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课程设计报告
课程名称：电子技术课程设计
设计题目：楼道触摸延时开关
系别：通信与控制工程系
专业：
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起止日期:
指导教师:
教研室主任：
摘要
该次设计是设计楼道触摸延时开关，通过本次设计巩固和加深对电子线路的基本知识的理解，培养了我们动手实践的能力。设计过程中运用了CMOS数字集成块CD4013BP组成单稳态电路实现延时的工作原理，并用桥式整流和可控硅组成开关电路模块，而且利用一个极性电容和发光二极管方便人在夜间找到开关的位置。经过设计，制板，调试，该系统实现了灯泡延时1分钟照明。
目录
设计要求 (1)
1、方案论证与对比 (1)
1.1方案一 (1)
1.2 方案二………………………………………………………………………………
1.3 方案的对比与选择…………………………………………………………………
2．元器件的选择与工作原理………………………………………………………………
2.1 工作原理……………………………………………………………………………
2.2 元器件的选择………………………………………………………………………
3．设计总结 (13)
4．仪器仪表清单 (14)
5．参考文献……………………………………………………………………………………
6．致谢…………………………………………………………………………………………
楼道触摸延时开关设计
设计要求
当人用手触摸开关时，照明灯点亮，并持续一段时间后自动熄灭，延时时间约1分钟左右。
1、方案论证与对比
1.1方案一原理方框图
平时，VS 处于关断状态，灯不亮。VD1～VD4输出220V 脉动直流电经R5限流，VD5稳压，C2滤波输出约12V 左右的直流电供IC 使用。此时LED 发光，指示开关位置，便于夜间寻找开关。当人手触摸一下电极M 时，人体泄漏电流经R1、R2分压，其正半周使单稳态电路翻转，1脚输出高电平，经R4加到VS 的门极，使VS 开通，电灯点亮。这时1脚输出高电平经R3向电容C1充电，使4脚电平逐渐升高直至暂态结束，电路翻回稳态，1脚突变为低电平，VS 失去触发电压，交流电过零时即关断，电灯熄灭
1.2方案二原理方框图
1.3方案的选择与对比
方案一的电路结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，且成本低，而且方案一的元器件少，能够减少在焊接过程中出现的失误。单稳态电路，方案一中用的是双D触发器CD4013BP_5V，相对方案二两个三极管更加简便，更能实现功能。综上所述，我们选择方案一。
2.元器件选择与工作原理
2.1 工作原理
图2-1 楼道延时触摸开关PCB原理图
图2-2 楼道延时触摸开关PCB布线图
总电路图工作原理：由CD4013BP_5V组成一个单稳态电路，平时VS断开，CD4013 1角输出低电平，电灯泡不亮，C2发出12V的电压，使LED发光，方便夜间找到开关的位置，当人触摸M时，人体泄漏电流经R1、R2分压，其正半周使单稳态电路翻转，1脚输出高电平，经R4加到VS的门极，使VS开通，电灯点亮。这时1脚输出高电平经R3向电容C1充电，使4脚电平逐渐升高直至暂态结束，电路翻回稳态，1脚突变为低电平，VS失去触发电压，交流电过零时即关断，电灯熄灭。
2.2元器件的选择
IC应采用CMOS集成电路CD4013，它为双D触发器，本电路里只使用它的一半，另一个D触发器悬空。VS晶闸管用2N6565、MCR100-8等小型塑封单向晶闸管，可控制100W以下任何照明电路。VD1～VD4为1N4004～1N4007型整流二极管。LED可用普通红色发光二极管，电阻均为RTX型1/8W碳膜电阻器。C1、C2用CD11-16V型电解电容，C3为瓷片电容器。
○1晶闸管
晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结,可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管。
图2-3 器件符号
当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此是两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门极电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通。
设PNP管和NPN管的集电极电流分别为I C1和I C2，发射极电流相应为Ia和I k，电流放大系数相应为α1=I C1/Ia和α2=I C2/I k，设流过J2结的反相漏电流为I CO，晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：
CO k CO
C C +I I Ia+α =α+I +I =I I 2121а (1)
若门极电流为Ig ，则晶闸管阴极电流为：
g a k I I I +=
得出晶闸管阳极电流为：
)
(121ααа+-+=
g
co I I I (2)
硅PNP 管和硅NPN 管相应的电流放大系数α1和α2随其发射极电流的改变而急剧变化。当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未接受电压的情况下，式(2)中Ig=0，(α1+α
2)很小，故晶闸管的阳极电流
Ia ≈I CO ，晶闸管处于正向阻断状态；当晶闸管在正向门极
电压下，从门极G 流入电流I g ，由于足够大的I g 流经NPN 管的发射结，从而提高放大系数α2，产生足够大的集电极电流I C2流过PNP 管的发射结，并提高了PNP 管的电流放大系数α1，产生更大的集电极电流I C1流经NPN 管的发射结，这样强烈的正反馈过程迅速进行。
当α1和α2随发射极电流增加而使得(α1+α2)≈1时，式(2)中的分母1-(α1+α2)≈0，因此提高了晶闸管的阳极电流Ia 。这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定，晶闸管已处于正向导通状态。晶闸管导通后，式(2)中1-(α1+α2)≈0，即使此时门极电流Ig=0，晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia 而继续导通，门极已失去作用。在晶闸管导通后，如果不断地减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia 减小到维持电流I H 以下时，由于α1和α2迅速下降，晶闸管恢复到阻断状态。
