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1、青岛港湾职业技术学院,玄春朋 B3-202,电子电路设计与制作,电子电路设计与应用,开关电路的设计,？,1 你了解开关吗？2 你见过什么样式的开关？3 开关安装有什么要求？,电子电路设计与制作,1.开关的作用是接通和断开电路。,电子电路设计与制作,2.常用的低压开关类电器包括刀开关、转换开关、负荷开关和自动开关等,电子电路设计与制作,触摸延时开关要求用手轻触开关灯即亮; 灯点亮后延时60s左右自动熄灭; 在灯熄灭时有发光二极管指示开关位置, 灯点亮时发光二极管熄灭。触摸延时开关的额定负载为220V, 60W的白炽灯，工作原理如图。,3.触摸延时开关,电子开关,控制电路,电子电路设计与制作,本电
2、路安装在家里的台灯上具有触摸自熄灭的功能，在过道或家里的卧室中，只要用手摸下台灯上的金属装饰，台灯就会自动点亮，几分钟后，它自动熄灭，对夜间照明提供了方便。,机械式,电子式,电子电路设计与制作,知识点：1、电子开关电路特点？2、触摸延时电路？3、单、双向可控硅原理及检测？4、整流稳压电路？,电子电路设计与制作,在闭合SA 时，台灯点亮，不受延时控制电路的控制。当断开SA 时，如果触摸到电极片M 时，通过R2 将使得IC NE555 集成电路的2 脚的低电平触发端，3 脚翻转为高电平，触发VS 导通，台灯被点亮。此时，C3 开始充电，当充电结束后，6 脚变为高电平，3 脚翻转为低电平，VS 由于
3、失去触发电流而处于截至状态，台灯熄灭。,电路工作原理,电子电路设计与制作,4. 光控开关（组合体）,光控制照明节电开关控制的照明灯为交流220V, 60W白炽灯。该开关要求在白天或光线较亮时呈关闭状态, 灯不亮；夜间或光线较暗时, 呈预备工作状态, 灯也不亮; 延时4050 s后开关自动关闭, 灯灭。,电子电路设计与制作,光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无。,5 光电开关（位置开关）,槽式光电开关,光纤式光电开关,光纤式光电开关采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，以实现被检测物体不在相近区域的检测,槽式光电开关通
4、常是标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴 。,电子电路设计与制作,6 光电耦合器,光电耦合器就是我们所说的光耦，它的原理是通过发光二极管照射三极管从而使得三极管导通和关断，通过调节二极管电压大小调节发光强度，从而使流过三极管的电流变化，常常用光耦是来反馈用。,电子电路设计与制作,7 光电继电器,光电继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。,光电继电器可以接大功率负载，例如灯泡、电机等。而
5、光电耦合器多用在线路板上的信号隔离，主要是为了滤除干扰信号，还有就是输入输出端口的阻抗变换。光耦+放大电路+继电器（功率管、可控硅）=光电继电器。可见光耦是光电继电器的一部分。,电子电路设计与制作,8 霍尔开关（磁电转换）,霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。霍尔开关具有无触点、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，里程表等，作为一种新型的电
6、器配件,电子电路设计与制作,电子电路设计与制作,电子电路设计与制作,电子电路设计与制作,三极管除了可以当做交流信号放大器之外，也可以作为开关用。严格说起来，三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同，但是它却具有一些机械式开关所没有的特点。,9 三极管开关,电子电路设计与制作,三极管电子开关的基本电路图。,负载电阻被直接跨接于三极管的集电极（c极）与电源之间，而位居三极管主电流的回路上,输入电压Vin则控制三极管开关的开启(open) 与闭合(closed) 动作,电子电路设计与制作,当三极管呈开启状态时，负载电流便被阻断。反之，当三极管呈闭合状态时，电流便可以流通。详细地说，当Vin为
7、低电压时，由于基极没有电流，因此集电极亦无电流，致使连接于集电极端的负载亦没有电流，而相当于开关的开启，此时三极管工作于截止(cut off)区。同理，当Vin为高电压时，由于有基极电流流动，因此使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管工作于于饱和区(saturation)。,电子电路设计与制作,一、三极管开关电路的分析设计,由于对硅三极管而言，其基射极接通的正向偏压值约为0.6伏特，因此欲使三极管截止，Vin必须低于0.6伏特，以使三极管的基极电流为零。通常在设计时，为了令三极管必定处于截止状态，往往使Vin值低于 0.3伏特。当然输入电压愈接近零伏特
8、便愈能保证三极管开关必处于截止状态。,1、开关（关）,电子电路设计与制作,欲将电流传送到负载上，则三极管的集电极与射极必须短路，就像机械开关的闭合动作一样。因此必须使Vin达到足够高的电位，以驱动三极管进入饱和工作区工作。三极管呈饱和状态时，集电极电流相当大，几乎使得整个电源电压Vcc均跨在负载电阻上，如此则Vce便接近于0，而使三极管的集电极和射极几乎呈短路。在理想状况下，根据欧姆定律，三极管呈饱和时，其集电极电流应该为,2、开关（开）,电子电路设计与制作,因此，基极电流最少应为：,由于基极回路只是一个电阻和基射极接面的串联电路，故Vin可由下式来求解,一旦基极电压超过或等于(式2) 式所求
9、得的数值，三极管便导通，使全部的供应电压均跨在负载电阻上，而完成了开关的闭合动作。,方程式(1),方程式(2),电子电路设计与制作,解由2式可知，在饱和状态下，所有的供电电压完全跨降于负载电阻上，因此,由方程式(1) 可知,因此输入电压可由下式求得,例题1 试解释右图的开关电路中，欲使开关闭合(三极管饱和) 所须的输入电压为何并解释出此时之负载电流与基极电流值,电子电路设计与制作,由例题1得知，欲利用三极管开关来控制大到1.5A的负载电流之启闭动作，只须要利用甚小的控制电压和电流即可。此外，三极管虽然流过大电流，却不须要装上散热片，因为当负载电流流过时，三极管呈饱和状态，其UCE趋近于零，所以
10、其电流和电压相乘的功率之非常小，根本不须要散热片。,小 结,电子电路设计与制作,二、三极管开关与机械式开关的比较,三极管开关和传统的机械式开关相较，具有下列四大优点,（2）三极管开关的动作速度较一般的开关为快，一般开关的启闭时间是以毫秒 (ms)来计算的，三极管开关则以微秒(s)计。,（1）三极管开关不具有活动接点部份，因此不致有磨损之虑，可以使用无限多次，一般的机械式开关，由于接点磨损，顶多只能使用数百万次左右，而且其接点易受污损而影响工作，因此无法在脏乱的环境下运作，三极管开关既无接点又是密封的，因此无此顾虑。,电子电路设计与制作,（4）利用三极管开关来驱动电感性负载时，在开关开启的瞬间，
11、不致有火花产生。反之，当机械式开关开启时，由于瞬间切断了电感性负载上的电流，因此电感之瞬间感应电压，将在接点上引起弧光，这种电弧非但会侵蚀接点的表面，亦可能造成干扰或危害,（3）三极管开关没有跃动(bounce) 现象。一般的机械式开关在导通的瞬间会有快速的连续启闭动作，然后才能逐渐达到稳定状态。,电子电路设计与制作,三极管开关无法模拟机械式开关的等效电路(如图 (b)所示)来工作，这是三极管开关的一大缺点。,电子电路设计与制作,三极管开关虽然不适用于串接方式，却可以完美的适用于并接的工作方式,电子电路设计与制作,三、基本三极管开关之改进电路,有时候，我们所设定的低电压准位未必就能使三极管开关
12、截止，尤其当输入准位接近0.6伏特的时候更是如此。想要克服这种临界状况，就必须采取修正步骤，以保证三极管必能截止。下图就是针对这种状况所设计的两种常见之改良电路 。,电子电路设计与制作,在要求快速切换动作的应用中，必须加快三极管开关的切换速度。当Vin由零电压往上升并开始送电流至基极时，电容器由于无法瞬间充电，故形同短路，然而此时却有瞬间的大电流由电容器流向基极，因此也就加快了开关导通的速度。稍后，待充电完毕后，电容就形同开路，而不影响三极管的正常工作。,加速电容器(speed-up capacitors),电子电路设计与制作,图腾式开关(Totem-pole switches),图腾式电路是
13、将一只三极管直接迭接于另一三极管之上所构成的，它也因此而得名。,挽起(pull up) 三极管,拉下(pull down) 三极管,电子电路设计与制作,四、开关电路的应用,晶体管开关最常见的应用之一，是用以驱动指示灯，利用指示灯可以指示电路某特定点的动作状况，亦可以指示马达的控制器是否被激励，此外亦可以指示某一限制开关是否导通或是某一数字电路是否处于高电位状态。,电子电路设计与制作,1.电子开关来控制电动机,电子电路设计与制作,2.自动灭火的热量自动控制电路,电子电路设计与制作,3.自动停车的磁力自动控制电路,电子电路设计与制作,4.光电自动控制电路,电子电路设计与制作,5.水位自动控制电路如
14、图,电子电路设计与制作,6.下偏置水自动控制电路,电子电路设计与制作,7.13001是复合管，直接就能驱动继电器。,继电器K 、C 、J都选用24v中间继电器，K完成过流停止，C、J分别完成车库的开门和关门。ST是人工停止。SQ、SB分别是开门和关门启动。,电子电路设计与制作,五、课题一：三极管构成 开关电路,课 题 目 的,1了解三极管开关电路的一般形式,2熟悉三极管的开关特性,电子电路设计与制作,电路工作原理,+,-,5v,12V,电子电路设计与制作,安 装 和 调 试,1先给三极管集电极和提供12电压，通过滑动电阻器RP给基极直流偏置电流，并将RP跳到最小端，三极管处于截止状态，灯不亮。
15、,2调节RP，使灯慢慢变亮，直到达到全亮，测试饱和导通电压。,3测试饱和导通电压，要通过测试灯两端电压来确定。开始灯两端电压为零，随RP慢慢变大，灯两端电压也在上升，直到再调RP,灯两端电压不变时对应的Vb和Vc.,电子电路设计与制作,电路改进,将灯泡去掉，改换成直流接触器线圈，通过接触器的触点接通灯电路，使用另外12V供电，体会用小电流去控制大电流的原理。,12V,+,-,12v,电子电路设计与制作,说 做 法 应用,六、课题二：光控开关和报警电路,1实验目的,2基础知识,3电路及工作原理,4元件和器件,5安装调试,1了解（光热）控开关电路的一般形式,2熟悉光敏电阻的性能和作用,3熟悉三极管
16、的开关特性,4了解音乐集成电路的使用方法,说 做 法 应用,课 题 目 的,1基本光热电转换,2光（暗）动开关电路的一般组成形式,说 做 法 应用,基 础 知 识,说 做 法 应用,VT1截止时发声,电路工作原理,说 做 法 应用,+,音乐芯片（一个三极管和一个喇叭）,三极管9013,光敏电阻,元 件 和 器 件,1先给音乐芯片提供1.5V电压，将M极触及电源端，以是否发生判断音乐芯片的好坏。,2按图组装电路 ，调节RP，使音乐芯片在自然阳光照下发生。,3遮挡光敏电阻，调节RP，若音乐芯片在无光照下仍发声，重新调节RP，使声音停止。(必要时，需反复调节）,说 做 法 应用,安 装 和 调 试,THE END!,Thank You！,咨询电话：13791953358,
