前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的三极管放大电路主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
关键词:三极管 工作状态 应用
中图分类号:TN32 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)03(b)-0106-01
半导体三极管是电子电路的重要元件,它在不同的外部条件下表现出不同的工作状态,从而具有多种不同的功能,因此得到了广泛的应用。
1 三极管的工作状态
三极管在电路中一般表现出三种工作状态:截止状态、放大状态和饱和状态。
1.1 截止状态
当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压时,基极电流为零,三极管处于截止状态。实际上为了使三极管可靠地截止,常使UBE≤0,此时发射结和集电结均处于反向偏置状态,[1]集电极和发射极之间相当于开关的断开状态。
1.2 放大状态
当三极管的发射结正向偏置,且加在发射结的电压大于PN结的导通电压,集电结反向偏置时,三极管处于放大状态。这时基极电流的微小变化,会引起集电极电流的较大变化,三极管具有电流放大作用。
1.3 饱和状态
当三极管的发射结正向偏置,且加在发射结的电压大于PN结的导通电压,集电结也正向偏置时,三极管处于饱和状态。这时基极电流较大,集电极电流也较大,但集电极电流不再随着基极电流的变化而变化,三极管失去电流放大作用,集电极与发射极之间的电压很小,相当于开关的导通状态。
2 三极管不同状态下的应用
2.1 三极管放大状态下的应用
三极管处于放大状态时具有电流放大作用,利用这一特点,三极管常用在模拟放大电路中。
三极管对小信号实现放大作用时,基本放大电路有三种不同的连接方式:共发射极接法、共基极接法和共集电极接法。
在共发射极接法中,常用的放大电路有固定式偏置电路、分压式偏置电路和带有射极电阻的固定式偏置电路。固定式偏置电路静态工作点不太稳定,受温度的影响,输出信号容易产生失真,故在实际中常采用分压式偏置电路以稳定静态工作点。电路如图1所示。
共发射极接法放大电路因其电压放大倍数比较高,而得到广泛的应用,在多级放大电路中,多用作中间级。
在共集电极接法中,负载接在发射极,输出电压从发射极输出,因此,叫射极输出器。因输出电压与输入电压同相,输出信号跟随输入信号的变化而变化,因此,射极输出器又称为射极跟随器或电压跟随器。射极跟随器的电压放大倍数略小于1,没有电压放大作用,但有一定的电流放大作用和功率放大作用。在多级放大电路中,射极输出器作为输入级可减轻信号源的负担,作为输出级可提高放大电路的带负载能力,作为中间级起阻抗变换作用,使前后级共发射极放大电路阻抗匹配,实现信号的最大功率传输。[2]
在共基极接法中,交流信号从发射极输入,从集电极输出。该电路没有电流放大作用,但具有电压放大作用,而且其频率特性比较好,一般多用于高频或宽频带放大电路及恒流源电路。
2.2 三极管截止和饱和状态下的应用
三极管处于截止状态时相当于开关的断开状态,处于饱和状态时相当于开关的导通状态,利用这种开关特性,三极管常用在数字电路中。
在稳定状态下,三极管只能工作在饱和区或截止区,它的输出端要么处于高电位,要么处于低电位,即要么有信号输出,要么无信号输出。实际应用时,由于三极管需要频繁地在断开和闭合状态之间进行切换,因此为了提高开关速度,常使三极管工作在浅饱和区状态。
三极管的开关特性常见的具体应用有:用于彩色电视机、通信设备的开关电源;用于驱动电路,驱动发光二极管、蜂鸣器、继电器等器件;用于彩色电视机行输出管;用于开关电路、高频振荡电路、模数转换电路、脉冲电路、低频功率放大电路、电流调整等;在冶金、机械、纺织等工业自动控制系统中,光电开关可作指示信号,指示加工工件是否存在或存在的位置。[3]
开关三极管因其寿命长、安全可靠、没有机械磨损、开关速度快、体积小等特点,得到越来越广泛的应用。
掌握了三极管的各种工作状态,了解了三极管的基本应用,在分析和设计更复杂电路时,就能灵活运用。
参考文献
[1] 袁明文,谢广坤.电子技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2013:11.
[关键词]点火装置,问题,工作原理,应用
中图分类号:TK227.7 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)06-0135-01
1、点火装置的发展
在上个世纪七十年代,半导体三极管、可控硅之类的电子技术在我国蓬勃发展。但电感式点火装置在实际产品上的应用,进展的却十分艰难。当时许多传统观念还很顽固,正规的点火装置产品到八十年代才开始普及,这时这项技术已比海外落后许多年。此举是电子技术在点火装置上的首次比较长久的发展,虽然此举也还未脱离传统的技术,但以其性能效果,可以说是历史上的首次重大革命。还未等与点火装置有关的行业与使用者接受,相关技术人员就发现达林顿三级管放大电流还有很大的发展潜力,完全可以取消半导体三极管、可控硅之类的精度不高的的电子技术,克服现有技术的不足。但达林顿三极管各项特征都要相当的稳定,且成本较高,市场价是普通功率三极管的3-4倍。因此,我们此次靠这种新型电感式点火装置来进入一个点火装置的全新时代。
2、点火装置运行时存在的问题
在现代,小型的汽油机、割草机、油锯、鼓风机等小型的汽油机用点火装置,电感点火装置(T.C.I)一般采用一只达林顿三极管放大电流,对三极管自身特性如:功率、放大倍数、电流等特性要求很高。所以在工作条件要求及高的环境下三极管各项特性都要相当的稳定,否则容易损坏,导致产品失效,而且达林顿三极管成本较高,市场价是普通功率三极管的3-4倍。
3、 电感式点火装置的工作原理
当发动机转动时,初级线圈切割磁力线,并产生脉冲电动势。通过一点公共端,另一点产生正脉冲时,经过两个外电阻与线圈形成回路,释放正脉冲电动势,三极管均反向不工作处于截止状态。当另一点产生负脉冲时,脉冲上升沿到来时的公共端与另一点相比公共端是高电位,公共端经内电阻给第三三级管提供结偏置电压,经另一个内电阻给第三三极管提供二结偏置电压,使第三三极管首先导通。公共端同时也经外电阻和二极管给第二三极管提供偏置电压,但因为有一个二级管形成压降所以第二三极管不会先导通,也可调整两个外电阻和一个内电阻的匹配来使第三三极管导通。第三三极管导通后第四三级管电压下降,第四三极管导通后第五三极管电压上升,使第五三极管导通,由三、四、五三个三极管组成多级放大电路。第五三极管导通后使第一三极管电压上升,给第一三极管提供偏置电压,公共端的一个外电阻给第一三极管提供结电压使第一三极管导通,经过电容后形成回路,同时对电容进行充电。第一三极管导通后电压下降,第二三极管结偏置电压下降并保持截止状态。所有三极管都维持上述的工作状态,此时另一点脉冲不断上升,对电容不断充电,当另一点脉冲接近峰值时三个三极管组成多级放大电流已基本达到最高,电容维持充电使第一三极管的二个结电压压差低于第一三极管导通条件时第一三极管截止。第一三极管截止后电压上升,经过二极管向第二三极管提供偏置电压第二三极管导通,第二三极管导通后电压下降,第三三极管电压下降使第三三极管截止,第三三极管截止后电压上升,第四三极管偏置电压上升使第四三极管截止,第四三极管截止后第四三极管电压下降,第五三极管结电压下降使第五三极管截止。此时电流放大的三个三极管瞬间同时截止,使初级线圈上大电流产生突变,初级与次级线圈互感后在次级产生续流高压输出。此时脉冲下降沿来,因脉冲电压持续下降,电容上的电压由经第一三极管反向漏点使外电阻形成回路,对电容进行放电,第一三极管的二个结反向使第一三极管维持截止状态。待下一个脉冲到来时,再重复上述工作循环,产生一次高压输出。(如图1所示,T1-点火装置,L1-初级线圈,A-公共端,D1-二级管,C1-电容,R1、R2-外电阻,R3、R4、R5-内电阻,Q1-第一三极管,Q2-第二三极管,Q3-第三三极管,Q4-第四三极管,Q5-第五三极管)
4、 电感式点火装置的应用
4.1 对于三极管各项特征都要相当稳定所采取的措施
要想电感式点火装置在点火装置这一领域里有更好的发展,这就需要从功率、放大倍数、电流等方面去考虑,现有的电感点火装置(T.C.I)一般采用一只达林顿三极管放大电流,而三极管自身特性要求很高。所以在工作条件要求极高的环境下三极管各项特性都要相当的稳定。但在当今这个社会,要让功率、放大倍数、电流的实际应用都要相当稳定还存在一定的局限性,因此电感式点火装置的发展具有一定的潜力。我们就要通过掌握三极管的三大自身特性在机器运行过程中都保持相当的稳定,而这种保持稳定的方法在当下是不可能在使用时两者兼顾。如果一味的追求这种精准,那在机器运作过程中就容易因小失大,最后导致事故的发生。为了改变这种境地,拓宽点火装置的发展前景,我们对电感式点火装置必须重新认识,使电感式点火装置更好的跟上时代的步伐。通过使用这种电感式点火装置,引入多级放大电路作为驱动电路,此电路使用普通功率三极管就能达到达林顿管的效果。在工作条件要求极高的环境下其三极管各项特性都相当稳定,这种情况得到了根本的解决。
4.2 对点火装置达林顿三级管成本较高所采取的措施
达林顿三极管有三大特性:功率、放大倍数、电流,且此种三极管能承受的各项特性都要相当稳定,所以对三极管的要求相对而言就高,自然对达林顿三极管的制作就有更高的要求。由此可以看出,达林顿三极管的制作成本就高。相比普通功率三极管的市场价,此种达林顿三极管比市场价要高出其3-4倍。因此,为了机器在运行过程中不容易损坏,从而导致产品失效,我们通过以前失败的经验教训,研究设计了此种电感式点火装置,该装置引入多级放大电路作为驱动电路,引入多级放大电路,比传统单极放大电路运行更稳定,此电路使用普通功率三极管就能达到达林顿管的效果,无需使用达林顿三极管,从而降低了制造成本,更好的解决了点火装置达林顿三极管成本高的问题。
5、 结语
在我国,点火装置已被广泛应用于电力行业,电感式点火装置也得到了极大的发展。其实只要我们充分了解点火装置三极管结构与工作原理,总结以前存在的不足,并不一定使用贵的原材料产品性能的发挥就淋漓尽致,从其它方面入手,另辟蹊径,反而会有更好的收获。这种电感式点火装置为点火装置这一行业带来了曙光,不仅三极管各项特征都相当稳定,不易损坏、失效,而且大大降低了生产成本。
参考文献
本次课程学习半导体三极管的结构、类型符号、工作原理以及特性曲线。教材选用康华光主编,高等教育出版社出版的《电子技术基础》模拟部分(第五版)。模拟电路中一个最重要的内容就是放大电路,而构成放大电路一个最基本、最重要的器件就是半导体三极管。本次课安排在半导体、PN结和二极管之后,使学生具备一定的基础再对三极管的结构、电流放大关系和特性曲线进行学习,同时也为下节课学习三极管的各种放大电路打下基础。因此这部分内容的学习起到承上启下的作用。
2教学目标分析
2.1情感目标
从三极管的应用出发,激发学生专业兴趣及热情,学以致用。
2.2知识目标
理解晶体管内部载流子的运动,掌握三极管的放大条件。掌握三极管的电流放大作用、电流分配关系及其特性曲线。
2.3能力目标
教学过程中体现由表及里、兼顾内因和外因、化繁为简等思想培养学生认识事物的能力。通过实验、分析、总结的教学环节培养学生分析问题和解决问题的能力。
3教学重点、难点分析
教学重点是三极管的结构、电流放大条件及其分配关系、特性曲线。教学难点是三极管内部载流子的运动规律。
4教具和方法
教具采用黑板、粉笔、多媒体幻灯片、多媒体视频以及三极管实物辅助教学情景教学法、实验教学法、引导思考教学法、讲解教学法等多种教学方法。
5教学过程设计
5.1导入新课
通过多媒体播放一段视频引出扩音设备,引发学生对新学习课程的兴趣。然后给学生介绍扩音设备的组成和工作原理。通过一个设问“什么样的器件能够实现这样的功能呢”,引出这堂课的教学内容半导体三极管。为了进一步提高学生的学习兴趣和注意力,同时也扩宽学生的知识面,此处加入关于三极管发明的一些知识。
5.2讲授新课
接着给学生演示一些常用的三极管实物,告诉他们正是这些小小的器件实现了电信号的放大,进一步引发学生的学习兴趣。同时结合课件给学生介绍三极管的封装,以及不同封装分别表示的意义,培养学生理论联系实际的能力。根据认识事物由表及里的规律,认识了三极管的外形,下一步给学生介绍三极管的内部结构。结合多媒体课件介绍三极管的结构及其符号,并与学生一起总结出三极管三区、两结、三极的基本构成。提出问题“:三极管犹如两个反向串联的二极管,能否将两个普通的二极管串联起来组成三极管?”引导学生思考并引出对三极管内部具体结构的学习。将三极管的内部结构比喻为汉堡,通过与汉堡的类比加深学生的印象,并告诉学生三极管的这一结构特点正是它能够进行放大的内部条件。那么,具有这种结构特点的三极管就可以进行放大吗?实际上,三极管进行放大除了结构特点为其放大提供了内部条件外,还必须满足一定的外部条件。接着给学生介绍外部条件,正是认识事物需要同时兼顾内因和外因思想的体现。同时当学生对三极管有一个宏观的认识后,下一步学习三极管的工作原理。首先重点强调三极管放大“发射结正偏,集电结反偏”这一外部条件,以及具体电路中如何保证这一条件实现,加深学生对这一条件的记忆。下面介绍这一节课的重点内容,三极管内部电流的分配和放大关系。为了避免枯燥的公式推导,帮助学生直观的理解和掌握三极管内部电流分配关系,在讲台上演示实际的三极管放大电路,通过改变电位器阻值,测得一系列发射极、集电极和基极电流数据。启发学生观察测得的数据,得出三极管三个电流之间的关系。这样繁琐的推导过程被简单直观的实验所代替,体现认识事物由繁琐到简单的客观规律,而学生通过实验和自己观察总结出的结论更容易理解和记忆。同时引导学生体会三极管内部电流的分配关系IE=IC+IB正是基尔霍夫定律的体现,而IC=βIB正是三极管电流放大作用的体现。通过设问“:为什么会出现这种现象呢?”引起学生的思考。透过现象看事物的本质,这一现象是由三极管内部载流子的运动规律决定的。三极管内部载流子的运动规律是这一节课的难点,可以通过多媒体动画直观地演示载流子运动的复杂过程。对照多媒体动画分发射、复合和收集三个阶段给学生介绍这一过程,同时与学生一起推导三极管运动过程中内部电流之间的关系,得出与实验完全吻合的结果。另外,可以再播放一段三极管内部载流子运动的视频,帮助学生回顾和进一步加深理解这一难点内容。
5.3思考与讨论
设计两个思考题:(1)既然三极管具有两个PN结,可否用两个二极管相连以构成一只三极管?(2)放大电路输出端增加的能量是从哪里来的?让学生展开讨论,通过讨论加强学生积极动脑思考问题能力的培养,也进一步加深对所学知识的理解。
5.4小结
通过提问与学生一起总结本次课的内容,并通过板书加深印象。
6教学反思
(1)课堂中通过一段音乐引出扩音系统进而引出新课程三极管的学习,有效地激发了学生的学习兴趣。(2)用实验的方法代替复杂的公式推导,用更直观的实验数据加强学生对三极管电流分配关系的记忆;(3)用直观动态的多媒体视频演示三极管内部载流子的运动过程加强学生的理解,同时也活跃了课程气氛。(4)教学过程中体现了由表及里,兼顾内因和外因,化繁为简等思想,除了注重学生对所讲课程的学习,更注重学生认识事物能力的培养。
7结论
关键词:分压式电路 静态工作点 戴维南定理
1、引言
放大电路的核心是有源元件,即晶体管或场效应管,在基本放大电路中,只有在信号的任意时刻晶体管都工作在放大区或场效应管都工作在恒流区,输出才不会失真。因此,放大电路必须设置合适的静态工作点。当输入信号为零时,晶体管和场效应管各电极间的电压或电流称为点,对于晶体管来说,点包括基极电流、集电极电流,b-e间电压和管压降。静态工作点的选择及稳定具有举足轻重的作用,直接关系到放大电路能否正常可靠地工作,通常采用在放大电路中引入直流负反馈等方法稳定静态工作点,如典型的分压式偏置静态工作点稳定电路[1]。
2、分压式电路求解方法
2.1 常用求解法
图1三极管为放大电路的核心元件。其中、为基极偏置电阻,为集电极负载,为发射极负载,,为信号耦合电容,为旁路电容。由于三极管为NPN型,三极管的集电极(c)、基极(b),发射极(e)电位满足,处于放大的状态[2]。
先通过线性电阻分压电路、来计算三极管的基极电位
(1)
由基尔霍夫电压定理,发射结导通电压加上发射极电阻上的电压应该等于基极的电位[3]。故:
(2)
由于,为已知值,在该式中可计算出,发射极的静态电流。根据三极管的电流分配定律:
(3)
(4)
当的数值较大时(时),
(5)
由基尔霍夫电压定理,
(6)
综合(2)~(6)式。得到三极管的静态工作点的三个主要的参数,和。
2.2 戴维南求解法
将图2进行交换,由此图2的戴维南等效电路图如图3所示,左边的的电路等效成一个电压源和一个电阻的串联,其输入回路就变为一简单回路,从而就避免了上述传统方法所作的近似问题。
根据戴维南定理[4],图3的电压源和等效电阻分别为:
(7)
(8)
(7)式中的极性与电压源极性一致。根据图3可列方程:
(9)
由(7)~(9)式解出,再代入(4)式和(6)式,可求得静态工作点的三个主要参数,和
3、分压式电路的适用条件
如图1所示,电路中:,,,,,,,确定该电路的静态工作点。在这个分压式电路中,根据上面所述的方法:
此时由+15V的电源经过向三极管所能提供的最大的集电极电流为,远小于上面计算的数据,即三极管已经进入饱和状态。以上计算方法出现错误,条件不成立。所以应计算分压式电路的适用条件。
根据电路中的节点电流定理,等于加上三极管的基极电流为。即,经验表明当时,我们认为远大于基极电流,所以。此时基极的电位才可以根据(1)式进行计算。由于该条件设有给出具体的衡量方法,因此,本文提出一个计算公式。
电阻和三极管的基极电路构成一个封闭的回路。该回路上可适用全电路的欧姆定律。
(10)
将有关的数据代入(10)式中可得
(11)
当基极的电位时,(11)式可简化为
(12)
若具备条件远大于基极电流,则有,即
(13)
当(13)式满足时,可以使,上述的(1)式成立,(2)(4)(6)式根据电路定律自然成立。即可以应用分压式电路静态工作点的计算方法。所以(13)式为该计算方法的适用条件。
我们把这个适用条件代入上面的数字, ,不满足远大于,所以出现上面的错误。
4、结语
计算分压式偏置电路、静态工作点时,为避免产生较大误差,应判断分压式计算方法的配置条件。若满足时,就可以采用分压式的两种求解方法,而且方法2利用戴维南定理对分压式偏置方法电路静态工作点进行定量分析时,避免了方法1所作的近似。因此,掌握这些方法,对培养学员的电路分析计算能力具有一定的价值。
参考文献
[1]华成英,童诗白.模拟电子技术技术[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]王远.模拟电子技术[M].北京:机械工业出版社,1994.
(1)学习识别简单的电子元件与电子线路;
(2)学习并掌握收音机的工作原理;
(3)按照图纸焊接元件,组装一台收音机,并掌握其调试方法。
二、实习器材介绍:
(1)电烙铁:由于焊接的元件多,所以使用的是外热式电烙铁,功率为30w,烙铁头是铜制。
(2)螺丝刀、镊子等必备工具。
(3)松香和锡,由于锡它的熔点低,焊接时,焊锡能迅速散步在金属表面焊接牢固,焊点光亮美观。
(4)两节5号电池。
三、实习目的:
电子技术实习的主要目的就是培养我们的动手能力,同金工实习的意义是一样的,金工实习要求我们都日常的机械车床,劳动工具能够熟练使用,能够自己动手做出一个像样的东西来。而电子技术实习就要我们对电子元器件识别,相应工具的操作,相关仪器的使用,电子设备制作、装调的全过程,掌握查找及排除电子电路故障的常用方法有个更加详实的体验,不能在面对这样的东西时还像以前那样一筹莫展。有助于我们对理论知识的理解,帮助我们学习专业知识。使我们对电子元件及收音机的装机与调试有一定的感性和理性认识,打好日后深入学习电子技术基础。同时实习使我获得了收音机的实际生产知识和装配技能,培养理论联系实际的能力,提高分析问题和解决问题的能力,增强独立工作的能力。同时也培养同学之间的团队合作、共同探讨、共同前进的精神。
具体目的如下:
1.熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理。
2.基本掌握手工电烙铁的焊接技术,能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。熟悉电子产品的安装工艺的生产流程。
3.熟悉印制电路板设计的步骤和方法,熟悉手工制作印制电板的工艺流程,能够根据电路原理图,元器件实物设计并制作印制电路板。
4.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围,能查阅有关的电子器件图书。
5.能够正确识别和选用常用的电子器件,并且能够熟练使用普通万用表和数字万用表。
6.了解电子产品的焊接、调试与维修方法。
四、原理简述:
zx-921型收音机是由8个三极管和2个二极管组成的,其中bg1为变频三极管,bg2、bg3为中频放大三极管,bg4为检波三极管,bg5、bg6组成阻容耦合式前置低频放大器,bg7、bg8组成变压器耦合推挽低频功率放大器。该机的主要技术指标为:
频率范围:中波530~1605khz
中频:465khz
灵敏度:小于lmv/m
选择性:大于16db
输出功率:56mw~140mw
电源:1.5×2v(1.5v干电池二节)
zx-921型收音机电路原理图
(一)调谐、变频电路
l1(线圈)从磁性天线(磁棒)上感应出的电台信号,经由l1和cl-a(双联电容)组成的输入调谐回路选择后,只剩下需要的电台信号,该信号耦合给l2(线圈),并由l2送bg1的基极和发射极。由于调谐回路阻抗高,约为100kω,三极管输入阻抗低,约为1~2kω。要使它们的阻抗匹配,使信号输出最大,就必须适当选择l1与l2的圈数比,一般取l1为60~80圈,l2取l1的十分之一左右。以改变输人回路的高端谐振频率,使之始终低于本机振荡频率465khz。所以微调电容c主要用于调整波段高端的接收灵敏度。相反,微调电容c对波段低端接收灵敏度的影响极小,这是因为在波段低端双连可变电容器cl-a几乎全部旋进,这时cl-a的电容量很大,约为200多微微法,微调电容器c的电容量的变化对它来说便可忽略不计。来自l2经输入调谐回路选择的信号电压一端接bg1的基极,另一端经c2旁路到地,再由地经本振回路b2次级下半绕组,然后由c3耦合送bg1的发射极。与此同时,来自本机振荡回路的本机振荡信号由本振线圈次级抽头b2输出,经电容c3耦合后注入bg1的发射极;本机振荡信号的另一端,即本振线圈次级另一端,经地由c2耦合到l2的一端,并经l2送bg1的基极。由于l2线圈只有几匝,电感量很少,它对本机振荡信号的感抗可忽略不计。
因此,可认为由c2耦合的本振信号是直送bg1基极,这样在bg1三极管的发射结同时加有两个信号,它们的频率分别为f振、f外。只要适当地调整bg1的上偏置电阻r,使bg。的发射结工作在非线性区(这时对应bg1集电极电流ic为o.2~0.4ma),则f振、f外信号经bg1混频放大后将由集电极输出各种频率成分的信号。由b3中频变压器初级绕组与电容组成的465khz并联谐振电路,选出465khz中频信号,并将之经中频变压器耦合至次级绕组,输出送中频放大电路进行中频信号放大处理。在本机振荡回路中可变电容c1-b(或简称振荡连)两端并接一个微调电容器,它的主要作用是调整收音机波段高端的覆盖范围,其功能与输入调谐回路中的电容一样。收音机波段低端的覆盖范围调整是调节b2本机振荡线圈的磁心,当将b2中的磁心越往下旋(用无感螺丝刀顺时针转动磁心),线圈的电感量就越大,这时本机振荡频率就越低,对应接收的信号频率也越低。
(二)中频放大电路
中频放大电路的主要任务是放大来自变频级的465khz中频信号。收音机的灵敏度、选择性等技术指标主要取决于中频放大器,一般收音机的中频放大倍数要达到1000倍,因此,中放三极管的放大倍数取β=70左右。β值不能取得太高,否则将引起中频放大器自激啸叫。b3、b4和b5分别是第一中频变压器、第二中频变压器和第三中频变压器,它们都是单调谐中频变压器,初级绕组分别与各自电容器组成并联谐振电路,谐振频率为465khz。在电路中它们主要起选频、中频信号耦合和阻抗匹配作用。来自变频三极管bgl集电极的中频信号,经b3选频后,由b3次级绕组输出,一端经电容c4、c5后送往bg2的发射极,另一端送往bg2的基极。该信号经bg2放大后由集电极输出,并再经b4选频进一步滤除非中频信号后由b4次级绕组耦合输出:同样,b4输出的中频信号一端送往bg3的基极,另一端经c6、r8后送往bg3的发射极,中频信号经bg3再一次放大后由集电极输出送往b5中频变压器。来自bg3集电极已经过两级中频放大的中频信号,经b5再一次选频后,由b5次级绕组输出,送往检波电路进行解调处理。在上述的两级中频放大电路中,各极工作状态的确定要考虑到不同的需要。
(三)检波器及自动增益控制电路
检波电路主要由检波三极管bg4、滤波电容c8和检波电阻r9、w组成。来自b5次级经中频放大器放大的中频信号送往三极管bg4的基极和发射极,发射结相当于二极管,检波后输出信号的变化规律和高频调幅波包络线基本一致。收音机的检波输出音频信号强度也能自动地在一定范围内保持不变。
(四)低频前置放大与功率放大电路
来自音量电位器w中心滑片的音频信号,经c10耦合到bg5的基极,通过由bg5、bg6组成的阻容耦合低频前置放大器放大后,由bg6集电极送往输入变压器b6的初级。为了保证前置放大器有较大的功率增益和较小的失真,取bg6的集电极静态工作电流为2~3ma。来自bg6集电极的音频信号经输入变压器阻抗变换后,耦合输出两组相位差互为180o的音频信号,然后分别送往bg7、bg8的基极和发射极,bg7、bg8组成变压器耦合推挽低频功率放大器。由于电路上下是完全对称的,来自输入变压器的音频信号,经bg7、bg8功率放大后送往喇叭。r15是交流负反馈电阻,其作用是改善低频放大器的音质。
五、实习步骤:
(一)熟悉电路元件,掌握烙笔的使用方法
老师发给我们每人一块电路板,这是别人上一届的学长们做好的电路摸板。老师只是叫我们用烙笔把各种电路元件拆下来,通过拆的过程,使我们熟练掌握烙笔的使用方法,同时使我们熟悉电路元件的焊接过程。
(二)发收音机装配零件,检查和熟悉各种零件
老师让我们多次熟悉收音机的电路图和熟悉电路元件,并调试元器件的好坏。
该遥控发射电路主要以集成块IC1 (TX-2BS)为核心及其他元件组成, 其工作原理如图1所示。集成块IC1的 3、11脚为电源供应端;其1、16脚为 左右转弯控制信号输入端;4、5脚为 前进和后退控制信号输入端;6脚为 加速控制信号输入端;7、8、9脚为 空端;10、12脚为编码信号控制输出 端;13、14脚外接振荡电阻。三极管 VT2及晶体B1等构成载波振荡器,其振 荡频率为35MHz。
在接通电源后,操作遥控器中的 功能键,其集成块IC1相应控制脚接 地,内部对应的功能选通,开始进行 编码产生与操作功能键相一致的编码 信号,然后由其10脚输出控制编码脉 冲信号,同时其12脚输出高电平控制 信号,发射二极管LED 亮,三极管VT2的B极有高电平信号而导通工作,三极 管VT2与晶体振荡器B1组成的载波振荡 器工作,产生35MHz的振荡载波频率, 经电容C3耦合到三极管VT1的B极。当 集成块IC1(TX-2BS)的10脚输出高 电平控制编码脉冲信号时,三极管VT1 导通工作,其功能控制编码脉冲信号 及三极管VT2及晶体振荡器B1产生的 35MHz载波经三极管VT1调制放大后, 经电容C6、电感L3耦合发射出去。
遥控车充电电路
由于微型无线遥控车其自身较 小,没有空间安装5号电池,生产厂家就采用三节纽扣电池串联使用。当遥控车没有电时,就把遥控手柄中的插头插入遥控车的插座充电即可使用,其充电电路工作原理见图1中虚线部分。
当微型车无电,把遥控手柄中的 插头插入遥控车后,遥控器内的+6V电 压通过连接插座进入到遥控车充电电 路,该电压加到三极管VT7的C极;同 时还通过电阻R21,电阻R23加到三极 管VT4的B极和E极;通过电阻R20、电 阻R25、电容C10加到三极管VT3的B极 和C极。由于电容C10两端电压瞬间不 能突变,就给三极管VT3的B极提供一 定的偏置导通电压,三极管VT3导通, 其C极电位降低,三极管VT4的B极电位 降低而导通,+6V电压经过三极管VT4 的E、C极,电阻R18加到三极管VT7的 B极,三极管VT7导通,开始给遥控车 内电池组充电;同时,该电压经电阻R22给电容CH充电,充电指示灯LED1 亮。在电容CH充电时,又给三极管VT3 的B极提供了一定的偏压,从而加速了 三极管VT3、VT4、VT7的导通,随后电 容的充电电流越来越小,三极管VT3、 VT4、VT7相应进入截止状态,充电指 示灯LED1灭,表明给遥控车内电池组 充电结束。
遥控接收电路工作原理
该遥控接收电路主要以集成块IC2 (RX-2)为核心及其他元件组成,其 工作原理见图2所示。 当操作遥控器上的各功能键时, 所发出的高频信号经遥控车上的天线 接收后,由超再生接收电路解调出编 码控制脉冲信号,再经电阻R3、电 容C7耦合,送到接收集成块IC2的14 脚,经其内部放大处理后,从其相应 控制端输出控制信号,送到电机驱动 控制电路。电动机驱动电路都是采用 双端平衡方式,改变其两端工作电压 极性,就可控制电动机转动方向。当 输出的是前进信号时,集成块IC2的11 脚输出高电平控制信号,三极管VT8、 VT10、VT11随之导通,电动机M1正 转,遥控车前进。当输出后退,左右 转向控制信号时,用户可自已分析电路原理。
各种不同结构的光耦可满足输入、输出隔离;输入与输出共地或不共地;输入、输出是直流或交流,使用极为灵活,因此应用极为广泛,这里介绍一些典型应用电路。
1.隔离线性放大器电路 如果将输入的交流信号调制成与信号电压成比例的调制电流,则经光耦后再经放大可实现隔离线性放大,电路如图1所示。
由+5V电压及限流电阻(R1及RP)给发光二极管一个偏置电流IFO (一般IFO取得大一点,约10mA),交流信号电压经C1、R2后加在发光二极管上,叠加在IFO上形成调制电流。经光耦后输出调制的光电流,在R3上产生一个与输入电压成比例的调制电压,此电压经C2隔直,交流成分则经放大器放大输出。
这里要指出的是经光耦的电-光及光-电转换,线性度不是很高。为了减小失真,偏置的电流IFO要大,信号电压产生的调制电流的峰值电流不超过5mA,可使输出电压失真较小。这种光电隔离放大器比隔离放大器要便宜得多。另外,光电三极管的地用表示(说明与输入电压不共地)。
采用PS2701有较好的线性度,输入信号的频率可在音频范围。
2.市电监测电路 图2是一种市电监测电路,当停电时报警。采用TLP126光耦经限流电阻直接与市电220V连接,使光耦的发光二极管发光,光电三极管导通,使10kΩ电阻上的电压接近Vdd(光电三极管的饱和管压降小于0.5V),外接功率MOSFET(VT)的-VGS<1V,则VT截止,报警电路不工作。3.3μF电容是用来稳定VT栅极的电压,防止交流电压过零使栅极电压变化太大而产生误动作。
市电停电时,发光二极管无电流,光电三极管截止,VT 的-VGS=9V,VT导通,报警电路工作。
Si9400是P沟道功率MOSFET,其主要参数是VDS=-20V,在VGS =-10V时RDS(ON)=0.25Ω,ID=±2.5A。8管脚SO封装,管脚排列如图3所示,使用时,四个D要焊在一起,两个S要焊在一起以便于散热。
3.防盗报警器电路 一种用抽屉被撬防盗报警器电路如图4所示。它由光遮断器、遮断片及有关电路组成。光遮断器是一种光电传感器,它由红外发光二极管及光电三极管及黑色塑料外壳组成,其剖面如图4左边所示,其外形如图4右边所示。
其工作原理与光耦完全相同,区别仅仅是它由遮断片来阻挡光路使光电三极管截止;当遮断片后移,发光二极管的红外光照到光电三极管,光电三极管导通。
光遮断器安装在抽屉的底部,遮断片装在抽屉上,如图5所示。要使防盗报警器工作,接通Vcc(+5V)及Vdd(+9V)。抽屉未被撬时,遮断片遮住光路,光电三极管截止,VT无ID,VT也截止,光耦(TLP169G)的发光二极管无电流,光触发双向可控硅截止,报警电路不工作。
当小偷撬开抽屉,拉出抽屉时,遮断片退后,光遮断器光路通,光电三极管导通,VT相继导通,光耦中的发光二极管工作,光触发双向可控硅导通,报警器电路工作。
这个电路的特点是,一旦报警器工作,即使将抽屉关上,遮光片遮断光路,但双向可控仍然导通,报警电路仍一直报警,即使小偷发现光遮断器,将它破坏,但报警电路还工作。按一下开关K断开Vdd才能使报警电路不工作。
这里VCC的地与Vdd的地不共地,图中用两种地的符号表示。
由于光遮断器有多种型号,要求发光二极管的工作电流IF各不相同,必要时要调整R1的大小,使其满足IF的要求。
TLP160G的输出部分光触可控硅的最大工作电流在25℃时可达100mA(随着温度增加而减小)。若报警电路工作电流大于80mA,最好外接VT2,如图6所示。
4.交流固态继电器电路
TLP160G光耦用得最广的是用作交流固态继电器。它可以与外接双向可控硅作简单连接来驱动市电供电的各种负载。其电路如图7所示。输入三极管VT的基极的控制信号为高电平时,VT导通,红外发光二极管也导通(VCC 经RIN、红外发光二极管、经VT的C、E极到地),光触发双向可控硅导通;这使外接功率较大的三端双向可控硅导通,负载RL得电。其工作原理相当于图8中的控制开关:K闭合,双向可控硅导通;K断开,双向可控硅截止。
如果将虚线框内的电路做成一个单独的模块,它就是一个交流固态继电器。图7的电路适合于电阻性负载,若是电感性负载,电路中增加一个RC,如图9所示。
这种交流固态继电器有一个缺点,它的双向可控硅不是在交流电过零时触发导通,其结果是正弦波不完整,这瞬间会产生对电网的干扰。外接三端双向可控硅耐压要大于400V,工作电流应大于负载最大电流。
关键词:AVR;单片机;无线;红外通信
近年来无线数据通信技术不断发展,红外无线技术也得到了较大的进步,它主要利用红外线来传递数据,是无线通讯技术的一种,具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点。结合红外通信技术应用的特点,本文设计和实现了一种基于AVR单片机的无线红外通信系统。单片机是目前设计应用中用得比较广泛的器件,它可以通过软件编程来达到不同的效果,实现各种各样不同的功能,具有灵活性强、可靠性高、可扩展性好的优点。结合单片机技术,可以提高红外通信的距离,而且硬件电路简单,同时具有较高的集成性、性价比较高等特点,具有一定的参考和使用价值。
1系统方案
本系统是一个基于单片机红外光通信的模拟信号和数字信号的发射与接收系统。采用语音信号放大,经过PWM调制后单独发射,经光敏三极管接收进行放大滤波和功放。温度信号采用DS18820采集,经过单片机进行编码,将调制信号与38KHz载波信号通过74HC157多路选择器进行调制后发射。同样采用光敏三极管U37D进行接收,即可解调出发射的温度信号,通过AVR128单片机进行输入捕捉,最终显示到1602液晶显示屏上。模拟部分信号调制采用PWM调制方案,解调时采用巴特沃斯滤波器;数字部分的红外编码采用16位温度数据并在前后加入起始位和截止位,组成包含18bit方式的一个帧,调制方案主要采用WDM调制。
2系统硬件设计
2.1模拟系统硬件电路设计
信号的输入采用反相输入运算放大器实现前置放大,再通过比较电路与积分电路首尾相连,组成闭环电路,电路自动生成方波、三角波。然后将三角波信号和音频信号经过LM393比较后出来PWM比较标准,此时不需要整形,只需红外发射电路即可。为了确保发射达到一定的距离,在发射前级加一个功率放大三极管8050。再经过编码后的二进制信号调制成频率为38KHZ的间断脉冲串,即是调制后用于红外发射二极管发送的信号。发送信号完毕后,信号通过红外及放大电路接收。本设计选用接收距离较远、接收高频的光敏三极管,而且还带有一定的滤波作用。由于光敏三极管接收的信号比较弱,所以要先经过放大处理。在后极加一个带通滤波器,滤掉各种谐波,还原出语音信号。带通滤波器由一个巴特沃斯二阶低通滤波器和一个巴特沃斯二阶高通滤波器组成,该滤波器是将接收信号中低于300Hz以下的谐波滤掉。经滤波器输出的语音信号十分微弱,带不动8Ω负载,需要放大功率。选用专用音频功率放大芯片LM386。
2.2数字系统硬件电路设计
选用集成数字温度传感器DS18820,便于数据处理及控制。经过DS18820采集到的数字温度信号直接发射会在接收端出现乱码现象,故需对其进行编码处理。本设计采用ASK相移键控方式进行调制,并采用AVR单片机作为主控芯片。方波的频率选为37KHz,选用芯片SN74HC157实现选通。
接收电路还是选用光电三极管,光电三极管本身带有滤波作用,由于调制前后的信号都是数字信号,通过光电三极管的滤波就可将编码信号还原出来。由于接收到的信号是编码信号的反码,所以在接收后加一个反相器。解码之前要先将调制信号解调出来,解调方式是先将接收到的信号通过滤波器,再利用一个电压比较电路跳出编码信号,解码电路选用Atmel公司的ATmega128单片机,利用其输入捕捉功能进行解码,显示电路采用LCD1602,并用单片机进行控制。
3系统软件设计
红外编码方式采用2ms的高电平和1ms的低电平表示二进制“1”,用1ms的高电平和1ms的低电平表示二进制“0”,这样就将16位温度数据编码成一系列脉冲,为了保证解码的正确性,在编码后的16位温度数据前后加识别码,起始标志码用6ms高电平和5ms低电平表示,结束标志码用9ms高电平和8ms低电平表示,这就构成了一帧数据。
解码是将前面编码的温度数据还原出来,这里就用到Atmega128的16位计数器的输入捕捉单元。温度采用LCD1602液晶显示,电路简单,由于解码出的温度数据是16位二进制代码,还要进行数据处理,然后送给液晶显示。
4测试结果与分析
输入正弦信号,Vi=200mVp-p接收距离为2m时,在8Ω电阻负载上测得数据(见表1)。
在输入信号为O时,输出电压有效值Vrms=25mV。用DS18b20测得的温度数据为18.45260C。在接收端接收到了温度数据和语音信号,实现了利用红外光通信。在输入信号为500HZ时,从表1中可以看出,在8Ω电阻负载上,接收装置的输出电压有效值都大于0.4V;而且在输入信号为0V时,输出噪声电压的有效值为28mV,远小于0.1V,模拟部分用PWM调制,数字部分用ASK调制方案,成功地实现通信。
测量三极管好坏需要根据三极管的类型的特性,利用三极管内PN结的单向导电性用,用仪器万能表,检查各极间PN结的正反向电阻,如果相差较大说明管子是好的,如果正反向电阻都大,说明管子内部有断路或者PN结性能不好。
三极管全称应为半导体三极管,是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号,也用作无触点开关。三极管是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件,三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把整块半导体分成三部分。
(来源:文章屋网 )