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作者：何富和 今天咱們討論一個很神奇也很常用的元件--可控硅，首先自然是先普及下基礎知識，熟悉的童鞋請略過，直奔下面電路的盛宴。先行預告一下，五個電路設計，驚喜不斷，請大家HOLD住。 可控硅，是可控硅整流元件(Silicon Controlled Rectifier，SCR)的簡稱，是一種具有三個PN結的四層結構的大功率半導體器件，亦稱為晶閘管。具有體積小、結構相對簡單、功能強等特點，被廣泛用來作可控整流、逆變、變頻、調壓、無觸點開關等。以上來自百度百科，良苦用心是讓大家知道這東西太重要了，搞電子的得會用。下面介紹其工作原理，單向可控硅有三個電極分別是陽極A、控制級G和陰極K，如圖1所示。導通條件：當AK間加正向電壓時，在G級加導通電壓，可控硅導通且保持。若在陽極或控制級加反向電壓時，可控硅就不會導通。控制級只起到導通作用，不能截止;截止條件：可以斷開陽極或使可控硅AK級電流小于維持電流。下面開始介紹可控硅電路設計： 
進階一：機械式開關 單向可控硅用于交流市電時，通過橋式整流電路后，在G級加導通電壓后可控硅就被導通，但由于交流電過零的現象，會使可控硅截止(過零現象時常發生，因為在橋式整流后輸出的是脈動直流電，會有個零點電壓，電壓為零點時可控硅沒有維持電流就會發生過零現象)。但我們實際應用中按一下開關它就會持續得電，這該怎么解決呢? 很簡單：電容。只需要在KG級之間接上一個容量甚小的電容就可解決問題。這是因為可控硅導通之后，會向電容進行充電，在過零時，電容對控制級放電，向可控硅提供觸發電流，如圖2所示。
既然開了，要怎么關呢?沒錯，只需要在KG級之間加開關SA，由于電容C1的原因SCR一直導通。當SA開關按下時，C1放電，SCR過零時沒有維持電流而截止，開關的關斷解決了。
出個題目，這么設計機械開關有什么問題?好吧，我公布答案，倆問題，一不方便，二成本高。有的同學肯定想問還有解決方法，bingo，大家肯定都想到了，就利用三極管的導通與截止代替機械開關，但如何觸發三極管是個值得思考的問題，大家且想一下。有人說可以利用人體自有的感應信號驅動三極管基極從而使三極管導通，我得說同學您太機智了，點個贊。沒想到也無妨，咱們繼續往下看。 進階二：觸摸式電子開關 當市電電壓經過橋式整流后，通過R1和R2進行分壓，在控制端建立約15V的直流電壓。當人體觸摸到金屬片M1時三極管V1導通，從而SCR亦導通，燈泡得電工作。當需要關斷時只需要輕觸金屬片M2就可以使C3上的電荷被釋放掉。SCR于過零時關斷，其中C1為抗干擾電容，避免誤動作。R4、R5作用是避免發生觸電事故，太大會降低感應靈敏度，5M歐以上即可，一般取10M歐更為安全。
其實這個電路在實際應用中是比較悲劇的，因為很麻煩，一個觸摸開，一個觸摸關。我猜您肯定想問能不能把倆個觸摸片直接相接，設計出只用一個金屬片的觸摸開關。很不幸，我想說理想很豐滿，現實很骨感。 要將倆觸片合二為一，必須做到一點：當SCR關斷時，感應信號只能加給Q1而不進入Q2，SCR導通時感應信號只加給Q2而不進入Q1，并且在開和關之間有一定的延時，不然會暗滅交替也是不可行的，所以這個想法打住。 還有個主意，可以利用SCR控制級的電壓變化進行控制，之間加個三極管組成延時電路，就可設計出單觸片的觸摸開關了，請看進階三。 進階三：單觸摸開關 請先看小弟在EEPW筆記本上純手工打造的圖4，與圖3相比增加了一個三極管Q3和電阻R5、R6以及電容C2構成了延時電路。當觸摸開關時Q1導通，由于Q3作用Q2不能導通，SCR控制級得電保持導通，燈泡HL亮。SCR導通時，控制級會有一個約2V間電壓，此電壓經過R5向C2充電，一定時間(電容兩端的電壓足夠讓Q3導通時)后Q3導通。再次觸碰開關時，Q1端的導通電流被Q3旁路，此時Q1沒有基極電流不能導通，感應信號經過R2導通Q2。好吧，我也暈了，稍微解釋下，因為Q3是導通的所以Q2也能導通，此時C3上的電荷經過Q2、Q3釋放，就可以使SCR過零而失電截止。
根據圖4可以實際調整延時電阻和C2的取值來調整延時時間。根據上圖取值，電路約延時1S，即要經過1S之后再觸摸才能使燈泡斷電。要是一直按住則會出現電器一會導通一會截止的現象。 有點要特別注意，在圖中Q1基極與Q3集電極之間的短接線是非常重要的。可以旁路Q1，使Q1不得電。VD5可以提高控制級電壓。 這個時候，肯定有同學還不滿足，會問樓梯間的那種自動控制的延熄燈是如何實現的呢?再次為這位同學點個贊，發朵小紅花。觸摸延熄開關是這么設計的，于是進階四來了。 進階四：觸摸延熄開關 好吧，再次請先看圖5，市電經過VD1-VD4整流后，變為脈動直流電，一路加至SCR的陽極，另一路經過R1給予控制端電壓。若SCR處于關斷狀態時，觸摸時感應電流使Q2導通，結果使SCR亦導通，用電器工作。SCR導通后其控制級與陰極有間電壓，次電壓經過R3向C2充電，一定時間后Q1基極導通，C3對Q1釋放電壓，SCR于過零時失電而截止。 改變R3、R4與C2可以調節延時時間，Q3為C2提供放電回路，當SCR導通時因三極管是PNP型Q3不能導通，故不會對C2放電;當SCR截止時因為VD5兩端間的電壓差，Q3有導通的條件，然后C2向Q3放電，為下一輪的觸摸開做準備。
進階五：紅外遙控延時熄滅電路 以上四個小電路是利用單向可控硅特點設計出來的。作為本篇大結局，肯定要設計出個稍微牛掰掰的實用電路，于是紅外線遙控延熄開關閃亮登場，其功能是利用家用遙控器對用電器控制，如圖6所示，總體與圖5是比較相似的，故具體的元件參數未畫出，只對有所更改的部分進行剖析。對此先對紅外線接收頭做相應的介紹：紅外線接收頭(IRM)里集成了紅外線接收管、放大、濾波、和比較器。常見的接收頭有三引腳，即電源正VDD、數據輸出OUT、以及負極GND。在正常工作時，紅外線接收頭接收到由發光管發送的光信號，由OUT端輸出電平信號。當接收頭接受到光信號時，由內部轉換成一連串的低電平脈沖導通Q2從而進行延熄。當沒有光信號感應時，接收頭的OUT端輸出高電平，Q2截止。
對這個電路來個小結：這是一個采用少量電子元件制作的低功耗紅外線遙控延熄電子開關，可以對燈具直接控制，具有電路簡單、成本低、體積小巧、工作可靠等優點，非常人性化，尤其適合家中有老人小孩的家庭。小開關是不是頓時高大上啦~ 讀到這里，對可控硅電路設計一定比較清楚了，文章已然比較長，結個“蛇尾”，如果大家喜歡，咱們下次見。 |
