霓虹燈光控定時(shí)器開關(guān)電路設(shè)計(jì)

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1、北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠信申明 本人申明： 我所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下對四年專業(yè)知識(shí)而進(jìn)行的研究工作及全面的總結(jié)。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中創(chuàng)新處不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京化工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而已經(jīng)使用過的材料。與我一同完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的同學(xué)對本課題所做的任何貢獻(xiàn)均已在文中做了明確的說明并表示了謝意。 若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 本人簽名： 年 月 日 霓虹燈光控定

2、時(shí)開關(guān)電路設(shè)計(jì) xxx 電子信息工程　信工xxxx　學(xué)號(hào)xxxxx 指導(dǎo)教師　劉林生副教授 摘 要 針對當(dāng)前世界能源的短缺和照明能源在深夜時(shí)過度浪費(fèi)問題，本文主要闡述了，通過電源變換、光控開關(guān)、定時(shí)開關(guān)和交流無觸點(diǎn)開關(guān)四部分組長的霓虹燈等光控定時(shí)電路的研究。主要是依靠 NE555，CD4060以及光敏電阻來實(shí)現(xiàn)。這種照明光控定時(shí)控制電路的特點(diǎn)是可以在天黑光線變暗時(shí)自動(dòng)將霓虹燈點(diǎn)亮，并計(jì)時(shí)到深夜再熄滅。與人工手動(dòng)操作比較起來，開關(guān)及時(shí)，擁有良好的節(jié)能效果。這有效的緩解了世界當(dāng)前能源緊缺的情況。在未來必將被越來越多的人依賴，成為霓虹燈及廣告的主流控制開關(guān)。本文還介紹了相關(guān)電

3、路的組成，工作原理以及元件的選擇和參數(shù)設(shè)定。 關(guān)鍵詞： 555定時(shí)器 CD4060計(jì)數(shù)器 光敏電阻 Neon Electric Timer Switch Abstract In view of the current world energy shortage and lighting energy in the night excessive waste problems, this article mainly expounds the, through the power transformation, electric s

4、witch, timer switch and exchange mon-contact suitch four parts such as leader of the neon electric circuit of the timing. Mainly rely on NE555, CD4060 and photoconductive resistance to achieve. This kind of lighting electric timing control circuit of the features in the dark when the dark neon light

5、 will automatically, and time late into the night to go out. Compared with manual operation, switch in time, and has good effect in energy saving. This effectively relieve the world the current situation of the energy shortage. In the future will be more and more people rely on, become the mainstrea

6、m of the neon lights and advertising control switch. This paper also introduces the related circuit composition, principle and component selection and set parameters. Key words: NE555 timer CD4060 Counter Photoconductive Resistance 目 錄 前　　言 1 第1章 霓虹燈光控定時(shí)開關(guān)的研究價(jià)值

7、 2 第1.1節(jié)　霓虹燈的發(fā)展與特點(diǎn) 2 第1.2節(jié)　霓虹燈存在的問題與照明節(jié)能 5 第1.3節(jié)　霓虹燈光控定時(shí)開關(guān)的研究目的與方法 7 第1.4節(jié)　霓虹燈光控定時(shí)開關(guān)的優(yōu)點(diǎn) 7 第2章 電路總體設(shè)計(jì)與分析 9 第2.1節(jié)　電源轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 9 第2.2節(jié)　光控開關(guān)電路設(shè)計(jì) 16 第2.3節(jié)　定時(shí)開關(guān)電路設(shè)計(jì) 20 第2.4節(jié)　交流無觸點(diǎn)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 23 第2.5節(jié)　過壓、欠壓保護(hù)電路分析 26 第2.6節(jié)　延時(shí)電路的設(shè)計(jì) 32 第2.7節(jié)　整體電路分析 33 第3章　實(shí)現(xiàn)安裝和系統(tǒng)調(diào)制 36 結(jié)　　論 37 附 錄 38 參考文獻(xiàn) 42 致　　

8、謝 43 V 前　　言 據(jù)統(tǒng)計(jì)，上海市年用電總量約為1400億度，其中392億度（28%）用于照明。若照明節(jié)能50%，則可節(jié)約196億度電，相當(dāng)于火力發(fā)電節(jié)約煤399萬噸；相當(dāng)于減排二氧化碳56萬噸。上海僅僅是世界照明消耗的縮影。近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)地迅速發(fā)展，人類對能源地需求也在逐日增長。很多國家和地方都出現(xiàn)了能源危機(jī)，能源問題日益受到世界各國的關(guān)注。 資源短缺已經(jīng)成為阻礙社會(huì)發(fā)展的主要因素之一，各國都致力于研究資源節(jié)約型、環(huán)保型技術(shù)以緩解日益加劇的資源短缺和環(huán)境惡化問題。2010年全國政協(xié)十一屆三次會(huì)議第一號(hào)、第二號(hào)提案同時(shí)聚焦低碳話題。發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)是我國循環(huán)經(jīng)

9、濟(jì)之后從國家戰(zhàn)略高度觸發(fā)的又一重大決策。從1992年簽署《聯(lián)合國氣候變化框架公約》、1997年簽署《京都議定書》，到2009年哥本哈根氣候會(huì)議上溫家寶總理向全世界承諾中國到2020年單位GDP碳排放比2005年降低40%—50%，我國正積極應(yīng)對全球氣候變暖對人類生存與發(fā)展的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，加快自身經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變。 我國大部分省、區(qū)、市嚴(yán)重缺電，各地電網(wǎng)出現(xiàn)不同程度的拉閘限電，全年缺電達(dá)600億度，此時(shí)正有數(shù)億人受著缺電的“煎熬”。因此，許多人把節(jié)能視為度過眼前饑荒的最后“鎩手锏”。總所周知，現(xiàn)代城市中的霓虹燈廣告牌，大多數(shù)只在夜里12點(diǎn)前起作用，子夜一過，街上行人稀少，霓虹燈就失去了廣告意義。這

10、在無形中便造成了不必要且嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。 正因如此，為霓虹燈設(shè)計(jì)一種光控定時(shí)開關(guān)就可以起到節(jié)能的作用，它能在天黑時(shí)自動(dòng)接通霓虹燈廣告牌的電源，同時(shí)開始計(jì)時(shí)，隔4小時(shí)（夏季）或6小時(shí)（冬季）后，自動(dòng)切斷電源，直到第二天夜幕降臨后再次通電循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無人控制，具有良好的節(jié)電和延長燈具使用壽命的功能。 第1章 霓虹燈光控定時(shí)開關(guān)的研究價(jià)值 第1.1節(jié)　霓虹燈的發(fā)展與特點(diǎn) 1.1.1 霓虹燈的發(fā)展 霓虹燈是由英文“氖燈”，即“NEON SIGN”得來的，“霓虹”兩字實(shí)際上是“NEON”的譯音，而現(xiàn)在人們已經(jīng)把“霓虹燈”當(dāng)作專用詞運(yùn)用了。 霓

11、虹燈的發(fā)展可以追溯到英國物理學(xué)家和化學(xué)家法拉第對氣體發(fā)電的研究，電流通過含有少量正負(fù)離子的氣體時(shí)，受到紫外線、宇宙射線、微量放射物質(zhì)的作用，在足夠高的外加電壓作用下運(yùn)動(dòng)，并與中性氣體分子碰撞后，使中性分子發(fā)生電離，因而離子的數(shù)目倍增。電流通過氣體時(shí)還伴有發(fā)光現(xiàn)象，即所謂的輝光放電。其發(fā)光的顏色隨所充氣體的不同而不同。法拉第的理論及其在實(shí)驗(yàn)上的成就，為霓虹燈技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 霓虹燈始源于法國。當(dāng)時(shí)所用的燈體玻璃管的直徑是45毫米，現(xiàn)將玻璃管彎制成所需的蚊子或圖案，然后再用一只電壓為1萬多伏的的變壓器供電，使之發(fā)光。當(dāng)時(shí)，燈管兩端電極用石墨制成，內(nèi)部充入氮?dú)饣蚨趸細(xì)怏w，前者會(huì)發(fā)紅

12、光，后者發(fā)白光。由于這兩種氣體較活潑，很容易和石墨電極起化學(xué)反應(yīng)，陰極濺散出的石墨很快在玻璃管內(nèi)壁形成黑色薄膜層，并大量吸收充入燈管內(nèi)的氣體，使燈管的充氣壓力很快下降，致使霓虹燈的壽命很短。當(dāng)時(shí)為了解決這個(gè)問題，特在霓虹燈管上加1個(gè)特殊的電磁閥門，并在霓虹燈使用一段時(shí)間以后再往燈內(nèi)重新補(bǔ)充一定量的氣體，但這樣做并未能在根本上克服上述缺陷。因此，這種燈不僅壽命短，制作工藝復(fù)雜，而且造價(jià)昂貴，很難普及。 在1907年至1910年期間，科學(xué)家克洛德和林德發(fā)明了液態(tài)空氣分餾。利用這一發(fā)明，在霓虹燈內(nèi)充入一定的惰性氣體，這樣就明顯減緩了氣體在燈管內(nèi)部的消耗速度，顏色也豐富了，可產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)、黃等顏色

13、。第二次世界大戰(zhàn)前夕，光致發(fā)光的材料也被研制出來了。這種材料不僅能發(fā)出各種顏色的光，而且發(fā)光效率也高，我們稱之為熒光粉。熒光粉被應(yīng)用在霓虹燈制作之后，霓虹燈的亮度不僅有了明顯提高，而且燈管的顏色也更加鮮艷奪目，變化多端，同時(shí)也簡化了制燈的工藝。故在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，霓虹燈得到了迅猛的發(fā)展。 霓虹燈按其玻璃管內(nèi)壁所涂粉的不同，檔分為3種類型：第一種是玻璃內(nèi)壁不涂任何熒光粉，直接采用無色透明的玻璃管。通常成為明管；第二種是在透明玻璃管內(nèi)壁涂油熒光粉，我們稱它為粉管；第三種是采用彩色玻璃，且在玻璃管內(nèi)壁均勻涂上熒光粉，我們稱它為彩管。 霓虹燈的壽命在正常情況下高于日光燈和白熾燈，要達(dá)到這一水

14、平必須做到三點(diǎn)：1、制作人員水平過硬，排氣人員轟擊去氣得當(dāng)、徹底；2、啟動(dòng)它的變壓器不得超載；3、安裝人員細(xì)致合理的安裝；只要做到以上要求，實(shí)踐證明霓虹燈的壽命是高于日光燈和白熾燈的。 城市夜間照明大致經(jīng)歷了初創(chuàng)、發(fā)展、普及三個(gè)階段。城市夜景照明不僅在照明技術(shù)方面有了很大的進(jìn)步，而且在照明質(zhì)量上也經(jīng)歷了“暗→亮”、“亮→美”、“美→雅”的發(fā)展歷程。 1.1.2 霓虹燈的特點(diǎn) （1）高效率 霓虹燈是依靠燈管兩段電極頭在高壓電場下將燈管內(nèi)的惰性氣體擊燃，它不同于普通光源必須把鎢絲燒到高溫才能發(fā)光，造成大量的電能以熱能的形式被消耗掉，因此，用同樣多的電能，霓虹燈具有更高的亮度。 （2）溫度

15、低，使用不受氣候限制 霓虹燈因其冷陰極特性，工作時(shí)燈管溫度在60℃以下，所以能置于露天日曬雨淋或水中工作。同樣因其工作特性，霓虹燈光譜具有很強(qiáng)的穿透力，在雨天或霧天扔能保持較好的視覺效果。 （3）低能耗 在技術(shù)不斷創(chuàng)新的時(shí)代，霓虹燈的制造技術(shù)及相關(guān)零部件的技術(shù)水平也在不斷進(jìn)步。新型電極、新型電子變壓器的應(yīng)用，使霓虹燈的耗電量大大降低，由過去的每米燈管耗電56瓦降到現(xiàn)在的每米燈管耗電12瓦。 （4）壽命長 霓虹燈在連續(xù)不斷電的情況下，壽命達(dá)一萬小時(shí)以上，這一優(yōu)勢是其他任何電光源都難以達(dá)到的。 （5）動(dòng)感強(qiáng)，效果佳，經(jīng)濟(jì)實(shí)用 霓虹燈畫面由常亮的燈管及動(dòng)態(tài)發(fā)光的掃描管組成，可設(shè)置為跳動(dòng)

16、式掃描、漸變式掃描、混色變色七種顏色掃描。掃描由裝有微電腦芯片編程的掃描機(jī)控制，掃描管按變好的程序亮或滅，組成一幅幅流動(dòng)的畫面，似天上彩虹、像人間銀河、更酷似一個(gè)夢幻世界，引人入勝，使人難以忘懷。因此，霓虹燈是一種投入少、效果強(qiáng)烈、經(jīng)濟(jì)適用的廣告形式。 霓虹燈是一種冷陰極輝光發(fā)電管，其輻射光譜具有極強(qiáng)的穿透大氣的能力，色彩鮮艷絢麗、多姿，發(fā)光效率明顯優(yōu)于普通的白熾燈，它的線條結(jié)構(gòu)變現(xiàn)力豐富，可以加工彎制成任何幾何形狀，滿足設(shè)計(jì)要求，通過電子程序控制，可變幻色彩的圖案和文字，受到人們的歡迎。 霓虹燈的亮、美、動(dòng)特點(diǎn)，是目前熱河電光源不能代替的，在各種新型光源不斷涌現(xiàn)和競爭中獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。 由于

17、霓虹燈是冷陰極輝光放電，一次一支質(zhì)量合格的霓虹燈其壽命可達(dá)20000-30000小時(shí)。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，霓虹燈的品種、規(guī)格也已基本系列化，可供各種用途的選擇，其質(zhì)量已逐步向國際水平靠攏，隨著我國加入WTO，與國際水平的差距將越來越小，在不久的將來必將趕超國際先進(jìn)水平，但在目前市場競爭的條件下，也確實(shí)有少數(shù)廠商缺乏誠信，在一些用戶不懂霓虹燈的性能、質(zhì)量的情況下，生產(chǎn)、制作低劣產(chǎn)品在市場上低價(jià)傾銷，影響霓虹燈的聲譽(yù)。為了使廣大用戶熟悉霓虹燈，了解霓虹燈，我們在次簡單介紹一些霓虹燈的品種、規(guī)格以及制作霓虹燈的主要器材，以幫助用戶識(shí)別霓虹燈。 霓虹燈的主要部件： （1）以規(guī)格分：有6、7

18、、8、9、10、12、15、18、20毫米等粗細(xì)。 （2）以玻璃材質(zhì)分： ①鈉玻璃管（或稱石灰料玻璃管）這種玻璃管穩(wěn)定性差，受潮后極易變質(zhì)、泛堿（風(fēng)化），易爆裂。目前我國使用此種材料的約占80%左右。 ②鉛玻璃管（又稱紅丹料玻璃管）其熱性能、機(jī)械性能、電性能、化學(xué)穩(wěn)定性能、真空性能和光學(xué)性能優(yōu)于鈉玻璃管，其耐侯性、使用壽命大大超過鈉玻璃管，目前國際上通用大都是這種鉛玻璃管，我國目前使用量已達(dá)20%-30%左右，凡是追求質(zhì)量好的制作廠家，用戶都選用鉛玻璃管制作霓虹燈。鉛玻璃管又以鉛量的多少分為：重鉛玻璃管、中鉛玻璃管和輕鉛玻璃管。 ③彩色玻璃管，這種玻璃管在拉制玻璃管時(shí)已充入燃料，生產(chǎn)出

19、的玻璃管已成彩色玻璃管。 （3）以霓虹燈管內(nèi)涂熒光粉材料分： ①目前使用的多數(shù)霓虹燈管噴涂的是“普通熒光粉”，這種粉價(jià)格比較便宜，一般也能滿足各種色彩要求。 ②“三基色”熒光粉，與普通熒光粉比較，其亮度、色度、鮮度更佳。 第1.2節(jié)　霓虹燈存在的問題與照明節(jié)能 1.2.1 城市照明規(guī)劃與節(jié)能 （1）城市景觀燈照明的規(guī)劃 近幾十年來，我國城市景觀燈照明工作取得了令人矚目的成就，但同時(shí)也出現(xiàn)了景觀燈照明中片面追求奢華，攀比亮度，大規(guī)模進(jìn)行盲目、重復(fù)、低檔次建設(shè)的傾向。 這不僅導(dǎo)致了人力、財(cái)力、物力資源和能源地極大浪費(fèi)，造成了眩光等夜間環(huán)境的光污染，也造成了景觀照明的精品不多

20、、品位不高的結(jié)果，出現(xiàn)了各自為政、粗制濫造的現(xiàn)象，影響了人民群眾的生活和健康。造成這種現(xiàn)象最主要的原因之一，就是缺少統(tǒng)一、規(guī)范、科學(xué)、合理的城市景觀照明規(guī)劃。目前從全國看來，除了少數(shù)城市，許多城市的景觀照明規(guī)劃相對滯后或者尚未提上日程。或是規(guī)劃設(shè)計(jì)不規(guī)范，以臨時(shí)的方案設(shè)計(jì)代替展項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)劃等。以致出現(xiàn)了脫離城市的客觀實(shí)際和需要，盲目進(jìn)行景觀照明建設(shè)的局面，浪費(fèi)了資源，破壞了環(huán)境。這種現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)引起充分重視。 （2）城市景觀照明規(guī)劃與節(jié)能的重要性和意義 建設(shè)部和國家發(fā)改委《關(guān)于加強(qiáng)城市照明管理促進(jìn)節(jié)約用電工作的意見》作為我國城市照明工作的第一個(gè)規(guī)范性文件，明確提出了編制城市照明專項(xiàng)規(guī)劃的要求和城

21、市照明建設(shè)管理的原則?！秶鴦?wù)院關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能工作的決定》強(qiáng)調(diào)了節(jié)能工作的極端重要性和緊迫性，明確將“綠色照明”列為十大重點(diǎn)工程之一，要求做好節(jié)能的規(guī)劃工作。 城市照明專項(xiàng)規(guī)劃包括功能照明和景觀燈照明規(guī)劃。加強(qiáng)城市景觀照明工作，首要任務(wù)就是城市景觀照明規(guī)劃的編制。城市景觀照明工作是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和城市管理的重要內(nèi)容，具有多方面的功能效益。以科學(xué)合理的城市景觀照明規(guī)劃作為指導(dǎo)和依據(jù)實(shí)施城市的景觀照明工程建設(shè)和管理，不僅可以美化城市，提高城市文化品位和城市風(fēng)貌水平，提升和展示現(xiàn)代化文明城市的形象，而且可以通過改善投資環(huán)境，提高人們的生活質(zhì)量，活躍和繁榮城市夜間經(jīng)濟(jì)，為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新的活力，帶動(dòng)

22、照明、商業(yè)、旅游、文化、餐飲、廣告、經(jīng)濟(jì)事業(yè)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并對城市周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起帶動(dòng)和輻射作用，增強(qiáng)商家投資、經(jīng)商、辦企業(yè)的信心，加快城市建設(shè)發(fā)展的步伐，甚至在城市的交通、治安等方面能帶來相關(guān)效益，其積極作用是顯而易見的。 加強(qiáng)城市景觀燈照明的規(guī)劃，提高城市照明質(zhì)量，提倡綠色照明，保護(hù)生態(tài)，改善城市人居環(huán)境，具有深遠(yuǎn)的社會(huì)影響和重要的政治經(jīng)濟(jì)意義。 1.2.2 當(dāng)前霓虹燈控制的缺點(diǎn) 隨著我過經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，國內(nèi)各地城鎮(zhèn)景觀照明也發(fā)生了變化，霓虹燈產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國霓虹燈企業(yè)以逾幾千家，年總產(chǎn)值超過30億元人民幣，出口創(chuàng)匯方面也有驕人的業(yè)績。 中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快

23、速健康發(fā)展，西部大開發(fā)、振興東北經(jīng)濟(jì)、長三角、珠三角東西互動(dòng)、各地旅游、商貿(mào)、餐飲以及文化娛樂事業(yè)日益繁榮，越來越多的城市已將亮化、美化工程列入城市建設(shè)發(fā)展規(guī)劃，霓虹燈已成為不可缺少的夜間文化，夜間霓虹燈廣告也成為不可缺少的媒體，霓虹燈行業(yè)迎來一個(gè)新的發(fā)展機(jī)遇。 21世紀(jì)的今天中國霓虹燈企業(yè)不斷地走進(jìn)國際舞臺(tái)，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷歐美等國際市場，在國際這個(gè)大舞臺(tái)上扮演著越來越重要的角色。 而當(dāng)今狀況下的霓虹燈，是在被人工控制的情況下點(diǎn)亮和熄滅的。在控制人員感覺太黑時(shí)，將霓虹燈開啟，直到第二天早晨，才會(huì)被熄滅。這不僅大大地浪費(fèi)了電能源，同時(shí)還加快了霓虹燈的壽命損耗。這是一個(gè)不科學(xué)地開關(guān)霓虹燈的方法。我們

24、需要尋找到更好的辦法來解決這些問題。 大面積霓虹燈、彩泡等高亮度、高能耗燈具常被用作造景燈具。道路和廣場上的霓虹燈、景觀燈排列密集，每當(dāng)夜幕降臨便出現(xiàn)“火樹銀花不夜天”的景象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年我國僅城市照明就要消耗掉目前三峽電站5%的發(fā)電量。很多城市照明嚴(yán)重超標(biāo)，一些建筑內(nèi)部耗電竟然高達(dá)25W㎡，照度超出標(biāo)準(zhǔn)3～5倍；有些景觀燈95%以上的光線射向天空，只有不到5%的光線照到路面，能源浪費(fèi)和光污染嚴(yán)重。 霓虹燈廣告牌在全世界各國的商業(yè)、學(xué)習(xí)、工作和生活等各個(gè)領(lǐng)域中起著重要的作用。世界各國無論大中小城市、城鎮(zhèn)、人口聚集地都會(huì)有大量的霓虹燈廣告牌。這鞋霓虹燈就如上文所說，從天黑開始，就被控制人員點(diǎn)

25、亮，之后直到凌晨才會(huì)被人關(guān)閉。這種過度使用霓虹燈的行為，極度的浪費(fèi)了能源，這給我們目前緊張的資源供應(yīng)問題，增加了負(fù)擔(dān)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2007年中國用電量為7千多億瓦，而且還在以每年增加百分之1.2的速度增加。 減少霓虹燈的過度浪費(fèi)使用，已經(jīng)到了刻不容緩的地步。 第1.3節(jié)　霓虹燈光控定時(shí)開關(guān)的研究目的與方法 本文所設(shè)計(jì)研究的霓虹燈光控定時(shí)電路，是為了在科技發(fā)達(dá)的現(xiàn)代社會(huì)，利用作者所掌握的知識(shí)，使霓虹燈不會(huì)在深夜無人時(shí)點(diǎn)亮，即可以在深夜無人時(shí)自動(dòng)熄滅。這樣的電路設(shè)計(jì)可以給城市節(jié)省下很多的能源，還可以延長霓虹燈等元件的使用壽命。這是一個(gè)綠色科技，相信在不久的將來，它將被越來越多的人所

26、認(rèn)可。 霓虹燈光控定時(shí)開關(guān)電路的設(shè)計(jì)，是通過作者大學(xué)期間學(xué)到有關(guān)數(shù)字電路，傳感器，通信原理等知識(shí)。利用光敏電阻、NE555電路、CD4060、雙向可控硅、二極管、三極管、電容和電阻等元件。組成一個(gè)由220v交流電源供電，光敏電阻與NE555芯片組成的施密特觸發(fā)器所控制，CD4060進(jìn)行點(diǎn)亮計(jì)時(shí)的控制點(diǎn)亮?xí)r間的電路。 在天黑時(shí)光控電路觸發(fā)信號(hào)，通過計(jì)時(shí)系統(tǒng)開始計(jì)時(shí)，雙向可控硅導(dǎo)通，點(diǎn)亮霓虹燈，并在計(jì)時(shí)結(jié)束以后自動(dòng)熄滅霓虹燈。而計(jì)時(shí)時(shí)間的長短可以根據(jù)季節(jié)或天氣等因素的不同，通過人工進(jìn)行調(diào)節(jié)。本電路開關(guān)容易控制，方法可行，具有很高的研究價(jià)值和使用價(jià)值。 第1.4節(jié)　霓虹燈光控定時(shí)開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)

27、 1.4.1 可以在天黑時(shí)亮起 霓虹燈光控定時(shí)開關(guān)，可以在天黑光強(qiáng)明顯變?nèi)鯐r(shí)，自動(dòng)開啟電源，使霓虹燈點(diǎn)亮。這種點(diǎn)亮方式，可以在人們覺得光線變暗時(shí)，自動(dòng)亮起，起到了最好的廣告作用。“光控照明電路的制作主要是利用半導(dǎo)體光電器——光敏電阻的特性制作而成的。它利用光線的強(qiáng)弱來控制照明開關(guān)的動(dòng)作，動(dòng)作點(diǎn)可根據(jù)實(shí)際光線的強(qiáng)弱調(diào)節(jié)。巡行時(shí)無須人員操作，避免了人工開關(guān)不及時(shí)等不利因素，因而有效的節(jié)約了電能[9]”。 1.4.2 可以保持有效的點(diǎn)亮?xí)r間 霓虹燈光控定時(shí)開關(guān)，在整個(gè)電路系統(tǒng)中加入了定時(shí)器，可以在點(diǎn)亮后自動(dòng)進(jìn)入計(jì)時(shí)狀態(tài)，人們可以簡單的設(shè)計(jì)它的點(diǎn)亮?xí)r間，自動(dòng)決定合適關(guān)閉。定時(shí)/計(jì)數(shù)器是單片

28、機(jī)芯片中最基本的外圍接口，也是單片機(jī)的最重要的組成部分，它的用途廣泛，常為測試時(shí)間、速度、頻率、脈寬提供定時(shí)脈沖信號(hào)等。例如，我們可以在夏天時(shí)調(diào)節(jié)定時(shí)/計(jì)數(shù)器使其點(diǎn)亮4小時(shí)，而冬天調(diào)節(jié)定時(shí)/計(jì)數(shù)器使其點(diǎn)亮6小時(shí)。這樣，不僅可以自由決定霓虹的點(diǎn)亮?xí)r間，還有效的節(jié)約了能源。 1.4.3 全自動(dòng)智能化無需人工控制 隨著現(xiàn)在信息技術(shù)的飛速發(fā)展，智能化成為工業(yè)裝置的發(fā)展趨勢。在高壓開關(guān)領(lǐng)域，智能化開關(guān)發(fā)展迅速，其動(dòng)力首先來自電力系統(tǒng)越來越高的可靠性要求及其越來越高的自動(dòng)化程度。現(xiàn)代配電和用電系統(tǒng)包括供電小區(qū)或智能大廈的電器設(shè)備都要求在監(jiān)測、控制及保護(hù)等方面完全自動(dòng)化和智能化，開關(guān)作為重要的電流系統(tǒng)控

29、制元件，其智能化則是上述自動(dòng)化和智能化的基礎(chǔ)。只需要在安裝霓虹燈光控定時(shí)開關(guān)時(shí)，調(diào)試好點(diǎn)亮?xí)r間即可。之后無需人工控制，開關(guān)可以自行根據(jù)光的強(qiáng)弱，決定點(diǎn)亮與否。這有效的節(jié)省了人力資源。 第2章 電路總體設(shè)計(jì)與分析 第2.1節(jié)　電源轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 在電源供電中，有很多種供電電路，其中有開關(guān)電源，變壓器降壓，阻容降壓，下面我們分別做下簡要介紹。 圖2.2 開關(guān)電源 隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完

30、成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展[1]。 開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和開關(guān)器件（MOSFET、BJT等）構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電源。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移

31、動(dòng)，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。 開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。 現(xiàn)代開關(guān)電源有兩種：一種是直流開關(guān)電源；另一種是交流開關(guān)電源。這里主要介紹的只是直流開關(guān)電源，其功能是將電能質(zhì)量較差的原生態(tài)電源（粗電），如市電電源或蓄電池電源，轉(zhuǎn)換成滿足設(shè)備要求的質(zhì)量較高的直流電壓（精電）。直流開關(guān)電源的核心是DC/DC轉(zhuǎn)換器。因此直流開關(guān) 電源的分類是依賴DC/DC轉(zhuǎn)換器分類的。也就是說，直流開關(guān)電源

32、的分類與DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類是基本相同的，DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類基本上就是直 流開關(guān)電源的分類。 直流DC/DC轉(zhuǎn)換器按輸入與輸出之間是否有電氣隔離可以分為兩類：一類是有隔離的稱為隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器；另一類是沒有隔離的稱為非隔離 式DC/DC轉(zhuǎn)換器。 隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器也可以按有源功率器件的個(gè)數(shù)來分類。單管的DC/DC轉(zhuǎn)換器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）兩種。雙管DC/DC轉(zhuǎn)換器 有雙管正激式（DoubleTransistor Forward Converter），雙管反激式（Double Transistr Flyback Converter）、推挽式

33、（Push-Pull Converter） 和半橋式（Half-Bridge Converter）四種。四管DC/DC轉(zhuǎn)換器就是全橋DC/DC轉(zhuǎn)換器（Full-Bridge Converter）。 非隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器，按有源功率器件的個(gè)數(shù)，可以分為單管、雙管和四管三類。單管DC/DC轉(zhuǎn)換器共有六種，即降壓式（Buck）DC/DC轉(zhuǎn)換器 ，升壓式（Boost）DC/DC轉(zhuǎn)換器、升壓降壓式（Buck Boost）DC/DC轉(zhuǎn)換器、Cuk DC/DC轉(zhuǎn)換器、Zeta DC/DC轉(zhuǎn)換器和SEPIC DC/DC轉(zhuǎn)換器。在這六種 單管DC/DC轉(zhuǎn)換器中，Buck和Boost式DC/DC轉(zhuǎn)換器是基

34、本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC轉(zhuǎn)換器是從中派生出來的。雙管DC/DC轉(zhuǎn)換 器有雙管串接的升壓式（Buck-Boost）DC/DC轉(zhuǎn)換器。四管DC/DC轉(zhuǎn)換器常用的是全橋DC/DC轉(zhuǎn)換器（Full-Bridge Converter）。 隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器在實(shí)現(xiàn)輸出與輸入電氣隔離時(shí)，通常采用變壓器來實(shí)現(xiàn)，由于變壓器具有變壓的功能，所以有利于擴(kuò)大轉(zhuǎn)換器的輸出應(yīng)用 范圍，也便于實(shí)現(xiàn)不同電壓的多路輸出，或相同電壓的多種輸出。 在功率開關(guān)管的電壓和電流定額相同時(shí)，轉(zhuǎn)換器的輸出功率通常與所用開關(guān)管的數(shù)量成正比。所以開關(guān)管數(shù)越多，DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出功率越

35、大，四管式比兩管式輸出功率大一倍，單管式輸出功率只有四管式的1/4。 非隔離式轉(zhuǎn)換器與隔離式轉(zhuǎn)換器的組合，可以得到單個(gè)轉(zhuǎn)換器所不具各的一些特性。 按能量的傳輸來分，DC/DC轉(zhuǎn)換器有單向傳輸和雙向傳輸兩種。具有雙向傳輸功能的DC/DC轉(zhuǎn)換器，既可以從電源側(cè)向負(fù)載側(cè)傳輸功率，也可 以從負(fù)載側(cè)向電源側(cè)傳輸功率。 DC/DC轉(zhuǎn)換器也可以分為自激式和他控式。借助轉(zhuǎn)換器本身的正反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)開關(guān)管自持周期性開關(guān)的轉(zhuǎn)換器，叫做自激式轉(zhuǎn)換器，如洛耶爾 （Royer）轉(zhuǎn)換器就是一種典型的推挽自激式轉(zhuǎn)換器。他控式DC/DC轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)器件控制信號(hào)，是由外部專門的控制電路產(chǎn)生的。 按照開關(guān)管的開關(guān)

36、條件，DC/DC轉(zhuǎn)換器又可以分為硬開關(guān)（Hard Switching）和軟開關(guān)（Soft Switching）兩種。硬開關(guān)DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)器件 是在承受電壓或流過電流的情況下，開通或關(guān)斷電路的，因此在開通或關(guān)斷過程中將會(huì)產(chǎn)生較大的交疊損耗，即所謂的開關(guān)損耗（Switching loss）。當(dāng)轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)一定時(shí)開關(guān)損耗也是一定的，而且開關(guān)頻率越高，開關(guān)損耗越大，同時(shí)在開關(guān)過程中還會(huì)激起電路分布電感和寄生 電容的振蕩，帶來附加損耗，因此，硬開關(guān)DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率不能太高。軟開關(guān)DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)管，在開通或關(guān)斷過程中，或是加于 其上的電壓為零，即零電壓開關(guān)（Zero-Volt

37、age-Switching，ZVS），或是通過開關(guān)管的電流為零，即零電流開關(guān)（Zero-CurrentSwitching，ZCS）。這種軟開關(guān)方式可以顯著地減小開關(guān)損耗，以及開關(guān)過程中激起的振蕩，使開關(guān)頻率可以大幅度提高，為轉(zhuǎn)換器的小型化和模塊化創(chuàng)造 了條件。功率場效應(yīng)管（MOSFET）是應(yīng)用較多的開關(guān)器件，它有較高的開關(guān)速度，但同時(shí)也有較大的寄生電容。它關(guān)斷時(shí)，在外電壓的作用下， 其寄生電容充滿電，如果在其開通前不將這一部分電荷放掉，則將消耗于器件內(nèi)部，這就是容性開通損耗。為了減小或消除這種損耗，功率場 效應(yīng)管宜采用零電壓開通方式（ZVS）。絕緣柵雙極性晶體管（Insu1ated Gate

38、Bipo1ar tansistor，IGBT）是一種復(fù)合開關(guān)器件，關(guān)斷時(shí)的電流拖 尾會(huì)導(dǎo)致較大的關(guān)斷損耗，如果在關(guān)斷前使流過它的電流降到零，則可以顯著地降低開關(guān)損耗，因此IGBT宜采用零電流（ZCS）關(guān)斷方式。IGBT在 零電壓條件下關(guān)斷，同樣也能減小關(guān)斷損耗，但是MOSFET在零電流條件下開通時(shí)，并不能減小容性開通損耗。諧振轉(zhuǎn)換器（ResonantConverter ，RC）、準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器（Qunsi-Tesonant Converter，QRC）、多諧振轉(zhuǎn)換器（Mu1ti-ResonantConverter，MRC）、零電壓開關(guān)PWM轉(zhuǎn)換器（ZVS PWM Converter）、零電流開關(guān)

39、PWM轉(zhuǎn)換器（ZCS PWM Converter）、零電壓轉(zhuǎn)換（Zero-Vo1tage-Transition，ZVT）PWM轉(zhuǎn)換器和零電流轉(zhuǎn)換（Zero- Vo1tage-Transition，ZVT）PWM轉(zhuǎn)換器等，均屬于軟開關(guān)直流轉(zhuǎn)換器。電力電子開關(guān)器件和零開關(guān)轉(zhuǎn)換器技術(shù)的發(fā)展，促使了高頻開關(guān)電源的發(fā)展[5]。 開關(guān)電源其優(yōu)點(diǎn)就是工作穩(wěn)定，電流輸出大，由于其體積相對比較大，在我們的電路我沒有考慮使用，下面看下變壓器降壓電路，變壓器是一種很多設(shè)備里面常用的，成本比較低的一種方案。 2.1.1 變壓器供電 圖2.3 電源變壓器 變壓器(Transformer)是利用電磁感應(yīng)

40、的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵心（磁芯）。在電器設(shè)備和無線電路中，常用作升降電壓、匹配阻抗，安全隔離等。在發(fā)電機(jī)中，不管是線圈運(yùn)動(dòng)通過磁場或磁場運(yùn)動(dòng)通過固定線圈，均能在線圈中感應(yīng)電勢，此兩種情況，磁通的值均不變，但與線圈相交鏈的磁通數(shù)量卻有變動(dòng)，這是互感應(yīng)的原理。變壓器就是一種利用電磁互感應(yīng)，變換電壓，電流和阻抗的器件。變壓器的功能主要有：電壓變換；電流變換，阻抗變換；隔離；穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。 變壓器就是將大電壓，轉(zhuǎn)變成小電壓，提供個(gè)設(shè)備所需要的電能，變壓器是變換交流電壓、交變電流和阻抗的器件，當(dāng)初級線圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使

41、次級線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。 變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。 如果采用變壓供電，還需要選用一定的原件，組成交流轉(zhuǎn)直流的電路，即整流電路，與電源濾波電路，經(jīng)過這兩個(gè)電路，才能給電路提供穩(wěn)定的直流電能，否則電不是溫恒的，是脈動(dòng)的，這樣是不行的，下面我們看下常用的整流濾波電路。 圖2.4 橋式整流電路 上圖為常用的橋式整流電路。橋式整流器是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)行整流的最常用的電路，常用來將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟? 其工作原理是： 橋式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時(shí)，對D1、D3加正向電壓

42、，Dl、D3導(dǎo)通；對D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成e2、D1、Rfz 、D3通電回路，在Rfz 上形成上正下負(fù)的半波整流電壓，e2為負(fù)半周時(shí)，對D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成e2、D2Rfz 、D4通電回路，同樣在Rfz 上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。 如此重復(fù)下去，結(jié)果在Rfz 上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖2.4中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級電壓的最大值，比全波整流電路小一半。 經(jīng)過以上電路的分析，與電路考慮，開關(guān)電源由于我們不需要很大電流，而變

43、壓器由于體積大，變壓器又是必不可少的原件，這樣無疑增大了我們的體積，所以在電路中，我選用了電容降壓電路，而沒有采用開關(guān)電源，變壓器供電，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡單，電流需求小，所以電容降壓電路完全能夠勝任，電容降壓子在很多電器中都有采用過，這里我們看下其原理： 工作原理是利用電容在一定的交流信號(hào)頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流。例如,在50Hz的工頻條件下,一個(gè)1uF的電容所產(chǎn)生的容抗約為3180Ω。當(dāng)220V的交流電壓加在電容器的兩端,則流過電容的最大電流約為70mA。雖流過電容的電流有70mA,但在電容器上并不產(chǎn)生功耗，因?yàn)槿绻娙菔且粋€(gè)理想電容,則流過電容的電流為虛部電流,它所作的功為無功功率。

44、根據(jù)這個(gè)特點(diǎn),我們?nèi)绻谝粋€(gè)1uF的電容器上再串聯(lián)一個(gè)阻性元件,則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產(chǎn)生的功耗完全取決于這個(gè)阻性元件的特性。例如,我們將一110V/8W的燈泡與一個(gè)1uF的電容串聯(lián),在接到220V/50Hz的交流電壓上,燈泡被點(diǎn)亮,發(fā)出正常的亮度而不會(huì)被燒毀。因?yàn)?10V/8W的燈泡所需的電流為8W/110V=72mA,它與1uF電容所產(chǎn)生的限流特性相吻合。同理,我們也可以將5W/65V的燈泡與1uF電容串聯(lián)接到220V/50Hz的交流電上,燈泡同樣會(huì)被點(diǎn)亮,而不會(huì)被燒毀。因?yàn)?W/65V的燈泡的工作電流也約為70mA。因此,電容降壓實(shí)際上是利用容抗限流。而電容器實(shí)際上起到一個(gè)限制

45、電流和動(dòng)態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的角色[6]。 采用電容降壓電路有幾點(diǎn)需要注意的事項(xiàng)： （1）根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當(dāng)?shù)碾娙?而不是依據(jù)負(fù)載的電壓和功率。 （2）限流電容必須采用無極性電容,絕對不能采用電解電容。而且電容的耐壓須在400V以上。最理想的電容為鐵殼油浸電容。 （3）電容降壓不能用于大功率條件,因?yàn)椴话踩? （4）電容降壓不適合動(dòng)態(tài)負(fù)載條件。 （5）同樣,電容降壓不適合容性和感性負(fù)載。 （6）當(dāng)需要直流工作時(shí),盡量采用半波整流。不建議采用橋式整流， 因?yàn)槿ㄕ鳟a(chǎn)生浮置的地，并在零線和火線之間產(chǎn)生高壓，造成人體觸電傷害。而且要滿足恒定

46、負(fù)載的條件。 容降壓式簡易電源的基本電路如圖2.5，C1為降壓電容器，VD2為半波整流二極管，VD1在市電的負(fù)半周時(shí)給C1提供放電回路，VD3是穩(wěn)壓二極管，R1為關(guān)斷電源后C1的電荷泄放電阻。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)常常采用的是圖2.4的所示的電路。 電容電壓可以應(yīng)用在電流小的電路中，因?yàn)槲覀兊碾娐窙]有強(qiáng)負(fù)載，所以采用了電容降壓電路，減少成本，提高效率。 下面我們看下在我的電路中構(gòu)成電容降壓的電路： 圖2.5　電容降壓電路 圖中C1，R2，組成了阻容降壓電路，D2是9v穩(wěn)壓管，也就是說當(dāng)電壓大于9v時(shí)，D2兩端的電壓不變穩(wěn)定保持在9v，位后續(xù)電路提供溫恒電能，D1為整流二極管，與c3配合

47、即完成了我們整個(gè)電路的供電工作，在C3兩端，就是溫恒的直流電了，注意整個(gè)電不可以接大負(fù)載，因?yàn)樯鲜稣f明了，這里不在敘述。 第2.2節(jié)　光控開關(guān)電路設(shè)計(jì) 光控開關(guān)由感光元件（光敏電阻）采集信號(hào)，555電路做延時(shí)控制輸出與檢測。 圖2.6　NE555 2.2.1 NE555及施密特觸發(fā)器 NE555 （Timer IC）為8腳時(shí)基集成電路，大約在1971年由Signetics Corporation發(fā)布，在當(dāng)時(shí)是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的Timer IC，在往后的30年中非常普遍被使用，且延伸出許多的應(yīng)用電路，后來基于CMOS技術(shù)版本的Timer IC如MOTOROLA的MC14

48、55已被大量的使用，但原規(guī)格的NE555依然正常的在市場上供應(yīng)，盡管新版IC在功能上有部份的改善，但其腳位勁能并沒變化，所以到目前都可直接的代用。 芯片簡介： NE555是屬于555系列的計(jì)時(shí)IC的其中的一種型號(hào)，555系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號(hào)不同的因其價(jià)格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí)IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號(hào)。 NE555由于只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久，它的操作電源范圍極大，可與TTL，CMOS等邏

49、輯電路配合，也就是它的輸出電平及輸入觸發(fā)電平，均能與這些系列邏輯電路的高、低電平匹配，其輸出端的供給電流大，可直接推動(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載，它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜，所以在本電路中，采用555這個(gè)器件，由于555的組合電路相當(dāng)之多，在這里我們采用由555組成的施密特觸發(fā)電路，下面我們看下什么是施密特觸發(fā)電路。 圖2.7　施密特出發(fā)電路 門電路有一個(gè)閾值電壓，當(dāng)輸入電壓從低電平上升到閾值電壓或從高電平下降到閾值電壓時(shí)電路的狀態(tài)將發(fā)生變化。施密特觸發(fā)器是一種特殊的門電路，與普通的門電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個(gè)閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓。在輸入信號(hào)從低電

50、平上升到高電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號(hào)從高電平下降到低電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負(fù)向閾值電壓。正向閾值電壓與負(fù)向閾值電壓之差稱為回差電壓。 　　它是一種閾值開關(guān)電路，具有突變輸入——輸出特性的門電路。這種電路被設(shè)計(jì)成阻止輸入電壓出現(xiàn)微小變化（低于某一閾值）而引起的輸出電壓的改變。 　　利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋?zhàn)饔?，可以把邊沿變化緩慢的周期性信?hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)。輸入的信號(hào)只要幅度大于vt+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號(hào)。 　　當(dāng)輸入電壓由低向高增加，到達(dá)V+時(shí)，輸出電壓發(fā)生突

51、變，而輸入電壓Vi由高變低，到達(dá)V-，輸出電壓發(fā)生突變，因而出現(xiàn)輸出電壓變化滯后的現(xiàn)象，可以看出對于要求一定延遲啟動(dòng)的電路，它是特別適用的。 從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。當(dāng)傳輸線上的電容較大時(shí)，波形的上升沿將明顯變壞；當(dāng)傳輸線較長，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時(shí)，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當(dāng)其他脈沖信號(hào)通過導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號(hào)時(shí)，信號(hào)上將出現(xiàn)附加的噪聲。無論出現(xiàn)上述的那一種情況，都可以通過用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的矩形脈沖波形。只要施密特觸發(fā)器的vt+和vt-設(shè)置得合適，均能收到滿意的整形效果[10]。 經(jīng)過5

52、55組成的施密特觸發(fā)電路是很常用的一種電路，其工作電路很穩(wěn)定，負(fù)載能力也很強(qiáng)，用在我們的電路里是不錯(cuò)的選擇，下面我們看下電阻采集，也就是黑天白天分辨的采集電路。 信號(hào)采集，為了能準(zhǔn)確的分辨白天與黑夜，市面上有兩種感光元件，分別是感光電阻，與感光二極管，常用的還是光敏電阻，由于其價(jià)格便宜，使用簡單，與電阻使用是一樣的，所有受到電子愛好者的青睞，在我們的電路中，也采用這個(gè)元件，下面我們來看下在電路的信號(hào)采集電路，以及信號(hào)分析。 圖2.8　信號(hào)采集電路 其中RL1為光敏電阻，其實(shí)物圖為下圖，有一個(gè)接受面，在做實(shí)驗(yàn)室要將接受面朝外。 圖2.9　光敏電阻（線條這面為感光面） 光敏電

53、阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)1~10M歐,在強(qiáng)光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（

54、即光譜特性）與人眼對可見光（0.4~0.76）μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計(jì)大為簡化。我們知道，當(dāng)光敏光受到光照射時(shí)候，電阻會(huì)變小，當(dāng)夜間時(shí)候電阻會(huì)變的很大，這樣我們配合上相應(yīng)電路，即可分辨白天與黑夜了[2]。 圖2.10中R10為調(diào)整分壓電阻，R6為限流電阻，經(jīng)過RL檢測出來的電壓信號(hào)由R6分壓，輸入到NE555的2，6引腳，組成施密特觸發(fā)電路，下面簡要介紹下有555組成的施密特觸發(fā)電路。 施密特觸發(fā)電路： 圖2.10　施密特觸發(fā)電路 施密特觸發(fā)器也有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不

55、同的是，施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號(hào)電位維持；對于負(fù)向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號(hào)，施密特觸發(fā)器有不同的閥值電壓。 由555組成的施密特觸發(fā)電路，當(dāng)晚上時(shí)候，RL1電阻很大，在RP兩端產(chǎn)生的電壓升高，當(dāng)2,6引腳上的電壓小于2/3Vcc電壓時(shí)，（VCC=8.4V），這時(shí)超過555的閾值，555的3腳呈現(xiàn)高電平，輸出的高電平為CD4007提供了所需要的電能，當(dāng)白天時(shí)候，RL電阻減小，2,6引腳上的電壓大于2/3Vcc，這時(shí)候555的第三引腳輸出低電平，后面的CD4060沒有得到供電，所以不工作。 第2.3節(jié)　定時(shí)開關(guān)電路設(shè)計(jì) 2.3.1 定時(shí)電路由40

56、60集成電路完成 CD4060 由一震蕩器和14 極二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器位組成，震蕩器的結(jié)構(gòu)可以是RC 或晶振電路。CR 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器使用無效，所有的計(jì)數(shù)器位均為主從觸發(fā)器。在CP1（和CP0）的下降沿計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù)，在時(shí)鐘脈沖線上使用施密特觸發(fā)器對時(shí)鐘上升和下降時(shí)間無限制。 CC4060 提供了16 引線多層陶瓷雙列直插（D）、熔封陶瓷雙列直插（J）、塑料雙列直插（P）和陶瓷片狀載體（C）4 種封裝形式。 如下圖，為4060的典型應(yīng)用電路我們這個(gè)電路也采用電阻震蕩的方式，4060是很常用的計(jì)時(shí)分頻電路。 圖2.11　計(jì)時(shí)分頻電路 圖2.12　CD4

57、060實(shí)物圖 圖2.13　CD4060引腳圖 圖2.14　定時(shí)開關(guān)電路原理圖 4060其工作速度與LS-TTL相似，而功耗仍然與cmos4000系列一致，該器件的所有輸入和輸出均有內(nèi)部保護(hù)電路，以減小由于靜電感應(yīng)而損壞的可能性，4060具有高抗噪聲度和大的驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力。 4060由一個(gè)14個(gè)主從觸發(fā)器和一個(gè)振蕩器組成，每個(gè)觸發(fā)器的輸出提供給下一個(gè)觸發(fā)器，每個(gè)觸發(fā)器輸出的信號(hào)頻率為前一級的一半，振蕩器的頻率由OSC和O\S\C\外接的晶體或RC線路來控制。 當(dāng)CR為高電平時(shí)候，器件復(fù)位，所有Q變?yōu)榈碗娖?，同時(shí)振蕩器被禁止，OSC為低電平，O\S\C為高電平。 器件的

58、技術(shù)是在C\P\的下降沿觸發(fā)進(jìn)行的，由于內(nèi)部波形延遲，Q輸出的狀態(tài)不是同時(shí)改變的，因此易出現(xiàn)計(jì)數(shù)尖峰。 電路圖中，C2，R4，R1組成了震蕩電路，通電開始產(chǎn)生震蕩，為4060提供震蕩波形，3腳輸出經(jīng)過一級一級的觸發(fā)，最終到大3引腳，即Q13，從而達(dá)到計(jì)時(shí)的目的，改變R1，R4即可改變時(shí)間長短，從而改變了冬季與夏季的時(shí)間修改[7]。 電路中 R6,C6組成了抗光干擾延時(shí)電路，以防止夜晚短暫瞬間光線（雷電，車輛燈光等干擾被控?zé)粽９ぷ鳎? 第2.4節(jié)　交流無觸點(diǎn)開關(guān)電路的設(shè)計(jì) 在本電路中，很多電路都采用有接觸式的繼電器結(jié)構(gòu)。 圖2.15　電磁繼電器結(jié)構(gòu)圖 繼電器是一種電控

59、制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。由于考慮到耐用，工作穩(wěn)定等因素，在電路中我采用了無觸點(diǎn)方式的可控硅開關(guān)器件，雙向可控硅[14]。 雙向可控硅是在普通可控硅的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，它不僅能代替兩只反極性并聯(lián)的可控硅，而且僅需一個(gè)觸發(fā)電路，是比較理想的交流開關(guān)器件。其英文名稱TRIAC即三端雙向交流開關(guān)之意。 雙向可控硅是一種以硅單晶為基本材料的P1N1P2N2四層三端器件，創(chuàng)制于1957年，由于它特性類似于真空閘流

60、管，所以國際上通稱為硅晶體閘流管，簡稱可控硅T。又由于可控硅最初應(yīng)用于可控整流方面所以又稱為硅可控整流元件，簡稱為可控硅SCR。 在性能上，可控硅不僅具有單向?qū)щ娦裕疫€具有比硅整流元件（俗稱“死硅 ”）更為可貴的可控性。它只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)。 可控硅能以毫安級電流控制大功率的機(jī)電設(shè)備，如果超過此頻率，因元件開關(guān)損耗顯著增加，允許通過的平均電流相降低，此時(shí)，標(biāo)稱電流應(yīng)降級使用。 可控硅的優(yōu)點(diǎn)很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍數(shù)高達(dá)幾十萬倍；反應(yīng)極快，在微秒級內(nèi)開通、關(guān)斷；無觸點(diǎn)運(yùn)行，無火花、無噪音；效率高，成本低等等。 可控硅的弱點(diǎn)：靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過載能力較差；容易

61、受干擾而誤導(dǎo)通。 由于雙向可控硅的種種優(yōu)點(diǎn)，所以采用雙向可控硅做為開關(guān)原件，以減少開關(guān)磨損，觸點(diǎn)打火老化等，在電路中即采用了雙向可控硅BT136?！? 下面做下BT136的簡要介紹： BT136是電子元器件型號(hào)的一種，為雙向可控硅。 圖2.16　雙向可控硅 而可控硅又是可控硅整流元件的簡稱,是一種具有三個(gè)PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件,一般由兩晶閘管反向連接而成.它的功用不僅是整流，還可以用作無觸點(diǎn)開關(guān)以快速接通或切斷電路，實(shí)現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等?？煽毓韬推渌雽?dǎo)體器件一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)

62、。它的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件[11]。 由于BT136在家用電路，變頻電路，調(diào)光，調(diào)溫，調(diào)速等電路很常用，有由于其擊穿電壓高，輸出電流大， 故選用此原件。 在電路中,BT136的A為電壓輸入端，K為電壓輸出端，G為控制端，也就說，當(dāng)控制腳，給上電壓后，A,K就導(dǎo)通了，相當(dāng)于繼電器的觸點(diǎn)閉合，而優(yōu)點(diǎn)就是沒有噪聲，經(jīng)久耐用，效率高。 圖2.17　交流無觸點(diǎn)開關(guān)電路 在上圖中，Q2就是我們上文說的BT136雙向可控硅，Q1為BT136的驅(qū)動(dòng)原件，R8為限流電阻，R7為保護(hù)原件，其工作原理是當(dāng)

63、Q1基極給上電壓時(shí)候，三極管迅速導(dǎo)通，三極管導(dǎo)通后，Q2工作，此時(shí)BT136的AK極可以理解為變成一根導(dǎo)線，此時(shí)燈泡相當(dāng)于直接連接到了220v交流上，燈泡就得電，正常工作了。 第2.5節(jié)　過壓、欠壓保護(hù)電路分析 2.5.1　過壓保護(hù)電路 圖2.18　過壓電路 過壓電路采用壓敏電阻組成，當(dāng)電壓升高時(shí)候，R7擊穿導(dǎo)通，使220短路，這時(shí)保險(xiǎn)或者空氣開關(guān)跳閘，實(shí)現(xiàn)了過壓保護(hù)電路，常見的過壓保護(hù)電路有很多，比如比較電壓方式，還有采取瞬間短路的方法，在我們這個(gè)電路中，采用的是瞬間短路，下面我我們看下常見到過壓保護(hù)電路以及工作過程。 下圖列出了通過壓敏電阻的方式做的過壓檢測電路。

64、 圖2.19　過壓檢測電路 該過壓保護(hù)電路如圖所示。在220V市電工常時(shí)，通過零序電流互感器T初級線圈L1、L2的電流大小相等、方向相反，這兩個(gè)電流的向量和為零，互感器T次級繞組L3中無電流流過，雙向晶閘管VS得不到觸發(fā)信號(hào)而處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)電源電壓過高時(shí)，壓敏電阻器RV擊穿放電，破壞了原電路的平衡狀態(tài)，認(rèn)中有感應(yīng)電壓輸出，由電位器RP1檢出的信號(hào)便會(huì)觸發(fā)雙向晶刊管飽和導(dǎo)通，致使流過保險(xiǎn)絲FU的電流劇增而使其很快熔斷，從而達(dá)到過壓保護(hù)的目的[4]。 電路中雙向晶閘管的額定電流應(yīng)大于保險(xiǎn)絲的熔斷電流，其耐壓應(yīng)大于300V。壓敏電阻器應(yīng)選用標(biāo)稱值為360V的氧化鋅壓敏電阻器。 下面

65、介紹一種電壓比較式的，集成電路過壓保護(hù)電路： MAX6495–MAX6499/MAX6397/MAX6398過壓保護(hù)(OVP)器件用于保護(hù)后續(xù)電路免受甩負(fù)載或瞬間高壓的破壞。器件通過控制外部串聯(lián)在電源線上的n溝道MOSFET實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電壓超過用戶設(shè)置的過壓門限時(shí)，拉低MOSFET的柵極，MOSFET關(guān)斷，將負(fù)載與輸入電源斷開。 過壓保護(hù)(OVP)器件數(shù)據(jù)資料中提供的典型電路可以滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求如圖6.3。然而，有些應(yīng)用需要對基本電路進(jìn)行適當(dāng)修改。本文討論了兩種類似應(yīng)用：增大電路的最大輸入電壓，在過壓情況發(fā)生時(shí)利用輸出電容存儲(chǔ)能量。 圖2.20　過壓保護(hù)器 雖然圖2.20電路能

66、夠工作在72V瞬態(tài)電壓，但有些應(yīng)用需要更高的保護(hù)。因此，如何提高OVP器件的最大輸入電壓是一件有意義的事情。圖2所示電路增加了一個(gè)電阻和齊納二極管，用來對IN的電壓進(jìn)行箝位。如果增加一個(gè)三極管緩沖器(圖3)，就可以降低對并聯(lián)穩(wěn)壓器電流的需求，但也提高了設(shè)計(jì)成本。 雖然圖2.19電路能夠工作在72V瞬態(tài)電壓，但有些應(yīng)用需要更高的保護(hù)。因此，如何提高OVP器件的最大輸入電壓是一件有意義的事情。圖2.20所示電路增加了一個(gè)電阻和齊納二極管，用來對IN的電壓進(jìn)行箝位。如果增加一個(gè)三極管緩沖器(2.20)，就可以降低對并聯(lián)穩(wěn)壓器電流的需求，但也提高了設(shè)計(jì)成本。 雖然圖2.19電路能夠工作在72V瞬態(tài)電壓，但有些應(yīng)用需要更高的保護(hù)。因此，如何提高OVP器件的最大輸入電壓是一件有意義的事情。圖2.20所示電路增加了一個(gè)電阻和齊納二極管，用來對IN的電壓進(jìn)行箝位。如果增加一個(gè)三極管緩沖器(圖2.20)，就可以降低對并聯(lián)穩(wěn)壓器電流的需求，但也提高了設(shè)計(jì)成本。 2.5.2 欠壓保護(hù)電路 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，無疑是電源設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，它對于提高電源工作的安全可靠性、延長電源的使用壽