江 西 理 工 大 學(xué) 南 昌 校 區(qū) 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 題 目： 太陽能樓道感應(yīng)照明系統(tǒng)研究 系 ： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 生： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 職稱： 講 師 目 錄 第一章 引言 1 1.1 課題的背景與目的 . 1 1.2 太陽能樓道感應(yīng)照明系統(tǒng)簡述 . 錯誤 !未定義書簽。 第二章 照明系統(tǒng)總體設(shè)計 . 3 2.1 照明系統(tǒng)的構(gòu)成 . 3 2.2 太陽能樓道感應(yīng) 照明系統(tǒng)電路 . 3 第三章 太陽能樓道感應(yīng)開關(guān)的組成 . 5 3.1 傳感器 . 5 3.1.1 太陽能 傳感器 . 5 3.2集成控制電路 . 8 3.2.1 概述 . 8 3.2.2 運算放大器 . 9 3.2.3 振蕩器 . 10 3.2.4 電壓比較器 . 11 3.3 可控硅 . 錯誤 !未定義書簽。 3.3.1 單向可控硅簡介 . 14 3.3.2 雙向可控硅 . 15 第四章 電路制作 . 16 4.1 整體電路制作問題 . 16 4.1.1 元件的散熱問題 . 16 4.1.2 電子電路的靜電保護 . 16 結(jié) 論 . 18 參考文獻 . 20 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 引言 1.1 課題的背景與目的 目前，國內(nèi)的樓宇樓道照明都是采用傳統(tǒng)的 220V 的白熾燈 或節(jié)能燈，每層樓道裝上手控或聲控等控制開關(guān)，加上時間控制器。論文參考網(wǎng)。這種樓道照明系統(tǒng)使用已經(jīng)幾十年了，現(xiàn)在還在被廣泛采用。但這種樓道照明系統(tǒng)存在著其與生俱來的缺點：1、電費分攤難，一個樓道有好多住戶，樓道燈的電源接在哪一戶都不合理。 2、白熾燈或節(jié)能燈使用壽命短，尤其是樓道燈需要經(jīng)常啟閉的情況下，燈的使用壽命更短。3、損壞了沒人修，因為是公共使用，修理的責任不明確；這樣，有些樓道燈隨著時間的延長，損壞了沒人修，成了盲道，沒有起到樓道燈的作用，給住戶帶來很大的不便。 節(jié)能與環(huán) 保已經(jīng)成為當代產(chǎn)品開發(fā)的首要考慮因 素 。由于我國在新能源研發(fā)方面處于落后局面，目前市場上的普通船型開關(guān) 、 拉線開關(guān) 占據(jù)著燈具開關(guān)市場 的主要位置 。然而由于許多不可控因素的出現(xiàn) 及人們?nèi)粘Ａ晳T所限，造成了大量的電能的浪費。這種現(xiàn)象在我們的生活中隨處可見?？諢o一人的教室十多盞日關(guān)燈依然亮著，非常安靜的樓道內(nèi)燈火通明，衛(wèi)生間無人使用卻不熄滅燈光全國每年因此而損耗的電能可以以億度計量，同時因燈具使用時間的過長，也縮短了燈具的使用壽命，頻繁的更換燈具也造成了人力，財力的大量浪費。所以通過這種直接和間接的損耗，每年電能的損失就達數(shù)億元。近十年以來，我國建筑 體系的不斷發(fā)展，也對照明系統(tǒng)提出了更高的要求。 隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面市 , 住宅電子化出現(xiàn) 。近幾年樓宇智能化（ 智能家居是以家為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通訊、信息家電、網(wǎng)絡(luò)家電、自動化和智能化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理、控制于一體的高效、舒適、安全、便利、節(jié)能、健康、環(huán)保的家居環(huán)境。 ）又飛速發(fā)展起來，其中實現(xiàn)自動照明系統(tǒng)可以減少電能浪費成為實現(xiàn)現(xiàn)代化住宅的重要一筆。本課題從實際出發(fā)，準備對紅外線樓道自動照明系統(tǒng)進行探索 ， 隨著現(xiàn)代化的發(fā)展 ,工業(yè) ,農(nóng)業(yè) ,商業(yè) ,教育等等行業(yè)的用電量都大幅度增加 ,在這種情況下電能 的浪費成為人們普遍關(guān)注的問題 . 由此觀之，如何有效的減少 照明用電的浪費和更好的管理照明系統(tǒng)已成為一個不可忽視問題。 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 1.2 太陽能樓道照明感應(yīng)系統(tǒng)的簡介 太陽能樓道感應(yīng) 照明系統(tǒng)是由太陽能電池板供電。整棟住宅樓道照明采用整體布局、安裝集中供電方式。白天屋頂太陽能電池把光能轉(zhuǎn)換為電能，儲入大容量可充放的免維護的蓄電池。通過光的亮度和聲音震動開關(guān)控制著樓道照明燈的開關(guān)。晚上光線亮度不足時，聲、光感應(yīng)系統(tǒng)自動開啟，有聲音時啟動亮燈裝置，當在設(shè)定的時間過后，自動關(guān)閉裝置。江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第二章 明系 照 統(tǒng)總體設(shè) 計 2.1 照明系統(tǒng)的構(gòu)成 傳 統(tǒng)照明控 制系統(tǒng)是以照明配電箱通過手動開關(guān)來控制照明燈具的通斷，或通過回路中串入接觸器，實現(xiàn)遠距離控制。 傳統(tǒng)的照明電路只是為燈提供一定的電壓使其發(fā)光 ,這種燈只是人為控制 ,具有很大弊端 ,特別是在一些集體工作地 ,比如說 ,工廠 ,公司 ,學(xué)校等 .而今出現(xiàn)的建筑物自控 (BA)系統(tǒng)，是以電氣觸點來實現(xiàn)區(qū)域控制、定時通斷、中央監(jiān)控等功能。 本課題研究的 太陽能樓道感應(yīng) 照明系統(tǒng)是由太陽能電池板供電。整棟住宅樓道照明采用整體布局、安裝集中供電方式。白天屋頂太陽能電池把光能轉(zhuǎn)換為電能，儲入大容量可充放 的免維護的蓄電池。通過光的亮度和聲音震動開關(guān)控制著樓道照明燈的開關(guān)。晚上 光線亮度不足時，聲、光感應(yīng)系統(tǒng)自動開啟，有聲音時啟動亮燈裝置，當在設(shè)定的時間過后，自動關(guān)閉裝置。 太陽能樓宇樓道照明系統(tǒng)，不僅可應(yīng)用在普通的住宅，也可應(yīng)用在學(xué)校、機關(guān)、工廠、商廈等所有的樓道照明上；它不僅僅能解決傳統(tǒng)樓宇照明系統(tǒng)中存在的普遍問題，使所有樓道燈真正起到樓道照明的作用，還能節(jié)約大量的人力、物力；尤其是提倡低碳經(jīng)濟的現(xiàn)在，它還是真正意義上的節(jié)能環(huán)保、安全可靠的照明系統(tǒng)；一旦市電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，它也能保證樓道照明的正常。這種照明系 統(tǒng)如果在全國推廣，它的經(jīng)濟價值是無法估量的，它的社會價值是不可低估的。 2.2 太陽能樓道感應(yīng) 照明系統(tǒng)電路 太陽能電池板將光能轉(zhuǎn)換成電能 供給蓄電池進行存儲，并控制太陽能電池向蓄電池的過充電，達到保護的目的。在燈具照明時向其提供低壓的直流電力，為了避免燈具的過度用電，控制電路又能實施對蓄電池的欠匿保護，以防止蓄電池的過放電，以延長蓄電池的使用壽命。聲、光控制并延時照明的開關(guān)電路 。 電路在白天由光電傳感器控制燈不工作，當夜晚來臨時才啟動電路，由聲音控制燈的開啟并延時一段時間后關(guān)閉。電源控制電路由雙電壓比較放大器 LM393 組成上限電壓和下限電壓雙遲滯電壓比較器，上限電壓。比較器是由 A1、 R1、 R2、 R6 和 c1 組成蓄電池的高電壓檢測和比較，經(jīng)三極管 VT1、 VT3，電阻 R8、 R10 和繼電器； Kl來控制太陽能電池對蓄電池的電源；輸入，以實現(xiàn)蓄電池過充電的保護；下限電壓比較器是由 A2、 R3、 R4、 R7和：C2 組成蓄電池的低電壓檢測和比較，再由三極管 VT2、 VT4 和電阻 R9、 R1 1 與繼電器K2 來控制蓄電池對照明負載；的電源輸出，也使其達到蓄電池過放電 i 保護的目的。為了使電壓比對電路能夠 i 有一個基準的比較電壓，由三端穩(wěn)壓電： 路 7809 提供穩(wěn)定的電源電壓，并由電阻 R5 和穩(wěn)壓管 VD2 在兩個比較放大器的反相輸入端提供基準江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 電壓，使上、下限的電壓值與之比較，而反饋電阻 R6 和 R7 適當?shù)恼{(diào)整就可以改變電壓振蕩的條件，并限制其比較振蕩器的振蕩。為了達到上、下限電壓調(diào)整的目的，調(diào)整；電阻 R2 的值可設(shè)定蓄電池的充電電壓值，而調(diào)整電阻 R4的值可設(shè)定蓄電池的放電電壓值，本文所設(shè)置的蓄電池的：充電終止電壓值為 15 2V 左右，放電的終止電壓值為 J0 8v 左右。 外圍電路元件說明： PIR 感應(yīng)信號經(jīng) 濾波進入芯片 內(nèi)部 進行 放 大，與基準電壓比較 ,如果判斷有觸發(fā) ，運放輸出高電平。這時候計時檢測電路開始計時，計滿一定內(nèi)部時鐘周期，跳變?yōu)楦撸杀苊庹`觸發(fā)）。 ，運算放大器 OP1 將 聲音震動 輸出信號作第一級放大，然后由 C3耦合給運算放大器 OP2 進行第二級放大，再經(jīng)由電壓比較器 COP1 和 COP2 構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號 Vs 去啟動延遲時間定時器 。 根據(jù)不同高度、大小的樓道需要的照明燈數(shù)量不一樣，為此根據(jù)數(shù)據(jù)的分析有以下關(guān)系。以南京的“昌升”太陽能為例 列出配置表 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第三章 太陽能樓道 感應(yīng)開關(guān) 的組成 3.1 傳感器 傳感器是將感受的物理量、化學(xué)量 等信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測量 和傳輸?shù)碾?信號的裝置。電信號易于傳 輸和處理，所以大多數(shù)的傳感器是將物理量等信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的 。 3.1.1 太陽能 傳感器 低溫薄膜硅太陽能傳感器 1、結(jié)構(gòu)和制備方法 低溫薄膜硅太陽能傳感器的整個制備過程是在 550 C 的溫度下進行。首先在玻璃基片上形成背反射器，然后用等離子體化學(xué)蒸鍍法在其上依次淀積一層 n 型硅膜和一層本征（ i）多晶硅膜，后者的作用類似于激活層。然后，通過淀積 p 型硅膜形成PN 結(jié)，透明電極是淀積的 ITO，在傳感器的頂端形成 Ag柵電極。應(yīng)當指出 “ 本征（ i） ”的含意是 i層 Si不含任何雜質(zhì)，也是用等離子體化學(xué)蒸鍍法淀積的，而且 i層也是 n型的，多晶硅 i 層的雜質(zhì)為氧。用二次離子質(zhì)譜儀研究 4 m 厚多晶硅中磷原子的深度分布，約為 2 1015/cm3，以上述方法制造的太陽能傳感器的結(jié)構(gòu)，稱為具有背反射器增強吸收型自然表面紋理結(jié)構(gòu)。 2、多晶硅太陽能傳感器的特性 （ 1）特征參數(shù) 具有上述結(jié)構(gòu)的多晶硅太陽能傳感器的重要性質(zhì)之一，是其自然表面紋理結(jié)構(gòu)，實驗測得的表面粗度級約為 0.12 m。用 X 射線衍射法測量的多晶硅結(jié)構(gòu)是柱狀的，最優(yōu)取向為（ 110）。有關(guān)實驗結(jié)果表明，對于 2.0 m 厚的傳感器，當光窗為 10.10.5% 時，固有效率為 10.7 0.5%，開路電壓 Voc=0.539 0.005V，短路電流密度Jsc=25.8 0.5mA/cm2。當元件厚度為 1.2 m時，對于具有較大填充因子的多晶硅元件， Voc 可獲得最大值為 0.549V。 （ 2）對長波長光的收集 多晶硅太陽能傳感器設(shè)計中的一個關(guān)鍵問題是，如何增加對光的吸收率來獲得最大的能量轉(zhuǎn)換效率，使元件即使只有幾微米也能獲得足夠大的短路電流密度。實驗表明，使元件表面紋理最佳化及增加元件厚度可以有效地提高量子效率，并使長波 長光也獲得較大的量子效率。圖 1 是元件厚度為 2.1 m 時的量子效率曲線。由圖 1 中的曲線所計算的元件短路電流密度分別為：光滑表面 Jsc=18.5mA/cm2，粗糙表面Jsc=22.1mA/cm2，表面紋理最佳化 Jsc=17.2 mA/cm2。由圖看出，背反射器表面紋理最佳化后的元件沒有界面效應(yīng)，且 800nm 波長的光的量子效率大于 60%。 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 （ 3）溫度依賴性 對于地面應(yīng)用的太陽能傳感器，溫度系數(shù)非常重要。元件溫度是將熱電偶直接固定在元件上測量的。 在 I-V曲線掃描過程中 ,環(huán)境溫度的變化基本保持不變 (10cm2）的多晶硅層淀積：有實驗表明，用等離子體化學(xué)蒸鍍技術(shù)可在 300 400mm2 的面積上淀積，其淀積層的均勻性很好，厚度偏差約為 5%。 3 如何進行單片相互串聯(lián)：對于 50 50mm2 的元件面積， 10個單片相互串聯(lián)的a-Si/多晶硅模塊的效率為 11.3%， Voc 為 13.5V，短路電流為 30.4mA，填充因子為68.8%。 （ 6） a-Si/多晶硅混合型太陽能傳感器的應(yīng)用 利用多晶硅太陽能傳感器 Jsc 較大的優(yōu)點，可制作 a-Si/多晶硅混合型元件。對于這種傳感器應(yīng)當注意的是效率的穩(wěn)定化問題，因為 a-Si 存在著光子損傷問題，而多晶硅是穩(wěn)定的。對于 a-Si/多晶硅 /多 晶硅三重結(jié)構(gòu)， a-Si 層較薄可減少光子損傷。這種三重結(jié)構(gòu)的太陽能傳感器的光威化效率在 600 小時內(nèi)為 12%，低電阻率硅太陽能傳感器 高壓金屬 -絕緣體 -N-P 太陽能傳感器是一種低電阻率硅太陽能傳感器，它在技術(shù)上是一次突破。由于這種元件發(fā)射的表面復(fù)合速度可以控制，使暗飽和電流的發(fā)射分量 Ioe 顯著減少，電壓可高達 700mV。表 1給出了不同結(jié)構(gòu)的高壓、低電阻率硅太陽能傳感器元件的暗飽和電流分量的值。飽和電流的基區(qū)分量 Iob 差異較大的原因是元件基區(qū)少子遷移率高低不同造成的。 目前，少子遷移率的主要測量技術(shù)是交流移相 技術(shù)。調(diào)制激光束的調(diào)制頻率范圍江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 為 0.13.5MHz，用于元件后表面歐姆接觸層內(nèi)產(chǎn)生載流子，實驗用太陽能傳感器是用0.1 cm 的材料制造的。 擴散長度可用貫穿輻射（ X 射線）技術(shù)測量，其變化對擴散率（或遷移率）的影響較小。例如當元件擴散長度由 250 m 變?yōu)?125 m 時，遷移率僅改變 2%。 擴散率與基區(qū)寬度的關(guān)系曲線見圖 5?？梢钥闯?D 隨位置變化而變化，接近 PN結(jié)時 D 增加較快，這種變化是由于擴散點陣應(yīng)力引起的，這種應(yīng)力效應(yīng)可穿越 PN 結(jié)傳遞到基區(qū)。因為 Si 是一種壓阻材料，它對機械應(yīng)力的響應(yīng)表現(xiàn)為擴散率的變化，因此可得出這樣的結(jié)論：起源于發(fā)射區(qū)的擴散感應(yīng)應(yīng)力引起靠近 PN 結(jié)的基區(qū)中的少子擴散率的局域擾動。 這些數(shù)據(jù)有利于制備具有最佳基區(qū)的低電阻率硅太陽能傳感器。利用低溫低摻雜濃度擴散過程，可以避免發(fā)射區(qū)的擴散感應(yīng)應(yīng)力，獲得高壓低電阻率太陽能傳感器。 1、結(jié)構(gòu)和制備方法 多晶硅薄膜是以 SiF4 和 H2作為混合氣體源，利用電容耦合并聯(lián)電極反應(yīng)器，通過極高頻（ 100MHz）化學(xué)蒸鍍生產(chǎn)的。為了增加多晶硅的生產(chǎn)率，可將少量的 SiH4加入到混合氣體中，反應(yīng)器壓力和高頻功率密度分別為 200mTorr 和 0.5W/cm2，電極間距離約為 2cm。 n/i/Pt 肖特基二極管在制備過程中，其 n層和 i層淀積氣流比 SiF4/H2/SiH4 是相同的（即 30/90/1.0sccm），生長率為 0.15nm/s，與生長溫度無關(guān)。在 300 C溫度下將摻 Pt 的 n 層淀積在摻 Ga 的 ZnO 或涂有 NiCr 的耐熱玻璃基片上。 i 層的生長溫度范圍是 100300 C，半透明 Pt頂部電極用電子束蒸鍍法淀積在 i層表面。 利用 X射線衍射、掃描電子顯微鏡和二次離子質(zhì)譜儀對元件結(jié)構(gòu)和淀積薄膜進行研究，用 Raman 光譜分析法確定晶體體積百分比。輸運性質(zhì)是由測量的電流 -電壓 特性曲線計算的，光生電壓特性是在功率密度為 100mW/cm2 的白光照射下由 IV 特性曲線確定的。實驗測量了太陽能傳感器的光譜響應(yīng)。開路電壓 Voc 的無規(guī)誤差為 3%，短路電流 Jsc 的隨機誤差為 3%，填充因子 FF誤差為 5%，這些誤差對應(yīng)于能量轉(zhuǎn)換效率的誤差為 11%。 掃描電子束顯微鏡的掃描圖像包括淀積膜顆粒大小隨生長溫度的變化。當 i層生長溫度為 100C時觀察到顆粒大小約為 60nm；而當 i 層的生長溫度為 200C時，顆粒大小約為 200nm。當 i 層的生長溫度大于 280 C 時觀察到（ 220）取向顆粒的三角形表面特征 。 當 i 層的生長溫度 150C 時，暗 I-V 反向飽和電流約為 10-6A/cm2。當 i 層的生長溫度為 100C 時，反向飽和電流和結(jié)晶體增加一個量級，這是由 i 層中較大的缺陷密度引起的。 Voc 隨 i層生長溫度的增加而增加；基片溫度范圍為 100250C時，用等效電路分析法確定的 i 層串聯(lián)電阻 RS 隨 i 層生長溫度的增加而減小，當溫度為 250C 時，RS=1.1 /cm2，而當溫度高于 250C 時， RS有隨溫度的增加而增加的趨勢。在所有的江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 溫度下， FF 都大于 45%，但當溫度高于 250C時， FF 有隨溫度增加而減小的趨勢 。 n/i/P 太陽能傳感器與 n/i/Pt 太陽能傳感器區(qū)別在于基片的紋理結(jié)構(gòu)不同，最佳化的 n/i/P 太陽能傳感器的基片是具有紋理結(jié)構(gòu)的 ZnO/Ag/SUS 基片，更加有助于光的吸收，其 n 層和 i層與 n/i/Pt 的相同， P 層是在空氣中淀積的。表 4 給出了 n/i/P太陽能傳感器的相關(guān)特性 1、結(jié)構(gòu)和制備方法 柵型硅太陽能傳感器前表面由細柵覆蓋，如果柵線間距小于基區(qū)材料的一個少子遷移率，柵線間產(chǎn)生的大多數(shù)載流子的存在時間足以被收集。特別地，如果柵線間基片表面的表面復(fù)合速度較低，光譜響應(yīng)將優(yōu)于傳統(tǒng)的擴散結(jié)構(gòu)。柵型傳感器 最重要的設(shè)計參數(shù)是柵線寬、柵線間隔以及柵線間表面的載流子復(fù)合速度。 柵型硅太陽能傳感器的制造采用離子注入技術(shù)，元件的光生電壓效率隨 PN 結(jié)的深度而增加，硼離子注入系統(tǒng)的結(jié)深極限值為 0.8 m。 2、結(jié)深效應(yīng) 結(jié)深為 0.3 m到 0.5 m 時，硅柵型太陽能傳感器的表面層和基區(qū)的吸收效率?？梢钥闯觯鶇^(qū)對光的吸收是產(chǎn)生光電壓的主要因素。表面層對短波長光的吸收隨結(jié)深的減少而增加，類似于淺結(jié)硅太陽能傳感器，而基區(qū)則正相反。因為短波長光子產(chǎn)生的載流子接近于表面，當結(jié)深增加時吸收面積增大，導(dǎo)致對光生載流子較高的吸收率 ；而對于長波長光子，光生載流子位于樣品的深處，所以結(jié)越深，吸收率越高。然而同時，當結(jié)深增加時，通過表面層穿透到基區(qū)的光子數(shù)相應(yīng)也減少了。這兩種相對應(yīng)的效應(yīng)使得傳感器對長波光子的吸收率隨結(jié)深增加先增加到峰值，然后再減少。 對于給定的光譜輸入，光譜響應(yīng)可用來計算短路電流 對于給定的傳感器結(jié)構(gòu)， JSC 隨結(jié)深的增加而增加，結(jié)深為 8 m 時的峰值為52mA/cm2，理論極限值約為 54mA/cm2。 3、結(jié)深效應(yīng)的數(shù)值分析法 3.2 集成控制電路 3.2.1 概述 雖然被動式熱釋電紅外探頭有些缺點，但是利用特殊信 號處理方法后，仍然使它在某些領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，有很多生產(chǎn)商根據(jù) PIR 傳感器的特性設(shè)計了專用信號處理器，比如 HOLTEK HT761X、 PTI PT8A26XXP、 WELTREND WT8072,BISS0001。圖 3.2.1 陰影部分是 PIR 信號處理部分，有兩個運算放大器、一個窗口比較器、一個穩(wěn)壓器、一個系統(tǒng)振蕩器和一個邏輯控制器。其它是依賴處理結(jié)果的控制部分，這里重點介紹 PIR 信號處理部分，控制部分就簡單略過。 由于 PIR 信號變化緩慢、幅值小，針對該特點，專用信號處理器一般分為三步處江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 理，具 體處理步驟如下： a） 濾波放大 普通 PIR 傳感器輸出信號幅值一般都很小，大約幾百微伏到幾毫伏，為了后續(xù)電路能作有效的處理，考慮到傳感器的信噪比，通常取增益 72.5dB，通帶 0.3Hz7Hz。同時，由于是處理模擬小信號，所以為了保證放大器的工作穩(wěn)定可靠，電路中特別集成了一個穩(wěn)壓器用于給傳感器、放大器和比較器供電。 b） 窗口比較器 經(jīng)過放大后的信號通過窗口比較器后檢出滿足幅值要求的信號后，再轉(zhuǎn)換成一系列數(shù)字脈沖信號。 c） 噪聲抑制數(shù)字信號處理 根據(jù)對人體運動特點以及傳感器的特性的長期研究，用固定時間內(nèi) 計脈沖個數(shù)和測脈沖寬度的方法來甄別有效的人體信號，這里由系統(tǒng)振蕩器提供時鐘源（ 16kHz）。 3.2.2 運算放大器 集成運算放大器（簡稱運放）是一種高電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大器。它工作在放大區(qū)時，輸入和輸出呈線性關(guān)系，所以它又被稱為線性集成電路 集成運放是一種高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻的直接耦合放大電路 3.2.2.1 集成運放的性能指標 1） 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù) Aod 它是指集成運放在無外加反饋回路的情況下的差模電壓的放大倍數(shù)。 2） 最大輸出電壓 Uop-p 它是指一定電壓下，集成運放的 最大不失真輸出電壓的峰 -峰值。 3） 差模輸入電阻 rid 它的大小反映了集成運放輸入端向差模輸入信號源索取電流的大小。要求它愈大愈好。 4） 輸出電阻 rO 它的大小反映了集成運放在小信號輸出時的負載能力。 5） 共模抑制比 CMRR 它放映了集成運放對共模輸入信號的抑制能力，其定義同差動放大電路。 CMRR 越大越好 3.2.2.2 集成運放的組成 它有四部分組成： 1） 偏置電路 :偏置電路是提供各級靜態(tài)工作電流的 ; 2） 輸入級： 其作用是提供與輸出端成同相關(guān)系和反相關(guān)系的兩個輸入端 ,為了抑制零漂，采用差動放大電路 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 3） 中間級： 其作用是提供較高的電壓放大倍數(shù) ;為了提高放大倍數(shù)，一般采用有源負載的共射放大電路。 4） 輸出級： 其作用是提供一定的電壓變化和電流變化 ;為了提高電路驅(qū)動負載的能力，一般采用互補對稱輸出級電路 3.2.3 振蕩器 振蕩電路在測量 ,自動控制 ,通信 ,無線電廣播和遙控等許多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用 ,甚至在收音機 電視機 和電子表等日常生活用品中也離不開它 .振蕩電路包括正弦波振蕩電路和非正弦波振蕩電路 ,它們不需要輸入信號便能產(chǎn)生各種周期性的波形 ,如 :正弦波 ,方波 ,三角波和鋸齒波等 .因為本課題涉及到系統(tǒng)時鐘和定 時電路 ,所以現(xiàn)介紹一下非正弦波振蕩電路 :矩形波振蕩電路 矩形波有兩種 ,一種是輸出電壓處于高電平時時間 TH和輸出電壓處于低電平的時間 TL 不相等 ,另一種是二者相等 .人們常把 TH= TL 的矩形波稱為方波 .下面介紹方波發(fā)生電路 . 方波發(fā)生電路的構(gòu)成 我們可選擇滯回比較器作為開關(guān)，用電阻與電容相串聯(lián)的 RC 電路作為具有延遲作用的反饋網(wǎng)絡(luò)。 它的右邊是滯回比較器，起開關(guān)作用；他的左邊是 RC 電路，起反饋和延時作用。 滯回比較器的輸出只有高電平和低電平兩個穩(wěn)定的狀態(tài)。設(shè)接通電源時刻電容兩端的電壓 UC=0，滯回比較器的輸出電壓 U0=+UZ，則集成運放同相輸入端此時的電位為 U+ =R2/R2+R3（ +UZ）而 U0=+UZ 時電容充電，使集成運放反向輸入端的電位 U-（它等于 UC）由零逐漸上升。在 U-低于 U+以前， U0=+UZ 不變。當 U-上升到略高于 U+時，U0 從高電平跳變?yōu)榈碗娖?，即變?yōu)?-UZ。 當 U0=-UZ 時， U+=R2/R2+R3（ -UZ），同時電容經(jīng) R1 放電，使 U-逐漸下降。在U-高于 U+以前， U0=-UZ 不變，當 U-下降到略低于 U+時， U0 從 -UZ 跳變?yōu)?+UZ，又回到初始狀態(tài)。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，輸出方波。 振蕩周期 UC 的值從 T1 時刻的 R2/R2+R3（ UZ）下降到 T2 時刻的 -R2/R2+R3（ UZ）所需要的時間就是振蕩周期的一半，即而 UC的變化規(guī)律就是簡單的 RC充放電規(guī)律。不難看出這里 RC 充放電的三要素是： 1）時間常數(shù) =R1C 2）在 T1 時刻 UC 的初始值是 R2/R2+R3（ UZ） 3）若 T= ， UC的終了值是 -UZ。 根據(jù)一階 RC電路的三要素法可得 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 UC=（ -UZ-R2/R2+R3（ UZ）（ 1-e（ - t/R1C） +R2/R2+R3（ UZ） 其中 T=T-T1，且 T1 T T2。 當 T=T/2 時， UC=-R2/R2+R3（ UZ），將這些條件代如上面的式，得 -R2/R2+R3（ UZ=（ -UZ-R2/R2+R3（ UZ）（ 1-e（ - t/R1C） +R2/R2+R3（ UZ）解之可得： T=2R1Cln(1+2R2/R3) 通常將矩形波為高電平的時間與周期時間之比稱為占空比。方波的占空比為 50%。如果需要產(chǎn)生占空比小于或大于 50%的矩形波，可以利用電容充電的時間常數(shù)與放電的時間常數(shù)不相等。利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢允闺娙莩潆娕c放電回路不同，因而可使電容充電與放電的時間常數(shù)不同。 內(nèi)部振蕩器外接振蕩 電阻器引腳，個別需外接 RC 振蕩元件，此時外接的電阻器或電容器便可作為 時間的 調(diào)整元件。也有的集成電路將振蕩元件全部集成在芯片內(nèi)部，不需要外接元器件，這時振蕩頻率就無法外調(diào)節(jié)。 3.2.4 電壓比較器 電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大小 (用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關(guān)系 )。 電壓比較器的作用：它可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。 注：電壓比較器中的集成運放通常工作在非線性區(qū)。及滿足如下關(guān)系： U-U+ 時 UO=UOL U- 需要高峰值 IG。 2） 由 IG 觸發(fā)到負載電流開始流動，兩者之間遲后時間較長 要求 IG 維持較長時間。 3） 低得多的 dIT/dt 承受能力 若控制負載具有高 dI/dt 值（例如白熾燈的冷燈絲），門極可能發(fā)生強烈退化。 4） 高 IL 值（ 1-工況亦如此） 對于很小的負載，若在電源半周起始點導(dǎo)通，可能需要較長時間的 IG，才能讓負 載電流達到較高的 IL。在標準的 AC 相位控制電路中，如燈具調(diào)光器和家用電器轉(zhuǎn)速控制，門極和 MT2 的極性始終不變。這表明，工況總是在 1+和 3-象限，這里雙向可控硅的切換參數(shù)相同。這導(dǎo)致對稱的雙向可控硅切換，門極此時最靈敏。 正的 MT2 相應(yīng)正電流進入 MT2，相反也是實際 上。 上標 +和 -分別表示門極輸入或輸出電流。 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 第四章 電路制作 4.1 整體電路制作問題 4.1.1 元件的散熱問題 熱阻 Rth 是限制熱流自結(jié)散出的熱阻。熱阻和電阻是相似的概念。如同電阻公式 R=V/I，有相應(yīng)的熱阻公式 Rth =T/P， 這里 T 是溫升，以 K（ Kelvin）為單位；P 是功率耗散，以 W 為單位；因此 Rth 的單位為 K/W。對于垂直安裝在大氣中的器件，熱阻決定于結(jié)至環(huán)境熱阻 Rth j-a 。 散熱器尺寸計算 對給定的雙向可控硅和負載電流，要計算需要的散熱器熱阻，首先要根據(jù)下列公式確定雙向可控硅的功率耗散： P=Vo IT(AVE) + RS IT(RMS)2 拐點電壓 Vo 和斜率電阻 RS 可從 SC03 手冊的 VT 圖取得。若數(shù)據(jù)沒有直接列出，可通過作圖取得。對最大 VT 曲線作一切線，切線和 VT 軸線的交點給出 Vo 值，切線 斜率（ VT/IT）給出 RS。應(yīng)用前面的熱阻公式： Rth j-a=T/P 在最高環(huán)境溫度下，結(jié)溫 Tj 升至最高允許結(jié)溫 Tjmax，由此得出結(jié)溫最大允許提升值。這提供溫升 T。根據(jù)選定的安裝方法，SC03 手冊提供 Rth j-mb 和 Rth mb-h 數(shù)據(jù)。應(yīng)用前面的熱阻公式 Rth j-a= Rth j-mb + Rthmb-h+ Rth h-a ，可最后求得散熱器熱阻 Rth h-a 。 熱阻抗 前面的熱阻計算只適用于穩(wěn)定狀態(tài)，即過程時間大于 1 秒。這條件下，熱量才有足夠的時間從結(jié)傳送到散熱器。對持續(xù)時間短于 1 秒的電流脈沖或瞬間過程，散熱器的效果大為減弱。熱量只在器件內(nèi)部擴散，很少傳到散熱器。對于這種瞬間過程，結(jié)的溫升決定于結(jié)至安裝基面的熱阻抗 Zth j-mb 。隨著電流脈沖持續(xù)時間減小， Zth j-mb 下降，因為芯片加熱減少。假如持續(xù)時間增大，接近 1 秒， Zth j-mb 增大至穩(wěn)定狀態(tài)的熱阻值 Rth j-mb。手冊 SC03 提供每種器件的 Zth j-mb 曲線，適用于持續(xù)時間低至 10 s 的雙向或單向的電流。 4.1.2 電子電路的靜電保護 靜電放電 (ESD)是大家熟知的電磁兼容問題 ,它可引起電子設(shè)備失靈或 使其損壞 .當半導(dǎo)體器件單獨放置或裝入電路模塊時 ,即使沒有加電 ,也可能找成這些器件的永久性損壞 .對靜電放電敏感的元件被稱為靜電放電敏感元件 (ESDS). 如果一個元件的兩個針腳或更多針腳之間的電壓超過元件介質(zhì)的擊穿強度 ,就會對元件造成損壞 .這是 MOS 器件出現(xiàn)故障的最主要的原因 .氧化層越薄 ,則元件對靜電放電的敏感性也越大 .故障通常表現(xiàn)為元件本身對電源有一定阻值的短路現(xiàn)象 .對雙江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 極性元件 ,損壞一般發(fā)生在薄氧化層隔開的已進行金屬噴鍍的有源半導(dǎo)體區(qū)域 ,因此會產(chǎn)生泄露嚴重的路徑 . 另一種故障是由于節(jié)點的溫度超過半導(dǎo)體硅的 熔點 (1415 度 )時所引起的 .靜電放電脈沖的能量可以產(chǎn)生局部地方發(fā)熱 ,因此出現(xiàn)這種機理的故障 .即使電壓低于介質(zhì)的擊穿電壓 ,也會發(fā)生這種故障 .一個典型的例子是 ,NPN 型三極管發(fā)射極與基級間的擊穿會使電流增益急劇降低 . 電荷也可以通過感應(yīng)產(chǎn)生 ,這是帶電體使其附近的另一物體上的電荷發(fā)生分離的結(jié)果。器件受到靜電放電的影響后 ,也可能不立即出現(xiàn)功能性的損壞 .這些受到潛在損壞的元件通常被稱為 ” 跛腳 ” ,一旦加以使用 ,將會對以后發(fā)生的靜電放電或傳導(dǎo)性瞬態(tài)表現(xiàn)出更大的敏感性。 要密切注意元件在不易察覺的放電電壓下發(fā)生的損壞 ,這 一點非常重要 .人體有感覺的靜電放電電壓在 3000 - 5000V 之間 ,然而 ,元件發(fā)生損壞時的電壓僅幾百伏 .本設(shè)計中用到 IC器件所以焊接時需用防靜電手套。 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 結(jié) 論 現(xiàn)代化的生活離不開電能的使用 ,但目前電能的浪費已成為人們普遍關(guān)注的問題 ,隨著電子技術(shù)和自動化水平的不斷提高 ,以及各種高準確度 ,高性能傳感器的應(yīng)用 ,自動節(jié)能燈具成為人們理想的選擇 . 太陽能樓道感應(yīng) 感應(yīng)燈與其他自動控制燈 (如 ,聲控 ,光控等 )相比 ,具有許多顯著的優(yōu)點 :可以避免自然界的聲音引起誤操作 ,也可避免白天亮燈造成的浪費 .所以 太陽能樓道感應(yīng) 自動控制燈必將成為自動照明系統(tǒng)的主流 . 我這次畢業(yè)設(shè)計的電路以集成電路芯片 BISS0001 為中心控制器件對檢測的信號處理和放大以控制電燈的亮滅 ,又有 CDS 傳感器白天抑制輸出 . 本課題還涉及到許多模擬 ,數(shù)字電路和電子線路的知識 ,成為我大學(xué)幾年的一次總復(fù)習 . 通過本次畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的知識，將自己學(xué)到的理論知識與實際相結(jié)合。 但由于是初次自己設(shè)計電路 ,在整個過程中也存不少問題 ,碰到問題是件麻煩的事 ,但解決問題本身又是充滿樂趣的 . 江西理工大學(xué) 2011 屆本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 致 謝 感謝學(xué) 校 給我們提供了一個展現(xiàn)自己的舞臺，給我們一次難得煅煉的機會，使得我們的動手能力和專業(yè)技能都有了很大的提高。 大學(xué)四 年生活即將結(jié)束，回顧這幾年歷程， 老師們給了我們很多指導(dǎo)和幫助。他們嚴謹?shù)闹螌W(xué)，優(yōu)良的作風和敬業(yè)的態(tài)度，為我們樹立了為人師表的典范。在此，我對所有 教過我的 老師表示感謝，你們傳授的專業(yè)知識是我不斷成長