電蚊拍的實現原理

前言

簡單原理

電蚊拍使用公升壓電路，將3v的直流電，公升壓為1800v的交流電，從而實現消滅蒼蠅的功能。

graph lr

a(3v 直流)

a --> b

b --> d(1800v 交流電)

電路原理圖 如圖所示：

左側為自激盪電路，右側為兩個二倍壓串聯成的四倍壓電路

該電路可以完成兩次公升壓

第一次通過左側的變壓器將3v直流電公升壓為450v交流電

第二次通過四倍壓電路的倍壓整流公升壓為1800v交流電

1. 變壓器原理

變壓器是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置

交流電在通過初級線圈在鐵芯上產生交變磁場

交變磁場通過次級線圈產生感應電動勢

當我們在如右圖所示的變壓器上，輸入1v的交流電

我們就能在次級次級線圈上得到10v的交流電

二、如何將直流電轉變為交流電

1. 原理

我們知道變壓器的輸入端必須是交流電，那麼我們應該怎樣將3v的直流電，轉換為交流電呢。

這裡利用了自激振盪原理一般的變壓器有兩個線圈，自激振盪變壓器有三個線圈

在初級、次級線圈的基礎上，又多了乙個反饋線圈。

2. 自激**過程

在該案例中，初級線圈只有8圈，而次級線圈有1200圈，所以次級線圈能感應出1200/8*3v=450v的交流電

自激盪過程如下：

當我們閉合開關，由於電感對電流有抑制作用，最開始可以吧電感看做是斷路，慢慢的(實際很快)電感的抑制作用減弱，三極體開始導通。

慢慢的三極體ce級電流越來越大，由於電流的增加，初級線圈上感應出了向上的電流，來抑制電流的增大。此時反饋線圈上也感應出了向上的電壓，產生相反的電流。

這時**管會開始截止，ce極之間又沒有電流通過。

此過程反反覆覆，形成類似開關的狀態，模擬出交流電的效果。

另外一種分析方式：

初始狀態，三極體是關閉的，所有繞組上都沒有電壓。加了輸入電壓後，由啟動電阻經過反饋線圈流過很小的電流到三極體基極。此時三極體開始導通，輸入電壓加在變壓器原邊繞組上，原邊繞組的電流近似線性上公升。在初級線圈電流增加的過程中，反饋線圈上的電壓是上負下正。然後形成了正反饋，器件保持導通。當電流上公升到使得變壓器磁芯接近飽和時，這時因為磁芯飽和，反饋繞組上感應電壓就會下降，於是基極電流下降，然後三極體的集電極電流（也就是原邊繞組的電流）下降。因為原邊繞組的電流下降，這個時候反饋繞組的電壓才開始反極性（下負上正），因為正反饋，器件就會關斷，直到變壓器儲能完全向副邊釋放。電路又開始啟動，然後進入下乙個週期。這個振盪頻率原邊電感，輸入電壓和輸出電流都有關係，是變頻工作模式。

三、如何公升壓

在將直流電轉換為交流電後，我們可以簡單的通過變壓器，將3v公升壓至450v，在通過四倍壓電路將450v公升壓至1800v

1.一級公升壓

在該案例中，初級線圈只有8圈，而次級線圈有1200圈，所以次級線圈能感應出1200/8*3v=450v的交流電

2.二級公升壓

為了便於分析，我們將左側變壓器原邊繞組省略，右側為乙個四倍壓電路，可以將450v電壓公升壓至450v*4=1800v

四、四倍壓是如何實現的

為了分析四倍壓電路，我們不妨先來看一下二倍壓電路，他們的原理都是一樣的

1. 二倍壓電路

電路左側為450v的交流電，

當峰值為正半週期時，電源上正下負，c1充能電壓為450v，右側二極體斷路

當峰值為副半週期時，電源上負下正，c1與電源為c2充能為900v，左側二極體斷路

可簡單看作，電容c1和電源為c2充電，450v+450v=900v，二倍公升壓完畢。

2. 三倍壓與四倍壓

當我們在二倍壓電路右側加上乙個電容和乙個二極體

在峰值為正半週期時，由二倍壓電路可得，c1為450v，c2為900v

電源極性與c1相反，兩者抵消為0

可簡單看做c2為c3充能，使c3為900v

所以c1c2兩點之間的電壓為 450v+900v = 1350v，三倍壓電路由此而來。

相應的，我們繼續新增電容和二極體

由於在負半週期，c2與電源和c1的極性相反，可以看做c3單獨給c4充能為900v

c2與c4之間的電壓為1800v，四倍壓由此而來。

五、電蚊拍實現

最後，看一下最終的電路，會發現很清晰。

左側3v直流電通過自激振盪變壓器公升壓為450v交流電，在通過四倍壓電路公升壓至1800v高壓交流電。達到擊斃蒼蠅的目的。

六、小細節

1. 雙層設計

此時ab兩點的電壓高達1800v，已經可以危害人體，所以放電區進行了雙層設計。

當人手觸碰到頂層是，無法接通電路，不會觸發放電。

當蒼蠅等小型昆蟲進入電網中時，電路接通，進行放電。

2. 放電電阻

在ab兩點之間，會連線乙個電阻，阻止很大。

當開關斷開後，電阻會放掉電容中存的電。

如果沒有電阻的話，放電區會一直為帶電狀態

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