高压静电发射器.docx
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高压静电发射器
绪论
在现在随着现代科学技术尤其是现代电子技术和计算机技术的发展，“静电”已被应用于现代社会的各个生产领域，如静电选矿、静电除尘、静电纺纱、静电植绒、静电喷涂、静电防腐、静电透药、静电固件等静电技术的应用，在社会各个生产领域层出不穷。
静电技术的应用，离不开高压静电场。
而高压静电场则须由高压静电发生器产生。
高压静电发生器，实际上是一种高压直流电源，能产生数千伏到数万伏或更高的直流电压。
高压静电电场的强弱，由形成电场的正、负两极控制。
实质上是由高压静电发生器的两输出极正、负极控制，且可以调节，以针对不同的目标体和环境输出不同的高压静电电压。
经济的迅速发展，使人们对工作和生活的条件及质量追求越来越高，近年来我们越来越关注环境问题，全球气候变暖，臭氧层的耗损与破坏，生物多样性减少， 酸雨蔓延，森林锐减， 土地荒漠化，大气污染，水污染，海洋污染，危险性废物越境转移，这些问题引起的罪魁祸首就是污染。
然而这些污染大多是由工业引起的，高压静电发射器在静电除尘方面又有很显著地作用，现在大多数企业，工厂都开始引进高压静电除尘设备，显然，以后高压静电设备会用的越来越多，高压静电发生器也会越来越广泛的应用到人们的生活中。
第1章高压静电发射器的总体设计
1.1高压静电发射器的总体考虑
多功能高压静电发生器以555核心，配升夺变压器和高反压二极管及放电（刷）针,555和两个电阻和一个电容组成无稳态多谐振荡器，经升压变压器升压后，在变压器的次级可得到20KHZ的近10KV的高压，经整流二极管的整流后得到近7KV的高压，负载电流可达50UA，由放电刷放出静电。
1.1.1555定时器控制核心
控制核心主要是由555定时器芯片组成的无稳态多谐振荡器电路
无单稳态多谐振荡器电路如图所示，当加上电源后，电容器C1经外接电阻Ra与Rb由Vcc充电，电容器C1两端电压一直上升到2/3Vcc（第六脚之临界电压），于是触发NE555的第三脚的输出为低态。
此外，放电电晶体被驱动而导通，使得第七脚的输出将电容C1经电阻Rb放电，电容器的电压就开始下降，直到它降到触发位准1/3Vcc，正反器再次被触发，使第三脚输出回到高态，且放电晶体管截流，于是电容器C1再次经由电阻Ra及Rb充电，重复这些动作就会产生振荡。
充电路径：
由Vcc出发，经由Ra及Rb至电容器C1。
放电路径：
由电容器C1出发，经由Rb至NE555之第七脚。
周期T=[0.7（Ra+Rb）*C1]+[0.7*Rb*C1]
1.1.2桥式整流电路
桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。
桥式整流电路的工作原理如下：
e2为正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl、D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。
电路中构成e2、D1、Rfz、D3通电回路，在Rfz上形成上正下负的半波整流电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。
电路中构成e2、D2Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。
如此重复下去，结果在Rfz上便得到全波整流电压。
其波形图和全波整流波形图是一样的。
从图中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半
第2章555定时器的介绍
2.1555定时器的概念
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
2.2555定时器的发展
是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名。
此电路后来竟风靡世界。
目前，流行的产品主要有4个：
BJT两个：
555，556（含有两个555）；CMOS两个：
7555，7556（含有两个7555）。
555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。
两个比较器C1和C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。
此外还有输出级和放电管。
输出级的驱动电流可达200mA。
比较器C1和C2的参考电压分别为UA和UB，根据C1和C2的另一个输入端——触发输入和阈值输入，可判断出RS触发器的输出状态。
当复位端为低电平时，RS触发器被强制复位。
若无需复位操作，复位端应接高电平
2.3555定时器的引脚介绍
555定时器的内部电路框图和外引脚排列图如图所示。
它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。
它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
1脚：
外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
8脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
3脚：
输出端Vo
2脚：
低触发端
6脚：
TH高触发端
4脚：
是直接清零端。
当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
VC为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
7脚：
放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表所示。
清零端
高触发端TH
低触发端
Q
放电管T
功能
0
×
×
0
导通
直接清零
1
0
1
x
保持上一状态
保持上一状态
1
1
0
x
保持上一状态
保持上一状态
1
0
1
0
1
1
0
导通截止
置1
清零
2.4555定时器的应用
（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等；
（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路；
如下图，
振荡周期：
T=0.7（R1+2R2）C
（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。
555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。
2.5555定时器的应用实例
2.5.1单稳态电路
前面介绍的双稳态触发器具有两个稳态的输出状态和，且两个状态始终相反。
而单稳态触发器只有一个稳态状态。
在未加触发信号之前，触发器处于稳定状态，经触发后，触发器由稳定状态翻转为暂稳状态，暂稳状态保持一段时间后，又会自动翻转回原来的稳定状态。
单稳态触发器一般用于延时和脉冲整形电路。
多谐振荡器电路（a）工作波形
接通电源后，未加负脉冲，而C充电，上升，当时，电路输出为低电平，放电管T导通，C快速放电，使=0。
这样，在加负脉冲前，为低电平，=0，这是电路的稳态。
在t=t0时刻负跳变（端电平小于），而=0（TH端电平小于），所以输出翻为高电平，T截止，C充电。
按指数规律上升。
t=t1时，负脉冲消失。
t=t2时上升到（此时TH端电平大于，端电平大于），又自动翻为低电平。
在这段时间电路处于暂稳态。
t>t2，T导通，C快速放电，电路又恢复到稳态。
由分析可得：
输出正脉冲宽度tW=1.1RC
注意：
图（a）电路只能用窄负脉冲触发，即触发脉冲宽度ti必须小于tW
555定时器用于实际中的实例有：
能发出“叮、咚”声门铃的电路和旋光彩灯控制电路
555定时器单稳态触发器下图为555构成单稳态触发器
上图为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。
D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。
并使2端电位瞬时低于1/3VCC，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。
当Vc充电到2/3VCC时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。
波形图见下图
单稳态触发器波形图
暂稳态的持续时间Tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C的大小。
Tw=1.1RC
通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。
当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可采用复位端接地的方法来终止暂态，重新计时。
此外需用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。
2.5.2多谐振荡器
多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。
在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。
两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。
多谐振荡器可用作方波发生器。
多谐振荡器电路
接通电源后，假定是高电平，则T截止，电容C充电。
充电回路是VCC—R1—R2—
C—地，按指数规律上升，当上升到时（TH、端电平大于），输出翻转为低电平。
是低电平，T导通，C放电，放电回路为C—R2—T—地，按指数规律下降，当下降到时（TH、端电平小于），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，经分析可得
输出高电平时间T=（R1+R2）Cln2
输出低电平时间T=R2Cln2
振荡周期T=（R1+2R2）Cln2
输出方波的占空比为
2.5.3555定时器应用电路举例
第3章高压静电发射器的系统介绍
3.1高压静电发射器的原理及原理图
本多功能小型高压静电发射器，采用两个三极管作为振荡和功率管，通过变压器实现电感耦合，采用双自举电路，在输出端获得甲流高压输出，上述电路和倍压整流电路相连接，可以得到直流高压输出。
原理图如下：
3.2高压静电发射器的用途
本新型高压静电发射器特征在于采用两个三极管作为振荡和功率管，通过变压器实现电感耦合振荡，采用双自举电路，在输出端获得交流或直流高压输出。
本实用多功能高压静电发射器输出高压可以调节大小，输出交流和直流可以任选，输出功率可大可小。
实用十分方便，由于采用了电感反馈振荡和双自举电路，在输出过载或短路时，振荡自动停止，起到了自动保护作用，器电路结构简单，制作成本低，效力高，实用安全可靠，具有广泛的应用前景。
如用于静电演示教具、静电植绒、静电式空气净化器、静电生物技术、静电灭菌技术以及臭氧发生器。
3.2高压静电发射器的具体实施方案
如上图，本实用新型的高压静电发射器采用两个型号、性能相同的功率管，通过变压器T实现电感耦合，产生近似方波的振荡，通过以铁氧化磁芯的升压变压器，可在次级线圈得到上万伏的交流高压输出成为交流高压电源，C1为整流滤波电容，二极管D1、D2、D3、D4构成整流桥，对电路中的电流进行整流，从而提高了振荡电路的效率，电容C3是基极滤波电容，相当于输入端与交流220v单相接通时，输出端获得的交流高压在万福左右，当输入端接入电源电压比220低时，输出端输出的交流高压也会降低，也即可以通过调节输出端输入的电源电压来调节输出电压，
3.2高压静电发射器的PCB布线图
第三章结论
本新型高压静电发射器特征在于采用两个三极管作为振荡和功率管，通过变压器实现电感耦合振荡，采用双自举电路，在输出端获得交流或直流高压输出。
本实用多功能高压静电发射器输出高压可以调节大小，输出交流和直流可以任选，输出功率可大可小。
实用十分方便，由于采用了电感反馈振荡和双自举电路，在输出过载或短路时，振荡自动停止，起到了自动保护作用，器电路结构简单，制作成本低，效力高，实用安全可靠，具有广泛的应用前景。
如用于静电演示教具、静电植绒、静电式空气净化器、静电生物技术、静电灭菌技术以及臭氧发生器。
另外通过本次设计，使我对以前学过的知识进一步的加深和巩固，从不知道毕业论文怎么写，到顺利如期的完成本次毕业设计，这给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，这些我在毕业论文结束语中都提起过。
事实上，我采用了一些新的技术和设备他们有着很多的优越性但也存在一定的不足，这新不足在一定程度上限制了我们的创造力。
可这些不足正是我们去更好的研究更好的创造的最大动力，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好的为祖国的四化服务。
致谢
通过本次毕业设计，我在指导老师王普明的精心指导和严格要求下，获得了丰富的理论知识，极大地提高了实践能力，并对当前电子领域的研究状况和发展方向有了一定的了解，我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。
这几个月以来，黄老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀，在此谨向黄老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
同时，本篇毕业论文的写作也得到了同学的热情帮助。
感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在此，我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学表示感谢！
参考文献
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[10]上海市化学化工学会《静电除尘原理》上海涂料公司编著1980年创刊并公开发行，双月刊
附录
高压静电发射器原理图
PCB布线图
3D模拟实物图
元件清单
R1
330
R2
33k
R3
220
R4
1M
NPN三极管
2sc1663
555定时器
一个
整流桥
一个
升压变压器
一个
放电针
一个
导线
若干
C1
470U
C2
0.01
C3
0.022
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