三極管開關(guān)電路-自控電路原理

　　能不能用干簧管開關(guān)直接控制電動機的轉(zhuǎn)與停呢？玩具電動機是常用的動力裝置，它能夠把電能轉(zhuǎn)換為機械能，可用于小電風扇轉(zhuǎn)動、小離心水泵抽水等執(zhí)行功能。通常玩具直流電動機工作電壓低，雖然在1.5～3V就可以啟動，但起動電流較大（1～2安培），如果用觸點負荷僅為幾十毫安的干簧管進行開關(guān)控制，將大大縮短其使用壽命。因此，在自動控制電路中，常使用電子開關(guān)來控制電動機的工作狀態(tài)。

三極管電子開關(guān)電路　見圖1 。

　　VT基極限流電阻器R如何確定呢？根據(jù)三極管的電流分配作用，在基極輸入一個較弱的電流IB，就可以控制集電極電流IC有較強的變化。假設VT電流放大系數(shù)hfe≈250，電動機起動時的集電極電流IC＝1.5A，經(jīng)過計算，為使三極管飽和導通所需的基極電流IB≥（1500mA／250）×2＝12mA。在圖1電路中，電動機空載時運轉(zhuǎn)電流約為500mA，此時電源（用兩節(jié)5號電池供電）電壓降至2.4V，VT基極-發(fā)射極之間電壓VBE≈0.9V。根據(jù)歐姆定律，VT基極限流電阻器的電阻值R＝（2.4－0.9）V／12mA≈0.13kΩ?？紤]到VT在IC較大時，hfe要減小，電阻值R還要小一些，實取100Ω。為使電動機更可靠地啟動，R甚至可減少到51Ω。在調(diào)試電路時，接通控制開關(guān)S，電動機應能自行啟動，測量VT集電極—發(fā)射極之間電壓VCE≤0.35V，說明三極管已飽和導通，三極管開關(guān)電路工作正常，否則會使VT過熱而損壞。
　　自動滅火的熱量自動控制電路　見圖2。該電路是將圖1中的控制開關(guān)S換成雙金屬復片開關(guān)ST，就成為熱控電路了。當蠟燭火焰燒烤到雙金屬復片時，復片趨于伸直狀態(tài)，使得開關(guān)ST接通，電動機啟動，帶動小風扇葉片旋轉(zhuǎn)，對準蠟燭吹風，自動將火焰熄滅；當雙金屬片冷卻后，開關(guān)斷開，小電風扇自動停轉(zhuǎn)，完成了自動滅火的程序。
　　自動停車的磁力自動控制電路　見圖3。開啟電源開關(guān)S，玩具車啟動，行駛到接進磁鐵時，安裝在VT基極與發(fā)射極之間的干簧管SQ閉合，將基極偏置電流短路，VT截止，電動機停止轉(zhuǎn)動，保護了電動機及避免大電流放電。


　　在光電自動控制電路中，可以選用光敏電阻器做為光電傳感元件。能否將光敏電阻器直接接入圖1控制開關(guān)S的位置呢？通常光敏電阻器，例如MG45有光照射時的亮阻2～10kΩ，遠大于偏置電阻器R的電阻值，顯然不能產(chǎn)生維持VT飽和導通所需強度的基極電流。因此，需要先用一支三極管進行電流放大，再驅(qū)動開關(guān)三極管工作。

　光電自動控制電路　見圖4。VT1和VT2接成類似復合管電路形式，VT1的發(fā)射極電流也是VT2的基極電流，R2既是VT1的負載電阻器又是VT2的基極限流電阻器。因此，當VT1基極輸入微弱的電流（0.1mA），可以控制末級VT2較強電流——驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)電流（500mA）的變化。VT1選用小功率NPN型硅管9013，hfe≈200。同前計算方法，維持兩管同時飽和導通時VT1基極偏置電阻器R1約為3.3kΩ，減去光敏電阻器RG亮阻2kΩ，限流電阻器R1實取1kΩ。光敏傳感器也可以采用光敏二極管，使用時要注意極性，光敏二極管的負極接供電電源正極。光敏二極管對控制光線有方向性選擇，且靈敏度較高，也不會產(chǎn)生強光照射后的疲勞現(xiàn)象。
　　最簡單的水位傳感元件是采用兩個電極，當水面淹沒電極時，利用不純凈水的導電性使電極之間導通，但導通電阻值較大，約50kΩ，不能代替光敏電阻器直接驅(qū)動如圖4所示的光控電路，需要靈敏更高的控制電路。
　　水位自動控制電路　如圖5所示。它是在圖4電路的基礎上，增加了一級前置放大管VT1，在其基極輸入很微弱的電流（10μA）就可以使VT1～3皆飽和導通。控制開關(guān)S可以用大頭針做成兩個電極，當其被水淹沒而導電時，小電動機會自行運轉(zhuǎn)。C1為旁路電容器，防止感應交流電對控制電路的干擾。VT1選用低噪音、高增益的小功率NPN硅管9014。根據(jù)上述電路水位控制的功能，能否設計成一個感知下雨自動關(guān)窗、自動收晾曬衣服繩索的自動控制器。
　　下偏置水自動控制電路　見圖6 。圖中，將兩個電極改接在VT1下偏置，R1仍為上偏置電阻器。當杯內(nèi)水面低于兩個電極時，相當于下偏置開路，R1產(chǎn)生的偏置電流使電動機起動。當水位上升到淹沒電極時，兩個電極之間被水導通，將R1產(chǎn)生的偏置電流旁路一部分，使VT1～3截止，電動機停轉(zhuǎn)，與圖5控制效果恰好相反。