的前提下断开G极，指针应指示为谢谢阅读几十至一百多欧（视晶闸管电流大感谢阅读两笔对调，重复上述步骤测一次，指针指示还要比上一次稍大十感谢阅读几至几十欧，则表明晶闸管良好，且触发电压（或电流）小。精品文档放心下载若保持接通A极或TG极，指针立即退回位置，精品文档放心下载2则说明晶闸管触发电流太大或损坏。可按图2方法进一步测量，谢谢阅读对于单向晶闸管，闭合开关K，灯应发亮，断开K灯仍不息灭，精品文档放心下载否则说明晶闸管损坏。对于双向晶闸管，闭合开关K，灯应发亮，断开K，灯应不感谢阅读息灭。然后将电池反接，重复上述步骤，均应是同一结果，才说谢谢阅读明是好的。否则说明该器件已损坏。2.掌握桥式整流电路原理(1).单相桥式整流电路的组成单相桥式整流电路由四只二极管组成，其构成原则就是保证谢谢阅读在变压器副边电压u2其方向不变。设变压器副边两段分别为a和，则ab谢谢阅读为“－”时应有电流留出a点，ab为“＋”时应有电感谢阅读流流入aa精品文档放心下载精品文档放心下载分别接两只二极管，以引导电流；如图2-3所示。图(2).工作原理设变压器副边电压u22sint，U2为其有效值。当ｕ2为正半周时，电流由a点流出，经过VR、D1L3流入bRu2，o

LuV和V管承受的反响电压为－u。当u为负半周时，电流由b2422点流出，经VRV2L4流入aRL上的电压等于－u，即u2，V、V承受的反向电压为u。u22o13这样，由于V、V和V、V两对二极管交替导通，致使负1324载电阻RL上在u2的整个周期内都有电流通过，而且方向不变，输出电压uosint2-4所示为单相桥式整流电路各2部分的电压和电流的波形。图(3).输出电压平均值U和输出电流平均值I根据图2-4中所示uUO(AV)的波形可知，输出电压的平均值o1sintd(t)20O(AV)解得U220.9UO(AV)2u2的负半周也利用起来，所以在变压器副边电压有效值相同的情况下，输出电精品文档放心下载流的平均值（即负载电阻中的电流平均值）UIO(AV)O(AV)O(AV)RL0.9U2RL在变压器副边电压相同、且负载也相同的情况下，输出电流谢谢阅读的平均值也是半波整流电路的两倍。U的角频率是uOIM22倍，即100HZ，UOIM22U3USOIM20.67U3O()2的2与半波整流电路相比，输出电压的脉动减小很多。3.掌握三极管的开关作用三极管工作在饱和导通状态(发射结和集电结都是正偏置)时，精品文档放心下载其c-e极间电压很小，比PN结的导通电压还要低(硅管在0.5V感谢阅读以下)，c-e极间相当“短路”，即呈“开”的状态。精品文档放心下载三极管在截止状态(发射结、集电结都是反偏置)时，其感谢阅读谢谢阅读的状态。精品文档放心下载没有机械接点，不产生电火花。开关的控制灵敏，对控制信号的精品文档放心下载要求低，导通时开关的电压降比机械开关大，关断时开关的漏电精品文档放心下载流比机械开关大。不宜直接用于高电压、强电流的控制。4.掌握稳压管的作用稳压二极管是一个特殊的面接触型的半导体硅二极管，其V-A特性曲线与普通二极管相似，但反向击穿曲线比较陡。稳压感谢阅读二极管工作于反向击穿区，由于它在电路中与适当电阴配合后能感谢阅读起到稳定电压的作用，故称为稳压管。稳压管反向电压在一定范感谢阅读围内变化时，反向电流很小。当反向电压增高到击穿电压时，反感谢阅读向电流突然增大，稳压管从而反向击穿，电流虽然在很大范围内感谢阅读变化，但稳压管两端的电压的变化却相当小，利用这一特性，因精品文档放心下载此稳压管在电路到起到了稳压的作用。图稳压管与其普通二极管不同之处在于反向击穿是可逆性的。感谢阅读当去掉反向电压稳压管又恢复正常，但如果反向电流超过允许范感谢阅读围，二极管将会发热击穿，所以，与其配合的电阻往往起到限流谢谢阅读的作用。三、设计的具体实现1.系统概述系统框图照明灯指示灯延时电路(1).系统原理图图(2)系统原理综述二极管VD～VDR、精品文档放心下载141、与VD5构成次回路，控制回路由三极管VT～VT13等组件组成，平时发光指示触摸开关的位置，方便在夜间寻找开感谢阅读3的集电极被VD5控制在～VT13均处于截止状态，VS因为无触发电压处于关断状态，故电灯不亮。需要开精品文档放心下载灯时，只要用手触摸一下触摸电极片M，因人体泄露电流经R精品文档放心下载5与R4分压后注入三极管VT3的基极，使VT3直流电经过VT3的c-e极向电容C2R2使VT21也随之迅速导通，VS因门极获得正向触发电流而导通，灯H即精品文档放心下载MC2储存的电荷通过R2向VT2的发射结放电，所以仍能维持VT、VT21及VSH依然点亮。直至C221也随之截止，VS因失去触发电流当交流电过零时即关断，灯灭。谢谢阅读改变RR23及C2的数值能调节电灯每次被点亮的时间长短。采用附录所示数据，每触摸一次电极片MH约能点亮谢谢阅读左右。电阻R4的作用是使三极管VT3平时处于反偏状态，以减小VT3的漏电流，确保在无触摸信号时VT2始终处于截止状态。若取消RVT43管子质量不佳，其漏电流可使电容C2两端电压不断上升，最终会导致VT2误导通使电灯H点亮。2.单元电路设计照明灯电路：照明电路采用交流输出，将功率小于的灯泡与精品文档放心下载整流电路部分串联连接。整流电路：电路中采用四个IN4007二极管，互相接成桥式结构。利用谢谢阅读U感谢阅读VD1324截止，在负载RL上得到上正下负的1324RL极管，使得在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载上都有感谢阅读方向不变的脉动直流电压和电流。指示灯：VD～VD组成开关的主回路。平时，VS精品文档放心下载14～VD14输出R限流，1VD稳压，C滤波输出约左右的直流电供VT523使用。此时发光，指示开关位置，便于夜间寻找开关。延时电路：延时电路的实现，主要运用电容的充放电原理。在VT3得到谢谢阅读触发信号导通后，电流流经电容进行充电，电容储存一定量谢谢阅读VT、精品文档放心下载2VTH延时1谢谢阅读左右后熄灭。延时时间长短主要由R、C22充电时间常数决定，若要延长或缩短延时时间，可适当增大或减小R、C22的数值。触发电路：触摸灯的触摸开关是通过人体接触后产生的电流泄露而工作精品文档放心下载的。当用手触摸一下触摸开关的电极片M时，人体泄漏电流使精品文档放心下载VT3导通。此时，电容、随即导通，晶感谢阅读感谢阅读有多少微伏。而人体本身带的静电都有几千几万伏。所以触摸开精品文档放心下载3.仿真测试(1).系统电路仿真触摸延时开关电路的仿真测试，是基于Multisim环境下进谢谢阅读感谢阅读深对系统功能的认识。以下主要对系统电路，以及输入信号、整精品文档放心下载流、滤波、稳压电路仿真。如图3-1.2所示，为电极片受到触发信号后，三极管VT、感谢阅读3VT21依次导通，并且伴随着电容CC21的充电过程。当触发消失后电容C、C21放电，灯泡H维持点亮状态，当左右后灯泡熄灭，回到如图3-1.1所示状态。对C、R22元件的参数修改后，灯泡H可以维持点亮的时间长短也随即发生变化。感谢阅读图(2).各功能电路仿真测试图3-2.1为输入信号仿真波形，输入信号为完整的正弦波。精品文档放心下载经过整流、滤波、稳压后，波形依次如图3-2.2、3-2.3、3-2.4谢谢阅读所示。图图图图四、结论与展望谢谢阅读识分析，达到了最初的设计要求。能够成功的按要求控制照明灯谢谢阅读电路，实现用手触摸电极片灯泡点亮，并在延时左右后自精品文档放心下载动熄灭，从而验证了电路的可行性，说明系统设计所需元件参数谢谢阅读选取符合要求，此系统电路可以用来批量生产。精品文档放心下载为楼道内灯光控制之余，还体现了节能的主要目的。但是楼道触感谢阅读摸延时也存在一定的小缺陷，出于安全考虑，在电极片背面应焊感谢阅读一只2MΩ左右的高值电阻，从电阻上引出软线再接到电路板上感谢阅读的电阻R将其接入照明线路。五、心得体会及建议楼道触摸延时开关已经在早些年就服务于大众了，但是对于谢谢阅读相关知识了解甚少。在本次的“0楼道触摸延时开关设计”中，感谢阅读充分运用所学的模拟电子技术基础知识、以及搜集的大量资料。感谢阅读明白了楼道触摸延时开关的基本原理，并且用所学知识对一些电感谢阅读路图改进，使其性能更加优良。在对触摸延时开关分析、制作的过程中，很好的巩固了之前感谢阅读学到的模拟电子相关知识。重新学习了整流电路的相关内容，对精品文档放心下载全波整流电路、滤波电路、稳压电路有了更深刻的认识，不仅会感谢阅读熟练的运用计算公式，而且通过软件仿真技术观察各阶段电路的感谢阅读变化，对各阶段电路的波形有更形象的体会。此电路用到了晶闸管的门极触发原理，在之前对晶闸管方面谢谢阅读的学习只是皮毛，楼道触摸开关电路的设计之中又用到了晶闸管精品文档放心下载的控制机理。经过查阅大量的资料，现在掌握了晶闸管的基本结精品文档放心下载构、工作原理、以及管脚判别方法，对以后的电路设计有很大的精品文档放心下载帮助。为了使触摸延时开关电路的设计更为直观，在设计过程中用感谢阅读到了很多次计算机仿真技术。从对系统整体电路的仿真