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1、亮丽指甲油的包装设计(包装与容器课程设计)（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载）课 程 设 计资 料 袋学院(系、部 包装材料学院 2021-2021学年第 1学期 课程名称 包装容器结构设计与制造 指导教师 /职称 *学生姓名 *专业班级 * 学号 *题 目 “亮丽”指甲油的包装结构设计成 绩 起止日期 2021年 06月 24日2021年 06月 30日 目 录 清 单 课程设计任务书2021 2021学年第 2学期学院(系、部 包装材料学院 专业 包装工程 班级 * 班课程名称:包装容器结构设计与制造 A设计题目:“亮丽”指甲油产品的包装结构设计完成期限:自
2、 2021 年 * 月 * 日至 2021 年 * 月 * 日共 周 指 导 教 师(签字 :年 月 日 系 (教 研 室 主 任 (签字 :年 月 日包装容器结构设计与制造课程设计设计说明书亮丽指甲油的包装设计起止日期:2021 年 * 月 * 日 至 2021 年 * 月 * 日学 生 姓 名 *班 级 *学 号 *成 绩指 导 教 师 (签 字 包装材料学院2021年 *月 *日摘 要指甲油已经成为当代大众最亲睐最不可或缺的化妆品。指甲油又称“指甲漆”。它 主要成分为 70%-80%的挥发性溶剂, 15%左右的硝化纤维素,少量的油性溶剂、樟脑、钛 白粉以及油溶颜料等。指甲油涂于指甲后所形
3、成的薄膜,坚牢而具有适度着色的光泽, 即可保护指甲,又赋予指甲一种美感。指甲油中比较出名的是 OPI 、 ORLY ,不过价格较 高,其他像 BK 、 sweet 的也很不错,价格不高,质量挺好。这样同等价位的产品包装的 销售功能就显得尤为重要了,在这个包装的销售功能比重越来越重要的国际化市场,市 面上的指甲油如何在激烈的竞争中生存壮大, 很大程度上在于如何把产品设计成既具有 高性价比的内容物、又有不掉身价、符合人心理的包装。本次课程设计就是从以上两方 面出发,以亮丽指甲油为例,设计了指甲油包装,内包装采用玻璃瓶,中包装用的是白 卡纸,为增强其销售性,在容器造型上采用不同于普通的异型。这样既利
4、用其量大价优 的优势,也通过合理的包装增加了其附加价值,从而促进其销售。关键词:化妆品,指甲油,包装结构设计ABSTRACTNail polish contemporary mass has become the most popular the most indispensable cosmetics.Nail polish is also called the nail varnish.Its main ingredient is 70% 80 % volatile solvent, 15%right nitrocellulose, a small amount of oily solve
5、nts, camphor, titanium pigment and oil soluble pigment.Nail polish coating film formed by after the nails, fast and has a moderate shading luster, can protect the nails, and gives nails a kind of aesthetic feeling.Comparatively famous is OPI nail polish, ORLY , but the price is higher, other like BK
6、, sweet also is very good, the price is not high, the quality is quite good.This same price product , in the packaging of the proportion of sales function more and more important the internationalization of market, the nail polish on market how to survive in the fierce competition, largely depends o
7、n how the product is designed to be both cost-effective contents, and not to drop price, which accords with the packaging of the psychological.This course is designed from two aspects of the above, in beautiful nail polish, for example, designed the nail polish packaging, packaging with glass bottle
8、s, in the packing is white cardboard, in order to strengthen its sales, the container using is different from the ordinary different modelling.Use its already so large amount of the price advantage, also by reasonable packaging increases the additional value, so as to promote its sales.Keywords : co
9、smetics, nail polish, packaging structure design目 录1 内装产品特性分析 7 1.1 产品包装的现状调查与分析 71.2 产品的性能及包装要求分析 72内包装容器设计 8 2.1容器包装材料的选择 8 2.2包装容器设计方案 9 2.3包装容器结构设计 92.4制造工艺选择与分析 113中包装纸盒设计 12 3.1纸盒包装材料的选择 12 3.2纸盒包装设计方案 12 3.3 纸盒包装结构设计 133.4 纸盒制造工艺 154 外包装纸箱设计 16 4.1 集装和运输包装的构思 16 4.2 包装箱的选材与设计 164.3 纸箱的制造工艺 18
10、5市场预测及设计总结 18 5.1市场预测 18 5.2设计总结 18参考文献 19附录 201内装产品特性分析1.1 产品包装的现状调查与分析随着我国经济的发展,人民生活水平的提高,物质生活的追求已经不能满足大众需 求。而美甲,既是一种审美意识的增强,也是作为现代女性珍爱自我的一种表现,是一 种情感的需要。而指甲油并不是高不可攀的奢侈品,它是目前市场上销量最大的美甲类 化妆品,已然现今指甲油是大众化、主流化了的化妆品。现在市场上的指甲油有国产也 有很多国外的品牌,其中国外的占据了较大的市场份额。但是不管是什么品牌,指甲油 的包装都已经基本定型。内包装主要采用的就是玻璃瓶包装,因为它具有化学性
11、稳定、 容易成型、规格多样、可以反复使用、使用方便手感好等优点。玻璃瓶的形状也基本固 定。1.2 产品的性能及包装要求分析指甲油基本上是以硝化纤维为本料,配上丙酮、醋酸乙酯、乳酸乙酯、苯二甲 酸酊类等化学溶剂制成。普通指甲油的成分一般由两类组成,一类是固态成分, 主要是色素、闪光物质等;一类是液体的溶剂成分,主要使用的有丙酮、乙酸乙 酯 邻苯二甲酸酯、 甲醛等。 在普通指甲油中, 为了达到使指甲油快速干透的目的, 加入了大量丙酮、乙酸乙酯成分,这两种成分的特点是极易挥发,所以指甲油能 很快干掉。但是丙酮、乙酸乙酯属于危险化学品,它们易燃易爆,在挥发时产生 令人炫晕的刺激性气味, 对室内空气产生
12、染污 (挥发后它们的体积将膨胀一千倍 , 在长期吸入的情况下,对神经系统可能产生危害,还对粘膜有强刺激性。如果家 中有宝宝的话,接触这类成分就更为危险。这些有机溶剂还有一个坏处,就是在 多次反复使用于指甲后,会使指甲变色,变脆、发白,导致“美甲不成反毁甲”。 所以有的指甲油使用方法指导中就写道:“最好在通风的房间里涂指甲油,否则 可能引起头晕”, 就是这个道理。 所以在包装的过程中应该考虑这些成分的化学 性质和物理性质。根据产品的性能,对包装提出了以下要求:(1包装容器应具有一定的保护性,避免流通过程中外部环境或人为的损伤;(2对空气、水等具有良好的阻隔性能,以保证产品中的溶剂不挥发和其他成分
13、 不被氧气氧化;(3整个盖的接合处要有足够的密封强度,以保证指甲液不会渗透而出;(4采用的玻璃瓶瓶体具有良好的强度,满足指甲油使用过程中的保护性;(5化学性质稳定,且不会产生有害物质污染产品和损害人体健康;另外, 从以人为本的角度出发, 包装的能开启度要适中, 且指甲刷大小要合适, 以保证每次打开瓶盖力度符合人机工程学、涂抹量符合每次的使用量。2 内包装容器设计2.1 容器包装材料的选择指甲油主要是采用玻璃瓶包装,因为:1、玻璃材料具有良好的阻隔性能,可以很好的阻止氧气等气体对内装物的侵袭, 同时可以阻止内装物的可挥发性成分想大气中挥发;2、玻璃瓶可以反复多次使用,可以降低包装成本;3、玻璃能
14、够较容易的进行颜色和透明度的改变;4、玻璃瓶安全卫生、有良好的耐腐蚀能力和耐酸蚀能力,适合进行酸性物质的包 装;5、此外,由于玻璃瓶适合自动灌装生产线的生产,国内的玻璃瓶自动灌装技术和 设备发展也较成熟,采用玻璃瓶包装有一定的生产优势。指甲油主要是采用玻璃瓶包装,玻璃瓶又分为瓶肩、瓶颈部分和瓶底部分。另外 还有一个配套的塑料管盖。瓶体一般采用吹制成型,瓶盖采用注射成型。根据各部分的 作用及性能要求、指甲油的性状分析及对包装的要求以及成型加工的难易程度,可以采 用 PP 瓶盖的包装材料。瓶体部分:由于指甲油自身的性状和包装要求,消费者使用的过程中的涂抹产品, 在储运过程中外界环境条件,出于包装的
15、保护产品、方便运输、便于销售等的目的,选 玻璃作为瓶体部分的材料。玻璃态物质一般是由熔融体快速冷却而得到,从熔融态向玻 璃态转变时,冷却过程中黏度急剧增大,质点来不及做有规则排列而形成晶体,没有释 出结晶潜热,因此,玻璃态物质比结晶态物质含有较高的内能,其能量介于熔融态和结 晶态之间,属于亚稳状态。从力学观点看,玻璃是一种不稳定的高能状态,比如存在低 能量状态转化的趋势,即有析晶倾向,所以,玻璃是一种亚稳态固体材料。玻璃态物质 从熔融态到固体状态的过程是渐变的,其物理、化学性质的变化也是连续的和渐变的。 这与熔体的结晶过程明显不同,结晶过程必然出现新相,在结晶温度点附近,许多性质 会发生突变。
16、而玻璃态物质从熔融状态到固体状态是在较宽温度范围内完成的,随着温 度逐渐降低,玻璃熔体黏度逐渐增大,最后形成固态玻璃,但是过程中没有新相形成。 相反玻璃加热变为熔体的过程也是渐变的。瓶盖:PP 的密度为 0.89-0.91,是通用塑料中最轻的一种。具有优良的防潮性和抗 水性,防止异味透过性较 PE 好;抗张强度、硬度、耐磨性以及耐热性均优于 PE ;由于消 费者在使用洗面奶的过程中需要多次重复的打开盖上, 正由于 PP 具有极好的耐弯曲疲劳 强度,薄处能够经受数万次的折叠弯曲,可以起到铰链作用,大大方便了消费者的开启 使用。但是, PP 容易受光、热、氧引起导致降解老化,所以通常要添加抗氧化剂
17、和紫外 线吸收剂;印刷性不好,在印刷前也必须经过表面处理。2.2 包装容器设计方案指甲油主要的消费群体是女士,所以包装容器的设计应该体现女性的清新、柔美、 娇嫩的气质。通过对市场上玻璃瓶供应商所供货物的查询,并且对已推出的其他品牌的 同规格的包装的分析, 直径为 22mm 左右的玻璃瓶是适合做指甲油的。 玻璃瓶主要由瓶体、 瓶颈、瓶肩、瓶盖四个部分组成。四个部分的材料以及成型工艺不尽相同。市面上指甲 油的玻璃瓶大小其实已基本固定,只是形状不一样。其结构强度、适加工性能等已被证 明,几乎无可挑剔,因此可以采用类似结构。设计示意图如下图:瓶子的外型应横向、 纵向统一考虑, 不仅要考虑到整体造型美,
18、还要保证强度、刚度以及平稳性,同时还要便于脱模。而此次设计我所设计的包装容器是一个圆柱形, 具有最大的体积利用率。 其瓶口内径为 13mm , 瓶高 46mm 。 具体的平面主视草图如图 2-1所示:图 2-1 瓶体主视图 2.3 包装容器结构设计玻璃容器的壁厚是关乎容器结构强度与成型的关键因素,在进行壁厚设计时,应尽 量保证各部分壁厚一致;结构不一致时,相差也不能太悬殊;转角处应尽量采用圆角过 渡。若壁厚过低,强度以及保护性能达不到要求,而反之则会造成材料的浪费。因此壁 厚应当合理。通过查询一些玻璃瓶的规格,瓶身最薄处不小于 1.5mm ,同一只瓶瓶壁与 瓶底厚薄比不大于 2:1。所以取壁厚
19、 2.0mm 。玻璃瓶瓶底尺寸: 图 2-2 瓶底瓶底设计如图 2-2,这种类型的瓶底圆角刚好处在瓶根处,这样可以有效解决因瓶 底根壁加厚而带来的凹底缺陷,并且能够减小应力集中的现象。因为瓶底承受着几乎所 有内容物的质量,所以设计瓶底的壁厚为 3mm 。其根部内圆角部分半径取值为 0.5倍壁 厚。即 1.5mm. 外圆角半径取值为内圆角半径加上壁厚,所以取值为 4.5mm 。瓶肩的尺寸: 图 2-3瓶肩瓶肩的形状如图 2-3所示,肩部为缩弧形状,为了更好的配合盖的尺寸和螺纹的尺 寸。肩部向内角度为 42,底面直径为 22mm 。瓶口螺纹尺寸:这里采用圆形螺纹,为了便于清除模缝飞边,螺纹可制成间
20、歇状。 根据玻璃瓶标准螺纹尺寸,取瓶口螺纹外径为 12mm ,瓶口外直径为 10mm ,瓶口内直径为 7mm, 螺纹高度为 1mm ,螺距为 2mm 。 指甲油盖和肩在旋紧后应具有良好的密封性, 将指甲油的直径盖相对于管口向内缩进 2mm ,即盖的直径为 16mm 。为了使用者能够方便的取出产品,盖采用打入式翻盖,盖总高为 28mm ,还应设计一些细节,使消费者容易将盖开启。同时为了配合指甲油肩部螺纹而采用阴螺纹,具体尺寸和肩部螺纹尺寸类似,只是为阴螺纹。图 2-4 瓶盖 盖的剖视图见图 2-4。2.4 制造工艺选择与分析前处理段玻璃瓶喷涂前处理段包括预脱、主脱、表调等,如果是在北方,主脱部分
21、的温度还 不能太低,需要保温。否则处理效果就不理想;预热段前处理后就要进入预热段,一般需要 810分钟,玻璃瓶最好在到达喷粉室时要使 受喷工件有一定的余热,以变增加粉沫的附着力。玻璃瓶吹灰净化段若所喷工件的工艺要求比较高,此段必不可少,否则工件上若吸附有很多尘埃,加 工后的工件表面就会有很多颗粒状,使品质降低;喷粉段此段最关键的就是喷粉师傅的技术问题了,要想创造优良品质,花钱请技术好的师 傅还是很划得来烘干段此段要注意的就是温度和烘烤时间, 粉末一般 180200度为佳, 具体要看工件的材 质。还有烘干炉距喷粉室不宜太远,一般 6米为好。本次设计采用吹制成型工艺制瓶。所谓吹制成型, 是玻璃液由
22、玻璃熔窑出口流出, 经供料机形成设定重量和形状的料滴,剪入初型模中吹成或压成初型,再转入成型模中 吹成制品。吹成初型再吹成制品的称吹-吹法,适宜制成小口器皿和瓶罐。压成初型再 吹成制品的称压-吹法,适宜制成大口器皿和薄壁瓶罐。3 销售包装设计3.1 纸盒包装材料的选择通过市场调查可以发现现在市场上化妆品的纸盒多采用白板纸、白卡纸和玻璃卡纸 等制成。其中白板纸虽然成本低,但是纸张外观不漂亮,表面的光泽度不高,因此不予 选择。其次玻璃卡纸虽然光泽度、平滑度都很高,而且做出来的盒子非常美观时尚,但 是,它的印刷难度高、工艺复杂、损耗大,印刷不易上色、油墨干燥速度慢,导致印刷 成本上升。 因此也不予考
23、虑。 而白卡纸的表面光泽度优于白板纸, 成本又低于玻璃卡纸, 并且白卡纸适用于一般的快速胶印机印刷,印刷成本比较低。因此综合考虑各方面因素 我决定选用白卡纸作为纸盒的包装材料。3.2 纸盒包装设计方案由内装物的尺寸定包装纸盒的总体尺寸如下:盒长(L :23mm ,盒宽 (W:23mm ,盒高 (H:64mm根据要求取插舌高度 T 取值为 7mm ,防尘翼高度D=0.5(W+T=15mm。纸盒包装结构图如图 3-1所示 :图 3-1纸盒包装结构图 3.3 纸盒包装结构设计3.31盒底与盒盖的设计 考虑到被包装物品的质量比较轻,盒底需要承受的重量不是很大,所以从方便成型 与制造出发决定采用插口封底
24、式盒底结构, 而盒盖结构为了便于整个盒子的成型也采用 与盒底一样的插别式另加一可挂边,其结构分别如图 3-2、 3-3所示; 图 3-2 盒底结构 图 3-3 盒盖结构3.32盒身的设计由于本次设计是做的指甲油的包装,本着绿色环保的设计原则,盒体成型采用侧胶 封,用传统的粘贴翼形式进行锁合。其图 3-4如下: 图 3-4 盒身结构图 A-A B-B C-CA-AL 6 =L7=Li=23mmH2=H4=69mm B-BH 1 =Hi+3t=69.7mmH 3 =Hi+3t=69.7mmW 6 =Wi+t=23.2mmW 7 =W 7C-CL 1 =Li+t=23.2mmL 3 =Li+2t=2
25、3.5mmL 5 =Li=23mmW 2 =Wi+2t=23.5mmW 4 =Wi+t=23.2mm图 3-5 纸盒立体图3.4 纸盒制造工艺折叠纸盒的加工工艺:1. 开切备料 :开切备料也就是根据纸盒的展开图上的形状和尺寸,结合生产设备 的规格,将原料纸板切成一定大小的制作单元纸坯。2. 印刷 :采用印刷速度快,质量比较好的胶印法3. 表面加工:为了提升产品的价值运用烫印的方法对纸盒表面进行整饰加工。4. 模切:将纸板放置在模切版与压板间,通过施加压力,由模切版将纸板冲切 出纸盒所要求的形状,并压出所需要的压痕线。5. 剥离落料:纸板经过模切后,要把冲出的纸盒盒坏从整个纸坏中取出,就必须去掉
26、与纸盒盒坏轮廓线相连的废纸边,并清除盒坏中间的多余的部分。6. 制盒:将盒坏进行折叠后,对纸盒的粘贴翼进行粘接,而纸盒的盒盖,盒底的组装 在产品的包装过程中完成。纸盒成型后以平板状态进行储存和运输,节省了运输空间与 开支。4 外包装纸箱设计4.1 集装和运输包装的构思集合包装就是将若干产品或包装件包装在一起,使其形成一个合适的搬运单元,以 便于装卸、储存与运输。而目前采用的运输包装器具与相应的集合包装方式主要有捆扎 包装、拉伸包装、收缩包装、瓦楞纸箱包装、木箱包装、托盘包装、集装箱包装等。而 本次设计采用瓦楞纸箱作为运输包装器具。主要原因如下:1.瓦楞纸箱质量轻且结构性能好。2.瓦楞纸板具有一
27、定的吸收震动和缓冲能力,因此对商品的保护功能好。 3. 瓦楞纸箱折叠后占据的空间小,与其包装的产品质量相比极轻,便于周转、装 卸与运输,且储运费用低。4. 易于变更箱型与尺寸、包装适用性强。4.2 包装箱的选材与设计选用 3层的 B 型瓦楞纸板做为纸箱的材料 , 选择 2mm 厚的单瓦楞纸板作为内衬材料,箱 型选用 1型。 考虑内装物的中包装纸盒纸板厚度可知纸盒长为 23.2mm 、 宽为 23.2mm 、 高为 69.7mm 。在长度方向上选择排 5个纸盒,在宽度方向排 3个纸盒,高度方向为 1个。则可知总体的长宽高比为 L:W:H=(23.25:(23.23:(69.71=116:69.6
28、:697 1.6:1.01:1.接近 1型纸箱的最佳尺寸比例 1.5:1:1。 瓦楞纸箱的内部尺寸的计算: 根据公式 Xi i k T n d n x X +-+= 1(max式中, X i 是瓦楞纸箱某一方向内部尺寸(mm ;x max 是单个被包装商品某一方向最大外形尺寸(mm ; n 是沿瓦楞纸箱某一方向的排列数目 ; d 是被包装物公差系数(mm ;k Xi 是瓦楞纸箱内部尺寸修正系数(mm ; T 是衬格或缓冲件厚度(mm 。长 =23.25+2(5-1 +2+3=129mm 宽 =23.23+2(3-1 +2+3=78.6mm 高 =69.71+2(1-1 +2+3=74.7mm
29、瓦楞纸箱的制造尺寸的计算: 1型纸箱各截面图如下: A-AW1=W2=W+t=133mm L1=Li +2t=137mm L2=Li +t=133mm B-BH1=H2=Hi +3t=77mm L3=L4=Li +2t=137mm C-CW3=W4=Wi =78.6mm H 3=H4=Hi +3t=77mm W 5=0.5Wi =39.8mm瓦楞纸箱的外部尺寸的计算: 根据公式:K X X +=0式中 0X -瓦楞纸箱某一方向的外部尺寸, mm ; X -瓦楞纸箱某一方向的制造尺寸, mm;K -瓦楞纸箱外部尺寸修正系数, mm。 则瓦楞纸箱的外部尺寸 为: 长 =133+3=136mm 宽
30、=77+3=80mm 高 =78.7+3=81.7mm 取接头尺寸为 35mm 其结构图如下所示 :图 4-1 1纸箱展开图4.3 纸箱的制造工艺瓦楞纸箱的制造工艺 :1. 分切压痕工艺:根据所生产纸箱的规格尺寸对瓦楞纸板进行切断与压痕。2. 开槽工艺:瓦楞纸板的开槽是在纸板切割下料,并经压痕确定出纸箱的摇盖和纸 箱的高度后进行,以开出摇盖,切出接缝接头,以便装箱时折叠或搭盖封合。3. 切角、冲孔工艺:切角工艺是在开槽后的工序,其作用是切出接口,便于折合钉 箱。而冲孔是冲出捏箱挽孔或通气孔。4. 印刷工艺 :在瓦楞纸箱上印上产品信息。5市场预测及设计总结5.1市场预测指甲油已成为平民化、大众化
31、的化妆品,市场份额其实很大。随着经济的国际化, 国外品牌进驻,而国产品牌大多还停留在技术落后、创新意识薄弱,包装的设计还处于 稚嫩的阶段,如何与时俱进,利用本身优势,设计出有竞争力的包装关乎国产品牌能否 在激烈的竞争中生存下去。未来的包装将越来越趋于简约、大方的设计风格,简单足够 达到促进销售的效果,又能节约资源。绿色包装、合理包装都会是大的趋势,作为国产 还可以结合传统文化要素来设计与国外产品相区别的特色产品。5.2设计总结指甲油是一种乳液涂状类化妆品,在进行容器结构设计时,对包装材料的选择非常 重要,特别是内包装材料的选择,因为需要多次使用,其化学稳定性、安全卫生性是首 先要保证的。其次就
32、是为了其保质期和使用次数,容器的阻隔性、密封性、柔韧性、强 度等都需要考虑。为了促进销售,包装容器的设计合理也是必不可少的,既要在造型上 考虑结构的美观和艺术性, 更重要的是要考虑现有的工艺技术是否能够制造出设计的容 器。当然,平面装潢设计也是非常重要的。好的包装设计可以吸引消费者眼球,可以通 过其整体设计的风格影响消费者的购买欲望。如果在此基础上能再增加包装的附加价 值,使其不只局限于包装的功能,那么会更受消费者亲睐。这次的课程设计,我学会了 如何将课堂上的理论知识运用的实际生产设计,了解了进行包装设计的一般步骤和方 法,受益匪浅。当然,由于自身知识和实践经验的不足,在此过程中也发现很多不完
33、善 的地方,对于高层级的创新设计还没有什么概念。以后仍需在生活中多研究实例,多练 习,继续补充理论知识,为以后的设计做准备。参考文献1宋宝丰 . 包装容器结构设计与制造M . 北京:印刷工业出版社, 2006.11Songbaofeng.Packaging container constitution design and manufactureM Beijing: The press of the printing industry,2006.112孙诚 纸包装结构设计(第二版 M北京:中国轻工业出版社, 2005.1Suncheng.Construct desigen of paper p
34、ackaging(the second editionMBeijing: The press of the chinese light industry,2005.13陈均锴 孟刚 . 包装设计 M北京:化学工业出版社, 2004.6Chenjunkai Menggang.Design of packageMBeijing:The press of the themistry industry,2004.64刘喜生 . 包装材料学M吉林:吉林大学出版社, 2006.11Liuxisheng.Packaging materialic MJinlin: The press of Jinin Uni
35、versity, 2006.115潘松年 . 包装工艺学(第三版 M北京:印刷工业出版社, 2007.3Pansongnian.Packaging technics(the three editonMBeijing:The press of printing industry,2007.3附 录 图纸明细表 目 录一、 设计要求 2二、 设计目的 21.熟悉晶闸管的开关作用 22.掌握桥式整流电路原理 63.掌握三极管的开关作用 84.掌握稳压管的作用 9 三、 设计的具体实现 101.系统概述 102.单元电路设计 113.仿真测试 13四、 结论与展望 16五、 心得体会及建议 16六、
36、附录 17七、 参考文献 18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。(2).晶闸管的结构和工作原理晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结,可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管。如图
37、图2-1.1所示：图2-1.1等效图图2-1.2 器件符号当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导通，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此是两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门极电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通。设PNP管和NPN管的集电极电流分别为IC1和IC2，发射极电流相应为Ia和Ik，电流放大系数相应为1=IC1/Ia和2=IC2/Ik，设流过J2结的反相漏电流为ICO，晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和： (1)若门极电流为Ig，则晶闸管阴极电流为： 得出晶闸管阳极电流为：
38、(2)硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数1和2随其发射极电流的改变而急剧变化。当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未接受电压的情况下，式(2)中Ig=0，(1+2)很小，故晶闸管的阳极电流IaICO，晶闸管处于正向阻断状态；当晶闸管在正向门极电压下，从门极G流入电流Ig，由于足够大的Ig流经NPN管的发射结，从而提高放大系数2，产生足够大的集电极电流IC2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数1，产生更大的集电极电流IC1流经NPN管的发射结，这样强烈的正反馈过程迅速进行。当1和2随发射极电流增加而使得(1+2)1时，式(2)中的分母1-(1+2)0，因此提高了晶闸管的阳极电流
39、Ia。这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定，晶闸管已处于正向导通状态。晶闸管导通后，式(2)中1-(1+2)0，即使此时门极电流Ig=0，晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通，门极已失去作用。在晶闸管导通后，如果不断地减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时，由于1和2迅速下降，晶闸管恢复到阻断状态。(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
40、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。(4) .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（R1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R1或R10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 晶闸管管脚性能的差别：将旋钮拨至R1挡，对于
41、16A单向晶闸管，红笔接K极，黑笔同时接通G、A极，在保持黑笔不脱离A极状态下断开G极，指针应指示几十欧至一百欧，此时可控硅已被触发， 且触发电压低（或触发电流小）。然后瞬时断开A极再接通，指针应退回位置，则表明可控硅良好。 对于16A双向晶闸管，红笔接T1极，黑笔同时接G、T2极，在保证黑笔不脱离T2极的前提下断开G极，指针应指示为几十至一百多欧（视晶闸管电流大 小、厂家不同而异）。然后将两笔对调，重复上述步骤测一次，指针指示还要比上一次稍大十几至几十欧，则表明晶闸管良好，且触发电压（或电流）小。 若保持接通A极或T2极时断开G极，指针立即退回位置，则说明晶闸管触发电流太大或损坏。可按图2方
42、法进一步测量，对于单向晶闸管，闭合开关K，灯应发亮，断开K灯仍不息灭，否则说明晶闸管损坏。 对于双向晶闸管，闭合开关K，灯应发亮，断开K，灯应不息灭。然后将电池反接，重复上述步骤，均应是同一结果，才说明是好的。否则说明该器件已损坏。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u2正、负半周内正确引导流向负载的电流，使其方向不变。设变压器副边两段分别为a和b，则a为“”、b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“”、为“”时应有电流流入点，为“”、为“”时应有电流流出点；因而和
43、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，U2为其有效值。当2为正半周时，电流由a点流出，经过V1、RL、D3流入b点，因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边电压，即，V2和V4管承受的反响电压为u2。当u2为负半周时，电流由b点流出，经V2、RL、V4流入a点，负载电阻RL上的电压等于u2，即，V1、V3承受的反向电压为u2。这样，由于V1、V3和V2、V4两对二极管交替导通，致使负载电阻RL上在u2的整个周期内都有电流通过，而且方向不变，输出电压。如图2-4所示为单相桥式整流电路各部分的电压和电流的波形。 图2-4 桥式整
44、流电路电流、电压波形(3) .输出电压平均值UO(AV)和输出电流平均值IO(AV)根据图2-4中所示uo的波形可知，输出电压的平均值 解得 由于桥式整流电路实现了全波整流电路，它将u2的负半周也利用起来，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） 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。根据谐波分析，桥式整流电路的基波UOIM的角频率是u2的2倍，即100HZ，。故脉动系数 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