電工電子課程設(shè)計-停電自鎖拉線開關(guān)設(shè)計

1、<p>　　評分： </p><p><b>　　電工電子課程設(shè)計</b></p><p>　　設(shè) 計 報 告</p><p>　　設(shè)計任務(wù)： 停電自鎖拉線開關(guān)設(shè)計 </p><p>　　班 級： </p><p>

2、　　姓 名： 學(xué)號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　實驗日期： 年 月 日</p><p><b>　　停電自鎖拉線開關(guān)</b></p><p><b>　　一、設(shè)計的目的</b></p>&

3、lt;p>　　一般家庭中的燈，是用傳統(tǒng)的拉線開關(guān)，該類開關(guān)的一個弊端就是停電后、人們常常忘記將開著的燈關(guān)掉，使得來電之后，這些燈因無人值守而長鳴，造成了電能的浪費。對現(xiàn)在常用的拉線開關(guān)進行改進，使得普通的拉線開關(guān)在停電后，可以鎖定在關(guān)的狀態(tài)，從而避免了浪費電能。</p><p>　　自鎖式拉線開關(guān)電路，它能夠在來電后拉開關(guān)是開還是關(guān)，電燈都不會亮。只有再進行相應(yīng)操作后才能將燈點亮，很好的解決了上述問題。&l

4、t;/p><p><b>　　二、元件清單表</b></p><p><b>　　三、電路原理</b></p><p>　　如圖所示電路可以完成這種功能。</p><p>　　圖中，220V市電經(jīng)V1-V4整流之后，經(jīng)電阻R1限流、電容C1濾波、在穩(wěn)壓管Vz兩端得到約12V直流穩(wěn)電壓后，此電壓，供后續(xù)電

5、路使用，平時電路可以正常工作。</p><p>　　（1）假設(shè)停電前拉線開關(guān)S是閉合的。</p><p>　　在這種情況下，重新來電后與非門U1:B輸出高電平，此高電平送給U1:C的一個輸入端。此時由于觸發(fā)器U2的4腳接有RC清零電路，因此D觸發(fā)器的輸出端1腳輸出低電平，2腳輸出高電平，并反饋到U1:C的另一個輸入端，與U1:B輸出高電平相“與”后使U1:C輸出低電平。這樣D觸發(fā)器就維持零

6、態(tài)，與非門U1:D輸出為高電平，使三極管V5導(dǎo)通，控制可控硅Vs為關(guān)斷狀態(tài)，燈不亮。</p><p>　　如果需要重新開燈，首先拉動拉線開關(guān)S使其斷開，這時在上拉電阻R2的作用下，與非門U1:B輸出低電平，U1:C的輸出有低電平跳至高電平，由于D觸發(fā)器的5腳接高電平，因此D觸發(fā)器U2翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)。其2腳輸出的低電平將與非門U1:C封鎖，使D觸發(fā)器U2不再受S的影響。此時與非門U1:A輸出為低電平，雖然D觸發(fā)器U

7、2翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)，但是與非門U1:D輸出仍然為高電平，三極管V5導(dǎo)通，可控硅繼續(xù)保持關(guān)斷狀態(tài)。</p><p>　　這時再拉一下拉線開關(guān)S使其閉合，與非門U1:A輸出為高電平，U1:D輸出為低電平，三極管V5截止，可控硅Vs為導(dǎo)通狀態(tài)，燈家電點亮。由于與非門U1:C已被封鎖，D觸發(fā)器U2被鎖定在“1”狀態(tài)，所以燈點亮之后U1:D的輸出只有開關(guān)S控制，這樣開關(guān)S的使用就和平常一樣了。</p><

8、p>　　（2）停電前拉線開關(guān)是斷開的。</p><p>　　對于這種情況燈就更不會亮了，因為拉線開關(guān)S斷開，這時在電阻R2的作用下，與非門U1:B輸出為低電平，與非門U1:C鎖死，D觸發(fā)器U2翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)，D觸發(fā)器U2不再受S的影響。由于與非門U1:D輸出仍然為高電平，三極管V5導(dǎo)通，可控硅仍為關(guān)斷狀態(tài)，燈不會亮。</p><p>　　來電后，只用拉一下拉線開關(guān)S使其閉合，與非門U

9、1:A輸出為高電平，U1:D輸出為低電平，三極管V5截止，可控硅Vs為導(dǎo)通狀態(tài)，燈就亮了。</p><p>　　2、元器件選擇及調(diào)試</p><p>　　在圖中，二極管V1-V4可選用1N4007，也可以選用1N4004等，要求耐壓大于400V；VZ可選擇12V/0.5W的穩(wěn)壓管；U1可選用TC4011、CD4011等型號CMOS集成電路；U2可選用TC4013、或CD4013；三極管V5

10、可選用9012等PNP管；Vs可選用1A/400V 的單向可控硅，如MCR100-6、MCR100-8等；R1選用51 KΩ/1W,R2可選用10 KΩ，R3、R4可選用8.2 KΩ，R5可選用13 KΩ，均為PTX-1/4W碳膜電阻器；C1選用47 uF，C2選用10 uF，均為CD11-16V電解電容器；LP選用小于100W燈泡；S為拉線開關(guān)。元件一般不用調(diào)試，只要按圖中的電路連接好，便可完成指定的邏輯功能。</p>

11、<p>　　四、元件功能、及元件說明</p><p>　?。?）單向可控硅功能及說明</p><p>　　單向可控硅是一種可控整流電子元件，能在外部控制信號作用下由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，但一旦導(dǎo)通，外部信號就無法使其關(guān)斷，只能靠去除負載或降低其兩端電壓使其關(guān)斷。</p><p>　　單向可控硅是由三個PN結(jié)PNPN組成的四層三端半導(dǎo)體器件與具有一個PN結(jié)的二極管相

12、比，單向可控硅正向?qū)ㄊ芸刂茦O電流控制；與具有兩個PN結(jié)的三極管相比，差別在于可控硅對控制極電流沒有放大作用。</p><p>　　單向可控硅具有體積小、重量輕、效率高、壽命長、控制方便等優(yōu)點，被廣泛用于可控整流、調(diào)壓、逆變以及無觸點開關(guān)等各種自動控制和大功率的電能轉(zhuǎn)換的場合。</p><p>　　單向可控硅從外形上分類主要有：螺栓形、平板形和平底形。 </p><p&

13、gt;　　單向可控硅是三個電極。單向可控硅有陰極（K）、陽極（A）、控制極（G）。單向可控硅的優(yōu)點很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍數(shù)高達幾十萬倍；反應(yīng)極快，在微秒級內(nèi)開通、關(guān)斷；無觸點運行，無火花、無噪音；效率高，成本低等。</p><p>　　單向可控硅的弱點：靜態(tài)及動態(tài)的過載能力較差；容易受干擾而誤導(dǎo)通。</p><p>　　I、單向可控硅工作原理</p>&l

14、t;p>　　可控硅導(dǎo)通條件：一是可控硅陽極與陰極間必須加正向電壓，二是控制極要加正向電壓。以上兩個條件必須同時具備，可控硅才會處于導(dǎo)通狀態(tài)。另外，可控硅一旦導(dǎo)通后，即使降低控制極電壓或去掉控制極電壓，可控硅仍然導(dǎo)通。</p><p>　　可控硅關(guān)斷條件：降低或去掉加在可控硅陽極至陰極之間的正向電壓，使陽極電流小于最小維持電流以下。</p><p>　　II、單向可控硅的引腳區(qū)分<

15、;/p><p>　　對可控硅的引腳區(qū)分，有的可從外形封裝加以判別，如外殼就為陽極，陰極引線比控制極引線長。從外形無法判斷的可控硅，可用萬用表R×100或R×1K擋，測量可控硅任意兩管腳間的正反向電阻，當萬用表指示低阻值（幾百歐至幾千歐的范圍）時，黑表筆所接的是控制極G，紅表筆所接的是陰極C，余下的一只管腳為陽極A。</p><p>　　III、單向可控硅的性能檢測</

16、p><p>　　可控硅質(zhì)量好壞的判別可以從四個方面進行。第一是三個PN結(jié)應(yīng)完好；第二是當陰極與陽極間電壓反向連接時能夠阻斷，不導(dǎo)通；第三是當控制極開路時，陽極與陰極間的電壓正向連接時也不導(dǎo)通；第四是給控制極加上正向電流，給陰極與陽極加正向電壓時，可控硅應(yīng)當導(dǎo)通，把控制極電流去掉，仍處于導(dǎo)通狀態(tài)。</p><p>　　該電路可選用MCR100-8型單項可控硅它的參數(shù)如下</p>&

17、lt;p>　　表一：MCR100-8型單項可控硅參數(shù)一（Ta ＝25℃）</p><p>　　表二：MCR100-8型單項可控硅參數(shù)二（Ta ＝25℃）</p><p>　?。?）CD4011型CMOS集成電路功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　功耗低：</b></p><p>　　CMOS集成電路采用場效

18、應(yīng)管，且都是互補結(jié)構(gòu)，工作時兩個串聯(lián)的場效應(yīng)管總是處于一個管導(dǎo)通，另一個管截止的狀態(tài)，電路靜態(tài)功耗理論上為零。實際上，由于存在漏電流，CMOS電路尚有微量靜態(tài)功耗。單個門電路的功耗典型值僅為20mW，動態(tài)功耗（在1MHz工作頻率時）也僅為幾mW。因此具有功耗低的特點。</p><p>　　由于CMOS集成電路的功耗很低，內(nèi)部發(fā)熱量少，而且，CMOS電路線路結(jié)構(gòu)和電氣參數(shù)都具有對稱性，在溫度環(huán)境發(fā)生變化時，某些參數(shù)

19、能起到自動補償作用，因而CMOS集成電路的溫度特性非常好即溫度穩(wěn)定性能好。工作電壓范圍寬：</p><p>　　CMOS集成電路供電簡單，供電電源體積小，基本上不需穩(wěn)壓。國產(chǎn)CC4000系列的集成電路，可在3~18V電壓下正常工作。邏輯擺幅大。</p><p>　　可控性好。CMOS集成電路輸出波形的上升和下降時間可以控制，其輸出的上升和下降時間的典型值為電路傳輸延遲時間的125%~14

20、0%。</p><p>　　它輸出波形的上升和下降時間可以控制，其輸出的上升和下降時間的典型值為電路傳輸延遲時間的125%~140%。接口方便。</p><p>　　此外，CMOS集成電路中的基本器件是MOS晶體管，屬于多數(shù)載流子導(dǎo)電器件。各種射線、輻射對其導(dǎo)電性能的影響都有限，因而特別適用于制作航天及核實驗設(shè)備，抗輻射能力強。</p><p>　　因為CMOS集成

21、電路的輸入阻抗高、輸出擺幅大、接口方便、可控性好等優(yōu)點，所以易于被其他電路所驅(qū)動，也容易驅(qū)動其他類型的電路或器件，因此被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　本電路可選用CD4011型二輸入端四與非門數(shù)字集成電路，它采用塑料雙列直插式。共有14個引腳，其引腳如下圖所示。CD4011也可以用CD4011等同型類數(shù)字集成電路塊來直接替代。</p><p>　　CD4011引腳圖及引腳功能：</

22、p><p>　　CD4011型集成電路特點</p><p>　　功能： 2輸入四與非門</p><p>　　電源電壓范圍：3V~15V</p><p>　　功耗：700mW（普通封裝）；500mW（小外形封裝）</p><p><b>　　工作溫度范圍：</b></p><p>

23、;　　CD4011BM -55℃~+125℃</p><p>　　CD4011BC -40℃~+85℃</p><p>　　CD4011內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖：</p><p>　　CD4011邏輯圖：</p><p>　　邏輯表達式:Y=A.B</p><p><b>　　真值表 : </b><

24、/p><p>　　I、當X=0、Y=0時，將使兩個NAND門之輸出均為1，違反觸發(fā)器之功用，故禁止使用。如真值表第一列。 </p><p>　　II、當X=0、Y=1時，由于X=1導(dǎo)致NAND-A的輸出為“1”，使得NAND-B的兩個輸入均為“1”，因此NAND-B的輸出為“0”，如真值表第二列。 III、當X=1、Y=0時，由于Y=0導(dǎo)致NAND-B的輸出為“1”，使得NAND-1的兩個輸

25、入均為“1”，因此NAND-A的輸出為“0”，如真值表第三列。 IV、當X=1、Y=1時，因為一個“1”不影響NAND門的輸出，所以兩個NAND門的輸出均不改變狀態(tài)，如真值表第四列。</p><p>　?。?）9012型PNP型三極管功能及應(yīng)用</p><p>　　三極管只有兩種類型，即PNP型和NPN型。由兩個背靠背PN結(jié)構(gòu)成的具有電流放大作用的晶體三極管。它有三層半導(dǎo)體組成，在這3層

26、半導(dǎo)體中，中間一層稱基區(qū)，外側(cè)兩層分別稱發(fā)射區(qū)和集電區(qū)。當基區(qū)注入少量電流時，在發(fā)射區(qū)和集電區(qū)之間就會形成較大的電流，這就是晶體管的放大效應(yīng)。</p><p>　　三極管是用用不同的摻雜方式在同一個硅片上制造出三個摻雜區(qū)域，并形成兩個PN結(jié)，就構(gòu)成了晶體管。</p><p>　　三極型晶體管是一種電流控制器件，電子和空穴同時參與導(dǎo)電。同場效應(yīng)晶體管相比三極型晶體管體積小、重量輕、耗電少、壽

27、命長、可靠性高，已廣泛用于廣播、電視、通信、雷達、計算機、自控裝置、電子儀器、家用電器等領(lǐng)域，起放大、振蕩、開關(guān)等作用</p><p>　　三極管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的電信號，變成一定強度的信號，當這種轉(zhuǎn)換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉(zhuǎn)換成信號的能量。</p><p>　　三極型晶體管輸出特性可分為三個區(qū)。</p><p>　　截止區(qū)：發(fā)射結(jié)

28、和集電結(jié)均為反向偏置。Ib為0，Ic為0，Uce=Ucc，管子失去放大能力。如果把三極管當作一個開關(guān)，這個狀態(tài)相當于斷開狀態(tài)。</p><p>　　飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正向偏置。在飽和區(qū)Ic不受Ib的控制，管子失去放大作用，Uce約為0，Ic=Ucc/Rc，把三極管當作一個開關(guān)，這時開關(guān)處于閉合狀態(tài)。</p><p>　　放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。Ic受Ib的控制，與UCE的大

29、小幾乎無關(guān)。因此三極管是一個受電流Ib控制的電流源。</p><p>　　三極管集電極的直流信號不隨輸入信號而改變，而交流信號隨輸入信號發(fā)生變化。在放大過程中，集電極交流信號是疊加在直流信號上的，經(jīng)過耦合電容，從輸出端提取的只是交流信號。因此，在分析放大電路時，可以采用將交、直流信號分開的辦法，可以分成直流通路和交流通路來分析。</p><p>　　本電路可選用9012型PNP型三極管，它

30、有如下特點</p><p>　　9012型PNP型三極管功能參數(shù)：</p><p><b>　　五、心得體會</b></p><p>　　一周的電工電子課程設(shè)計結(jié)束了。一周的時間很緊迫，于是不得不晚上和周末抽時間來繼續(xù)搞設(shè)計，時間抓的緊也很充實。    想好題目后，就去圖書館查資料，借了兩本有關(guān)電路設(shè)計的書。在查閱了書籍

31、資料之后，對這次設(shè)計有了一個整體的認識，作出了初步的原理圖。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。 </p><p>　　我覺得做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課

32、程設(shè)計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。</p><p>　　平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個元件映象深刻。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。所以這個的課程設(shè)計對我們的作用是非常大的。</p&g

33、t;<p>　　作為一名過程裝備與控制工程大二的學(xué)生，我覺得能做這樣的課程設(shè)計是十分有意義。在已度過的一年年半大學(xué)生活里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去面對現(xiàn)實中的電路設(shè)計？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實踐中去呢？我想做類似的大作業(yè)就為我們提供了良好的實踐平臺。</p><p>　　作為一名大學(xué)生，掌握一門或幾門軟件同樣是必不可少的。另外，課

34、堂上也有部分知識不太清楚，于是我們又不得不邊學(xué)邊用，時刻鞏固所學(xué)知識，這也是我作本次課程設(shè)計的第二大收獲。整個設(shè)計我基本上還滿意，由于水平有限，難免會有錯誤。</p><p>　　在做本次課程設(shè)計的過程中，我感觸最深的當屬查閱了很多次設(shè)計書和指導(dǎo)書。為了讓自己的設(shè)計更加完善，更加符合工程標準，一次次翻閱電工類設(shè)計書是十分必要的，同時也是必不可少的。我們做的是課程設(shè)計，而不是藝術(shù)家的設(shè)計。藝術(shù)家可以拋開實際，盡情在

35、幻想的世界里翱翔，我們是工程師，一切都要有據(jù)可依、有理可尋，不切實際的構(gòu)想永遠只能是構(gòu)想，永遠無法升級為設(shè)計。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。</p><p>　　通過這次的課程設(shè)計，理論加上實踐，使我

36、對數(shù)字集成電路有了更深刻的認識，尤其是對電路的原理的理解，各元器件功能，特性的認識，也糾正了自己以前很多不對的看法，這個過程是最困難的過程，也是我收獲最大的過程，使自己的實驗動手能力有了進一步的提高?？傊@次設(shè)計使我受益匪淺，讓我對以后的工作學(xué)習(xí)有了更大的信心。</p><p>　　六.參考文獻 &l

37、t;/p><p>　?。?）楊振江、雷光純主編.新穎實用電子設(shè)計與制作.西安電子科技大學(xué)出版社.</p><p>　　（2）李世雄、丁康源主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.北京：高等教育出版社，1998年.</p><p>　?。?）康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）.北京：高等教育出版社，2004(第四版).</p><p>　?。?）曲學(xué)基