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作者：何富和 今天咱們討論一個(gè)很神奇也很常用的元件--可控硅，首先自然是先普及下基礎知識，熟悉的童鞋請略過(guò)，直奔下面電路的盛宴。先行預告一下，五個(gè)電路設計，驚喜不斷，請大家HOLD住。 可控硅，是可控硅整流元件(Silicon Controlled Rectifier，SCR)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種具有三個(gè)PN結的四層結構的大功率半導體器件，亦稱(chēng)為晶閘管。具有體積小、結構相對簡(jiǎn)單、功能強等特點(diǎn)，被廣泛用來(lái)作可控整流、逆變、變頻、調壓、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等。以上來(lái)自百度百科，良苦用心是讓大家知道這東西太重要了，搞電子的得會(huì )用。下面介紹其工作原理，單向可控硅有三個(gè)電極分別是陽(yáng)極A、控制級G和陰極K，如圖1所示。導通條件：當AK間加正向電壓時(shí)，在G級加導通電壓，可控硅導通且保持。若在陽(yáng)極或控制級加反向電壓時(shí)，可控硅就不會(huì )導通�？刂萍壷黄鸬綄ㄗ饔�，不能截止;截止條件：可以斷開(kāi)陽(yáng)極或使可控硅AK級電流小于維持電流。下面開(kāi)始介紹可控硅電路設計： 
進(jìn)階一：機械式開(kāi)關(guān) 單向可控硅用于交流市電時(shí)，通過(guò)橋式整流電路后，在G級加導通電壓后可控硅就被導通，但由于交流電過(guò)零的現象，會(huì )使可控硅截止(過(guò)零現象時(shí)常發(fā)生，因為在橋式整流后輸出的是脈動(dòng)直流電，會(huì )有個(gè)零點(diǎn)電壓，電壓為零點(diǎn)時(shí)可控硅沒(méi)有維持電流就會(huì )發(fā)生過(guò)零現象)。但我們實(shí)際應用中按一下開(kāi)關(guān)它就會(huì )持續得電，這該怎么解決呢? 很簡(jiǎn)單：電容。只需要在KG級之間接上一個(gè)容量甚小的電容就可解決問(wèn)題。這是因為可控硅導通之后，會(huì )向電容進(jìn)行充電，在過(guò)零時(shí)，電容對控制級放電，向可控硅提供觸發(fā)電流，如圖2所示。
既然開(kāi)了，要怎么關(guān)呢?沒(méi)錯，只需要在KG級之間加開(kāi)關(guān)SA，由于電容C1的原因SCR一直導通。當SA開(kāi)關(guān)按下時(shí)，C1放電，SCR過(guò)零時(shí)沒(méi)有維持電流而截止，開(kāi)關(guān)的關(guān)斷解決了。
出個(gè)題目，這么設計機械開(kāi)關(guān)有什么問(wèn)題?好吧，我公布答案，倆問(wèn)題，一不方便，二成本高。有的同學(xué)肯定想問(wèn)還有解決方法，bingo，大家肯定都想到了，就利用三極管的導通與截止代替機械開(kāi)關(guān)，但如何觸發(fā)三極管是個(gè)值得思考的問(wèn)題，大家且想一下。有人說(shuō)可以利用人體自有的感應信號驅動(dòng)三極管基極從而使三極管導通，我得說(shuō)同學(xué)您太機智了，點(diǎn)個(gè)贊。沒(méi)想到也無(wú)妨，咱們繼續往下看。 進(jìn)階二：觸摸式電子開(kāi)關(guān) 當市電電壓經(jīng)過(guò)橋式整流后，通過(guò)R1和R2進(jìn)行分壓，在控制端建立約15V的直流電壓。當人體觸摸到金屬片M1時(shí)三極管V1導通，從而SCR亦導通，燈泡得電工作。當需要關(guān)斷時(shí)只需要輕觸金屬片M2就可以使C3上的電荷被釋放掉。SCR于過(guò)零時(shí)關(guān)斷，其中C1為抗干擾電容，避免誤動(dòng)作。R4、R5作用是避免發(fā)生觸電事故，太大會(huì )降低感應靈敏度，5M歐以上即可，一般取10M歐更為安全。
其實(shí)這個(gè)電路在實(shí)際應用中是比較悲劇的，因為很麻煩，一個(gè)觸摸開(kāi)，一個(gè)觸摸關(guān)。我猜您肯定想問(wèn)能不能把倆個(gè)觸摸片直接相接，設計出只用一個(gè)金屬片的觸摸開(kāi)關(guān)。很不幸，我想說(shuō)理想很豐滿(mǎn)，現實(shí)很骨感。 要將倆觸片合二為一，必須做到一點(diǎn)：當SCR關(guān)斷時(shí)，感應信號只能加給Q1而不進(jìn)入Q2，SCR導通時(shí)感應信號只加給Q2而不進(jìn)入Q1，并且在開(kāi)和關(guān)之間有一定的延時(shí)，不然會(huì )暗滅交替也是不可行的，所以這個(gè)想法打住。 還有個(gè)主意，可以利用SCR控制級的電壓變化進(jìn)行控制，之間加個(gè)三極管組成延時(shí)電路，就可設計出單觸片的觸摸開(kāi)關(guān)了，請看進(jìn)階三。 進(jìn)階三：?jiǎn)斡|摸開(kāi)關(guān) 請先看小弟在EEPW筆記本上純手工打造的圖4，與圖3相比增加了一個(gè)三極管Q3和電阻R5、R6以及電容C2構成了延時(shí)電路。當觸摸開(kāi)關(guān)時(shí)Q1導通，由于Q3作用Q2不能導通，SCR控制級得電保持導通，燈泡HL亮。SCR導通時(shí)，控制級會(huì )有一個(gè)約2V間電壓，此電壓經(jīng)過(guò)R5向C2充電，一定時(shí)間(電容兩端的電壓足夠讓Q3導通時(shí))后Q3導通。再次觸碰開(kāi)關(guān)時(shí)，Q1端的導通電流被Q3旁路，此時(shí)Q1沒(méi)有基極電流不能導通，感應信號經(jīng)過(guò)R2導通Q2。好吧，我也暈了，稍微解釋下，因為Q3是導通的所以Q2也能導通，此時(shí)C3上的電荷經(jīng)過(guò)Q2、Q3釋放，就可以使SCR過(guò)零而失電截止。
根據圖4可以實(shí)際調整延時(shí)電阻和C2的取值來(lái)調整延時(shí)時(shí)間。根據上圖取值，電路約延時(shí)1S，即要經(jīng)過(guò)1S之后再觸摸才能使燈泡斷電。要是一直按住則會(huì )出現電器一會(huì )導通一會(huì )截止的現象。 有點(diǎn)要特別注意，在圖中Q1基極與Q3集電極之間的短接線(xiàn)是非常重要的�？梢耘月稱(chēng)1，使Q1不得電。VD5可以提高控制級電壓。 這個(gè)時(shí)候，肯定有同學(xué)還不滿(mǎn)足，會(huì )問(wèn)樓梯間的那種自動(dòng)控制的延熄燈是如何實(shí)現的呢?再次為這位同學(xué)點(diǎn)個(gè)贊，發(fā)朵小紅花。觸摸延熄開(kāi)關(guān)是這么設計的，于是進(jìn)階四來(lái)了。 進(jìn)階四：觸摸延熄開(kāi)關(guān) 好吧，再次請先看圖5，市電經(jīng)過(guò)VD1-VD4整流后，變?yōu)槊}動(dòng)直流電，一路加至SCR的陽(yáng)極，另一路經(jīng)過(guò)R1給予控制端電壓。若SCR處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，觸摸時(shí)感應電流使Q2導通，結果使SCR亦導通，用電器工作。SCR導通后其控制級與陰極有間電壓，次電壓經(jīng)過(guò)R3向C2充電，一定時(shí)間后Q1基極導通，C3對Q1釋放電壓，SCR于過(guò)零時(shí)失電而截止。 改變R3、R4與C2可以調節延時(shí)時(shí)間，Q3為C2提供放電回路，當SCR導通時(shí)因三極管是PNP型Q3不能導通，故不會(huì )對C2放電;當SCR截止時(shí)因為VD5兩端間的電壓差，Q3有導通的條件，然后C2向Q3放電，為下一輪的觸摸開(kāi)做準備。
進(jìn)階五：紅外遙控延時(shí)熄滅電路 以上四個(gè)小電路是利用單向可控硅特點(diǎn)設計出來(lái)的。作為本篇大結局，肯定要設計出個(gè)稍微牛掰掰的實(shí)用電路，于是紅外線(xiàn)遙控延熄開(kāi)關(guān)閃亮登場(chǎng)，其功能是利用家用遙控器對用電器控制，如圖6所示，總體與圖5是比較相似的，故具體的元件參數未畫(huà)出，只對有所更改的部分進(jìn)行剖析。對此先對紅外線(xiàn)接收頭做相應的介紹：紅外線(xiàn)接收頭(IRM)里集成了紅外線(xiàn)接收管、放大、濾波、和比較器。常見(jiàn)的接收頭有三引腳，即電源正VDD、數據輸出OUT、以及負極GND。在正常工作時(shí)，紅外線(xiàn)接收頭接收到由發(fā)光管發(fā)送的光信號，由OUT端輸出電平信號。當接收頭接受到光信號時(shí)，由內部轉換成一連串的低電平脈沖導通Q2從而進(jìn)行延熄。當沒(méi)有光信號感應時(shí)，接收頭的OUT端輸出高電平，Q2截止。
對這個(gè)電路來(lái)個(gè)小結：這是一個(gè)采用少量電子元件制作的低功耗紅外線(xiàn)遙控延熄電子開(kāi)關(guān)，可以對燈具直接控制，具有電路簡(jiǎn)單、成本低、體積小巧、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，非常人性化，尤其適合家中有老人小孩的家庭。小開(kāi)關(guān)是不是頓時(shí)高大上啦~ 讀到這里，對可控硅電路設計一定比較清楚了，文章已然比較長(cháng)，結個(gè)“蛇尾”，如果大家喜歡，咱們下次見(jiàn)。 |
