【正文】 后，最后 再 進行整體設計電路的仿真 實驗 。 1D21 N 4 0 0 7 G P1D11 N 4 0 0 7 G PQ1B D 1 3 8R31 . 0 k O h m _ 5 %R41 . 0 k O h m _ 5 %R54 9 9 O h m _ 1 %Q2B C 1 0 8 B PR74 . 7 k O h m _ 5 %R101 0 k O h m _ 5 %Q3B C 1 0 8 B PR62 0 k O h m _ 5 %C24 7 u F Q4B C 5 5 7 A PD31 N 4 0 0 7 G PR81 0 . 0 k O h m _ 1 %R94 7 0 O h m _ 5 %R112 . 4 k O h m _ 5 %D41 N 4 0 0 7 G PD51 N 4 0 0 7 G PQ5B D 1 3 8R141 . 0 O h m _ 5 %Q6B C 1 0 8 B PQ7B C 1 0 8 B PR174 7 0 O h m _ 5 %R182 0 k O h m _ 5 %C14 7 u F D11 2 V D21 2 V R191 0 . 0 k O h m _ 1 %Q8B C 5 5 7 A PD61 N 4 0 0 7 G PR201 0 k O h m _ 5 %R211 0 k O h m _ 5 %R222 . 4 k O h m _ 5 %R234 7 0 O h m _ 5 %D71 2 V D81 2 V Q9B C 1 0 8 B PR241 . 0 k O h m _ 5 %Q10B C 5 5 7 A PR251 0 k O h m _ 5 %R273 . 0 k O h m _ 5 %L E D 1L E D 2GNDGNDGNDGNDGNDVCC12VGNDR281 . 0 k O h m _ 5 %R263 . 0 k O h m _ 5 %VCC12VJ1K e y = S p a c eR161 . 0 k O h m _ 5 %R14 9 9 O h m _ 1 %R24 9 9 O h m _ 1 %R124 9 9 O h m _ 1 %R134 9 9 O h m _ 1 %R154 9 9 O h m _ 1 % 24 圖 38 礦用本安直流電源整體設計電路圖 整個設計電路的工作原理是： 輸入的 12V(也可是其他數(shù)值） 直流電源 先經(jīng)過兩級過壓過流保護電路，通過控制晶體三極管的通斷來控制電路，得到安全的直流電源，從 R R17引出的線分別接12V 的穩(wěn)壓管，然后接入燈 控開關控制電路， 工作人員可以根據(jù)等的亮滅來判斷電路的工作狀態(tài) ；輸出的直流電源經(jīng)由兩個 12V的穩(wěn)壓管并聯(lián)組成的穩(wěn)壓電路，由穩(wěn)壓管的特性可知 穩(wěn)壓管 兩端點間產(chǎn)生一固定不變的電壓 ，電壓穩(wěn)定，而輸出電壓與 12V 相近，實現(xiàn)了穩(wěn)壓效果， 得到穩(wěn)定的直流電壓最后接 1 千歐姆的負載電阻本安輸出。 （ 2） 當燈控開關 J1斷開時，晶體三極管 Q Q10均截止， 紅色發(fā)光二級管 LED2 始終處于熄滅狀態(tài)。 開關控制 電路的控制原理是：從電阻 引出的支路分別經(jīng)過12V 的穩(wěn)壓管 接到控制開關 J1 上。發(fā)光二級管因其驅(qū)動電壓低、功耗小、壽命長、可靠性高等優(yōu)點廣泛應用于顯示電路中。正向電流愈大，發(fā)光愈強。 如下圖 下圖 37 所示 為發(fā)光二級管的符號。 發(fā)光二級管的發(fā)光顏色決定于所用材料，目前只有紅、綠、黃、橙等色，可以制成各種形狀，如長方形、圓形等。由鎵（ Ga）與砷（ AS）、磷（ P）的化合物制成的二極管，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。當燈 21 控開關斷開時，不論電路是否工作，綠色發(fā)光二級管始終處于不亮狀態(tài)。 R191 0 . 0 k O h m _ 1 %Q9B C 1 0 8 B PR241 . 0 k O h m _ 5 %Q10B C 5 5 7 A PR251 0 k O h m _ 5 %R273 . 0 k O h m _ 5 %L E D 1L E D 2GNDJ10 . 5 s e c 1 s e c R263 . 0 k O h m _ 5 %VCC12V 圖 36 開關控制電路設計圖 電源指示燈綠色發(fā)光二級管一般情況下一直處于亮的狀態(tài)。其中，綠色發(fā)光二級管為電源指示燈，紅色發(fā)光二級管用來判斷電路的工作狀態(tài)，紅色發(fā)光二級管的亮滅是由燈控開關實現(xiàn)控制的。 開關控制電路的設計 由于本質(zhì)安全型電源在煤礦井下特殊的工作環(huán)境 ,必須要求絕對的安全， 而 指示燈 外在 表現(xiàn)比較明顯，工作人員可以根據(jù)指 20 示燈的亮滅來判斷電路的工作狀態(tài)。 本次設計的穩(wěn)壓電路就是利用了穩(wěn)壓管良好的穩(wěn)壓特性。只要控制反向電流不超過一定值，管子就不會因過熱而損壞。 穩(wěn)壓管的伏安特性 穩(wěn)壓二極管的伏安特性與普通二極管相類似，如圖 34 所示，正向特性為指數(shù)曲線。 D712 V D812 V GND 圖 33 穩(wěn)壓電路圖 穩(wěn)壓二極管是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管， 簡稱穩(wěn)壓管， 它的電路符號是 : 。本次設計的穩(wěn)壓電路原理比較簡單， 由于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓效果不錯，設計 采用了兩個穩(wěn)壓管并聯(lián)的方式，電路既 簡單，又實現(xiàn)了穩(wěn)壓功能。 輸入的 12V(也可是其他數(shù)值） 直流電源 經(jīng)過兩個分壓電阻 470 歐姆的 R9 和 千歐姆的 R11 組成的串聯(lián)電路直接接 17 地，根據(jù)分壓原理有： UE= （ +） *12V=， Q8 也滿足處于放大狀態(tài)的條件。當電路出現(xiàn)故障斷電時，電容放電，給電路提供電源 ，能實現(xiàn)斷電保護功能。 經(jīng)過兩個二極管的這條支路向下經(jīng)過一個 1 千歐姆的 負載分壓電阻 R14 然后接到 晶體三極管 Q6 的集電極上，從 輸入的 12V(也可是其他數(shù)值）直流電源 接入的另外一條支路經(jīng)過由兩個分壓電阻 1 千歐姆的R16和 490 歐姆的 R15 組成的串聯(lián)電路接到 晶體三極管 Q6 的的基集上，而 晶體三極管 Q6的發(fā)射極接地，電位為 ， Q6 也滿足 UBEUon（ ） ,UCEUBE，處于放大狀態(tài)。 二級保護 輸入的直流電源 （比 12V略?。?先經(jīng)過兩條并聯(lián)支路，一是由 兩個 490歐姆的電阻 組成的 負載 分壓 電路 接到晶體三極管 Q5 的發(fā)射極上 ， 經(jīng)過該條分壓支路得到的電壓比 輸入的直流電源略小一些； 二是由兩個 IN4007（最大整流電流為 1A)型號的 二級管 D D5 串聯(lián) 組成的電路 接到晶體三極管 16 Q5 的基集上 ， 由于二極管的單向?qū)щ娦?，?輸入的直流電源又遠遠大于二極管的開啟、導通電壓，所以 此時兩個二極管導通，而經(jīng)過兩個二極管的這條支路電壓基本沒什么變化。 上述是一級過壓過流保護電路的保護原理，二級過壓過流保護電路的保護原理和其類似。 從 輸入的 12V(也可是其他數(shù)值） 直流電源 接入一條支路經(jīng)一10 千歐姆的負載電阻 R10接到了 晶體三極管 Q4 的基集上，從 Q3的基集接入的 R7 出來分成了兩條路，一條接 12V 的穩(wěn)壓管，另一條支路接到了 晶體三極管 Q4 的集電極上，而根據(jù)電路圖可以看出 晶體三極管 Q4 發(fā)射極的電位是可以準確算出來的。從 R4引出的一端接到 晶體三極管 Q3的集電極上， Q3 15 的發(fā)射極接地，由于 47uf 電容 C1的作用， Q3延遲導通，當電路電源接通時，先給電容充電， C1 充電完成后， Q3 才導通。 此時根據(jù)各個點的電位可以判斷出 UBEUon（ ） ,UCEUBE,根據(jù)晶體三極管的輸出特性曲線可知 晶體三極管 Q1 處于放大狀態(tài)。 3 過壓過流保護電路的保護原理 兩級 過壓過流保護電路主要通過控制晶體 三極管的通斷來實現(xiàn)的。此時 ic 不僅與 ib有關，而且明顯隨 UCE 增大而增大， Ic 小于 。 （ 3） 飽和區(qū)：其特征是發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均處于正向偏量。此時， ic 幾乎僅決定于 ib,而 UCE 與無關，表現(xiàn)出 ib 對 ic的控制作用，Ic= 。因此在近似分析中可以認為晶體管截止時的 ic約為 0. （ 2） 放大區(qū)：其特征是發(fā)射結(jié)正向偏置（ UBE 大于發(fā)射結(jié)開啟電壓 Uon)且集電結(jié)反向偏置。對于共射電路， UBE《 =Uon且 UCEUBE。 從輸出特性曲線可以看出，晶體管有三個工作區(qū)域，截止區(qū)，放大區(qū)，飽和區(qū)。 13 圖 32 對于某一條曲線，當 uCE 從零逐漸增大時，集電極結(jié)電場隨之增強，收集基區(qū)非平衡少子的能力逐漸增強，因而 iC 也就逐漸增大。 以 NPN 型硅管接入共射放大電路為例講述晶體三極管的放大作用、特性曲線和主 要參數(shù)。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的 。 晶體三極管（以下簡稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和 硅管。中間的 N 區(qū)（或 P 區(qū)）叫基區(qū)，兩邊的區(qū)域叫發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線， 分別叫 基極 B、 發(fā)射極 E 和 集電極 C，是能起放大、振蕩或開關等作用的半導體電子器件。 2 晶體三極管 晶體 三極管又稱“ 半導體 三極管”或“晶體管”。 最高工作頻率 FM： FM 是二極管的上限截止頻率。反向電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅茉胶?。例如，IN4001 二極管反向耐壓為 50V， IN4007 反向耐壓為 1000V（本次設計用到） 。 最高反向工作電壓 ： 加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時，會將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰ΑＫ栽谝?guī)定散熱條件下，二極管使用中不要超過二極管最大整流電流值。 最大整流電流 IF： 最大整流電流 IF 是指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值，其值與 PN 結(jié)面積及外部散熱條件等有關。 主要參數(shù) 用來表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術(shù)指標，稱為二極管的參數(shù)。 在二極管加有正向電壓，當電壓值較小時，電流極?。划旊妷撼?10 過 時， 正向 電流開始 隨電壓 按指數(shù)規(guī)律增大 ， 使二極管開始導通的臨界電壓 二極管的開啟電壓；當電壓達到約 時，二極管處于完全導通狀態(tài)，通常稱此電壓為二極管的導通電壓，用符號 UD 表示。 但是由于二極管存在半導體體電阻和引線電阻，所以當外加正向電壓時，在電流相同的情況下，二極管的端電壓大于 PN 結(jié)上的壓降；或者說，在外加正向電壓相同的情況下，二極管的正向電流要小于 PN 結(jié)的電流；在大電流情況下，這種影響更明顯。由 P區(qū)引出的電極是陽極，由 N 區(qū)引出的電極是陰極。 PN 結(jié)具有單向?qū)щ娦?，即，外加正向電壓時處于導通狀態(tài)，外加反向電壓時處于截止狀態(tài)。 、 1 二極管 介紹二極管之前需要先提出來另一個名詞 PN 結(jié)。 8 1D21 N 4 0 0 7 G P1D11 N 4 0 0 7 G PQ1B D 1 3 8R31 . 0 k O h m _ 5 %R41 . 0 k O h m _ 5 %R54 9 9 O h m _ 1 %Q2B C 1 0 8 B PR74 . 7 k O h m _ 5 %R101 0 k O h m _ 5 %Q3B C 1 0 8 B PR62 0 k O h m _ 5 %C24 7 u F Q4B C 5 5 7 A PD31 N 4 0 0 7 G PR81 0 . 0 k O h m _ 1 %R94 7 0 O h m _ 5 %R112 . 4 k O h m _ 5 %D41 N 4 0 0 7 G PD51 N 4 0 0 7 G PQ5B D 1 3 8R141 . 0 O h m _ 5 %Q6B C 1 0 8 B PQ7B C 1 0 8 B PR174 7 0 O h m _ 5 %R182 0 k O h m _ 5 %C14 7 u F D11 2 V D21 2 V Q8B C 5 5 7 A PD61 N 4 0 0 7 G PR201 0 k O h m _ 5 %R211 0 k O h m _ 5 %R222 . 4 k O h m _ 5 %R234 7 0 O h m _ 5 %GNDGNDGNDGNDVCC12VR161 . 0 k O h m _ 5 %R14 9 9 O h m _ 1 %R24 9 9 O h m _ 1 %R124 9 9 O h m _ 1 %R134 9