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需要,该系统可隐蔽安装,各元器件可集成在同一块电路板上,减小了系统的体积,各模块可组合构成一个优美的照明艺术环境。
第二步:按照明控制要求选择控制面板和其他相关控制部件。
人体感应传感器:该装置适用于酒店内的小型会议室、会客室、卫生间等场所。人体感应器可自动检测该空间内的人体温度:当室内有人时,自动开灯;无人时,自动关灯既方便又可避免浪费能源,目前已广泛地使用于需要短时间不定期的照明场所。
通过以上控制方式的使用,可以达到:
(1)系统节能:即通过合理的测控手段,解决建筑物总体能量的需求、输送和供给的平衡,节约运行开支在20%-40%左右。
(2)设备节能:在满足系统的总体要求下,使各种设备工作在最低能耗的状态。 (3)管理节能:通过提供设备运行的各种数据,使管理者准确掌握系统的运行状况,为管理工作提供人性化服务,并且,由于设施设备的自控及保护功能提高,可相应的减少运行维护人员的数量,进一步减少开支。
(4)寿命延长:通过系统运行的合理策略,缩短设备的运行时间和减轻负荷,可以降低设备的维护和更换费用,有效的延长设备使用寿命。
第二步:按照明回路的性能选择相关的元器件
本系统采用的是“双元型”热释电红外传感器就是要利用其结构上具有的与单型器件不同的特点来实现对人体运动方向的判断。单型热释电红外传感器由于只有唯一的一个敏感元件,因而对环境温度变化和人体运动会产生同样的反应信号。而双元型热释电红外传感器具有两个完全相同的敏感元件,它们按照极化方向反相串联或并联,其中只有一个敏感元件是用来检测红外线,而另一个要在表面蒸上红外反射膜,它的作用是用来补偿噪声。
第四步:选择附件。
由于传感器只对人体运动敏感,当人静止不动时传感器无输出,而人进入卫生间后有分钟的停留时间,所以在照明灯开启后必须延时一段时间,本电路采用的是555定时器接成的单稳态触发器可实现延时功能,为适应光照不同时光照控制方式不同的特点,采用光敏电阻控制555定时器在等待和工作状态之间切换。
第五步:编制系统设备配置表。
由于不同元件在不同的电压下工作,考虑器件允许通过最大电流和最大耗散功率。采用稳压管将电压稳定在一定的数值,或采用电阻的分压和限流作用将电压和电流限定在适合器件工作的范围之内。
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3 光电器件介绍
3.1 光敏电阻
3.1.1 光敏电阻的结构与工作原理
光敏电阻又称光导管, 它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性, 是一个电阻器件。制作光敏电阻的材料一般是金属硫化物和金属硒化物,通常采用涂敷、喷涂等方法,在陶瓷基片上涂上半导体薄膜,经烧结而成。
光敏电阻的结构:在底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体物质,称为光导层。半导体的两端装有金属电极与引出线端相连接,通过引出线端接入电路。为了防止周围介质的影响,在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜,漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。为了提高灵敏度,光敏电阻的电极一般采用梳状图案,光敏电阻结构,光敏电阻电极,光敏电阻接线图光敏电阻工作原理--内光电效应。光照射到本征半导体上,材料中的价带电子吸收了光子能量跃迁到导带,激发出电子、空穴对,增强了导电性能,使阻值降低。光照停止,电子空穴对又复合,阻值恢复。亮电阻很小,暗电阻很大。要使价带电电子跃迁到导带,入射光子的能量满足刚好发生内光电效应的临界波长。 3.1.2 光敏电阻的主要参数与基本特性
主要参数有
(1) 暗电阻 亮电阻光电流
暗电阻:光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻, 此时流过的电流称为暗电流。 亮电阻:光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻,此时流过的电流称为亮电流。 光电流:亮电流与暗电流之差称为光电流。 (2) 光谱范围:对应于一定敏感程度的波长响应区间。
(3) 响应时间:光敏电阻从停止光照到电流下降到原来值的63%所需要的时间(无其他负载),一般低于20ms。
基本特性:光照特性 光电灵敏度 光谱特性
光照特性:在一定外加电压下,光敏电阻光电流和光照强度之间的关系,不同材料的光照特性是不同的,绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。图为硫化镉光敏电阻的光照特性。光敏电阻不宜用作测量元件,但可用于自动控制中的光电开关;
光电灵敏度:单位光通量入射时光敏电阻输出的光电流单位外加电压下的光电灵敏度称相对灵敏度。
光谱特性:光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用,即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性,亦称为光谱响应。对应于不同波长,光敏电阻的灵敏度是不同的,不同材料的光敏电阻光谱响应曲线也不同。硫化镉光敏电阻的光谱响应的峰值在可见光区域,常被用作照度计的
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探头。而硫化铅光敏电阻响应于近红外和中红外区, 常用做火焰探测器的探头。
频率特性:光敏电阻的光电流不能随着光强改变而立刻变化,即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性,这种惰性通常用时间常数表示。 大多数的光敏电阻时间常数都较大。
温度特性:光敏电阻温度变化影响光敏电阻的光谱响应。 温度变化时,影响光敏电阻的光谱响应、灵敏度和暗电阻,尤其是响应于红外区的硫化铅光敏电阻受温度影响更大。硫化铅光敏电阻要在低温、恒温的条件下使用。
对于可见光的光敏电阻, 其温度影响要小一些。
光敏电阻优缺点:光敏电阻具有光谱特性好、允许的光电流大、灵敏度高、使用寿命长、体积小等优点,所以应用广泛。此外许多光敏电阻对红外线敏感,适宜于红外线光谱区工作。光敏电阻的缺点是型号相同的光敏电阻参数参差不齐,并且由于光照特性的非线性,不适宜于测量要求线性的场合,常用作开关式光电信号的传感元件。 3.1.3 光敏电阻的应用
常用的光敏电阻器是硫化镉光敏电阻器,它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线(可见光)的强弱变化而变化,在黑暗条件下,它的阻值(暗阻)可达1~10MΩ;在强光条件(100LX)下,它阻值(亮阻)仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性(即光谱特性)与人眼对可见光(0.4~0.76um)的响应很接近,只要人眼可感受的光,都会引起它的阻值变化。
本电路采用MG42型CdS光敏电阻,CdS光敏电阻属半导体光敏器件,产品经受强化老练实验,除具有灵敏度高,反应速度快,光谱特性好等特点外,在高温、多湿的恶劣环境下,仍能保持其高度的稳定性和可靠性,适合于将其用于卫生间潮湿的环境,MG42型光敏电阻与其它型号相比具有:工作电压和额定功率比较低的特点,其亮、暗电阻也适合于本照明电路的需要,所以在设计时选择了这个型号。
3.2 可控硅元件的工作原理及基本特性
3.2.1 工作原理
可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件,共有三个PN结,分析原理时,可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成,其等效图解如图3-1所示
图3-1 可控硅等效图解图
当阳极A加上正向电压时,BG1和BG2管均处于放大状态。此时,如果从控制极G输入一个正向触发信号,BG2便有基流ib2流过,经BG2放大,其集电极电流ic2=β2ib2。
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因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连,所以ib1=ic2。此时,电流ic2再经BG1放大,于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极,表成正反馈,使ib2不断增大,如此正向馈循环的结果,两个管子的电流剧增,可控硅使饱和导通。
由于BG1和BG2所构成的正反馈作用,所以一旦可控硅导通后,即使控制极G的电流消失了,可控硅仍然能够维持导通状态,由于触发信号只起触发作用,没有关断功能,所以这种可控硅是不可关断的。
由于可控硅只有导通和关断两种工作状态,所以它具有开关特性,这种特性需要一定的条件才能转化,此条件见表3-1
表3-1 可控硅导通和关断条件 状态 从关断到导通 维持导通 从导通到关断 3.2.2 基本伏安特性
条件 1、阳极电位高于是阴极电位 2、控制极有足够的正向电压和电流 1、阳极电位高于阴极电位 2、阳极电流大于维持电流 1、阳极电位低于阴极电位 2、阳极电流小于维持电流 说明 两者缺一不可 两者缺一不可 任一条件即可 可控硅的基本伏安特性见图3-2
图3-2 可控硅基本伏安特性
(1)反向特性
当控制极开路,阳极加上反向电压时(见图3-3),J2结正偏,但J1、J2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流,当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后,接差J3结也击穿,电流迅速增加,图3-2的特性开始弯曲,如特性OR段所示,弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。此时,可控硅会发生永久性反向击穿。
图3-3 阳极加反向电压
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(2)正向特性
当控制极开路,阳极上加上正向电压时(见图3-4),J1、J3结正偏,但J2结反偏,这与普通PN结的反向特性相似,也只能流过很小电流,这叫正向阻断状态,当电压增加,图3-2的特性发生了弯曲,如特性OA段所示,弯曲处的是UBO叫:正向转折电压
图3-4 阳极加正向电压
由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后,J2结发生雪崩倍增效应,在结区产生大量的电子和空穴,电子时入N1区,空穴时入P2区。进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合,同样,进入P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合,雪崩击穿,进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉,这样,在N1区就有电子积累,在P2区就有空穴积累,结果使P2区的电位升高,N1区的电位下降,J2结变成正偏,只要电流稍增加,电压便迅速下降,出现所谓负阻特性,见图3-2的虚线AB段。
这时J1、J2、J3三个结均处于正偏,可控硅便进入正向导电状态---通态,此时,它的特性与普通的PN结正向特性相似,见图3-2中的BC段 3.2.3 可控硅的触发导通
在控制极G上加入正向电压时(见图3-5)因J3正偏,P2区的空穴时入N2区,N2区的电子进入P2区,形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用(见图2)的基础上,加上IGT的作用,使可控硅提前导通,导致图3-2的伏安特性OA段左移,IGT越大,特性
左移越快。
图3-5 阳极和控制极均加正向电压
利用可控硅的触发导通性能就可实现对照明灯的控制,即相当于一个开关的作用。单向可控硅具有一触即发实现自锁的功能。本电路选用单向可控硅,其最大工作电流(1A)和最高工作电压(400V)完全能满足本电路的需要,控制极电流在10uA~30uA之间,故触发灵敏度很高。