红外线防盗报警器设计毕业论文(编辑修改稿)

红外线防盗报警器设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

输出平均电压为： 0 2 201 2 22 s in 0 . 9LV V w td w t V V    流过负载的平均电流为： 222 2 L LLVVI RR 流过二极管的平均电流为： 222 0 .4 52LDLLI V VI RR   二极管所承受的最大反向电压 ： 22RMAXVV 18 流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析，此时谐波分 量中的二次谐波幅度最大。 脉动系数 S 定义为二次谐波的幅值与平均值的比值。 224 2 2 2 2/ 0 .6 733VVS    （ 3）单相桥式整流电路的负载特性曲线 单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系  00V f I 图 单相桥式整流电路负载特性曲线 曲线的斜率代表了整流电路的内阻。 滤波电路 滤波电路是利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。 电容器 C 对直流开路，对交流阻抗小，所以 C 应该并联在负载两端。 输入经过滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。 现以单相桥式整流电容滤波电路为例简单介绍电容滤波的工作原理。 电容滤波电路如图所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容 C。 图 电容滤波电路 19 （ 1）滤波原理 若 v2处于正半周，二极管 D D3导通，变压器次端电压 v2给电容器 C充电。 此时 C相当于并联在 v2上，所以输出波形同 v2 ，是正弦波。 当 v2到达 t=/2 时，开始下降。 先假设二极管关断，电容 C 就要以指数规律向负载 Ｒ L放电。 指数放电起始点的放电速率很大。 在刚过 t=/2 时，正弦曲线下降的速率很慢。 所以刚过 t=/2 时二极管仍然导通。 在超过 t=/2 后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。 所以在 t2到 t3时刻，二极管导电， Ｃ 充电， Vi=Vo按正弦规律变化； t1到 t2时刻二极管关断， Vi=Vo按指数曲线下降，放电时间常数为 RLC。 电容滤波过程见图。 需要指出的是，当放电时间常数 RLC 增加时， t1点要右移， t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小；反之， RLC减少时，导通角增加。 显然。 当 Ｒ L很小，即 IL很大时 ，电容滤波的效果不好，见图 滤波曲线中的 2。 反之，当 Ｒ L很大，即 IL很小时，尽管 C较小 , RLC仍很大 ,电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的 3。 所以电容滤波适合输出电流较小的场合。 图 电容滤波的效果 有 Ｃ 无 Ｒ L即空载，此时设空载时电容两端的初始电压Ｖ c为零。 接入交流电源后，当 v2处于正半周，二极管 D D3导通，变压器次端电压 v2给电容器 C充电。 图 电容滤波电路波形 20 当 v2处于负半周，二极管 2D 、 4D 导通，变压器次端电压 v2给电容器 C 充电。 由于充电回路等效电阻很小，所以充电很快，电容 C 迅速被冲到交流电压 2V 的峰值。 当 2V 过了峰点之迅速下降，电容电压 Ｖ c 仍为 22V ，因此二极管承受反压而截至，电容 C无放电回路不可能放电，故输出电压恒为 22V。 (2)电容滤波电路参数的计算 纹波电压（脉动成分）降低了，而且纹波电压与放电时间常数有关。 当 LR（负载开路）时，滤波效果最佳，纹波电压为 0。 LRC 越小，放电速率越快，纹波电压越大。 为了得到平滑的直流电压，一般选择有极性的大电解电容，并取： ( 3 ~ 5 ) 2L TRC  式中 T为输入交流电压的周期 二极管的导电角 度  缩短了， 0180 ，且时间常数 LRC 越大，导电角  越小。 电流的有效值和平均值的关系与波形有关，在平均值相同的情况下，波形越尖，有效值越大。 变压器副边电流有效值 2I 与 0I 负载电流平均值 一般按下式计算： 2 ( ~ 2) LII (3)外特性 整流 滤波电路中，输出直流电压 VO随负载电流 IO的变化关系曲线如图所示。 图 电容滤波外特性曲线 21 我们可以看出输出直流电压提高了，而且输出直流电压 随负载电流 的增加而减少。 当 C一定， LR （负载开路）时，输出电压最大为 22V。 当 C＝ 0时，输出电压最小为。 因此，对于不同的 C 值，又不同的输出电压 0V ，对于单相桥式整流电容滤波电路当满足的关系，并且整流电路的内阻不太大时， 0V与 2V 的关系约为  021 .1 ~ 1 .2VV 总之，电容滤波电路简单，负载直流电压较高，纹波也较小。 但输出特性较差，即随着 0I 的增加，输出电压 0V 下降很快，故适用于负载电压较高，负载变化不太大的场合。 稳压电路 图 R11由输出电流档次决定， R12由输出电压档次决定 电路如图所示，三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。 下面对各部分电路作简单介绍。 22 （ 1）启动电路 在集成稳压器中，常常采用许多恒流源，当输入电压 V1接通后，这些恒流源难以自行导通，以致输出电压较难建立。 因此，必须用启动电路给恒流源的 BJT T T5提供基极电流。 启动电路由 T T DZ1组成。 当输入电压 V1高于稳压管 DZ1的稳定电压时，有电流通过 T T2，使 T3基极电位上升而导通，同时恒流源 TT5也工作。 T4的集电极电流通过 DZ2以建立起正常工作电压，当 DZ2达到和 DZ1相等的稳压值，整个电路进入正常工作状态，电路启动完毕。 与此同时， T2因发射结电压为零而截止，切断了启动电路与放大电路的联系，从而保证 T2左边出现的纹波与噪声不致影响基准电压源。 （ 2）基准电压电路 基准电压电路由 T DZ T R R3及 D D2组成，电路中的基准电压 为 式中 VZ2为 DZ2的稳定电压， VBE为 T D D2发射结（ D D2为由发射结构成的二极管）的正向电压值。 在电路设计和工艺上使具有正温度系数的 R R DZ2与具有负温度系数的 T D D2发射结互相补 偿，可使基准电压 VREF基本上不随温度变化。 同时，对稳压管 DZ2采用恒流源供电，从而保证基准电压不受输入电压波动的影响。 （ 3）取样比较放大电路和调整电路 这部分电路由 T4～ T11组成，其中 T T11组成复合调整管； R1 R13组成取样电路； T T8和 T6组成带恒流源的差分式放大电路； T T5组成的电流源作为它的有源负载。 T R9的作用说明如下：如果没有 T R9，恒流源管 T5的电流 IC5=IC8+IB10，当调整管满载时 IB10最大，而 IC8最小；而当负载开路时 IO=0， IB10也趋于零，这 时IC5几乎全部流入 T8，使得 IC8的变化范围大，这对比较放大电路来说是不允许的，为此接入由 T R9级成的缓冲电路。 当 IO减小时， IB10减小， IC8增大，待 IC8增大到 时，则 T9导通起分流作用。 这样就减 轻了 T8的过多负担，使 IC8的变化范围缩小。 23 （ 4）保护电路 减流式保护电路 减流式保护电路由 T1 R1 R1 R14和 DZ DZ4组成， R11为检流电阻。 保护的目的主要是使调整管（主要是 T11）能在安全区以内工作，特别要注意使它的功耗不超过额定值 PCM。 首先考虑一种简单的情况。 假设图 1 中的 DZ DZ4和 R14不存在， R15两端短路。 这时，如果稳压电路工作正常，即 PCPCM并且输出电流 IO在额定值以内，流过 R11的电流使 =IOR11， T12截止。 当输出电流急剧增加，例如输出端短路时，输出电流超过极限值（ IO(CL)=PCM/VI=）时，即当 时，使 T12管导通。 由于它的分流作用，减小了 T10的基极电流，从而限制了输出电流。 这种简单限流保护电路的不足之处是只能将输出电流限制在额定值以内。 由于调整管的耗散功率 PCM=ICVCE，只有既考虑通过它的电流和它的管压降 VCE值，又使 PCPCM，才能全面地进行保护。 图 1中 DZ DZ4和 R1 R15所构成的支路就是为实现上述保护目的而设 置的。 电路中如果（ VI– IOR11– VO） （ VZ3+ VZ4），则 DZ DZ4击穿，导致 T12管发射结承受正向电压而导通。 VBE12的值为 经整理后得 显然，（ VI – VO）越大，即调整管的 VCE值越大，则 IO越小，从而使调整管的功耗限制在允许范围内。 由于 IO的减小，故上述保护称为减流式保护。 过热保护电路 电路由 DZ T T14和 T13组成。 在常温时， R3上的压降仅为 左右， T1T13是截止的，对电路工作没有 影响。 当某种原因（过载或环境温升）使芯片温度上升到某一极限值时， R3上的压降随 DZ2的工作电压升高而升高，而 T14的发射结电压 VBE14下降，导致 T14导通， T13也随之导通。 调整管 T10的基极电流 IB10被 T13分流，输出电流 IO下降，从而达到过热保护的目的。 电路中 R10的作用是给 T10管的 ICEO10和 T11管的 ICBO11一条分流通路，以改善温度稳定性。 值得指出的是：当出现故障时，上述几种保护电路是互相关联的。 24 第三章 红外线发射和接收系统 红外线简介 一切物体在高于绝对零度时都会发射 热辐射。 根据波耳理论，能量辐射同原子和分子的电子由高能级向低能级跃迁有关，这些跃迁伴随着能量的发射，从而发生辐射线。 红外辐射是电磁波谱中的一段，具有电磁辐射的波动性和量子性双重特征。 同时具备反射，折射，干涉，衍射和偏振定律。 红外辐射也具有光量子的特征，这种微粒我们称为光子。 红外波长的范围从0,761000μ m其对应的光子能量从 1,66eV1,26 10ˉ 5eV 红外波段一般分为四部分；近红外（ 0,76— 3），中红外 (3— 6)，远红外 (6— 15)和甚远红外（ 15— 1000）单位为μ m 红外辐射常被称为热辐射。 但他并没有特别的热性质，而与其他的热辐射一样，能在其射程范围内被物体吸收并转换成热。 因而热效应仅是红外辐射被吸收的结果，而不是他的特征。 电磁辐射不是一种热介质，而是被受体吸收后引起受体内部分子运动产生的一种热效应 红外辐射作为一种电磁辐射，具有波动性和量子性双重属性，因此，红外辐射即遵从波动规律，又以红外光量子的形式存在，并同样简称为光子 218μ m 的波段涵盖了远红外的全部波段及极小部分中红外和甚远红外波段。 因此我们把它称为远红外线。 25 红外线发射系统 红外发射二级管由红外辐射效率高的材料（常用砷化镓）制成 PN 结，外加正向偏压向 PN 结注入电流激发红外光。 光谱功率分布为中心波长 830 ～ 950nm ，半峰带宽约 40nm 左右，它是窄带分布。 其最大的优点是可以完全无红暴，（采用 940 ～ 950nm 波长红外管）或仅有微弱红暴（红暴为有可见红光）和寿命长。 红外发光二极管的发射功率用辐照度 μ W/m2 表示。 一般来说，其红外辐射功率与正向工作电流成正比，但在接近正向电流的最大额定值时，器件的温度因 电流的热耗而上升，使光发射功率下降。 红外二极管电流过小，将影响其辐射功率的发挥，但工作电流过大将影响其寿命，甚至使红外二极管烧毁。 当电压越过正向阈值电压（约 左右）电流开始流动，而且是一很陡直的曲线，表明其工作电流对工作电压十分敏感。 因此要求工作电压准确、稳定，否则影响辐射功率的发挥及其可靠性。 辐射功率随环境温度的升高 ( 包括其本身的发热所产生的环境温度升高 ) 会使其辐射功率下降。 红外灯特别是远距离红外灯，热耗是设计和选择时应注意的问题。 红外二极管的最大辐射强度一般在光 轴的正前方，并随辐射方向与光轴夹角的增加而减小。 本设计红外发射二极管，其负极端接与 P1口， P1口设置为输出状态，当P1口为“ 0”时，发光二极管正常工作。 红外线接收系统 红外线接收二极管工作原理同发射管相似，但也有不同点。 红外接收管当接收到红外光时导通， +5V 电源通过红外接收管加到反相器 CC4069 的输入端，经反。