第2章无触点开关ppt课件.ppt

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1、第九节无触点开关晶体管开关光电开关接近开关固态继电器双稳态触发器数字电路中的晶体二极管、三极管和MOS管工作在开关状态。导通状态：相当于开关闭合截止状态：相当于开关断开。一、晶体管的开关特性(1)静态特性：断开时，开关两端的电压不管多大，等效电阻ROFF=无穷，电流IOFF=0。闭合时，流过其中的电流不管多大，等效电阻RON=0，电压UAK=0。(2)动态特性：开通时间ton=0关断时间toff=0理想开关的开关特性：客观世界中，没有理想开关。刀开关、继电器、接触器等的静态特性十分接近理想开关，但动态特性很差，无法满足数字电路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的

2、需要。半导体二极管、三极管和MOS管做为开关使用时，其静态特性不如机械开关，但动态特性很好。（一）二极管的开关特性1.静态特性及开关等效电路正向导通时UD(ON)≈0.7V（硅）0.3V（锗）RD≈几Ω～几十Ω相当于开关闭合二极管的伏安特性曲线反向截止时反向饱和电流极小反向电阻很大（约几百kΩ）相当于开关断开二极管的伏安特性曲线二极管的开关等效电路(a)导通时(b)截止时二极管的伏安特性曲线开启电压理想化伏安特性曲线（二）三极管的开关特性1、静态特性及开关等效电路在数字电路中，三极管作为开关元件，主要工作在饱和和截止两种开关状态，放大区只是极短暂的过渡状态。

3、图2-3三极管的三种工作状态（a）电路（b）输出特性曲线开关等效电路(1)截止状态条件：发射结反偏特点：电流约为0(2)饱和状态条件：发射结正偏，集电结正偏特点：UBES=0.7V，UCES=0.3V/硅三极管开关等效电路(a)截止时(b)饱和时2.三极管的开关时间（动态特性）三极管的开关时间开启时间ton上升时间tr延迟时间td关闭时间toff下降时间tf存储时间ts二、接近开关优点：反映速度快、定位准确、寿命长、不会产生机械磨损和疲劳损伤等。应用：它在行程控制、定位控制、自动计数以及各种报警电路中得到了广泛应用。接近开关外形接近开关外形接近开关外形分类：

4、按工作原理：电感式接近开关（电涡流式）电容式接近开关霍尔式接近开关另外还有磁性干簧开关、微波式、超声波式等。背景知识1：电涡流效应根据法拉第电磁感应原理,块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时,导体内将产生呈涡旋状的感应电流,此电流叫电涡流,以上现象称为电涡流效应。根据法拉第定律，当传感器线圈通以正弦交变电流I1时，线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1，使置于此磁场中的金属导体中感应电涡流I2，I2又产生新的交变磁场H2。根据愣次定律，H2的作用将反抗原磁场H1，由于磁场H2的作用，涡流要消耗一部分能量，导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。线

5、圈阻抗的变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。电涡流效应演示当电涡流线圈与金属板的距离x减小时，电涡流线圈的等效电感L减小，等效电阻R增大。感抗XL的变化比R的变化大得多，流过电涡流线圈的电流i1增大。根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量。另外还具有体积小,灵敏度高,频率响应宽等特点,应用极其广泛。涡流传感器应用无损探伤原理裂纹检测，缺陷造成涡流变化。火车轮检测油管检测安检门演示当有金属物体穿越安检门时报警测量封口机工作间隙间隙越大，电涡流越小背景知

6、识2：正弦波振荡电路导电物体在靠近接近开关时，物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。接近开关工作原理：电感式接近开关L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4LC振荡器开关电路射极输出器继电器L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4LC振荡器开关电路射极输出器继电器电感式接近开关变压器反馈式振荡器是接近开关的核心部分，L1、L2及L

7、3绕在右图所示的的磁芯上（又称感应头）L2L3L1移动的金属体感应头L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4电感式接近开关当某金属被测物体移近感应头时，金属体内感应出涡流，由于涡流的消磁作用，破坏了线圈之间的磁耦合，使L1上的反馈电压显著降低，破坏了自激振荡的幅值条件，振荡器停振，使L3上输出交流电压为零。L2L3L1移动的金属体感应头L2C2–UCCRE2T1RP1R2RE1CE1C1L1RP2L3T2T3KADR3RC2R4电感式接近开关当L3上输出交流电压为零时，二极管的整流输出电压也为零，因此T2

8、截止，T3饱和导通，继电器KA通电。继电器KA的常闭