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三极管开关电路-自控电路原理

文章出处:rener 发布时间: 2010/03/05 | 7717 次阅读

  能不能用干簧管开关直接控制电动机的转与停呢?玩具电动机是常用的动力装置,它能够把电能转换为机械能,可用于小电风扇转动、小离心水泵抽水等执行功能。通常玩具直流电动机工作电压低,虽然在1.5~3V就可以启动,但起动电流较大(1~2安培),如果用触点负荷仅为几十毫安的干簧管进行开关控制,将大大缩短其使用寿命。因此,在自动控制电路中,常使用电子开关来控制电动机的工作状态。

  三极管电子开关电路 见图1 。



  VT基极限流电阻器R如何确定呢?根据三极管的电流分配作用,在基极输入一个较弱的电流IB,就可以控制集电极电流IC有较强的变化。假设VT电流放大系数hfe≈250,电动机起动时的集电极电流IC=1.5A,经过计算,为使三极管饱和导通所需的基极电流IB≥(1500mA/250)×2=12mA。在图1电路中,电动机空载时运转电流约为500mA,此时电源(用两节5号电池供电)电压降至2.4V,VT基极-发射极之间电压VBE≈0.9V。根据欧姆定律,VT基极限流电阻器的电阻值R=(2.4-0.9)V/12mA≈0.13kΩ。考虑到VT在IC较大时,hfe要减小,电阻值R还要小一些,实取100Ω。为使电动机更可靠地启动,R甚至可减少到51Ω。在调试电路时,接通控制开关S,电动机应能自行启动,测量VT集电极—发射极之间电压VCE≤0.35V,说明三极管已饱和导通,三极管开关电路工作正常,否则会使VT过热而损坏。


  自动灭火的热量自动控制电路 见图2。该电路是将图1中的控制开关S换成双金属复片开关ST,就成为热控电路了。当蜡烛火焰烧烤到双金属复片时,复片趋于伸直状态,使得开关ST接通,电动机启动,带动小风扇叶片旋转,对准蜡烛吹风,自动将火焰熄灭;当双金属片冷却后,开关断开,小电风扇自动停转,完成了自动灭火的程序。

  自动停车的磁力自动控制电路 见图3。开启电源开关S,玩具车启动,行驶到接进磁铁时,安装在VT基极与发射极之间的干簧管SQ闭合,将基极偏置电流短路,VT截止,电动机停止转动,保护了电动机及避免大电流放电。

  在光电自动控制电路中,可以选用光敏电阻器做为光电传感元件。能否将光敏电阻器直接接入图1控制开关S的位置呢?通常光敏电阻器,例如MG45有光照射时的亮阻2~10kΩ,远大于偏置电阻器R的电阻值,显然不能产生维持VT饱和导通所需强度的基极电流。因此,需要先用一支三极管进行电流放大,再驱动开关三极管工作。

  光电自动控制电路 见图4。VT1和VT2接成类似复合管电路形式,VT1的发射极电流也是VT2的基极电流,R2既是VT1的负载电阻器又是VT2的基极限流电阻器。因此,当VT1基极输入微弱的电流(0.1mA),可以控制末级VT2较强电流——驱动电动机运转电流(500mA)的变化。VT1选用小功率NPN型硅管9013,hfe≈200。同前计算方法,维持两管同时饱和导通时VT1基极偏置电阻器R1约为3.3kΩ,减去光敏电阻器RG亮阻2kΩ,限流电阻器R1实取1kΩ。光敏传感器也可以采用光敏二极管,使用时要注意极性,光敏二极管的负极接供电电源正极。光敏二极管对控制光线有方向性选择,且灵敏度较高,也不会产生强光照射后的疲劳现象。


  最简单的水位传感元件是采用两个电极,当水面淹没电极时,利用不纯净水的导电性使电极之间导通,但导通电阻值较大,约50kΩ,不能代替光敏电阻器直接驱动如图4所示的光控电路,需要灵敏更高的控制电路。


  水位自动控制电路 如图5所示。它是在图4电路的基础上,增加了一级前置放大管VT1,在其基极输入很微弱的电流(10μA)就可以使VT1~3皆饱和导通。控制开关S可以用大头针做成两个电极,当其被水淹没而导电时,小电动机会自行运转。C1为旁路电容器,防止感应交流电对控制电路的干扰。VT1选用低噪音、高增益的小功率NPN硅管9014。根据上述电路水位控制的功能,能否设计成一个感知下雨自动关窗、自动收晾晒衣服绳索的自动控制器。

  下偏置水自动控制电路 见图6 。图中,将两个电极改接在VT1下偏置,R1仍为上偏置电阻器。当杯内水面低于两个电极时,相当于下偏置开路,R1产生的偏置电流使电动机起动。当水位上升到淹没电极时,两个电极之间被水导通,将R1产生的偏置电流旁路一部分,使VT1~3截止,电动机停转,与图5控制效果恰好相反。



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