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台灯自动开关

电子技术课程设计论文

设计课题

指导教师

专业班级

设计作者

设计时间

目录

第一章绪论

1.1绪论

第二章任务和要求

2.1设计目的

2.2设计要求

2.3功能介绍

第三章设计原理

3.1设计结构

3.1.1结构图

3.1.2结构图说明

3.2设计电路

3.2.1电路图

3.2.2电源部分

3.2.3感应部分

3.2.4控制部分

3.2.5元件及元件参数

3.3电路原理

第四章设计体会

4.1设计体会

第五章参考文献

第一章绪论

1.1摘要

电路通过使用模拟电子元件和数字电子元件构成一个台灯自动开关盒的设计。

采用热释电红外传感专用控制模块制作而成的红外感应自动灯，真正做到有人灯亮，人走灯灭。

同时，装置还设置了光控电路，白天电路自动封闭，无论有人否，电灯都不会亮。

第二章任务和要求

2.1设计目的

设计并制作一个“台灯自动开关盒”

2.2设计要求

它有两根交流电源输入线和一个交流电源输出插座，后者可插额定电压为220V，功率不超过60W。

1．一个光敏元件（光敏管或电池）。

可将它安在开关盒上恰当的位置。

2．一个对人体敏感的传感器，它可以是台灯的金属灯罩。

如果灯罩是非金属制器，则可粘贴铝箔或铁皮等作为传感器。

3．自动开关盒做好后，将台灯（220V，不超过60W）的电源插头插入开关盒的交流电源输出插座。

4．除220V交流电源外，不许外接其他电源

2.3功能介绍

（1）在晚上，当没有光源照射到光敏元件上时，若有人靠近台灯，它便自动接通电源发光。

人离开台灯后，它能自动断开电源。

（2）在白天有足够的光线（以适合阅读为标准）照射到光敏元件上时，无论是

否有人靠近台灯，它都不会亮

第三章设计原理

3.1设计结构

3.1.1结构图（见图1）

人移动信号——微波感应器

——控制单元——台灯

光信号——光敏感应器

3.1.2结构图说明

图1中有三个主要部分：

（1）光敏传感器，其作用就是将感觉到的光信号的强弱转化为电阻的大小，并实时告诉控制元件；

（2）微波感应器，其作用是感觉近距离内有没有人靠近，并实时告诉控制元件；（3）控制元件，其作用是根据台灯周围的光线和是否有人靠近来控制灯的亮与灭。

3.2设计电路

3.2.1电路图（见图2）

3.2.2电源部分

在图2中虚线的左边为电源部分，由电容C1、C2、C3、C4电阻R1，二极管D1、D2、D3、D4，三端稳压器7809共同组成。

使用C1和C2将交流220V电降至10V左右，经二极管D1、D2、D3、D4构成的单相整流电桥整流和电容C3滤波后，由三端固定稳压器7809输出稳定的9V直流电压。

电容C4用于抑制7809可能产生的自激，电阻R1为泄放电阻，作用是停电以后，释放C1和C2中储存的电荷。

3.2.3感应部分

（1）微波感应器。

微波感应器TX982，它利用微波技术，在一个小的空间里建立微电场，当有人进入电场时就会反射回波，经过电子线路的检测，测出有微弱的移频信号，这种信号再经智能化的处理后就可以输出控制信号了。

（2）光敏传感器。

光敏电阻GM感知光线的强度，它是电阻值随光线强弱的变化而变化，光强时阻值变小，光弱时阻值变大。

3.2.4控制部分

由555多谐振荡器，三极管T1、T2，可控制硅97A6，电阻R2、R3、R4、R5、R6，电容C5，共同组成。

555的1、2、3、4、6、8端分别为接地端、低电平触发输出复位端、高电平触发端、电源端。

为了防止光线在一定的范围内发生微小的变化而使得台灯时阴时暗，在555的2端（低电平触发端）接一个三极管T2，以锁定台灯的工作状态。

这是一个应用模拟电子和数字电子技术设计的自动开关盒，电路简单，实践方便，能给我们的生活带来一定的便利。

3.2.5元件及元件参数

微波传感器

 微波传感器：

 又称多谱勒雷达，是一种多普勒收发模块。

它是通过发射连续微波并接受反射波从而探测移动目标的组件。

它的特点是：

低功耗，连续/脉冲波操作模式，对各种可以反射微波的物体都很敏感，而且不受温度的影响。

微波传感器的种类：

（1）平面微带介质谐振传感器（planarMicrostrip）：

它由三部分组成，传感器模块，多谱勒信号调理电路，决策控制部分。

（2） 波导谐振型（waveguide）,谐振体是金属空腔，腔体尺寸与微波波长相关。

（3） 同轴谐振型（coaxial）,谐振体也是金属空腔。

光敏电阻

结构——通常由光敏层、玻璃基片（或树枝防潮膜）和电极等组成的。

 特性——光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。

它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。

按制作材料分类：

多晶和单晶光敏电阻器，还可分为硫化镉（CdS）、硒化镉（CdSe）、硫化铅（PbS）、硒化铅（PbSe）、锑化铟（InSb）光敏电阻器等。

三端集成稳压器的电路结构及主要特性参数

三端集成稳压器大多采用串联稳压方式。

从图所示方框图中可以看出，它由启动电路、基准电路、误差放大器、调整管、取样电阻及保护电路等组成。

它与分立元件的串联调整稳压器电路工作原理完全相同。

CW7800稳压集成电路原理框图

2.稳压器的主要参数

（1）输出电压V。

输出电压是指稳压器的各工作参数符合规定时的输出电压值。

对于固定输出稳压器，它是常数;对于可调式输出稳压器，它是输出电压范围。

（2）输出电压偏差

对于固定输出稳压器，实际输出的电压值和规定的输出电压Vo之间往往有一定的偏差。

这个偏差值一般用百分比表示，也可以用电压值表示。

　　（3）最大输出电压ICM

最大输出电流指稳压器能够保持输出电压不变的最大电流。

　　（4）最小输入电压Vimin

输人电压值在低于最小输入电压值时，稳压器将不能正常工作。

　　（5）最大输人电压Vimax

　　最大输入电压是指稳压器安全工作时允许外加的最大电压值。

说明:

（4）、（5）两项也常用输人电压的范围来表示。

　　（6）最小输入、输出电压差（Vi-Vo）

它是指稳压器能正常工作时的输入电压U与输出电压八是最小电压差值。

　　（7）电压调整率SV

电压调整率是指当稳压器负载不变而输入的直流电压变化时，所引起的输出电压的相对变化量。

SV常用下式表示:

式中:

△AVo——输出电压变化量;

　　　　△Ai——输入电压变化量。

　　电压调整率有时也用某一输入电压变化范围内的输出电压变化量表示。

　　电压调整车用来表征稳压器维持输出电压不变的能力。

　　（8）电流调整率SI

　　电流调整车是指，当输入电压保持不变而输出电流在规定范围内变化时，稳压器输出电压相对变化的百分比，可用下式表示:

　电流调整率有时也用负载电流变化时输出电压的变化量来表示。

　　（9）输出电压温漂ST

　　输出电压温漂也称输出电压的温度系数。

其定义为，在规定的温度范围内，当输入电压和输出电流不变时，单位温度变化引起的输出电压变化量，用公式表达为:

式中:

△T——温度变化量。

　　（10）输出阻抗Z。

　　输出阻抗指，在规定的输入电压和输出电流的条件下，在输出端上所测得的交流电压与交流电流之比，即

　输出阻抗反映了在动态负载状态下，稳压器的电流调整率。

　　（11）输出噪声电压VN

　　它是指当稳压器输入端无噪声电压进入时，在其输出端所测得的噪声电压值。

输出噪声

电压是由稳压器内部产生的，它对许多负载是有害

半导体二极管

一个PN结的两端，各引一根电极引线，并用外壳封装起来，就构成了半导体二极管；由P区引出的电极称为阳极（正极），由N区引出的电极称为阴极（负极）。

二极管的种类很多，按制造材料分，常用的有硅二极管和锗二极管；按用途分，常用的有，整流二极管，稳压二极管，开关二极管和普通二极管等；按结构、工艺分，常见的有点接触型，面接触型等。

半导体三极管

双极型三极管（BJT）是半导体三极管的一种类型，由于它有空穴和电子两种载流子参与导电，故称为双极型。

它又称为双极型晶体管，通常称为半导体三极管，三极管。

晶体管等。

它的种类很多，按制造材料分，有硅管和锗管；按功率大小分，有大、中、小功率管；按工作频率分，有高频管和低频管等。

桥式整流电路

⑴输出电压平均值UO（AV）

（a）（b）

图14-1-2单相全波桥式整流电路

由图14-1-2的波形图可知，桥式整流电路的输出电压波形与全波整流电路一样，所以其输出电压平均值

（14-1-7）

⑵输出电压的脉动系数S

（14-1-8）

⑶整流二极管正向平均电流ID（AV）

在桥式整流电路中，整流二极管D1、D3和D2、D4是两两轮流导通的，因此，流过每个整流二极管的平均电流是电路输出电流平均值的一半，

（14-1-9）

⑷最大反向电压URM

桥式整流电路因其变压器只有一个副边绕组，在U2正半周时，D1、D3导通，D2、D4截止，此时D2、D4所承受的最大反向电压为U2的最大值，即

（14-1-10）

同理，在U2负半周时，D1、D3也承受同样大小的反向电压。

⑸变压器副边电流的有效值I2

流过变压器副边绕组的电流正半周是半个正弦波，负半周是另一半正弦波，所以副边电流中无直流分量，变压器副边电流的有效值

（14-1-11）

桥式整流电路与单相半波整流电路和单相全波整流电路相比，其明显的优点是输出电压较高，纹波电压较小，整流二极管所承受的最大反向电压较低，并且因为电源变压器在正负半周内都有电流流过，所以变压器绕组中流过的是交流，变压器的利用率高。

在同样输出直流功率的条件下，桥式整流电路可以使用小的变压器，因此，这种电路在整流电路中得到广泛应用。

555定时器构成多谐振荡器

555定时器的电路结构及其功能

    图4-１为555定时器的内部逻辑电路和外引脚图，从结构上看，555电路由2个比较器、1个基本RS触发器、1个反相缓冲器、1个集电极开路的放电晶体管和3个5kΩ电阻组成分压器组成。

图4-１555逻辑电路图和引脚图

如图8-4，由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。

电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端

放电，使电路产生振荡。

电容C在2/3Vcc和1/3Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图8-5所示。

图8-4555构成多谐振荡器图8-5多谐振荡器的波形图

输出信号的时间参数是：

T=

=0.7（R1+R2）C

=0.7R2C其中，

为VC由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间，

为电容C放电所需的时间。

555电路要求R1与R2均应不小于1KΩ，但两者之和应不大于3.3MΩ。

外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。

因此，这种形式的多谐振荡器应用很广。

可控硅元件的工作原理及基本特性

1、工作原理

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，其等效图解如图1所示

图1可控硅等效图解图

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，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。

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=β1ib1=β1β2ib2。

这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。

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，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表1

表1可控硅导通和关断条件

状态

条件

说明

从关断到导通

1、阳极电位高于是阴极电位

2、控制极有足够的正向电压和电流

两者缺一不可

维持导通

1、阳极电位高于阴极电位

2、阳极电流大于维持电流

 两者缺一不可

从导通到关断

1、阳极电位低于阴极电位

2、阳极电流小于维持电流

任一条件即可 

2、基本伏安特性

可控硅的基本伏安特性见图2

图2可控硅基本伏安特性 

（1）反向特性

当控制极开路，阳极加上反向电压时（见图3），J2结正偏，但J1、J2结反偏。

此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后，接差J3结也击穿，电流迅速增加，图3的特性开始弯曲，如特性OR段所示，弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。

此时，可控硅会发生永久性反向击穿。

图3阳极加反向电压

（2）正向特性

当控制极开路，阳极上加上正向电压时（见图4），J1、J3结正偏，但J2结反偏，这与普通PN结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增加，图3的特性发生了弯曲，如特性OA段所示，弯曲处的是UBO叫：

正向转折电压 

图4阳极加正向电压

由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后，J2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大量的电子和空穴，电子时入N1区，空穴时入P2区。

进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合，同样，进入P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合，雪崩击穿，进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉，这样，在N1区就有电子积累，在P2区就有空穴积累，结果使P2区的电位升高，N1区的电位下降，J2结变成正偏，只要电流稍增加，电压便迅速下降，出现所谓负阻特性，见图3的虚线AB段。

这时J1、J2、J3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态---通态，此时，它的特性与普通的PN结正向特性相似，见图2中的BC段

3、触发导通

在控制极G上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。

在可控硅的内部正反馈作用（见图2）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。

图5阳极和控制极均加正向电压

3.3电路原理

当光线不够强，且有人靠近的时候，微波感应器检测到人活动时的移频信号，感应器的控制电路将输出一个低电平，在图2中我们可以看到这个低电平加在了T1管的基极，三极管T1截止，从而使得T1的集电极处于高电平，由555定时器构成的多谐震荡器便开始工作。

由于光线比较弱，光敏电阻阻值较大，此时GM与R4的分压点的电压低于1/3*VCC，555电路的输出端（图2中555的第3端）输出高电平，使得可控硅97A6导通，台灯点亮。

同时这个高电平通过R5加在了三极管T2的基极，使T2管导通，T2管的集电极则处于低电平，从而锁定此种工作。

当人离开后台灯一定距离时，微波感应器的输出端将输出高电平，T1管经R2偏置导通，T1管的基电极便处于低电平，555多谐震荡器不工作。

所以即使光线暗灯也不会亮。

当光线比较强时，光敏电阻的阻值就比较小，GM与R1的分压点的电压高于1/3*VCC，555电路的输出端输出低电平，则可控硅截止，此时，即使有人靠近灯也不会亮。

参考文献

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新颖电子灯光控器，北京：

机械工业出版社，2004。

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机械工业出版社，2002。

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机械工业大学出版社，2004。

[10]（英）（Hayes,T.c）,（英）（Horowitz,P.）.StudentManualforTheArtofEkctonics.北京：

清华大学出版社，2003。

第四设计心得

经过这次课程设计，我从中学到了很多东西!

第一，对我这一学期所学的知识进行了一次系统的检测和巩固，让我更加好的理解和掌握这些知识！

第二，对所学知识进行运用的考验，理论联系实际，经过这次使我对知识的运用能力得到了一定提高！

第三，要学会查找和收集资料，并合理有效的利用这些资料！

第四，要具有团队合作精神，组员之间要相互帮助，相互讨论，一起努力，一起奋斗！

尽管才短短的一个星期时间，但是我学到了以上这些东西，对我以后的学习，生活都有非常大的帮助！

让我懂得了仅仅学习知识，掌握知识是远远不够的，还要懂得如何把所学到的东西进行运用而且要运用好！