声光控开关的制作
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任务4、声光控开关的制作
[教学目标]
掌握三极管的概念及相关物理量。
认识声光控开关电路的结构和原理。
熟练掌握三极管的参数、作用及测量方法。
了解场效应管、可控硅等元件的作用及测量方法。
掌握放大电路的简单分析。
会用示波器测量三极管的特性曲线。
掌握简单可控开关的制作方法。
[教学重点]：
三极管
一、任务
声光控节电开关的制作
按给出电路图的要求，选取元件、识别和测试。分析电路原理并安装调试。声控节电开关照明时间控制1分钟内，整个电路采用分立元器件或者数字集成电路组成。
二、所用元件及工具
1、三极管
半导体三极管也称为晶体三极管，可以说它是电子电路中最重要的器件。
三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的，而三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。由于不同的组合方式，形成了一种是NPN49
型的三极管，另一种是PNP型的三极管。
三极管的种类很多，并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装，常见三极管的外观，有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是NPN型三极管，而箭头朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。
常用的三极管有90××系列，包括低频小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP)，低噪声管9014(NPN)，高频小功率管9018(NPN)等。它们的型号一般都标在塑壳上，而样子都一样，都是TO-92标准封装。在老式的电子产品中还能见到3DG6(低频小功率硅管)、3AX31(低频小功率锗管)等，它们的型号也都印在金属的外壳上。
三极管符号里，第一部分“3”表示三极管。符号的第二部分表示器件的材料和结构：A——PNP型锗材料；B——NPN型锗材料；C——PNP型硅材料；D——NPN型硅材料。符号的第三部分表示功能：U——光电管；K——开关管；X——低频小功率管；G——高频小功率管；D——低频大功率管；A——高频大功率管。另外，3DJ型为场效应管，BT打头的表示半导体特殊元件。
三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。
三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。
2、场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）介绍
一般的晶体管是由两种极性的载流子，即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电，因此称为双极型晶体管。而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。
9011~9018塑封硅三极管的参数表
型 号 (3DG)
9011 (3CX)
9012 (3DX)
9013 (3DG)
9014 (3CG)
9015 (3DG)
9016 (3DG)
9018
极限参数 PCM(mW) 200 300 300 300 300 200 200
ICM(mA) 20 300 300 100 100 25 20
BVCBO(V) 20 20 20 25 25 25 30
BVCEO(V) 18 18 18 20 20 20 20
BVEBO(V) 5 5 5 4 4 4 4
ICBO(A) 0,5 50
直流参数 ICEO(A) 1 1
IEBO(A) 0,5
VCES(V)
VBES(V) 1 1 1 1 1 1
hFE 30 30 30 30 30 30 30
交流参数 fT(MHz) 100 80 80 500 600
Cob(pF) 4 4
KP(dB) 10
hFE色标分档 (红)30~60 (绿)50~110 (蓝)90~160 (白)>150
管 脚
E B C
常用场效应三极管主要参数
参数名称 N沟道结型 MOS型N沟道耗尽型
3DJ2 3DJ4 3DJ6 3DJ7 3D01 3D02 3D04
D~H D~H D~H D~H D~H D~H D~H
饱和漏源电流IDSS(mA) 0.3~10 0.3~10 0.3~10 0.35~10 0.35~25
夹断电压VGS(V) <1~9 <1~9 <1~9 <1~9 1~9 1~9 1~9
正向跨导gm(V) >2000 >2000 >1000 >3000 1000 4000 2000
最大漏源电压BVDS(V) >20 >20 >20 >20 >20 >12~20 >20
最大耗散功率PDNI(mW) 100 100 100 100 100 25~100 100
栅源绝缘电阻rGS() 108 108 108 108 108 108~109 100
管脚
G D
或
S D S G
3、各类电阻、电容、电感、（稳压）二极管和可控硅
3、电路原理图 51
三、任务分析
节电开关，在白天或光线较亮时，节电开关呈关闭状态，灯不亮，夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态。当有人经过该开关附近时，脚步声等把节电开关启动，灯亮，延时40~50秒后节电开关自动关闭、灯灭。
上图是该声控照明节电开关电路原理方框，由话筒、声音放大、倍压整流、光控、电子开关、延时和交流开关七部分电路组成。
电路原理：话筒MIC1和VT1、R1~R3、C1组成声音拾取放大电路。为了获得较高的灵敏度，VT1 的β值选用大于100。话筒MIC也选用灵敏度高的。R3不宜过小，否则电路容易产生间歇振荡，C2、D1和D2、C3构成倍压整流电路。把声音信号变成直流控制电压。R4、R5和光敏电阻R11组成光控电路。有光照射在R11上时，阻值变小，对直流控制电压衰减很大。VT2、VT3和R7、D3组成的电子开关截止，C4 内无电荷，单向可控硅MCR截止，灯泡不亮。在MCR截止时，直流高压经R9、R10、D4降压后加到C3、CW1（稳压管）上端。C3为滤波电容，CW1为稳压值12~15V的稳压二极管，保证C3上电压不超过15V直流电压。当无光照射R11 时，R11 阻值很大，对直流控制电压衰减很小，VT2、VT3等组成的电子开关导通，D3 也导通，使C4充电。R8、C5和单向可控制MCR、D5~D8 组成延时与交流开关。C4通过R8 把直流触发电压加到MCR控制端，MCR导通，灯泡点亮。灯泡发光时间长短由C4、R8 的参数决定，按图中所给出的元器件数值（R8为22K），发光30秒左右后，MCR截止，灯熄灭。C5为抗干扰电容，用于消除灯泡发光抖动现象。 MIC 声音放大 倍压整流 光敏电路 电子开关 延时电路 交流开关 220Ｖ
VT3
VD3,C4 VT1 VD1-2 RGM VT2-4 MCR100-8 52
设计印刷电路图： 在一块4×7cm 面积大小敷铜板设计印刷电路。
制作检测： 为确保制作能一次成功，所有元器件都要认真检测，判别元器件是否完好。 最容易分不清二极管+、-极，三极管E、B、C 极位置。特别注意可控硅检测。
制作注意事项：
1. 首先检查你的印刷电路是否设计正确，元器件位置是否安装正确。特别是话筒、二极管、三极管、电容等极性不要装错。
2. 焊接质量尤其重要。焊接时间较长易损坏元器件，焊点处理是否合理，有没有焊接点短路、虚焊、多余管脚是否剪去。
3. 制作过程中必须听从实训老师电子制作安排和要求。遵守纪律，注意用电安全，按照正常规程进行操作。
故障判断：
1. 元器件安装后，通电220v电压检查不正常情况下：检查元器件是否安装正确。
2. 在这种不明确情况下，可以不通交流电，加入8V直流电压到D4阳极，检查各个三极管工作电压。
1) VE = +6.8V（VT3的e极电压）
2) 检查电子开关是否正常。将万用表电压档测可控硅(MCR100-6)阴阳极电压，当短接VT3的e、c极，可控硅(MCR100-6)阳极电压下降为零，说明电子开关电路正常。
3) 检测Mic话筒两端电压约2~3V左右，说明Mic话筒连接正确。再检查R11光敏电阻两端电压值，光照时电压较低，不受光时电压较高，说光控电路工作正常；
4）整体测试 将光敏电阻用不透光的物体遮档住，测量VT3发射极对地电压，当发出响声在话筒边发出声音时，测得的电压就为5V以上，然后没有声音后又变为0。
以上各项测试是正常工作时的电压变化情况，如实际制作好后不能实现设计的功能，按照单元电路的分析方法，分步查找原因。
3．根据实际外壳大小设计1：1印刷板布线图
4．设计制作印刷线路板
5．焊接、调试电路
四、知识库
１、三极管
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双极型半导体晶体三极管(BJT) 由两个PN结和三个电极构成。
三个区域为基区（B区）、发射区（E区）、集电区（C区）。
两个PN结为发射结（BE结）、集电结（CB结）。
三个电极为发射极E（Emitter）、基极B（Base）、集电极C（Collctor）。
因杂质半导体有P、N型两种，所以三极管的组成形式有NPN型和PNP型两种。
半导体三极管并不是两个PN结的简单连接，它的工艺特点是，基区（B）很薄且杂质浓度低，发射区（E区）杂质浓度高，集电结面积大。这3个特点保证了半导体三极管具有较好的电流放大作用。
偏置方式：
①发射结正偏、集电结反偏，BJT处于放大状态
②发射结反偏、集电结正偏，BJT处于反向应用状态，（一般不宜反向应用）。
③二个PN结均正偏，晶体管处于饱合状态
④二个PN结均反偏，晶体管处于截至状态
要了解半导体三极管放大原理，就要分析其内部载流子的运动情况，首先必须要使半导体三极管有一合理的偏置。半导体三极管内部两个PN结的4种偏置方式中，为体现放大作用，首先必须保证有足够多的多子运动，所以发射结要正偏，这样发射区能不断向基区发射载流子；其次，集电极电流必须由非集电极本身的多子运动形成，才能体现其电流控制作用，因此，集电结要反偏。不管半导体三极管组成的放大电路形式如何变化，要使其具有放大作用，都必须满足发射结正偏，集电结反偏。
在发射结正偏，集电结反偏的情况下，载流子运动可分为如下3个过程。
1. 发射区向基区注入电子
2. 电子在基区的扩散与复合
