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作者：何富和 今天咱們討論一個很神奇也很常用的元件--可控硅，首先自然是先普及下基礎(chǔ)知識，熟悉的童鞋請略過，直奔下面電路的盛宴。先行預(yù)告一下，五個電路設(shè)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)的簡稱，是一種具有三個PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件，亦稱為晶閘管。具有體積小、結(jié)構(gòu)相對簡單、功能強(qiáng)等特點，被廣泛用來作可控整流、逆變、變頻、調(diào)壓、無觸點開關(guān)等。以上來自百度百科，良苦用心是讓大家知道這東西太重要了，搞電子的得會用。下面介紹其工作原理，單向可控硅有三個電極分別是陽極A、控制級G和陰極K，如圖1所示。導(dǎo)通條件：當(dāng)AK間加正向電壓時，在G級加導(dǎo)通電壓，可控硅導(dǎo)通且保持。若在陽極或控制級加反向電壓時，可控硅就不會導(dǎo)通。控制級只起到導(dǎo)通作用，不能截止;截止條件：可以斷開陽極或使可控硅AK級電流小于維持電流。下面開始介紹可控硅電路設(shè)計： 
進(jìn)階一：機(jī)械式開關(guān) 單向可控硅用于交流市電時，通過橋式整流電路后，在G級加導(dǎo)通電壓后可控硅就被導(dǎo)通，但由于交流電過零的現(xiàn)象，會使可控硅截止(過零現(xiàn)象時常發(fā)生，因為在橋式整流后輸出的是脈動直流電，會有個零點電壓，電壓為零點時可控硅沒有維持電流就會發(fā)生過零現(xiàn)象)。但我們實際應(yīng)用中按一下開關(guān)它就會持續(xù)得電，這該怎么解決呢? 很簡單：電容。只需要在KG級之間接上一個容量甚小的電容就可解決問題。這是因為可控硅導(dǎo)通之后，會向電容進(jìn)行充電，在過零時，電容對控制級放電，向可控硅提供觸發(fā)電流，如圖2所示。
既然開了，要怎么關(guān)呢?沒錯，只需要在KG級之間加開關(guān)SA，由于電容C1的原因SCR一直導(dǎo)通。當(dāng)SA開關(guān)按下時，C1放電，SCR過零時沒有維持電流而截止，開關(guān)的關(guān)斷解決了。
出個題目，這么設(shè)計機(jī)械開關(guān)有什么問題?好吧，我公布答案，倆問題，一不方便，二成本高。有的同學(xué)肯定想問還有解決方法，bingo，大家肯定都想到了，就利用三極管的導(dǎo)通與截止代替機(jī)械開關(guān)，但如何觸發(fā)三極管是個值得思考的問題，大家且想一下。有人說可以利用人體自有的感應(yīng)信號驅(qū)動三極管基極從而使三極管導(dǎo)通，我得說同學(xué)您太機(jī)智了，點個贊。沒想到也無妨，咱們繼續(xù)往下看。 進(jìn)階二：觸摸式電子開關(guān) 當(dāng)市電電壓經(jīng)過橋式整流后，通過R1和R2進(jìn)行分壓，在控制端建立約15V的直流電壓。當(dāng)人體觸摸到金屬片M1時三極管V1導(dǎo)通，從而SCR亦導(dǎo)通，燈泡得電工作。當(dāng)需要關(guān)斷時只需要輕觸金屬片M2就可以使C3上的電荷被釋放掉。SCR于過零時關(guān)斷，其中C1為抗干擾電容，避免誤動作。R4、R5作用是避免發(fā)生觸電事故，太大會降低感應(yīng)靈敏度，5M歐以上即可，一般取10M歐更為安全。
其實這個電路在實際應(yīng)用中是比較悲劇的，因為很麻煩，一個觸摸開，一個觸摸關(guān)。我猜您肯定想問能不能把倆個觸摸片直接相接，設(shè)計出只用一個金屬片的觸摸開關(guān)。很不幸，我想說理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感。 要將倆觸片合二為一，必須做到一點：當(dāng)SCR關(guān)斷時，感應(yīng)信號只能加給Q1而不進(jìn)入Q2，SCR導(dǎo)通時感應(yīng)信號只加給Q2而不進(jìn)入Q1，并且在開和關(guān)之間有一定的延時，不然會暗滅交替也是不可行的，所以這個想法打住。 還有個主意，可以利用SCR控制級的電壓變化進(jìn)行控制，之間加個三極管組成延時電路，就可設(shè)計出單觸片的觸摸開關(guān)了，請看進(jìn)階三。 進(jìn)階三：單觸摸開關(guān) 請先看小弟在EEPW筆記本上純手工打造的圖4，與圖3相比增加了一個三極管Q3和電阻R5、R6以及電容C2構(gòu)成了延時電路。當(dāng)觸摸開關(guān)時Q1導(dǎo)通，由于Q3作用Q2不能導(dǎo)通，SCR控制級得電保持導(dǎo)通，燈泡HL亮。SCR導(dǎo)通時，控制級會有一個約2V間電壓，此電壓經(jīng)過R5向C2充電，一定時間(電容兩端的電壓足夠讓Q3導(dǎo)通時)后Q3導(dǎo)通。再次觸碰開關(guān)時，Q1端的導(dǎo)通電流被Q3旁路，此時Q1沒有基極電流不能導(dǎo)通，感應(yīng)信號經(jīng)過R2導(dǎo)通Q2。好吧，我也暈了，稍微解釋下，因為Q3是導(dǎo)通的所以Q2也能導(dǎo)通，此時C3上的電荷經(jīng)過Q2、Q3釋放，就可以使SCR過零而失電截止。
根據(jù)圖4可以實際調(diào)整延時電阻和C2的取值來調(diào)整延時時間。根據(jù)上圖取值，電路約延時1S，即要經(jīng)過1S之后再觸摸才能使燈泡斷電。要是一直按住則會出現(xiàn)電器一會導(dǎo)通一會截止的現(xiàn)象。 有點要特別注意，在圖中Q1基極與Q3集電極之間的短接線是非常重要的。可以旁路Q1，使Q1不得電。VD5可以提高控制級電壓。 這個時候，肯定有同學(xué)還不滿足，會問樓梯間的那種自動控制的延熄燈是如何實現(xiàn)的呢?再次為這位同學(xué)點個贊，發(fā)朵小紅花。觸摸延熄開關(guān)是這么設(shè)計的，于是進(jìn)階四來了。 進(jìn)階四：觸摸延熄開關(guān) 好吧，再次請先看圖5，市電經(jīng)過VD1-VD4整流后，變?yōu)槊}動直流電，一路加至SCR的陽極，另一路經(jīng)過R1給予控制端電壓。若SCR處于關(guān)斷狀態(tài)時，觸摸時感應(yīng)電流使Q2導(dǎo)通，結(jié)果使SCR亦導(dǎo)通，用電器工作。SCR導(dǎo)通后其控制級與陰極有間電壓，次電壓經(jīng)過R3向C2充電，一定時間后Q1基極導(dǎo)通，C3對Q1釋放電壓，SCR于過零時失電而截止。 改變R3、R4與C2可以調(diào)節(jié)延時時間，Q3為C2提供放電回路，當(dāng)SCR導(dǎo)通時因三極管是PNP型Q3不能導(dǎo)通，故不會對C2放電;當(dāng)SCR截止時因為VD5兩端間的電壓差，Q3有導(dǎo)通的條件，然后C2向Q3放電，為下一輪的觸摸開做準(zhǔn)備。
進(jìn)階五：紅外遙控延時熄滅電路 以上四個小電路是利用單向可控硅特點設(shè)計出來的。作為本篇大結(jié)局，肯定要設(shè)計出個稍微牛掰掰的實用電路，于是紅外線遙控延熄開關(guān)閃亮登場，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(shù)未畫出，只對有所更改的部分進(jìn)行剖析。對此先對紅外線接收頭做相應(yīng)的介紹：紅外線接收頭(IRM)里集成了紅外線接收管、放大、濾波、和比較器。常見的接收頭有三引腳，即電源正VDD、數(shù)據(jù)輸出OUT、以及負(fù)極GND。在正常工作時，紅外線接收頭接收到由發(fā)光管發(fā)送的光信號，由OUT端輸出電平信號。當(dāng)接收頭接受到光信號時，由內(nèi)部轉(zhuǎn)換成一連串的低電平脈沖導(dǎo)通Q2從而進(jìn)行延熄。當(dāng)沒有光信號感應(yīng)時，接收頭的OUT端輸出高電平，Q2截止。
對這個電路來個小結(jié)：這是一個采用少量電子元件制作的低功耗紅外線遙控延熄電子開關(guān)，可以對燈具直接控制，具有電路簡單、成本低、體積小巧、工作可靠等優(yōu)點，非常人性化，尤其適合家中有老人小孩的家庭。小開關(guān)是不是頓時高大上啦~ 讀到這里，對可控硅電路設(shè)計一定比較清楚了，文章已然比較長，結(jié)個“蛇尾”，如果大家喜歡，咱們下次見。 |
