触摸延时开关设计

楼道触摸延时开关设计报告

一、设计要求

1.设计一楼道触摸延时开关，其功能是当人用手触摸开关时，

照明灯点亮，并延续一段时间后自动熄灭。

2.开关的延时时间约1分钟左右。

二、

设计目的

1.熟悉晶闸管的开关作用

(1).晶闸管的开关作用

晶闸管是一种开关组件，广泛的应用在各种电路，以及电子

设备中。典型的小电流控制大电流的组件，通过一个电流很小的

脉冲触发，当晶闸管处于导通状态时它的电阻变得很小相当于一

跟导线。

(3).晶闸管的工作条件

●

晶闸管承受反向阳极电压时，无论门极承受何种电压,晶闸

管都处于关断状态。

●

晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情

况下晶闸管才导通。

●

晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压,无论门

极电压如何，晶闸管保持导通,即晶闸管导通后，门极失去

作用。

●

晶闸管在导通情况下，当主回路电压或电流减小到接近于

零时，晶闸管关断。

（2） .晶闸管的管脚鉴别

●单、双晶闸管的判别：

先任测两个极，若正、反测指针均不动（R×1挡），可能是A、

K或G、A极（对单向晶闸管）也可能是T2、T1或T2、G极 （对

双向晶闸管）。若其中有一次测量指示为几十至几百欧，则必为单

向晶闸管。且红笔所接为K极，黑笔接的为G极，剩下即为A极。

若正、反向测批示均为几十 至几百欧，则必为双向晶闸管。再将

旋钮拨至R×1或R×10挡复测，其中必有一次阻值稍大，则稍大

的一次红笔接的为G极，黑笔所接为T1极，余下是T2极。

图2-2 晶闸管管脚

2.掌握桥式整流电路原理

(1).单相桥式整流电路的组成

单相桥式整流电路由四只二极管组成，其构成原则就是保证

在变压器副边电压u正、负半周内正确引导流向负载的电流，使

2

其方向不变。设变压器副边两段分别为a和b，则a为“＋”、b

2

为“－”时应有电流留出a点，a为“-”、b为“＋”时应有电流

流入a点；相反，a为“＋”、ｂ为“－”时应有电流流入ｂ点，

ａ为“－”、ｂ为“＋”时应有电流流出ｂ点；因而ａ和ｂ点均应

分别接两只二极管，以引导电流；如图2-3所示。

图2-3 桥式整流原理

(2).工作原理

设变压器副边电压，U为其有效值。

u2Usint

22



2

当ｕ为正半周时，电流由a点流出，经过V、R、D流入b

21L3

点，因而负载电阻R上的电压等于变压器副边电压，即，

L

uu

o2

V和V管承受的反响电压为－u。当u为负半周时，电流由b点

2422

流出，经V、R、V流入a点，负载电阻R上的电压等于－u，即

2L4L2

uu

o2

，V、V承受的反向电压为u。

132

这样，由于V、V和V、V两对二极管交替导通，致使负载电

1324

阻R上在u的整个周期内都有电流通过，而且方向不变，输出电

L2

压。如图2-4所示为单相桥式整流电路各部分的

u2Usint

o2



电压和电流的波形。

3

图2-4 桥式整流电路电流、电压波形

(3).输出电压平均值U和输出电流平均值I

O(AV)O(AV)

根据图2-4中所示u的波形可知，输出电压的平均值

o

U2Usintd(t)

O(AV)2





1



0



0.9UU

2O(AV)

解得

22U

2



由于桥式整流电路实现了全波整流电路，它将u的负半周也

2

利用起来，所以在变压器副边电压有效值相同的情况下，输出电

流的平均值（即负载电阻中的电流平均值）

I

O(AV)

U0.9U

O(AV)2

RR

LL

在变压器副边电压相同、且负载也相同的情况下，输出电流

的平均值也是半波整流电路的两倍。

4

根据谐波分析，桥式整流电路的基波U的角频率是u的2

OIM2

2

倍，即100HZ，。故脉动系数

U22

OIM

U

2



3

S0.67

U2

OIM

U3

O(AV)

与半波整流电路相比，输出电压的脉动减小很多。

3.掌握三极管的开关作用

三极管工作在饱和导通状态(发射结和集电结都是正偏置)

时，其c-e极间电压很小，比PN结的导通电压还要低(硅管在0.5V

以下)，c-e极间相当“短路”，即呈“开”的状态。

三极管在截止状态(发射结、集电结都是反偏置)时，其c-e

极间的电流极小(硅管基本上量不到)，相当于“断开(即

‘关’)”的状态。

三极管开关电路的特点是开关速度极快，远远比机械开关快，

没有机械接点，不产生电火花。开关的控制灵敏，对控制信号的

要求低，导通时开关的电压降比机械开关大，关断时开关的漏电

流比机械开关大。不宜直接用于高电压、强电流的控制。

4.掌握稳压管的作用

稳压二极管是一个特殊的面接触型的半导体硅二极管，其

V-A特性曲线与普通二极管相似，但反向击穿曲线比较陡。稳压

二极管工作于反向击穿区，由于它在电路中与适当电阻配合后能

起到稳定电压的作用，故称为稳压管。稳压管反向电压在一定范

围内变化时，反向电流很小。当反向电压增高到击穿电压时，反

向电流突然增大，稳压管从而反向击穿，电流虽然在很大范围内

变化，但稳压管两端的电压的变化却相当小，利用这一特性，因

5

此稳压管在电路到起到了稳压的作用。

图2-5 稳压管特性曲线

稳压管与其普通二极管不同之处在于反向击穿是可逆性的。

当去掉反向电压稳压管又恢复正常，但如果反向电流超过允许范

围，二极管将会发热击穿，所以，与其配合的电阻往往起到限流

的作用。

三、设计的具体实现

(1).系统原理图

6

图3-1.1 触摸延时开关电路

(2)系统原理综述

延迟开关电路见图D1--D1，SCR 组成开关的主回路，BG1，BG2 等

组成开关的控制回路。

平时，BG1，BG2 均处于截止状态，SCR 阻断，电灯 H 不亮。此

时220V交流电经 D1--D4 整流、R3 和DW 使 LED 发光，用作夜间指

示开关位置。这时流过H的电流仅 2mA 左右，不足使电灯 H 发光。需

要开灯时，只有用手指摸一下电极片 M，因人体泄露电流经 R5，R6 注

入 BG2 的基极，BG2 迅速导通。BG2 集电极为低电平，BG1 也随之导

通，因此有触发电流经 BG1 注入 SCR 的控制极使 SCR 开通，电灯 H

就通电发光。在 BG2 导通瞬间，C1 通过 BG2 的 c-e 极间被并联在

DW 的两端，因此被迅速充上约 12V 左右的电压。电灯点亮后，人手离

开 M，虽然 BG2 恢复截止状态但由于 C1 所存储的电荷通过 R1 向

BG1 发射结放电，使 BG1 依然保持导通状态，所以电灯继续发亮。当 C1

电荷基本放完后，BG1 恢复截止态，SCR失去触发电流，当交流电过零

时，SCR 关断，电灯熄灭。

7

(3)

●

延时电路：

开关延迟时间主要由电阻 R1，R2 和电容 C1 的数值决定，下面提

供一组实验数据供大家参考。如要进一步增大延时时间，可加大 C1 容量。

除上述主要因素外，BG1 的放大倍数以及 SCR 的触发灵敏度对延时时

间也有影响。

●

触发电路：

触摸灯的触摸开关是通过人体接触后产生的电流泄露而工作

的。当用手触摸一下触摸开关的电极片A时，人体泄漏电流使VT2

导通。此时，电容C1开始充电，VT1随即导通，晶闸管门极得到

正向触发电流导通。（其中泄露的电流十分微小，只有多少微伏。

而人体本身带的静电都有几千几万伏。所以触摸开关对人体的影

响是微乎其微的几乎没有。）

(2)本次仿真试验中遇到的问题以及相应的解决方法

首先，刚开始对于电源电路，是通过VD1-VD4的四个二极管进

行整流，再经过12V的稳压管进行稳压，在稳压二极管两端得

到12V的直流电压，供给控制电路。在仿真的过程中首先调试

电路，用双踪示波器同时观察输入电源和经整流稳压之后的电

源波形，一个为正弦波，一个为直流。并读出两边电压分别为

220V左右和12V。

再次，最重要的就是控制电路，是用两个三极管的导通来引发

晶闸管的导通使电灯点亮的。而在仿真过程中不能找到相关合

适的三极管致使电路无法正常工作。我们还查找了专门的三极

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管代换手册并做出相应的代换仍然无法正常运作，同时还试着

改用CMOS管进行代替也还是没有解决问题，并向很多老师和

同学请教，了解到更多相关的知识，但还是无法达到预期目标。

很遗憾，但是我们也很高兴，因为我们这样的过程给了我们很

多快乐，并给了我们更多锻炼和独立思考的机会！

四、结论与展望

经过对触摸延时开关电路的软件仿真，以及结合所学理论知

识分析，设计出了电路原理，但是由于过程中出现了一些问题，

未能完全完成设计要求。

楼道触摸延时开关较普通家用开关有其优越之处，在方便的

为楼道内灯光控制之余，还体现了节能的主要目的。但是楼道触

摸延时也存在一定的小缺陷，出于安全考虑，在电极片背面应焊

一只2MΩ左右的高值电阻，从电阻上引出软线再接到电路板上的

电阻R，这样可以确保只用这的绝对安全，使用时像开关一样将

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其接入照明线路。

五、心得体会及建议

触摸延时开关已经在早些年就服务于大众了，但是对于相关

知识了解甚少。在本次的“触摸延时开关设计”中，充分运用所

学的模拟电子技术基础知识、以及搜集的大量资料。明白了楼道

触摸延时开关的基本原理，并且用所学知识对一些电路图改进，

使其性能更加优良。

在对触摸延时开关分析、制作的过程中，很好的巩固了之前

学到的模拟电子相关知识。重新学习了整流电路的相关内容，对

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全波整流电路、滤波电路、稳压电路有了更深刻的认识，不仅会

熟练的运用计算公式，而且通过软件仿真技术观察各阶段电路的

变化，对各阶段电路的波形有更形象的体会。

此电路用到了晶闸管的门极触发原理，在之前对晶闸管方面

的学习是知之甚少，楼道触摸开关电路的设计之中又用到了晶闸

管的控制机理。经过查阅大量的资料，现在掌握了晶闸管的基本

结构、工作原理、以及管脚判别方法，对以后的电路设计有很大

的帮助。

为了使触摸延时开关电路的设计更为直观，在设计过程中用

到了很多次计算机仿真技术。从对系统整体电路的仿真，到各单

元电路的仿真，都做了详细的数据、波形、效果记录。但是遗憾

的是由于现实方面实验室无没有相关的元件，无法进行实物制作，

对动手实践方面的提高不是很大。但是我们会在以后的实验课中

充分利用所学，好好动手，提升动手能力。

本次试验还有一个最大的收获，那就是体会到团队合作的力

量。我们小组的每个成员都能发挥自己的聪明才智，为实验的成

功奉献力量，所以才有我们现在的成果！作为组长我真的很感谢

指导和帮助的老师，谢谢你们让我们再次成长，学到了更多有用

的知识！同时也提升了我们对于专业课学习的信心，别人都说我

们的专业课很难学，可是通过这次实验我们知道了一切的难题只

要用心努力去做，就一定可以解决！

除此之外，这次试验课程设计让我真正体会到努力之后就一

定会有收获，我们开动脑筋，冥思苦想，用了好多方法，试验了

好多次，都还是没有达到预期的效果，可是也取得了很多进步，

学到了很多以前在课本上所学不到的知识，并且启发了自己好多

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在试验方面的思路和创意！

因为所学知识、能力和水平所限，在本次楼道触摸延时开关

的设计过程中还存在很多疏漏、欠妥和错误之处，希望能够多加

指正，以便以后不断改进。虽然我们的试验没有达到预期的目标，

但是在以后的学习和工作中我们会更加努力，不断提高自己的思

考和动手能力！恩，加油!

七、参考文献

[5] 康华光，陈大钦。《电子技术基础》 高等教育出版社。

[6]林大灶。《最新世界三极管特性代换手册》福建科学技术出版

社。

[7] 张伟。《新型晶闸管速查手册》人民邮电出版社。

交通信号灯控制电路设计

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随着社会的发展，城市规模的不断扩大，城市交通成为制约

城市发展的一大因素，因此有许多设计工作者为改善城市交通环

境设计了许多方案，而大多数都为交通指挥灯，我们所设计的电

路是基于前人设计的基础，全部由数字电路组成。

一． 设计任务与要求

为了确保十字路口的车辆顺利地通过，往往采用自动控制的

交通信号灯来进行指挥，其中红灯亮表示该条道路禁止通行，黄

灯亮表示停车，绿灯亮表示允许通行。

要求东西方向是主干道，南北方向是次干道，当南北方向无

车时，东西方向的绿灯常亮，当南北方向有车时，两通道交替通

行，其中东西方向每次通行45秒，南北方向痛行25秒，在红灯

向绿灯或者绿灯向红灯转换时，有5秒的过度时间。

主干道绿灯亮，次干道红灯亮45秒

主干道黄灯亮，次干道红灯亮5秒

主干道红灯亮，次干道绿灯亮25秒

主干道红灯亮，次干道黄灯亮5秒

二．原理框图

秒脉冲发生器产生稳定的秒脉冲信号，根据秒脉冲送来的信

号，主控制电路保持或改变电路的状态主控制器的四种状态分别

要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。显示译码器进行倒计

时，原理框图如下：

12

主干道 次干道

灯信号 信号灯

显示译显示译

码器 码器

主控制电路

秒脉冲

三．子系统设计、方案及论证

（1）秒脉冲发生装置

秒脉冲发生装置有多种如石英晶体振荡器、集成电路、555多谐

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振荡器等。由于石英晶体振荡器成本太高，而且交通灯控制系统

的秒信号精度不高，所以我们选用555多谐振荡器来实现.

555构成的多谐振荡器如上图所示，电路的工作原理是：

接通电源，设三极管T截止，+Vcc经外接电阻R和R向电容C

12

充电，当C上的电压v上升到2Vcc/3时，比较器A翻转输出低

C1

电平，Rˊ=0,RS触发器复位，输出V为“0”，则三极管T导通，

0

C经R和T放电，当v下降到Vcc/3时，比较器A翻转输出低电

2C2

平,即Sˊ=0,RS触发器置位，输出V变为“1”，T有截止，C又

0

开始充电，如此周而复始，输出端便可获得周期性的矩形脉冲波。

电路的工作波形如图所示，分析表明：电容C的放电时间t与充

1

电时间t分别为

2

t=RCLn2=0.7RC

122

t=(R+R)CLn2=0.7(R+R)C

21212

由此可得输出脉冲的频率

f=1/ t+t

012

为了能得到f=1Hz的脉冲，通过计算选取参数如上图所标示。

0

所需的芯片以及其管脚图如下所示：

（2）倒计时计数电路

倒计时电路主要由计数器组成，它在整个系统设计中的作用是

实现计时计数，在此我们选用减法计数器，为了计时时间可以预

置，所以我们选用可以预置数的计数器，经考虑我们选用

74LS192.

当交通灯控制系统开始工作时，该部分电路将实现各种状态的

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转换功能。首先，将数码管显示一绿灯的预置，当其减到0时，

计数器产生借位，此时绿灯灭。直到此绿灯再次亮起的时候，重

复上述转换功能，实现倒计时计数。

将绿灯的输出接到芯片的LD端，实现倒计时计数，CR端

置0；CPD接1Hz的脉冲信号。Q、Q、Q、Q端分别接显示74LS48

3210

的A、A、A、A端。

3210

芯片引脚图：

74LS192功能表

____ | PARALLEL | OUTPUTS __ __

CLEAR | UP DOWN | LOAD | A B C D | QA QB QC QD CO BO

------|----------|------|------------|------------------

---

1 | X X | X | X X X X | 0 0 0 0 1 1

0 | X X | 0 | X X X X | A B C D 1 1

0 | POS 1 | 1 | X X X X | Count UP * *

0 | 1 POS | 1 | X X X X | Count Down * *

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（3）显示电路

74LS48是一种常见的七段数码管译码器驱动器。它具有集电

极开路输出结构，可以直接驱动共阴极数码管，因此我们选用它

来实现此部分功能。显示控制部分是一个定时控制电路，当绿灯

亮时，使减法计数器开始工作，每来一个秒脉冲，使计数器减一，

直到计数器为“0”而停止，译码显示用74LS48译码器，显示用

LED显示器，

芯片74LS48及其管脚图

显示电路原理图如下：

有两部分构成即减计数器和显示译码器

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17

（4）表状态转换电路

74LS160管脚图及其功能表

功能表

CLR LOAD ENP ENT CLK A B C D QA QB QC QD RCO

0 X X X X X X X X 0 0 0 0 0

1 0 0 O B C D POS X X X X A

1 1 1 1 计 数 POS X X X X

1 1 1 X X X X X X

1 1 X 1 X X X X X

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四．总体设计电路图即仿真

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