信號(hào)采集電路與三極管開關(guān)電路

煙霧報(bào)警器項(xiàng)目今日更新

信號(hào)采集電路與三極管開關(guān)電路

首先需要選定的一個(gè)傳感器，對(duì)空氣質(zhì)量信號(hào)進(jìn)行捕捉輸出，在某創(chuàng)商城找到一個(gè)MQ-2 的氣體傳感器。右下角是實(shí)物圖。

上圖是MQ-2的測試電路，傳感器沒有引腳標(biāo)識(shí)，引腳是一個(gè)軸對(duì)稱的，最中間的為2、5，為加熱電極，然后其他引腳就確定了，其中 VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。 VRL是傳感器串聯(lián)的負(fù)載電阻（RL推薦阻值為20K）上的電壓。VC是為負(fù)載電阻RL提供測試的電壓，須用直流電源（VH與VC可共用直流5V）。RL上輸出的是模擬電壓信號(hào)。

三極管開關(guān)

三極管放大電路， ic = β* ib , Vout = Vcc – ic*R3

三極管開關(guān)電路， ic ≠ β* ib， Vout =0.3V≈ 0V

這里大家可以思考一下，下拉電阻有哪些作用呢？又怎樣選擇呢？

下圖是三極管是的輸出特性曲線（三極管部分參考我的館友的一片文章）

圖中電源電壓為4V，綠色的斜線是負(fù)載電阻為80歐姆的負(fù)載線，V/R=50MA，圖中標(biāo)出了Ib分別等于0.1、0.2、0.3、0.4、0.6、1.0mA的工作點(diǎn)A、B、C、D、E、F。據(jù)此在右側(cè)作出了Ic與Ib的關(guān)系曲線。根據(jù)這個(gè)曲線，就比較清楚地看出“飽和”的含義了。曲線的綠色段是線性放大區(qū)，Ic隨Ib的增大幾乎成線性地快速上升，可以看出β值約為200。藍(lán)色段開始變彎曲，斜率逐漸變小。紅色段就幾乎變成水平了，這就是“飽和”。實(shí)際上，飽和是一個(gè)漸變的過程，藍(lán)色段也可以認(rèn)為是初始進(jìn)入飽和的區(qū)段。在實(shí)際工作中，常用Ib*β=V/R作為判斷臨界飽和的條件。在圖中就是假想綠色段繼續(xù)向上延伸，與Ic=50MA的水平線相交，交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Ib值就是臨界飽和的Ib值。圖中可見該值約為0.25mA。

由圖可見，根據(jù)Ib*β=V/R算出的Ib值，只是使晶體管進(jìn)入了初始飽和狀態(tài)，實(shí)際上應(yīng)該取該值的數(shù)倍以上，才能達(dá)到真正的飽和；倍數(shù)越大，飽和程度就越深。

圖中還畫出了負(fù)載電阻為200歐姆時(shí)的負(fù)載線?？梢钥闯?，對(duì)應(yīng)于Ib=0.1mA，負(fù)載電阻為80歐姆時(shí)，晶體管是處于線性放大區(qū)，而負(fù)載電阻200歐姆時(shí)，已經(jīng)接近進(jìn)入飽和區(qū)了。負(fù)載電阻由大到小變化，負(fù)載線以Vce=4.0為圓心呈扇狀向上展開。負(fù)載電阻越小，進(jìn)入飽和狀態(tài)所需要的Ib值就越大，飽和狀態(tài)下的C-E壓降也越大。

使用三極管的開關(guān)管時(shí)推薦設(shè)置ib為1mA,BE 有0.7V壓降即可。N管開關(guān)E接地，P管開關(guān)E接電源。（1mA相對(duì)大些，可以保證可靠的開關(guān)狀態(tài)，可以有效的避免溫度變化等干擾導(dǎo)致誤開關(guān)）

看完之后你還對(duì)三極管的開關(guān)電路還有疑惑嗎，下面留言，群里討論，保證解決你的疑問。

傳感器電路和紅、綠燈切換電路

傳感器電路參考傳感器手冊(cè)，推薦電阻R10為20K（1、3只需要接一個(gè)，4、6只需要接一個(gè)）

Q2工作在開關(guān)狀態(tài)，空氣質(zhì)量良好，比較器5號(hào)腳低電平輸入，通過與4號(hào)腳比較，2號(hào)腳輸出低，紅燈不亮，三極管不工作，5V通過R17、D4到低，D4亮；空氣質(zhì)量差，比較器5號(hào)腳高電平輸入，比較之后，2號(hào)腳輸出高，紅燈亮，三極管工作在開關(guān)狀態(tài)，集電極電位被拉低，此時(shí)對(duì)應(yīng)D4的電壓降低，D4不亮。

空氣質(zhì)量好對(duì)應(yīng)2號(hào)腳的電平

空氣質(zhì)量良好，傳感器輸出低電平送給比較器5號(hào)腳，低于4號(hào)腳的直流電平，則2號(hào)腳輸出為低，上圖可見，對(duì)應(yīng)藍(lán)燈亮，紅燈不亮。

空氣質(zhì)量差對(duì)應(yīng)2號(hào)腳的電平

上圖可見，當(dāng)傳感器檢測到空氣質(zhì)量不佳，比較器的5號(hào)腳電位升高，高于4號(hào)腳的直流電平，此時(shí)比較器2號(hào)腳輸出高電平，上圖可見，紅燈亮，藍(lán)燈不亮。

官方作品更新

①DIY制作要求與制作目的

對(duì)我來說，我已經(jīng)半只腿踏出了校園，畢竟大四已經(jīng)開學(xué)了，但是我沒有任何項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，對(duì)這方面更是一無所知 ，所以這次來說也是個(gè)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，一定要好好把握。我在大學(xué)期間自學(xué)過模電一段時(shí)間，所以對(duì)于一些大學(xué)生在電路學(xué)習(xí)上存在一些問題還是比較了解，更想通過這個(gè)DIY的分享，和同行的朋友們一同學(xué)習(xí)和進(jìn)步。在這里，我們擁有一個(gè)實(shí)力強(qiáng)勁的工程師團(tuán)隊(duì)，所以，雖然我還未真正踏進(jìn)電子工程師這個(gè)圈層，但我無需畏懼，可以大膽的嘗試。言歸正傳，要如何做一個(gè)空氣檢測狀態(tài)呢？

DIY制作要求：

（1）：設(shè)置一個(gè)煙霧參考濃度，當(dāng)超過這個(gè)濃度，蜂鳴器響，紅燈亮，并要求用方波對(duì)蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)

（2）：當(dāng)?shù)陀谶@個(gè)濃度，蜂鳴器不工作，綠燈亮

（3）：USB 5V輸出供電，另一路DC (5V-24V) 輸入，5V輸出供電

DIY制作目的：

通過本次DIY，讓所有參與進(jìn)來的朋友能夠?qū)W習(xí)與熟練運(yùn)用三極管開關(guān)電路、線性穩(wěn)壓電源、比較器電路、三角波與方波實(shí)現(xiàn)電路、蜂鳴器等電路，更重要的是讓所有志同道合的朋友聚在一起，互相幫助，共同學(xué)習(xí)與進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)我們自己的目標(biāo)。我們決定每天不動(dòng)搖進(jìn)行更新，這期間所有參與其中的朋友，可以暢所欲言，說出自己的想法或者疑問，盡可能完美的實(shí)現(xiàn)這個(gè)電路。

今天開始我會(huì)每天把我的設(shè)計(jì)進(jìn)度會(huì)與自己的個(gè)人思考與進(jìn)步與大家一起分享，希望更多的同行的工程師能夠參與其中，也能發(fā)表你們的作品，我們一起學(xué)習(xí)、探討、進(jìn)步。

②對(duì)于電路所需要實(shí)現(xiàn)的功能 （DIY要求） 進(jìn)行分析

煙霧的濃度即對(duì)應(yīng)一個(gè)電壓信號(hào)，所以要選定一個(gè)參考的濃度，即選定對(duì)應(yīng)參考一個(gè)電壓值，大于這個(gè)電壓值，蜂鳴器工作，紅燈亮，小于這個(gè)電壓值，蜂鳴器不工作，綠燈亮，需要與這個(gè)電壓值通過比較來實(shí)現(xiàn)，即需要比較器來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)需要使用方波對(duì)蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，則可以通過比較器實(shí)現(xiàn)方波輸出。蜂鳴器和紅燈同時(shí)工作，即對(duì)應(yīng)比較器其中的同一種輸出狀態(tài)（例如，高電平），即高電平實(shí)現(xiàn)對(duì)紅燈亮，且要實(shí)現(xiàn)方波對(duì)蜂鳴器驅(qū)動(dòng)，紅綠燈的邏輯是相反的，可通過取反實(shí)現(xiàn)。

③比較器學(xué)習(xí)與使用

OC門OD門

集電極開路（OC）輸出的結(jié)構(gòu)如上圖（上圖為比較器的芯片內(nèi)部電路）所示，右邊的那個(gè)三極管集電極什么都不接，所以叫做集電極開路。

由圖可知，OC門不能輸出高電平，低電平，只存在高阻態(tài)。所以加上上拉電阻之后，就避免了高阻態(tài)，可輸出高電平和低電平。

同理，漏極開路（OD）門，加了上拉電阻，可以輸出高電平。

比較器輸出就是OC門輸出，所以需要接上拉電阻。

比較器

上圖的電路和對(duì)應(yīng)的輸出結(jié)果波形圖：

當(dāng)輸入電壓Ui大于VREF時(shí)，Uo輸出為高（VCC）；

當(dāng)輸入電壓Ui小于VREF時(shí)，Uo輸出為低（0V）；

（圖中比較器是單電源供電，若是雙電源供電，高不變，低為負(fù)電源）

比較器拓展：運(yùn)用的是滯回比較器實(shí)現(xiàn)三角波的生成

（上圖電路為單電源供電）

電路分析：當(dāng)輸入端A的電壓高于輸入端B 的電壓時(shí)，此時(shí)輸出為高，即

VCC通過R4，再通過R5對(duì)C1進(jìn)行充電 （還有其他充電路徑，這個(gè)為主要充電路徑），此時(shí)A 的電壓 Vth1= VCC* R2 / [ ( (R3+R4)//R1 ) + R2 ] (R4與R3串聯(lián)，再和R1并聯(lián)，然后在和R2串聯(lián)分壓)

C1充電，充電電壓達(dá)到Vth1之后，即VB>VA，C點(diǎn)輸出為低（即0V）,此時(shí)電容C1開始放電，C點(diǎn)變?yōu)榈停吹韧谂c地連接），即R3與R2并聯(lián)，此時(shí)A點(diǎn)的電壓

Vth2 = VCC * (R2//R3) / [(R2//R3)+R1]（即R3與R2并聯(lián)再和R1進(jìn)行分壓）

三角波實(shí)現(xiàn)主要利用電容充放電實(shí)現(xiàn)，關(guān)于頻率的問題可以參考RC充放電文檔，得出充放電時(shí)間，即f=1/T.

實(shí)現(xiàn)方波，即再利用第一個(gè)電路，即三角波轉(zhuǎn)化成方波。改變直流電壓，即實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)。

滯回比較器有倆個(gè)閾值，推薦閾值電壓的1/4或1/3,2/3或3/4,充放電曲線趨近于線性。（下圖是電容充電圖形 電源是10V）

比較器實(shí)現(xiàn)三角波、方波電路如下

電路的搭建如下（電路比較器是4合1，電源腳別忘了供電上圖未顯示）

下圖是應(yīng)用的5V電源

比較器6腳輸出的三角波

比較器14腳輸出的方波

④5V電源電路

基于三極管搭建的5V電路

上圖電路在中國電子解碼張老師有非常詳細(xì)搭建過程，細(xì)致到各個(gè)元器件解讀

http://www.zhangfeidz.com/election_video/35.html

基于78M05搭建的5V電路

在我們網(wǎng)站有關(guān)于線性穩(wěn)壓電源的完整一套視頻講解，7805搭建和三極管搭建的線性電源都有包含，包括元器件的選型和參數(shù)的選定、元件芯片手冊(cè)的解讀等

http://www.zhangfeidz.com/course_show/24.html

上圖是78m05手冊(cè)，78m05使用過程應(yīng)注意防止功率過大而導(dǎo)致?lián)p壞。大面積鋪銅作散熱處理。

元器件

注意：使用連接線之前有必要對(duì)其測試是否存在斷線可能，不然搭建好，出問題，找起來很頭痛。（傳感器用的是MQ-2，某創(chuàng)商城購買，明天會(huì)更新相關(guān)電路）

電路搭建

搭建過程，注意含有極性元件正負(fù)極連接，上電之前，有必要檢查一次

進(jìn)行5V波形捕捉

5V電壓波形