【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 率電源中，而后一種濾波電路多用于較大功率電源中（而且當(dāng)電流很大時(shí)，僅用一電感器與負(fù)載串聯(lián)）。 電容濾波電路 本設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電容濾波電路， 它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：輸出電壓提高、脈動(dòng)成分減小、二極管導(dǎo)通時(shí)間大大減少， 電路如圖 31。 圖 31 單相橋式整流電容濾波電 路 電路基本工作原理： 設(shè)電容 C上初始電壓為零。接通電源時(shí) U2 由零逐漸增大，二極管 D D3， 正偏導(dǎo)通，此時(shí) U2 經(jīng)二極管 D D3 向負(fù)載 RL 提供 電流同時(shí)向電容 C 充電，因充電時(shí)間常數(shù) 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 11 頁(yè) 共 31頁(yè) 很小，電容 C 上電壓很快達(dá)到 U2 的峰值，即 Uc= 2 U2。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 達(dá)到最大值以后，按正弦規(guī)律下降，當(dāng) U2UC 時(shí)， D D3的正極點(diǎn)位低于負(fù)極電位，所以 DD3截止，電容只能通過(guò)負(fù)載 RLC 放電，放電時(shí)間 T放 =RLC，放電時(shí)間常數(shù)越大，放電就越慢， U0 的波形就就越平滑。在 U2的負(fù)半周，二極管 D D4 正偏導(dǎo)通， U2通過(guò) DD4向電容 C充電，使電容 C 上電壓很快達(dá)到 U2 的峰值，過(guò)了該時(shí)刻以后， D D4因正極電位低于負(fù)極電位而截至，電容又通過(guò)負(fù)載 RL 放電，如此周而復(fù)始，就可以在負(fù)載上得到的是脈動(dòng)成分大大減小的直流電壓。 主要性能指標(biāo) U0 和負(fù)載電流的估算 當(dāng)濾波電容較大時(shí)，一般按照 經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算輸出直流電壓 U0錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 20 UU ? （ 31） 負(fù)載電流 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 LRUI / 20 ? （ 32） 在單相橋式整流濾波時(shí)，輸出直流電壓 U0 約等為 U2。需要 注意的是，在上述輸出電壓的估算中都沒(méi)有考慮二極管的導(dǎo)通壓降和變壓器副邊繞組的直流電阻，在設(shè)計(jì)直流電源時(shí)，當(dāng)輸出電壓較低時(shí)（ 10V 以下）時(shí)，應(yīng)該把上述因素考慮進(jìn)去，否則實(shí)際測(cè)量結(jié)果與理論設(shè)計(jì)差別較大，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在輸出電壓較低時(shí)，按照上述的公式的計(jì)算結(jié)果在減去 2V（二極管的壓降和變壓器繞組的直流壓降之和）可以得到與實(shí)際測(cè)量相符的結(jié)果。 在負(fù)載 RL 一定的條件下，電容 C 越大，濾波效果越好，電容量的值經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)可按下公式選擇： 錯(cuò)誤 ! 未 找 到 引 用 源 。 (T 為 交 流 電 壓 周 期 ) （ 33） 電容器的額定耐壓值： 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 12 頁(yè) 共 31頁(yè) 22UUC ? （ 34） 濾波電容器型號(hào)選定應(yīng)查閱有關(guān)器件手冊(cè)，并取電容的系列標(biāo)稱值。由于變壓器的輸出電壓波動(dòng)會(huì)很大，所以選擇容量較大的 330uf 的鋁電解電容，額定耐壓值為 1000V。 穩(wěn)壓電路 由 于輸入電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度、電路參數(shù)等的不穩(wěn)定性，往往電路因?yàn)檫@樣而不能正常的工作，為了使電路正常工作就需要穩(wěn)壓電路為電路提供一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓，此次設(shè)計(jì)所采用的穩(wěn)壓電路核心元件為穩(wěn)壓二極管。 穩(wěn)壓二極管 圖 41 二極管穩(wěn)壓電路 根據(jù)穩(wěn)壓二極管的特性可以在 U端得到穩(wěn)定的電壓，即是穩(wěn)壓二極管的反向擊穿電壓，這樣即可作為電路的中的穩(wěn)壓器使用。 穩(wěn)壓二極管的選擇 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路和激發(fā)電路主要的供電要求為 12V，根據(jù)晶體管手冊(cè)和晶體管的特性可以得出二極管應(yīng)選擇 1N4742，最大工 作電流為 76mA，最大耗損功率 1W，反向擊穿電壓 12V。 顯示電路 在現(xiàn)實(shí)生活中，為了更加直觀的表示電器、電路的各種使用狀態(tài)，人們往往會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)顯示電路來(lái)表示各種狀態(tài)，顯示電路的主要器件可采 用 LED、 LCD 等等。 本設(shè)計(jì)所選用的顯示電路主要是由四個(gè)發(fā)光二極管（ LED）組成。 發(fā)光二極管的核 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 13 頁(yè) 共 31頁(yè) 心部分是由 P型半導(dǎo)體 和 N型半導(dǎo)體組成的晶片，在 P型半導(dǎo)體和 N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層 ，稱為 PN 結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的 PN 結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。 PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用 注入式電致發(fā)光 原理制作的二極管 就叫 做 發(fā)光二極管，通稱 LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從 LED 陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的 強(qiáng)弱與電流有關(guān) 。如圖 51，此電路用以顯示電路的各種狀態(tài)。 圖 51 發(fā)光二極管顯示電路 電路基本工作原理： LED LED LED3 正端分別為穩(wěn)定的 12V 輸入，其中 LED LED4負(fù)端接地（即有電壓 LED 就亮）， LED LED2 負(fù)端分別由兩個(gè)比較器輸入高電平或者低電平。由于市電的正常狀態(tài)、過(guò)壓狀態(tài)、欠壓狀態(tài)時(shí)的比較器 U1D、 U1B 的輸出不同，當(dāng)為高電平時(shí)， LED LED2 不亮，當(dāng)為低電平時(shí)， LED LED2 亮，由此可以顯示正常過(guò)壓、欠壓兩種不同的狀態(tài)。 LED4 左端為 555定時(shí)器輸出的高低電 平，右端接地，當(dāng)定時(shí)器輸出為高電平時(shí) LED4 亮，當(dāng)定時(shí)器輸出為低電平時(shí) LED4 不亮，由此可以表示 555定時(shí)器的輸出狀態(tài)，如圖 51。 觸發(fā)電路 觸發(fā)電路的核心組成部分是一個(gè) 555 定時(shí)器，下面主要介紹 555 定時(shí)器。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 14 頁(yè) 共 31頁(yè) 555 定時(shí)電路 555 集成電路內(nèi)部有幾十個(gè)元器件，有分壓器、比較器基本 RS觸發(fā)器、放電管以及緩沖器等，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體 ， 它可以很方便地構(gòu)成各種脈沖電路，如多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等，應(yīng)用極廣。 555 的組成及功能 如圖 61所示， 555 定時(shí)器的內(nèi)部組成 ： 圖 61 555電路組成框圖 （ 1）電阻分壓器 由三個(gè) 5KΩ的電阻 R組成，為電壓比較器 C1和 C2 提供基準(zhǔn)電壓。 （ 2）電壓比較器，由 C1 和 C2組成，當(dāng)控制電壓輸入端 CO懸空時(shí)， C1 和 C2的基準(zhǔn)電壓分別為 Vcc31 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 Vcc32 。 C1的反向輸入端 TH 稱為 555 定時(shí)器的高觸發(fā)端。 C2 的 同相輸入端 TR 錯(cuò)誤 !未找到 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 15 頁(yè) 共 31頁(yè) 引用源。 稱為 555 定時(shí)器的低觸發(fā)端 （ 3）基本 RS觸發(fā) 器 我們也可以把 555電路等效成一個(gè)帶放電開(kāi)關(guān)的 RS觸發(fā)器 基本 RS 觸發(fā)器由兩個(gè)與非門(mén) G1 和 G2 構(gòu)成。比較器 C1的輸出作為置 0輸入端，若C1輸出為 0，則 OUT=0；比較器 C2 的輸出作為置 1 輸入端，若 C2 輸出為 0，則 OUT=1。 R 是定時(shí)器的復(fù)位輸入端，當(dāng) R =0 時(shí)，定時(shí)器的輸出端 OUT為 0。正常工作時(shí)，必須使 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為高電平。 （ 4）放電管 VT VT是集電極開(kāi)路的三極管， VT的集電極作為定時(shí)器的引出端 D。 （ 5）緩沖器 緩沖器由點(diǎn) G3 和 G4 構(gòu)成，用于提高電路的負(fù)載能力。 555 定時(shí)器的工作原理比較簡(jiǎn)單。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為置 0 輸入端，當(dāng) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)定時(shí)器輸出 OUT 為0；當(dāng) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 等于 1時(shí)， 555 定時(shí)器有以下功能： （ 1）當(dāng)高觸發(fā)端 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，且低觸發(fā)端 VccTR 32? 時(shí)，比較器 C1輸出為低電平； C1 輸出的低電平將 RS 觸發(fā)器置為 0 狀態(tài)，即 Q=0 ，使得定時(shí)器 輸出 OUT 為0，同時(shí)放電管 VT導(dǎo)通。 （ 2）當(dāng)?shù)陀|發(fā)端 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，且高觸發(fā)端 VccTH 32? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。時(shí)，比較器 C2 輸出為低電平， C2 輸出的低電平將 RS 觸發(fā)器置為 1狀態(tài)，即 Q=1，使得定時(shí)器的輸出 OUT為 1，同時(shí)放電管 VT 截止。 （ 3）當(dāng)高觸發(fā)端 VccTH 32? ，且低觸發(fā)端 VccTR 31? ，定時(shí)器的輸出 OUT 和放電管VT的 狀態(tài)保持不變。 根據(jù)以上分析可以得出 555定時(shí)器的功能表，如表 51： 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 16 頁(yè) 共 31頁(yè) 表 51 555定時(shí)器功能表 輸入 輸出 TH TR R OUT VT 0 0 導(dǎo)通 Vcc32? Vcc31? 1 0 導(dǎo)通 Vcc32? Vcc31? 1 不變 不變 Vcc32? Vcc31? 1 1 截止 由 555 組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 如圖 34所示 ： 圖 34 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 555 定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理如下： 由 555 定時(shí)器和外接定時(shí)元件 R、 C 構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。穩(wěn)態(tài)時(shí) 555 電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開(kāi)關(guān)管 T導(dǎo)通，輸出端 OUT 輸出低電平，當(dāng)有一個(gè)外部負(fù)脈沖 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 17 頁(yè) 共 31頁(yè) 觸發(fā)信號(hào)加到 Vi端。并使 4 端電位瞬時(shí)低于 Vcc31，低電平比較器動(dòng)作，單穩(wěn)態(tài)電路即開(kāi)始一個(gè)穩(wěn)態(tài)過(guò)程，電容 C開(kāi)始充電， Vc 按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。當(dāng)充電到 Vcc32時(shí)，高電平比較器動(dòng)作，比較器 C1 翻轉(zhuǎn)，輸出 Vo 從高電平返回低電平，放電開(kāi)關(guān)管 VT 重新導(dǎo)通，電容 C上的電荷很快經(jīng)放電開(kāi)關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)定，為下個(gè)觸發(fā)脈沖的來(lái)到作好準(zhǔn)備。波形圖見(jiàn)圖 35。 圖 35 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖 暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間 Tw（即為延時(shí)時(shí)間）決定于外接元件 R、 C 的大小。 Tw= 通過(guò)改變 R、 C 的大小，可使延時(shí)時(shí)間在幾個(gè)微秒和幾十分鐘之間變化。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計(jì)時(shí)器 時(shí)，可直接驅(qū)動(dòng)小型繼電器，并可采用復(fù)位端接地的方法來(lái)終止暫態(tài)，重新計(jì)時(shí)。此外需用一個(gè)續(xù)流二極管與繼電器線圈并接，以防繼電器線圈反電勢(shì) 。 此時(shí)作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，當(dāng)觸發(fā)脈沖 Vi 下降沿到來(lái)時(shí)，由于 VccTRI 31? ，而 THR=0，由功能表可知，輸出端 OUT為 1，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，放電管 VT 截止，通過(guò) R對(duì) C充電，VccTHR 32? 時(shí)，輸出端 OUT 為 0，電路自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)，此時(shí)放電管導(dǎo)通，放電管 VT 放電，讓電路迅速恢復(fù)到初始狀態(tài)。 可以根據(jù)以上原理，構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 及延時(shí)保護(hù)，用于此電路的觸發(fā)與延時(shí)。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 18 頁(yè) 共 31頁(yè) 控制開(kāi)關(guān) 本設(shè)計(jì)中的控制開(kāi)關(guān)為繼電器中的電磁繼電器。 電磁繼電器一般由 電磁鐵 、 銜鐵 、彈簧片 、 觸點(diǎn)等組成的，其工作 是用 較小的電流 、 較低的電壓去控制較大電流 。 較高的電壓的一種 “ 自動(dòng)開(kāi)關(guān) ” 。 電磁繼電器由低壓 和高壓工作電路兩部分構(gòu)成。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉