【文章內容簡介】 。輸出平均電壓為： 0 2 201 2 22 s in 0 . 9LV V w td w t V V???? ? ? ?? 流過負載的平均電流為： 222 2 L LLVVI RR??? 流過二極管的平均電流為： 222 0 .4 52LDLLI V VI RR?? ? ? 二極管所承受的最大反向電壓 ： 22RMAXVV? 18 流過負載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析，此時諧波分 量中的二次諧波幅度最大。脈動系數(shù) S 定義為二次諧波的幅值與平均值的比值 。 224 2 2 2 2/ 0 .6 733VVS ??? ? ? （ 3）單相橋式整流電路的負載特性曲線 單相橋式整流電路的負載特性曲線是指輸出電壓與負載電流之間的關系 ? ?00V f I? 圖 單相橋式整流電路負載特性曲線 曲線的斜率代表了整流電路的內阻。 濾波電路 濾波電路是利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。電容器 C 對直流開路，對交流阻抗小，所以 C 應該并聯(lián)在負載兩端。輸入經過濾波電路后，既可保留直流分量，又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質量。 現(xiàn)以單相橋式整流電容濾波電路為例簡單介紹電容濾波的工作原理。電容濾波電路如圖所示，在負載電阻上并聯(lián)了一個濾波電容 C。 圖 電容濾波電路 19 （ 1）濾波原理 若 v2處于正半周，二極管 D D3導通，變壓器次端電壓 v2給電容器 C充電。此時 C相當于并聯(lián)在 v2上，所以輸出波形同 v2 ，是正弦波。 當 v2到達 ?t=?/2 時，開始下降。先假設二極管關斷，電容 C 就要以指數(shù)規(guī)律向負載 Ｒ L放電。指數(shù)放電起始點的放電速率很大。 在剛過 ?t=?/2 時，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過 ?t=?/2 時二極管仍然導通。在超過 ?t=?/2 后的某個點，正弦曲線下降的速率越來越快，當剛超過指數(shù)曲線起始放電速率時，二極管關斷 。所以在 t2到 t3時刻，二極管導電， Ｃ 充電， Vi=Vo按正弦規(guī)律變化； t1到 t2時刻二極管關斷， Vi=Vo按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為 RLC。電容濾波過程見圖。 需要指出的是，當放電時間常數(shù) RLC 增加時， t1點要右移， t2點要左移，二極管關斷時間加長，導通角減小；反之， RLC減少時，導通角增加。顯然。當 Ｒ L很小，即 IL很大時 ，電容濾波的效果不好，見圖 濾波曲線中的 2。反之，當 Ｒ L很大，即 IL很小時，盡管 C較小 , RLC仍很大 ,電容濾波的效果也很好，見濾波曲線中的 3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。 圖 電容濾波的效果 有 Ｃ 無 Ｒ L即空載，此時設空載時電容兩端的初始電壓Ｖ c為零。接入交流電源后，當 v2處于正半周，二極管 D D3導通，變壓器次端電壓 v2給電容器 C充電。圖 電容濾波電路波形 20 當 v2處于負半周，二極管 2D 、 4D 導通，變壓器次端電壓 v2給電容器 C 充電。由于充電回路等效電阻很小，所以充電很快，電容 C 迅速被沖到交流電壓 2V 的峰值。當 2V 過了峰點之迅速下降，電容電壓 Ｖ c 仍為 22V ，因此二極管承受反壓而截至，電容 C無放電回路不可能放電，故輸出電壓恒為 22V 。 (2)電容濾波電路參數(shù)的計算 紋波電壓（脈動成分）降低了，而且紋波電壓與放電時間常數(shù)有關。當 LR??（負載開路）時，濾波效果最佳，紋波電壓為 0。 LRC 越小，放電速率越快，紋波電壓越大。為了得到平滑的直流電壓，一般選擇有極性的大電解電容，并?。? ( 3 ~ 5 ) 2L TRC? ?? 式中 T為輸入交流電壓的周期 二極管的導電角 度 ? 縮短了， 0180?? ，且時間常數(shù) LRC 越大，導電角 ? 越小。電流的有效值和平均值的關系與波形有關，在平均值相同的情況下，波形越尖，有效值越大。變壓器副邊電流有效值 2I 與 0I 負載電流平均值 一般按下式計算： 2 ( ~ 2) LII? (3)外特性 整流 濾波電路中，輸出直流電壓 VO隨負載電流 IO的變化關系曲線如圖所示。 圖 電容濾波外特性曲線 21 我們可以看出輸出直流電壓提高了，而且輸出直流電壓 隨負載電流 的增加而減少。當 C一定， LR?? （負載開路）時，輸出電壓最大為 22V 。當 C＝ 0時，輸出電壓最小為 。因此，對于不同的 C 值，又不同的輸出電壓 0V ，對于單相橋式整流電容濾波電路當滿足的關系，并且整流電路的內阻不太大時， 0V與 2V 的關系約為 ? ?021 .1 ~ 1 .2VV? 總之，電容濾波電路簡單，負載直流電壓較高，紋波也較小。但輸出特性較差，即隨著 0I 的增加，輸出電壓 0V 下降很快，故適用于負載電壓較高，負載變化不太大的場合。 穩(wěn)壓電路 圖 R11由輸出電流檔次決定， R12由輸出電壓檔次決定 電路如圖所示，三端式穩(wěn)壓器由啟動電路、基準電壓電路、取樣比較放大電路、調整電路和保護電路等部分組成。下面對各部分電路作簡單介紹。 22 （ 1）啟動電路 在集成穩(wěn)壓器中，常常采用許多恒流源，當輸入電壓 V1接通后，這些恒流源難以自行導通，以致輸出電壓較難建立。因此，必須用啟動電路給恒流源的 BJT T T5提供基極電流。啟動電路由 T T DZ1組成。當輸入電壓 V1高于穩(wěn)壓管 DZ1的穩(wěn)定電壓時，有電流通過 T T2，使 T3基極電位上升而導通，同時恒流源 TT5也工作。 T4的集電極電流通過 DZ2以建立起正常工作電壓，當 DZ2達到和 DZ1相等的穩(wěn)壓值，整個電路進入正常工作狀態(tài)，電路啟動完畢。與此同時， T2因發(fā)射結電壓為零而截止，切斷了啟動電路與放大電路的聯(lián)系，從而保證 T2左邊出現(xiàn)的紋波與噪聲不致影響基準電壓源。 （ 2）基準電壓電路 基準電壓電路由 T DZ T R R3及 D D2組成，電路中的基準電壓 為 式中 VZ2為 DZ2的穩(wěn)定電壓， VBE為 T D D2發(fā)射結（ D D2為由發(fā)射結構成的二極管）的正向電壓值。在電路設計和工藝上使具有正溫度系數(shù)的 R R DZ2與具有負溫度系數(shù)的 T D D2發(fā)射結互相補 償，可使基準電壓 VREF基本上不隨溫度變化。同時，對穩(wěn)壓管 DZ2采用恒流源供電，從而保證基準電壓不受輸入電壓波動的影響。 （ 3）取樣比較放大電路和調整電路 這部分電路由 T4～ T11組成，其中 T T11組成復合調整管； R1 R13組成取樣電路； T T8和 T6組成帶恒流源的差分式放大電路； T T5組成的電流源作為它的有源負載。 T R9的作用說明如下：如果沒有 T R9，恒流源管 T5的電流 IC5=IC8+IB10，當調整管滿載時 IB10最大，而 IC8最??；而當負載開路時 IO=0， IB10也趨于零，這 時IC5幾乎全部流入 T8，使得 IC8的變化范圍大，這對比較放大電路來說是不允許的，為此接入由 T R9級成的緩沖電路。當 IO減小時， IB10減小， IC8增大，待 IC8增大到 時，則 T9導通起分流作用。這樣就減 輕了 T8的過多負擔，使 IC8的變化范圍縮小。 23 （ 4）保護電路 減流式保護電路 減流式保護電路由 T1 R1 R1 R14和 DZ DZ4組成， R11為檢流電阻。保護的目的主要是使調整管（主要是 T11）能在安全區(qū)以內工作，特別要注意使它的功耗不超過額定值 PCM。首先考慮一種簡單的情況。假設圖 1 中的 DZ DZ4和 R14不存在， R15兩端短路。這時，如果穩(wěn)壓電路工作正常，即 PCPCM并且輸出電流 IO在額定值以內，流過 R11的電流使 =IOR11， T12截止。當輸出電流急劇增加，例如輸出端短路時，輸出電流超過極限值（ IO(CL)=PCM/VI=）時，即當 時，使 T12管導通。由于它的分流作用，減小了 T10的基極電流，從而限制了輸出電流。這種簡單限流保護電路的不足之處是只能將輸出電流限制在額定值以內。由于調整管的耗散功率 PCM=ICVCE，只有既考慮通過它的電流和它的管壓降 VCE值，又使 PCPCM，才能全面地進行保護。圖 1中 DZ DZ4和 R1 R15所構成的支路就是為實現(xiàn)上述保護目的而設 置的。電路中如果（ VI– IOR11– VO） （ VZ3+ VZ4），則 DZ DZ4擊穿，導致 T12管發(fā)射結承受正向電壓而導通。 VBE12的值為 經整理后得 顯然，（ VI – VO）越大，即調整管的 VCE值越大，則 IO越小，從而使調整管的功耗限制在允許范圍內。由于 IO的減小，故上述保護稱為減流式保護。 過熱保護電路 電路由 DZ T T14和 T13組成。在常溫時， R3上的壓降僅為 左右， T1T13是截止的，對電路工作沒有 影響。當某種原因（過載或環(huán)境溫升）使芯片溫度上升到某一極限值時， R3上的壓降隨 DZ2的工作電壓升高而升高，而 T14的發(fā)射結電壓 VBE14下降，導致 T14導通， T13也隨之導通。調整管 T10的基極電流 IB10被 T13分流，輸出電流 IO下降，從而達到過熱保護的目的。 電路中 R10的作用是給 T10管的 ICEO10和 T11管的 ICBO11一條分流通路，以改善溫度穩(wěn)定性。 值得指出的是：當出現(xiàn)故障時，上述幾種保護電路是互相關聯(lián)的。 24 第三章 紅外線發(fā)射和接收系統(tǒng) 紅外線簡介 一切物體在高于絕對零度時都會發(fā)射 熱輻射。根據(jù)波耳理論，能量輻射同原子和分子的電子由高能級向低能級躍遷有關，這些躍遷伴隨著能量的發(fā)射，從而發(fā)生輻射線。 紅外輻射是電磁波譜中的一段，具有電磁輻射的波動性和量子性雙重特征。同時具備反射，折射，干涉，衍射和偏振定律。 紅外輻射也具有光量子的特征，這種微粒我們稱為光子。紅外波長的范圍從0,761000μ m其對應的光子能量從 1,66eV1,26 10ˉ 5eV 紅外波段一般分為四部分；近紅外（ 0,76— 3），中紅外 (3— 6)，遠紅外 (6— 15)和甚遠紅外（ 15— 1000）單位為μ m 紅外輻射常被稱為熱輻射。但他并沒有特別的熱性質，而與其他的熱輻射一樣，能在其射程范圍內被物體吸收并轉換成熱。因而熱效應僅是紅外輻射被吸收的結果，而不是他的特征。 電磁輻射不是一種熱介質，而是被受體吸收后引起受體內部分子運動產生的一種熱效應 紅外輻射作為一種電磁輻射，具有波動性和量子性雙重屬性，因此，紅外輻射即遵從波動規(guī)律，又以紅外光量子的形式存在，并同樣簡稱為光子 218μ m 的波段涵蓋了遠紅外的全部波段及極小部分中紅外和甚遠紅外波段。因此我們把它稱為遠紅外線。 25 紅外線發(fā)射系統(tǒng) 紅外發(fā)射二級管由紅外輻射效率高的材料（常用砷化鎵）制成 PN 結，外加正向偏壓向 PN 結注入電流激發(fā)紅外光。光譜功率分布為中心波長 830 ～ 950nm ，半峰帶寬約 40nm 左右，它是窄帶分布。其最大的優(yōu)點是可以完全無紅暴，（采用 940 ～ 950nm 波長紅外管）或僅有微弱紅暴（紅暴為有可見紅光）和壽命長。 紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率用輻照度 μ W/m2 表示。一般來說，其紅外輻射功率與正向工作電流成正比，但在接近正向電流的最大額定值時，器件的溫度因 電流的熱耗而上升，使光發(fā)射功率下降。紅外二極管電流過小，將影響其輻射功率的發(fā)揮，但工作電流過大將影響其壽命，甚至使紅外二極管燒毀。 當電壓越過正向閾值電壓（約 左右）電流開始流動，而且是一很陡直的曲線，表明其工作電流對工作電壓十分敏感。因此要求工作電壓準確、穩(wěn)定，否則影響輻射功率的發(fā)揮及其可靠性。輻射功率隨環(huán)境溫度的升高 ( 包括其本身的發(fā)熱所產生的環(huán)境溫度升高 ) 會使其輻射功率下降。紅外燈特別是遠距離紅外燈，熱耗是設計和選擇時應注意的問題。 紅外二極管的最大輻射強度一般在光 軸的正前方，并隨輻射方向與光軸夾角的增加而減小。 本設計紅外發(fā)射二極管，其負極端接與 P1口， P1口設置為輸出狀態(tài)，當P1口為“ 0”時，發(fā)光二極管正常工作。 紅外線接收系統(tǒng) 紅外線接收二極管工作原理同發(fā)射管相似，但也有不同點。紅外接收管當接收到紅外光時導通， +5V 電源通過紅外接收管加到反相器 CC4069 的輸入端，經反