【文章內容簡介】 無源停電報警器 9 第三章 電路集成塊和集 成芯片基本功能介紹 本章主要介紹無源停電報警器電路所用到的集成塊，下面的小結就是對它們的外部、內部結構、所能實現(xiàn)的功能原理進行相關分析。集成塊有： 2 輸入端四與非門 CD4011集成電路 和 4N25 型光電耦合器 。 二輸入端四與非門 CD4011 集成電路 CD4011 為二輸入正向邏輯與非門。 CD4011 提供了 14引線 多層陶瓷雙列直插（ D）、塑料雙列直插（ P）和陶瓷片載體（ C）等封裝。 1. 電路結構 (1) CD4011 的內部 結構圖和管腳排列圖 內部結構圖 管腳排列圖 圖 31 CD4011 內外結構圖 (2) 組成 CD4011 集成電路 有四個與非門集成，即單獨的 4個與非門。引腳 引腳 2是與非門的輸入端，引腳 3是輸出端；引腳 引腳 6是與非門的輸入端，引腳 4是輸出端；引腳 引腳 9是與非門的輸入端，引腳 10是輸出端；引腳 1引腳 13 是與非門的輸無源停電報警器 10 入端，引腳 11是輸出端。關于邏輯門中的與非門是經常被應用的，是較為基礎的邏輯門。 表 31與非門 邏輯真 值表 與非門的特殊作用： 與非門的輸出端串接上由電容 C 和電阻 R 組成的反饋網絡，把輸出信號通過反饋網絡反饋到與非門的輸入端，這樣可以形成自激 振蕩，組成振蕩器應用與此電路。 (3) TTL 與非門 圖為五管 TTL與非門典型電路圖。它可以分為三部分： 輸入極、中間極（放大區(qū)）、輸出極三部分 圖 32 TTL 與非門電路圖 a: 輸入級：它由多發(fā)射極晶體管 T1和基極電組 R1組成 ,它實現(xiàn)了輸入變量 A、 B、 C的與運算。 b: 中間級：中間級由 T R2和 R3組成，是一個倒相器，從 T2的集電極 C2和發(fā)射極E2上可以分別獲得兩個相位相反的電壓信號，用以供給輸出級使用。 A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 無源停電報警器 11 c: 輸出級：它 是由 T T T6和電組 R R5組成。其中 T T4二管構成復合管，由于復合管 T T4的基極信號為 C2， 光電耦合器 4N25 光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。 在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而 產生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉換。 1. 芯片 結構 (1) 4N25 內部 結構圖和管腳排列圖 內部結構圖 外部引腳圖 圖 33 4N25 光電耦合器內外結構圖 內部是一個發(fā)光二極管與光敏三極管的組合封裝而成，外部為六引腳的集成電路。 它采用雙列直插式 6腳塑封包裝，其中 6腳為空腳，只用其 2和 5四腳，其中 4腳為接地腳（ GND）。 (2)組成 光電耦合器的主要結構是把發(fā)光器件和光接收器件組裝在一個密閉的管殼內，然后無源停電報警器 12 利用發(fā)光器件的管腳作輸入端，而把光接收器的管腳作為輸出端。當在輸入端加電信號時，發(fā)光器件發(fā)光。這樣，光接收器件由于光敏效應而在光照后產生光電流并由輸出端輸出。從而實現(xiàn)了以 “光 ”為媒介的電信號傳輸，而器件的輸入和輸出兩端在電氣上是絕緣的。 ① 發(fā)光二極管 發(fā)光二極管 即 LED 是應用相當廣泛的元件， 在電子制作方面經 常被用到， 發(fā)光二極管也與普通二極管一樣由 PN 結構成，也具有單向導電性。 由于本身 有可點亮這一特性，常常作為指示燈。 圖 34 發(fā)光二極管實物、電路符號 從 圖 a)外觀上看發(fā)光二極管有兩個引腳，一長一短，長引腳接正極，短引腳接負極 。圖 b)是等效成理想情況下 發(fā)光情景， 在實際使用中一定要串接限流電阻 。 a. LED 發(fā)光原理： 發(fā)光二極管是由 Ⅲ Ⅳ 族化合物，如 GaAs（砷化鎵）、 GaP（磷化鎵）、 GaAsP（磷砷化鎵）等半導體制成的，其核心是 PN 結。因此它具有一般 PN結的特性，即正向導通，反向截止、擊穿特 性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由 N 區(qū)注入 P 區(qū)，空穴由 P 區(qū)注入 N 區(qū) ， 進入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復合而發(fā)光 。 b. LED 的特性參數(shù)： （ 1）允許功耗 :允許加于 LED 兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值， LED 發(fā)熱、損壞 。 （ 2）最大正向直流電流：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管 。 （ 3）最大反向電壓：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。（ 4）工作環(huán)境 :發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。 無源停電報警器 13 ② 光敏三極管 光敏三極管和普通三極管相似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同時也受光輻射的控制。 通?；鶚O不引出 。它通常和發(fā)光二極管一起使用，構成光電耦合元器件，如 4N2 4N2 4N2 4N28 等。 圖 35 光敏三極管原理圖 光 敏 三極管也是靠光的照射量來控制電流的器件。它可等效看作一個光電二極管與一只晶體三極管的結合，所以它具有放大作用。其最常用的材料是硅，一般僅引出集電極和發(fā)射極，其外形與發(fā)光二極管一樣 。 光敏三極管和普通三極管的結構相類似。不同之 處是光敏三極管必須有一個對光敏感的 PN 結作為感光面，一般用集電結作為受光結，因此，光敏 三 極管實質上是一種相當于在基極和集電極之間接有光敏二極管的普通三 極管 。 當具有光敏特性的 PN 結受到光輻射時，形成光電流，由此產生的光生電流由基極進入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個放大了相當于 β倍的信號 對于一個集成芯片，他一般有很多引腳，而這些引腳的排列必須是有順序的。對于常見的雙列直插，我們讓芯片正面的小點或小空放置在自己的左方，那么這是芯片左下方第一引腳就是順序上的第一引腳 ， 然后逆時針依 次讀出引腳位數(shù)。 無源停電報警器 14 第四章 元器件選擇及其分析介紹 本章主要介紹無源停電報警器電路所用到的一般元器件，具體包括：電 容、電阻 、二極管、揚聲器，下面的小節(jié)就是對它們的逐一介紹。 電容 電容器是一種儲能元件，在電路中用于調諧、濾波、耦合、旁路、能量轉換和延時。電容器通常叫做電容。 本電路我們選用的是電解電容和元片電容 ，它們分別用于濾波、存儲電荷、耦合等。 電容的選用 （ 1） 選用常識 電容在電路中實際要承受的電壓不能超過它的耐壓值。在濾波電路中，電容的耐壓值不要小于交流有效值的