第九章 新型电扇的控制电路.docx
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第九章新型电扇的控制电路
【课题】
第九章 新型电扇的控制电路
第一节 模拟自然风电路
新授课
【教学目标】
1．知识目标：
掌握模拟自然风的基本原理，了解模拟片段风的实际电路。
2．能力目标：
能根据故障现象判断故障原因，并能排除常见故障。
3．情感目标：
激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生严谨的科学态度，锻炼实际分析能力。
【教学重点】
产生模拟自然风的基本原理。
【教学难点】
模拟自然风电路实例分析。
【教学方法】
读书指导法、分析法、演示法、练习法。
【课时安排】
2课时（90分钟）。
【教学过程】
〖导入〗（2分钟）
电扇是普及率最高的家用电器之一。
经过几十年的发展，电扇的品种越来越多。
目前，具有各种新型控制功能的电子风扇占有很大的比例。
微电子技术的应用，给电扇入人了新的活力，使它的使用功能更趋完备，受到了越来越多消费者的欢迎。
〖新课〗
第一节 模拟自然风电路
一、产生模拟自然风的基本原理
自然界的风是一阵一阵地吹，且大小是没有规律的。
模拟自然风的运转周期还可以通过控制振荡器的周期或占空比来进行调节。
按其产生的风型可以分成阵风、阶梯型自然风和随机型自然风三类，阵风又可以分为强、中、弱及睡眠风等多种，它们的风型曲线如图所示。
随机型模拟自然风的特点：
其输出风量的变化无一定的周期性规律，与大自然风最相似。
阶梯型模拟自然风则有一定的周期性，在风的交替变化时，比较缓和。
按所用的元器件，又可以分为分立元件模拟自然风电路、集成电路模拟自然风电路和电脑程控模拟自然风电路等。
分立元件电路来实现：
电路较复杂，一般由电扇专用的电脑芯片来完成。
用得最多，较简单的是各种阵风电路。
时基电路555为核心器件组成的模拟自然风电路。
具有电路简单、可靠性高、成本低廉等优点。
二、555时基电路简介
特点：
模拟一数字混合式集成电路，结构简单、功能灵活、输出电流较大，可直接驱动小型电磁继电器，加少量的外接元件便可构成多谐振荡器、单稳态、R-S触发器等实用电路。
外形：
8脚圆形金属封装和8脚双列直插式塑封两种。
引脚排列如图所示，其中图（a）为底视图，图（b）为顶视图。
它的8个引脚的功能分别是：
1脚——地；
2脚——低电平（低于1/3Ucc）触发端；
3脚——输出端；
4脚——低电平复位端；
5脚——电压控制端；
6脚——高电平（高于2/3Ucc）触发端；7脚——放电端；
8脚——Ucc。
555时基电路的常用型号：
NE555、LM555、SE555、5G1555等。
其内部电路可等效为一个由三个阻值都为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器（A1、A2），一个基本R-S触发器和一个开关晶体管VT共四部分组成。
外接两个电阻器RA、RB及电容器C即可构成最基本的自激多谐振荡器，如图所示。
三、模拟自然风电路实例
如图所示是长城牌FS7-40及FS15-40落地扇的电原理图。
电路所采用由555时基电路为核心器件组成的自激多谐振荡器。
电路中充、放电电容器为C2（参数用C2表示），二极管VD6引导充电回路，充电时间常数
当C2上的电压充到略高于2/3UCC时，通过R2、RP2对7脚放电，放电时间常数
在C2放电过程中，NE555的3脚输出低电平，继电器线圈KR吸合，动断触点KR断开，电扇断电停歇，停歇时间
在C2充电过程中，NE555的3脚输出高电平，继电器线圈KR释放，动断触点复位，电扇通电运转，运转时间
调RPl可以改变电扇运转时间；调RP2则可以改变电扇停歇时间，且均能在7~60s间连续调节。
电源电路（低电压10V）给控制电路，电扇的调速采用自耦变压器式。
作业：
习题思考题
9-1~9-3
第一节 模拟自然风电路
一、产生模拟自然风的基本原理
二、555时墓电路简介
三、模拟自然风电路实例
第二节 红外线遥控电扇电路
新授课
【教学目标】
1．知识目标：
掌握红外线发射和接收的基本原理，了解带红外线发射与接收的实际电路。
2．能力目标：
能根据故障现象判断故障原因，并能排除常见故障。
3．情感目标：
激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生严谨的科学态度，锻炼实际分析能力。
【教学重点】
红外线发射和接收的基本原理。
【教学难点】
实际电路原理分析。
【教学方法】
读书指导法、分析法、演示法、练习法。
【课时安排】
2课时（90分钟）。
【教学过程】
〖导入〗（2分钟）
大多数电扇使用红外线遥控。
本节将介绍红外线发射和接受的基本原理，并对典型电路进行分析。
〖新课〗
第二节 红外线遥控电扇电路
一、红外线发射和接收的基本原理
红外线：
波长大于0.77m的光。
红外线遥控取波长范围为0.77~3.0m的近红外线。
光电二极管作为红外线接收管，光照到PN结上后它能吸收入射光的能量转变为电能。
光电二极管由硅半导体材料制成的，它们对波长为0.90~0.93m的光接收灵敏度最高。
红外线发射器：
红外线发光二极管通以幅值较大的脉冲电流，以提高它的瞬时发射功率。
而且有抗干扰的能力。
接收电路：
红外线接收光电二极管加上反向电压（或光电三极管加上正向电压），未接收到红外线时，PN结的阻值很大，电流很小。
当发射器发出的红外线脉冲光被接收到后，光电二极管PN结的阻值随入射脉冲光而相应变化，在管中产生同样频率的交变电流完成了光一电转换。
红外线遥控电扇的发射、接收电路原理方框图如图所示。
下面介绍长城牌FS19-40红外线遥控电扇电路，它具有三种常规风和一种模拟自然风的转换，既可以通过设置在开关盒面板上的单个轻触按键操作，也可以用发射器进行遥控操作。
二、发射器电路
遥控发射器电路如图所示。
核心器件：
CMOS数字集成电路2输入端四与非门CD4011。
定时电路：
它的A、B两个门和R2、C1等组成，定时时间：
受控振荡器：
门C和门D与C2、R3~R6组成，受控于门C的一个输人端（IC的8脚），当8脚为高电平时，振荡器起振，反之则停振。
振荡电路的振荡频率约为
它输出的矩形脉冲经三极管VT电流放大，驱动红外线发光二极管VD3、VD4发射出红外线脉冲。
VD3、VD4采用两管串联，可以提高发射脉冲光的总强度，增加遥控距离。
门A和门B接成反相器，按下发射控制按钮S，门A输出端（3脚）为高电平，VD1反偏截止。
电源经R2对C1充电。
因电容器两端电压不会突变，所以此时门B的输入端为0，它的输出端（4脚）为1。
这一高电平加至门C的8脚，所以受控振荡器起振，VD3、VD4发射出红外线脉冲。
同时红色发光二极管VD2亮，作发射指示。
随着C1充电过程的进行，门B输入端电位上升。
当上升到它的转折电平时，门B输出低电平，迫使振荡电路停振，VD3、VD4停止发射信号，即由于定时电路的作用，每次按下S后，只能发射零点几秒的红外线脉冲。
断电（放开S）后，C1经VD1、Rl放电，为下一次定时发射作好准备。
三、接收电路
接收电路中采用了三块集成电路，除时基电路NE555，还有两块：
锁相环音频译码集成电路LM567及十进制计数/脉冲分配器CD4017。
1.锁相环音频译码集成电路LM567简介
LM567是专为音频解码设计的集成电路，它的特点是输入信号要求幅度低（峰一峰值电压UP-P≥25mV即可），外围电路简单，工作稳定可靠，锁相环路的捕捉带宽可以调节。
它的内部功能方框图如图所示，包括锁相环路、正交相位检波器、放大、驱动等组成部分。
工作电压在4.75~9V范围内，静态工作电流约8mA。
2.十进制计数/脉冲分配器CD4017简介
CD4017是十进制计数/脉冲分配器，又称为十进制计数/时序译码器，各种控制电路中经常能见到它。
采用双列直插式16脚塑封，引脚排列如图所示。
CD4017的基本功能：
对输入脉冲的个数进行十进制计数和时序译码，按照输入脉冲的个数顺序地将脉冲分配在Y0~Y9这十个输出端上，计满十个数后，计数器复原（只有Y0为高电平），并由12脚输出一个进位脉冲，它的工作波形如图所示。
3．红外线信号接收电路原理分析
长城牌FS19-40红外线遥控电扇接收电路如图所示。
红外线接收二极管VD6与VT12直接耦合，电脉冲经VT2、VT3两级电压放大输入IC1（LM567）的3脚。
如与IC1的中心频率f0相等，IC1的8脚跃至低电平。
三极管VT4（PNP型）饱和导通，在R15上产生一个正脉冲，输入IC2（CD4017）的14脚（CP端）。
按输入一个个正脉冲的时序，IC2依次在各个输出端上输出高电平。
刚通电时，IC2的3脚（Y0）为高电平（未接），电扇停止。
第一个正脉冲输入CP端，2脚（Y1）输出高电平，VT5导通，VS1导通，电扇作强风运转；
第二、三个正脉冲输入CP端，IC2的4脚（Y2）或7脚（Y3）输出高电平，电扇作中风或微风运转；
第四个正脉冲使IC2的10脚（Y4）为高电平，一方面使VT8饱和，发光二极管VD13（绿色）亮，作模拟自然风运转状态指示，另一方面使IC3（NE555）的4脚（低电平复位端）变为高电平，IC3为核心的自激多谐振荡器起振，输出的矩形波经VD9加到ⅤT5的基极，使VT5重复导通、截止，双向晶闸管VS1重复导通、关断，电扇输出模拟自然风（强阵风）。
其变化规律为：
通电运转约14s，断电停歇约12.5s。
发射器发出的第五次红外线脉冲使IC2的1脚（Y5）为高电平，经二极管VD7加到IC2的清零端（15脚），电路清零，又只有Y0为高电平，电扇停歇。
作业：
习题思考题
9-5~9-8
板书：
第二节 红外线遥控电扇电路
一、红外线发射和接收的基本原理
二、发射器电路
三、接收电路
第三节 电脑程控电扇电路
新授课
【教学目标】
1．知识目标：
了解电脑程控电扇的电路原理。
2．能力目标：
能根据故障现象分析故障原因，能排队常见故障。
3．情感目标：
激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生严谨的科学态度，锻炼实际分析能力。
【教学重点】
电脑程控电扇电路。
【教学难点】
电脑程控电扇电路。
【教学方法】
读书指导法、分析法、演示法、练习法。
【课时安排】
2课时（90分钟）。
【教学过程】
〖导入〗（2分钟）
将新型电扇所具有的各种功能全部或局部地综合起来，由单片微电脑担任制导输出任务，既可以使电扇具有多种功能，又使控制电路变得简单可靠。
在电扇专用单片微电脑芯片内，生产厂已将预先设计好的各种电扇运转程序固化到只读存储器（ROM）中，使用者只要按动外接的各个功能键，单片微电脑中的中央处理器（CPU）便按指令将对应的程序由ROM中取出，分配在各个输出端上，从而使电扇按此程序运转。
通常使用的电扇专用单片微电脑都具有多种仿自然风、多种定时时间等各种程序，有些还带有遥控信号输人和处理功能。
专为电扇控制电路设计的单片微电脑芯片种类很多，这里介绍的是长城牌FS22~40遥控电扇电路使用的单片微电脑MH8822。
〖新课〗
第三节 电脑程控电扇电路
一、单片微电脑MH8822简介
长城牌FS22-40遥控电扇采用了单片微电脑MH8822，能使电扇产生强、中、弱三种常规风，强周期风、弱周期风、睡眠风三种程控仿自然风，还具有60min、120min、360min三种定时时间供选择。
摇头机构由小型同步电动机驱动。
电扇的各种功能除采用12只发光二极管（2mm5mm、10红2绿）显示外，还设置了绿、黄、红三个面发光二极管显示装置（发光面15mm15mm），分别显示电扇处于定时、程控仿自然风、常规风的三种工作状态。
MH8822是电扇专用CMOS单片微电脑，外形为双排直插式塑料封装，28个引脚的排列顺序与一般双列直插式集成电路相同。
各引脚的功能见表。
引脚号
符号
功 能
引脚号
符号
功 能
1
R8
功能选择键扫描输出（3）
15
02
强风指示输出
2
R9
蜂鸣器输出
16
01
中风指示输出
3
R10
功能选择键扫描输出（4）
17
00
弱风指示输出
4
USS
地
18
OSC1
时钟输入
5
K1
功能选择键扫描输出a
19
OSC2
时钟输出
6
K2
功能选择键扫描输出b
20
UDD
+5V
7
K4
50Hz
21
R0
强周期指示输出
8
K8
遥控信号输入
22
R1
弱周期指示输出
9
INIT
复位
23
R2
睡眠风指示输出
10
07
照明灯输出
24
R3
60min定时指示输出
11
06
摇头控制输出
25
R4
120min定时指示输出
12
05
强风输出
26
R5
360min定时指示输出
13
04
中风输出
27
R6
功能选择键扫描输出（3）
14
03
弱风输出
28
R7
功能选择键扫描输出（3）
二、电路工作原理
长城牌FS22–40电脑遥控电扇电路如图所示。
核心为MH8822，它的外围电路可以分为电源、红外线遥控信号接收、50Hz脉冲形成电路、蜂鸣器音频振荡电路、功能选择开关矩阵、功能显示电路、500kHz主时钟信号电路及驱动电路等部分。
三、红外线遥控信号的接收
组成：
由红外线接收二极管PH302和集成电路MR8181等。
MR8181是专为红外线遥控而设计的一种前置放大器，它的外形为单列直插式塑封，8个引脚的排列如图所示。
方框图及典型应用如图所示。
四、红外线遥控信号的发射
组成：
以CMOS集成电路MT8803为核心。
MT8803专门发射红外线遥控信号的，外形为双列直插式塑料封装。
发射器电原理图如图所示。
作业：
思考与练习
9-10~9-15
板书：
第三节 电脑程控电扇电路
一、单片微电脑MH8822简介
二、电路工作原理
三、红外线遥控信号的接收
四、红外线遥控信号的发射
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