《自动控制电器》word版

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1、自动控制电器　　自动控制电器是按照信号或某个物理量的变化自动动作的。自动控制电器的种类很多，这里仅介绍几种设备中常用的自动控制电器：如无触点开关、电流继电器、速度继电器、压力式温度继电器和晶体管时间继电器。　　一、无触点开关　　刀开关、按钮开关是开关，继电路、接触器等电器实际上也是一种开关，它可按照生产过程的要求控制它们接通或断开电路，达到自动控制和自动保护的目的。这一类带触点开关电器的优点是动作可靠1机械强度好、开关特性稳定，但是，它们也存在一系列缺点：如动作速度慢、消耗功率多、灵敏度较低、体积较大和机械部分容易磨

2、损等。　　晶体管不仅有放大的作用，也具有开关特性，可以利用晶体管做成无触点开关。无触点开关有许多突出的优点：动作速度快、消耗功率少、灵敏度高、体积小重量轻而且没有机械磨损。　　在晶体管开关电路中，传送的控制信号都是电信号。开关电路所研究的问题，主要是用什么样的方法和电路来产生、变换、传递、放大和测量各种信号。因此开关电路又叫脉冲电路，它广泛应用于生产过程的自动控制和遥测遥控等。　　1．晶体管的开关特性。二极管具有单向导电性，即当二极管加正向电压时，二极管导通；加反向电压时，二极管截止，所以二极管是一种无触点开关。　　

3、三极管有三种工作状态：饱和、截止和放大。三极管应用于脉冲电路时，若三极管在饱和状态下工作，管压降很小，相当于开关接通；若三极管处于截止状态时，电源电压基本上降到集射极之间，阻抗很高，相当于开关断开；在由通到断的转换过程中管子工作于放大状态。三极管开关由通到断（或由断到通）的转换异常迅速，因此利用三极管作开关可以获得边沿很陡直的脉冲信号。　　光电二极管、光电三极管是利用半导体材料的电学特性，即受光照后发生变化的原理，利用光电效应制成的。　　光敏二极管的结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中，如图1（a）所示，它的PN

4、结装在管顶，可直接受光照射，光敏二极管在电路中一般处于反向工作状态，如图1（b）所示。　　光敏二极管工作时通常处于反向偏压状态，当无光照射时，二极管截止，电路中仅有PN结的反向漏电流，常称为暗电流；有光入射时，PN结附近受光子冲击，吸收光子的能量产生电子－空穴对，使载流子能量增加，形成光电流。它的导电能力完全取决于光照，如果入射光照度变化，光生电子－空穴对的浓度也相应变动，通过外电路的电流也随之变动，光敏二极管将光信号转换为电信号输出。光敏三极管的的内部结构与普通三极管接近，也分成三个区：即发射区、基区和集电区。发射

5、区和集电区均有电极引出，一般基极不引线。图2所示为NPN型三极管的结构简化模型和基本电路。当基极开路时，集电结反偏，当光照射到集电结附近的基区时，在PN结附近产生电子－空穴对，它们在内电场作用下定向运动形成光电流。由于产生的光电流相当于一般敏三极管具有比光敏二极管更高的灵敏度。但光敏三极管的暗电流也较大。光敏二极管和三极管的基本特性很多，如光谱特性、伏安特性、温度特性等，这里仅介绍其光照特性。图3为硅光敏管的光照特性曲线。从图中可以看出，光敏二极管的光照特性曲线线性比较好，而三极管在照度较小时，光电流随照度增加较小，

6、而在大电流（光照度为几千勒克斯）时出现饱和现象（图中未画出），因为三极管的电流放大倍数在小电流和大电流时都要下降。2．晶体管无触点开关－反相器。晶体管反相器是一种很简单的无触点开关。图4是晶体管反相器的工作原理图，图4（a）是基本电路，图4（b）是输入、输出波形。当无输入信号（即输入端为零电位）时，晶体管截止，输出端电位接近Ucc，这时相当于开关断开的情况。　　当输入端加上信号（例如为＋6V）时，晶体管处于饱和状态，输出端电位近似为零，电源电压机几乎全部在Rc上。这时相当于开关接通的情况。　　由此可见，晶体管输入端状

7、态和输出端状态刚好相反：输入为高电位时，输出为低电位；输入为低电位时，输出为高电位；所以可称之为反相器。又因为它相当于一个没有机械触点的开关，所以属于无触点开关。　　图4（a）中的Rc是集电极负载电阻，若直接以继电器代替，就构成了晶体管继电器，如图5所示。图中S表示传递信号源，如光敏元件、热敏元件等。依据信号源的不同，可以做成各种性能的继电器，如光电继电器、时间继电器、温度继电器等。当S闭合时，通过RB供给晶体管V足够的电流使其饱和导通，继电路KA动作。若信号源接点S断开，V截止，KA释放。二极管VD的作用是，当晶体

8、管截止时，为继电器KA绕组中的感应电流提供一条回路，避免绕组上产生过大的感应电势。VD1的作用也是防止晶体管截止时，基极－发射极承受过大的反向电压而损坏。设备中光电继电器应用很多，简单的光电继电器如图6所示。图中所示电路以光电三极管接收光信号。当无光照或光照很微弱时，光电管VP只有暗电流存在，管阻很大，使晶体管V的基极电流和集电极电流均很小，继