制作保护电路

【任务目标】

（1）熟悉并理解继电器的结构与工作原理；

（2）熟悉并理解扬声器保护电路的种类及工作原理；

（3）掌握识别、检测与选用继电器的方法；

（4）熟悉扬声器保护电路结构；

（5）掌握按图组装扬声器保护电路的方法并对其进行性能检测；

（6）查找其他类型的扬声器保护电路并理解其工作原理。

一、相关知识

继电器是一种电子控制器件，具有控制回路和被控制回路，通常应用于自动控制电路中，继电器实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种自动开关。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。扩音机扬声器保护电路中一般采用电磁式继电器，如图5－5所示为几种常见电磁式继电器。

图5－5 常见的电磁式继电器

1.电磁式继电器的结构与原理

电磁式继电器结构如图5－6所示，一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等部分组成，其中电磁线圈一侧的回路为控制回路，触点一侧的回路为被控制回路。只要线圈中流过一定的电流，就会在线圈中产生磁场，衔铁在电磁力的吸引下克服弹簧的拉力被吸向铁芯，从而带动触点簧片的动触点向下与静触点吸合，接通被控制回路电源，负载工作。当线圈断电后，电磁铁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的作用下返回原来的位置，使动触点与静触点断开，负载回路也被断开。这样吸合、释放，从而达到了控制负载电路闭合、断开的目的。

图5－6 电磁式继电器的结构

A—线圈、铁芯组件；B—衔铁；C—弹簧；D—触点簧片

2.继电器主要技术参数

（1）额定工作电压。指继电器正常工作时线圈所需要的电压，根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。

（2）直流电阻。指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万用表测量。

（3）吸合电流。指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定工作。而线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流将线圈烧毁。

（4）释放电流。指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态，这时的电流远远小于吸合电流。

（5）触点切换电压和电流。是指继电器触点上允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。

3.继电器的电路图形符号和触点形式

继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如图5－7所示。如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框，同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号 “J”。继电器的触点有两种表示方法，一种是直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。

图5－7 继电器的电路图形符号

继电器的触点有3种基本形式：

（1）动合型 （H型）：线圈不通电时两触点是断开的，通电后两个触点就闭合。以“合”字的拼音字头 “H”表示。

（2）动断型 （D型）：线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。以断字的拼音字头 “D”表示。

（3）转换型 （Z型）：这是触点组型。这种触点组共有3个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开与另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的变为闭合状态，原来闭合的变为断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。以 “转”字的拼音字头 “Z”表示。

4.继电器的检测

（1）测量触点电阻。用万用表的欧姆挡，测量常闭触点电阻，其阻值应为0，故而常开触点的阻值就为无穷大。由此可以辨别常闭触点与常开触点。

（2）测量线圈电阻。可用万用表欧姆挡 “×10Ω”量程测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在开路。

（3）测量吸合电压和吸合电流。使用可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，当听到继电器吸合声时，电压表与电流表所示值即为吸合电压和吸合电流的值。为求准确，可以多测几次求平均值。

（4）测量释放电压和释放电流。方法同上，当继电器吸合后，逐渐降低供电电压，当听到继电器再次发生释放声音时，电压表与电流表所示值即为释放电压与释放电流的值。一般情况下，继电器的释放电压为吸合电压的10％～50％，如果释放电压太小（小于10％的吸合电压），就不能正常使用了，因为这样会对电路的稳定性造成威胁，工作不可靠。

5.继电器的选用

1）掌握必要的条件

（1）控制电路的电源电压能提供的最大电流；

（2）被控制电路中的电压和电流；

（3）被控电路的组数、触点的形式。当选用继电器时，控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合不稳定。

2）确定型号及规格

在确定使用条件后，可查阅相关资料，找出需要的继电器的型号和规格。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用，最后考虑尺寸是否合适。在扬声器保护电路中一般采用小型继电器，主要考虑到电路板的安装布局问题。

二、扬声器保护电路

保护电路如图5－8所示。此电路具有中点直流电位检测、开机静噪、功放输出过流保护及电路工作状态指示等功能。电路中VT1及功放输出管发射极电阻组成功放管过流检测电路；R4、C1、C2、VT2及桥式整流二极管组成功放输出级中点电压检测电路；VT3、VT4、VT5、J1及其外围元件组成控制电路；VT6、VT7及其外围元件构成的多谐振荡器与D2等组成扩音机工作状态指示电路；J1－1、J1－2为继电器J1的常开触点，直接控制功放输出音频信号能否送入扬声器；二极管D1的作用是保护三极管VT5，以防VT5被继电器线圈的反峰电压击穿而损坏。

1.中点直流电位检测功能

当功放输出级正常工作时，其输出只有交流信号而无明显的直流分量，中点电位为零，桥式检测器不工作，VT2截止，VT3、VT4因无基极偏压也截止，VT5由R10、R11、R12分压而获得基极偏压导通，继电器J1通电，使常开触点J1－1闭合，保护电路不启动。当功放输出级电路出现异常而导致某声道输出级中点出现正（负）直流电压时，此电压经R4（R5）及C1、C2低通滤波后加至桥式检测器上，若直流电压绝对值大于2V，VT2的发射结将获得正偏而导通，致使VT3、VT4导通后，VT5因发射偏置电压减小而截止，继电器释放，J1－1断开，音箱信号通道被切断。同时因VT5截止，其集电极电位与电源电位相同，使二极管D2截止，＋15V电源向VT6、VT7组成的多谐振荡器供电，使其产生振荡，发光二极管LED闪烁，电路处于保护状态。

2.开机静噪功能

接通电源瞬间，C3近似于短路，＋15V经R7、R9为VT4提供正向基极偏流，VT4迅速导通，VT5截止，继电器不吸合，扬声器未接入放大器，避免了开机时浪涌电流对扬声器的冲击（即开机时很响的“咚”声）。延时数秒后，C3两端已建立了较高的上正下负直流电压，此时C3等效于开路，VT4失去偏流转为截止。＋15V电源经R10、R11和R12分压为VT5提供偏流，VT5转为导通，继电器吸合，扬声器与放大器连通进入正常工作状态。与此同时，因VT5导通，其集电极电位降低，＋15V经LED、R17、D2、VT5的集电极到发射极、R13构成回路，由VT6、VT7及其外围元件构成的多谐振荡器因供电电压低而停振，发光二极管LED常亮。

3.功放输出过流保护功能

当功放输出电流超过一定限度（由输出管发射极电阻及VT1基极回路电阻参数决定）时，VT1导通，引起VT3、VT4导通，VT5截止，继电器释放，负载（音箱）被断开，使过流不至持续下去。

4.多谐振荡器的工作原理

多谐振荡器工作原理已在前面项目中学过，此处不再重复。

三、任务实施步骤

（一）准备工作

在熟悉电路原理的基础上，准备好焊接工具、电路板及元器件，元器件清单如表5－2所示 （以单声道功放为例）。

表5－2 元器件清单表

（二）安装及焊接

在检查各元器件无损坏后，按照电路将元器件安插在相应位置并焊牢。注意，如果是用万用板进行安装，需特别注意连线的准确性；LED要安装在便于拆卸的地方，以备日后改装到扩音机外壳上；在焊接继电器时，继电器触点可暂时不连线，引出端不允许扳动和扭转，继电器底板与印制板之间应有约0.3mm的间隙，可保护引出端根部不受外力损伤，也便于焊后清洗时清洗液的流出和挥发。

（三）电路调试

确认电路焊接无误后，即可进入电路调试阶段。主要是检验电路的控制准确性，步骤如下。

（1）准备两台直流稳压电源、一台万用表；

（2）静态工作点测试。利用一台电源向电路提供＋15V工作电压，此时LED应常亮，用万用表测量关键点电位与电流，填入表5－3中。

表5－3 静态工作点测试表

即要求在静态工作点时，VT1、VT2、VT3、VT4、VT6、VT7均截止，VT5导通即可。

（3）中点电位检测功能测试。利用第一台电源向电路提供＋15V工作电压，第二台电源输出端接在R4左端与地之间，通电后应能听到继电器的吸合声，然后将第二台电源输出从0开始慢慢调高，当听到继电器触点释放的声音时，观察LED是否在闪烁并读出第二台电源的输出电压值是否为2V，两者必须同时满足，否则电路存在问题。若继电器已释放且第二台电源电压值为2V而LED不闪烁，则检查多谐振荡器电路接线是否正确；若第二台电源电压值已超过2V而仍未听到继电器释放的声音，则应检查C1、C2是否漏电，桥式检测电路中二极管是否开路，VT2→VT3→VT4→VT5通道中是否有虚焊点存在。

（4）过流保护功能测试。利用第一台电源向电路提供＋15V工作电压，第二台电源输出端接在VT1基极2.2kΩ电阻左端与270Ω电阻下端之间，通电后应能听到继电器的吸合声，然后将第二台电源输出从0开始慢慢调高，当电压增加到5.5V左右时，应能听到继电器释放的声音，否则应检查VT1是否已损坏或此部分电路中是否有虚焊点。