剛剛開始接觸模電的內容,想知道下面這個光控開關的工作原理,知道的知友能說說嗎?


我們來看下圖:

此圖其實非常簡單,核心部分就是我們在數字電子技術中學到的施密特觸發器。

施密特觸發器的特點是,根據輸入電壓的變化,兩隻晶體管V1和V2中,若V1飽和則V2截止,或者V1截止V2飽和。並且施密特觸發器具有繼電特性,也即讓V1飽和的輸入電壓與讓V1截止的輸入電壓不同,也因此,施密特觸發器常常用於電壓甄別器。

在實際使用時,V1很容易處於放大狀態。

對於題主的圖,電阻參數選擇不正確。

我們知道,當晶體管V2飽和後,它的管壓降是0.3V,我們看到V2晶體管的集電極電阻是220歐,發射極電阻是120歐,於是流過晶體管V2的電流為:

I_{V2.C} =frac{28-0.3}{0.22+0.12} approx 81.5mA

由於施密特觸發器的晶體管屬於小功率晶體管,故此晶體管非燒掉不可!!!

我們把220歐改為2.2K,把120歐改為1.2K,則有:

I_{V2.C} =frac{28-0.3}{2.2+1.2} approx 8.15mA

這樣才對。

同理,V1的集電極電阻也改為2.2K。

我們設晶體管的放大倍數為30倍,於是V1管的基極電流為:

I_{V1.B} =frac{8.15}{30} approx 0.27mA

首先要確定發射極電阻1.2K上的電壓,為:

U_{E} =8.15	imes 1.2approx 9.8V,於是當V1導通時,它的基極電壓必須是:

U_{V1.B} =9.8+0.6=10.4V

光敏電阻的參數如下:

我們看到,當光敏電阻無光照的等效暗電阻為600K,而有光照的亮電阻為5K。

設當前無光照,則等效於光敏電阻已經從電路中開路。於是V1的基極電阻為:

R_{V1.B} =frac{28-10.4}{0.27} approx 65.2KOmega

我們看到,圖中設計的是10K電阻串聯50K的可變電阻,顯然這是合適的。

V1飽和了,那麼V2又如何?

V2的發射極電壓我們已經知道是9.8V,而V1管的集電極電壓U_{C.V1} =9.8+0.3=10.1V,兩者之差為0.3V,小於V2要導通其基極電壓必須大於0.7V,也小於其處於放大區所必須的0.6V,故V2必然處於截止狀態。

當V2截止後,V3基極為高電平,系統具備讓V3飽和的條件,繼電器也因此會吸合動作。這裡的關鍵是穩壓二極體D1穩定電壓的確定。

設高靈敏繼電器的吸合電流為20mA,則有:

I_{V3.B} =frac{20}{30} approx 0.67mA

於是穩壓二極體的擊穿電壓為:

U_{D} =28-2.2	imes 0.67-0.7approx 25.8V

故取穩壓二極體的穩定電壓為22~24V即可。

V3必須採用中功率晶體管。

現在我們來考慮光敏電阻有光照的情況。

有趣的是,當光敏電阻阻值逐漸減小時,V1管的基極電壓逐漸降低,它的集電極電流當然也逐漸減小,於是發射極電阻上的電壓會降低,從而抵消了光敏電阻的光照阻值變化。

也因此,這裡就出現了施密特觸發器的繼電特性。這一點十分重要,這是施密特觸發器用於電壓甄別器的原因。

繼電特性如下:

是不是和施密特觸發器的特性十分想像?

同時,V1管會脫離飽和區進入放大區,晶體管的損耗會增加,V1管會因此發熱。

當光敏電阻的阻值降低到5K時,忽略V1的基極電流,V1的基極電壓為:

U_{B.V1} =frac{28	imes 5}{10+51+5} approx 2.1V

這個值遠遠低於發射極電壓9.8V,因此V1管截止,繼而V2管導通,而V3管截止,繼電器釋放。

繼電器線圈反向並聯的二極體D2用於瀉放繼電器線圈產生的反向電動勢,防止讓V3受反向電壓的衝擊而損壞。

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正好下午沒事,居然有空給題主寫了這麼多,自己都感到十分驚訝。

再次提醒題主:圖中的V1和V2的集電極電阻必須調整為2.2K,而發射極電阻必須調整為1.2K,否則電路一旦接通這兩隻晶體管中的一隻(最大可能是V1管)會立即燒毀!

另外,最好學會這種分析方法,而不是藉助於所謂的模擬。

事實上,在畢設論文答辯時,若看見某位學生用模擬求解電路參數,會被我十分瞧不起。


沒有光照射的時候,光敏電阻阻值比較大,V1導通,導致V2也導通。D1很可能是穩壓二極體,被反向擊穿後使得V3也導通,因而繼電器線圈得電,繼電器開始工作。

光照射到光敏電阻上後,其阻值快速減小,導致V1關斷,之後V2和V3也相繼關斷,因而繼電器線圈停止工作。D2是續流二極體,會保護線圈電流緩慢消失,而不會出現大的反向電動勢。

實際應用中,V1,V2,V3可以全部由一個MOSFET代替,功能完全一樣。


這是板級的電路,這些器件只知道個大概。具體驗算我就不獻醜了。容易知道,28V供電,如高票答案所言,的確電流很大。

僅闡述工作原理,v1,v2,v3極性相反,且逐級放大,最後給繼電器提供控制電壓。因此很容易理解其工作原理。

但高票有一點我不贊成:施密特觸發應該不大可能,施密特觸發是雙邊觸發器。前提是有正反饋電路,正反饋電路是有死區的,施密特用的就是這個死區。

這個電路是逐級放大,看不到正回饋迴路,因此是單點判斷,與施密特觸發無關。


這電路,屌了,告訴擼主個常識吧,電路中除了採樣電阻,低壓電路中Led的限流電阻,一般都會大於1k~~~~像這種帶3級管的~~很少有低於1k的


剛接觸模電就整出這麼個問題,真是讓人敬佩。


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