电蚊拍报告.docx
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电蚊拍报告.docx
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电蚊拍报告
电蚊拍报告
电子课程设计
课题名称电子灭蚊拍
专业电气信息类
制作人夏静山饶航
学号1204090101
1204090103
指导老师卢亚玲
日期2013.12.14
电子灭蚊拍
电子课程设计
电子灭蚊拍
电子课程设计
一(电子课程设计任务和要求..........................................2二(工作原理........................................................2三(单元电路设计....................................................3
1.高频振荡电路..................................................3
2.倍压整流电路..................................................4
2.1二倍压整流电路...........................................4
2.2三倍压整流电路...........................................5
3.元件参数选择..................................................6
3.1电阻的选择...............................................6
3.2电容及二极管的选择.......................................7
四(仿真及数据分析..................................................7
1.高频振荡仿真..................................................7
2.三倍压整流电路仿真..........................................10
3.总电路图仿真................................................11
4.电路优缺点分析..............................................12
总电路图......................................................12五(
六(元件列表及成本核算............................................12七(焊接中的问题与解决办法.........................................13八.作品性能测试数据和结果分析.....................................14
1.性能数据测试.................................................14
2.以后可能出现的问题及原因分析................................15九.收获和体会.....................................................15附录:
.............................................................17
1.作品照片.....................................................17
2.参考文献:
..................................................18
1电子灭蚊拍
电子课程设计
一(电子课程设计任务和要求
制作一个简易电蚊拍,当按下开关时,指示灯亮,拍向蚊子时,瞬时电压可以将蚊子立即击毙。
要求:
高压电网两端直流电压约为1500V,对人基本没有伤害。
当停止使用时,可避免人误触时遭到电击。
二(工作原理
电路图主要由高频振荡电路,三倍压整流电路,高压电网DW三部分组成。
当按下电源开关SB时,由三极管VT和变压器T构成的高频振荡器通电工作,把3V直流电逆变成18kHz左右的高频交流电,经T升压到约500V,再经二极管VD2,VD4、电容器C1,C3三倍压整流升高到1500V左右,加到蚊拍的金属网DW上。
当蚊蝇靠近金属网丝时,会被高压吸到金属网上,虫体造成电网短路,即会被电流、电弧杀灼或击晕、击毙。
电路中,发光二极管VD1和限流电阻器R1构成指示灯电路,用来指示电路通断状态及显示电池电能的耗损情况。
2电子灭蚊拍
电子课程设计
三(单元电路设计
1.高频振荡电路
L1
1
同
名
端
L2
振荡原理:
当合上开关时,三极管的发射极通过L2与电源负极接通,开关电路开始工作。
合上开关的瞬间,电源通过L1、电阻R2加到三极管的基极,瞬间使三极管饱和导通,三极管导通后,由于L1、L2同名端的作用,发射极呈现负电位,这个负的电位又使三极管截止。
三极管截止后,电源又通过L1、R2向三极管的基极供电,又使三极管导通,又截止,周而复始,形成高频振荡。
高频振荡的作用使得L1、L2中产生高频交变磁场,从而使L3两端产生高频交变电压。
3电子灭蚊拍
电子课程设计
2.倍压整流电路
简介与用途:
在一些需用高电压、小电流的地方,常常使用倍压整流电路。
倍压整流,可以把较低的交流电压,用耐压较高的整流二极管和电容器,“整”出一个较高的直流电压。
倍压整流电路一般按输出电压是输入电压的多少倍,分为二倍压、三倍压与多倍压整流电路。
2.1二倍压整流电路
电路由变压器B、两个整流二极
管D1、D2及两个电容器C1、C2组成。
其工作原理如下:
e2正半周(上正下负)时,二极管D1导通,D2截止,电流经过D1对C1充电,将电容C1上的电压充到接近e2的峰值2E2,并基本保持不变。
e2为负半周(上负下正)时,二
2极管D2导通,D1截止。
此时,C1上的电压Uc1=E2与电源电压e2串联相加,电流经D2对电容C2充电,充电电压Uc2=e2
2峰值+1(4E2?
2E2。
如此反复充电,C2上的电压就基本
2上是2E2了。
它的值是变压器电级电压的二倍,所以叫做二倍压整流电路。
在实际电路中,负载上的电压Usc=2×1.4E2。
整流二极
4电子灭蚊拍
电子课程设计
管D1和D2所承受的最高反向电压均为Usc。
电容器上的直流电压Uc1=E2,Uc2=2E2。
可以据此设计电路和选择元件。
2.2三倍压整流电路
在二倍压整流电路的基础上,再加一个整流二极管D3和,个滤波电容器C3,就可以组成
三倍压整流电路。
三倍压整流电路
的工作原理是:
在e2的第一个半周
和第二个半周与二倍压整流电路相
同,即C1上的电压被充电到接近
2E2,C2上的电压被充电到接近
22E2。
当第三个半周时,D1、D3导通,D2截止,电流途经D1给C1充电外,又经D3给C3充电,C3上的充电电压
2Uc3=e2峰值+Uc2一Uc1?
2E2这样,在Rfz上就可以输出
2直流电压Usc=Uc1i+Uc3?
3E2,实现三倍压整流。
在实际电路中,负载上的电压Ufz?
3×1.4E2,整流二极
2管D3所承受的最高反向电压也是2E2,电容器上的直流
2电压为2E2。
照这样办法,增加多个二极管和相同数量的电容器,既可以组成多倍压整流电路,见图三倍压整流电路。
当n为奇数时,输出电压从上端取出:
当n为偶数时,输出电压从下端取出。
5电子灭蚊拍
电子课程设计
必须说明,倍压整流电路只能在负载较轻(即Rfz较大。
输出电流较小)的情况下工作,否则输出电压会降低。
倍压越高的整流电路,这种因负载电流增大影响输出电压下降的情况越明显。
用于倍压整流电路的二极管,其最高反向电压应大于
22E2。
可用高压硅整流管,其系列型号为2DL。
如2DL2/0(2,表示最高反向电压为2千伏,整流电流平均值为200mA。
倍压整流电路使用的电容器容量比较小,不用电解电容器。
电容
2器的耐压值要大于1.5×2E2,在使用上才安全可靠。
3.元件参数选择
3.1电阻的选择
(1)红色发光二极管正常工作电压约为2V,额定电流
为20mA,取18mA,则R1=(3-2)/0.018?
56.
(2)高频振荡电路由开关电路产生,故选择8050开关型三极管。
电路正常工作时,干路电流约为120mA,通过指示灯电流约为18mA。
三极管处于饱和状态时,Vbc?
0.7V,取电流放大系数β为100,此时ic已不随基极电流ib的变化而变化,达到最大,则ib=(120-18)/(100+1)?
1mA,则R2?
0.7/0.001=700?
.,但也不能太小。
本次设计取680?
。
(3)倍压整流电路只能在负载较轻(即RL较大,输出
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电流较小)的情况下工作,否则输出电压会降低。
倍压越高的整流电路,这种因负载电流增大影响输出电压下降的情况越明显。
另外,输出端放电常数t?
C2*R3/2,而L3输出频率18kHz,T?
0.055ms,需要满足t远大于T,输出电压在一个周期内才下降很小,可以认为是倍压。
因此R3电阻选取较大,M?
级别,本电路取22M?
,使通过它的电流小于100uA,此时t?
0.242s=4400T。
3.2电容及二极管的选择
本设计中,由二极管和电容构成三倍压整流电路,需承受高压,所以二极管选用耐高压1000V的整流二极管1N4007,电容选用耐压为1000v的涤纶电容,容值为常见的0.022uF或0.033uF,容值过小会增加电容的阻抗,降低输出电压。
四(仿真及数据分析
1.高频振荡仿真
电路图:
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(手动)输出线圈的示波器波形:
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电子课程设计
这是通过手动控制开关S1合断来控制三极管导通和截止,进而产生振荡波形,但频率较小,约为133.3Hz。
(T?
7.5ms)。
因为multisim12中没有带同名端的变压器,也无法设置,故无法准确仿真,其真实振荡频率约为18kHz,输出线圈两端电压约为500V。
改进:
该部分电路可用555多谐振荡来代替,其输出也为高频方波,对变压器没有同名端的要求,只需要一个单输入单输出的变压器,仿真时可以精确仿真。
改进电路图如下。
多谐振荡:
3脚输出波形:
T=50us,频率f=20kHz。
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2.三倍压整流电路仿真
输入为500V交流电,R1两端为1500V左右的直流电压。
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3.总电路图仿真
该仿真输出电压686.695V为瞬时电压,且与1500V相差较多,这是由于变压器T1同名端无法设置的问题,无法准确仿真。
改进电路仿真较精确,如下。
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4.电路优缺点分析
原电路图电路连接简单,易于焊接,但是对于变压器要
求较高,较昂贵,改变后电路图较复杂,元器件较多,但对
变压器要求低。
二者均可以达到预期的目标。
五(总电路图
注:
图中黑点为变压器同名端。
六(元件列表及成本核算
元件名称(数量)单价8050(2N5609)型硅NPN中功率三极管
(1)0.15元/个1N4007型硅整流二极管(3)0.1元/个
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3mm红色发光二极管
(1)0.04元/个RTX-1/8W型碳膜电阻器56?
(1)0.01元/个RTX-1/8W型碳膜电阻器680
(1)0.02元/个,
RTX-1/8W型碳膜电阻器22M
(1)0.01元/个,
630V的高压涤纶电容器0.022uF(3)0.1元/个小型立式微型轻触开关
(1)0.1元/个高频变压器T(双输入单输出)4元/个5号碱性电池
(2)2元/对印制电路板
(1)1元/个电网骨架,外壳,螺丝螺母等2元
总价9.93元
七(焊接中的问题与解决办法
由于需要将电路板装进很窄的手柄盒子中,所以买来的
电路板首先被锯掉了一部分。
摆放元件时,既要考虑电路连
接方式,又要考虑指示灯和开关的位置。
变压器有三个线圈,
L1,L2和L3,我们根据匝数比以测量电阻的方法来确定
L1,L2,L3,L1,L2直流电阻约为0,L3直流电阻约为140?
.接
着便开始焊接了。
焊接完测量R3两端电压只有0.03V,而电源电压3V,被
放小了,没有达到预期目标1500V,可以说相差甚远。
于是
我们检查线路,没有焊错的地方,我又反复查看电路,发现
我们焊接时未考虑同名端的问题。
于是我假设是同名端焊接
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反了,分析得到的结果是输出电压很小,几乎为零,恰好符合现在的数据,于是我和队友又重新焊接,交换电路中的两个焊接点,再次焊接完后,重新测量R3两端电压,一下子就变成了1536V,达到了预期目标,当时别提多开心了。
同名端判断方法:
用一只指针式万用表、一个干电池就可以判别变压器的同名端,方法是:
将指针式万用表打在直流电压10V档,接于待测变压器的电压较高侧的绕组两端,将干电池负极接于另一绕组一端,用正极去触碰绕组的另一端,同时观察万用表的偏转方向,如电池接通时表针正偏、断开时表针反偏,说明正极端触碰的绕端与万用表红表笔接的绕组端是同名端(称为负极性),反之是异名端(称为正极性)。
测试时人体不要触及变压器端子,防止被电击。
八.作品性能测试数据和结果分析1.性能数据测试
当按住开关时,指示灯处于明亮状态,高压电网间实测电压1536V,因为输出功率有限,短路电流约为1.5mA。
当人接触时,只会产生短暂麻刺感,对人绝无伤害。
当小纸片落在拍面上时,按住开关可将其吸在电网上:
当金属物体接触
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拍面时,会有电火花产生。
断开开关时,拍面上无电压。
该作品很实用,灭蚊效果好、无化学污染、安全卫生,值得大家动手一做。
2.以后可能出现的问题及原因分析
(1)指示灯不亮:
在电池正常供电的情况下,应该是开关接触不良所致。
开关SB为立式微型轻触开关,在120mA工作电流下频繁开关,内部触点易氧化开路。
(2)指示灯亮,无高压产生:
若变压器在通电瞬间没有吱吱声产生,说明振荡电路没有工作,则为三极管8050损坏。
若检查三极管未损坏,且通电后明显发烫,说明变压器内线圈被击穿,尤其是高压线圈L3。
(3)指示灯明显变暗,高压不足:
一是电池电压降低,一般情况下一个月就要更换一次电池。
二是倍压电路中二极管或者电容某一个损坏,或者电容的容值变小。
九.收获和体会
这次课程设计是我们第一次真正意义上的电工实践,不
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论结果如何,都令我们受益匪浅。
刚开始选题时,毫无方向,因为模电学的实在不咋地,以为自己什么都做不了。
后来看到室友借的一本书,刚好那时候寝室有蚊子,就从上面选择了电蚊拍的制作,我和队友分配任务后,便开始了疯狂的准备。
我查阅书籍,在网上查找有关资料,把电路中的每个元件都查一遍,分析原理时更是翻阅了大量资料,做了大量工作。
仿真时遇到了一个又一个问题,有些元件仿真软件里根本没有,我只能用可代替的元件,但是仿真结果跟理论结果还是相差甚远,我不言放弃,继续改进,请教老师,最终找到了问题的根本所在:
变压器同名端无法设计的问题。
接着,我们在网上买了元件,准备开始焊接。
焊接时我和队友细心谨慎,配合得很好。
焊接完我们用万用表测试电网两端电压,结果很小,远没有达到目标,当时心里很失望,耐心检查了电路,重新焊接了某些地方,结果还是一样,我们近乎想要放弃,当时心里很乱,就决定第二天再焊。
回到寝室,我仔细对比电路图和焊接电路板,发现唯一可能的原因是变压器同名端焊接反了,第二天我们又重新焊接,当测出电压为1536V时,心里别提多开心了,顿时轻松了许多。
从选课题到焊接成功,这个过程复杂而曲折,它花费了
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我和队友大量的时间和精力,我们查阅资料,发现问题,解决问题,不向困难低头,在我们的通力合作下,克服了一个又一个问题,这种永不言败,勇敢进取的精神,值得我们永远拥有,这也将成为我们以后继续挑战下一个课题的垫脚石~我会好好珍藏这种精神,让它陪我到永远。
至于我们的作品,它已不仅仅只是一个工具,也是我们心血的结晶,更是一种精神的表征,它让我明白,真正做好一件事,必须要有一定的付出,更要有敢于战胜一切的决心,同伴之间的分工和合作也尤为重要,我同样会珍藏它。
附录:
1.作品照片
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2.参考文献及网址:
(1)555时基电路,陈有卿
(2)电子技术基础(模拟部分),康华光
(2)(3)
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