曹 娟 王 云

(宿遷學(xué)院基礎(chǔ)部 江蘇 宿遷 223800) (宿豫中學(xué) 江蘇 宿遷 223800 )

1 引言

隨著人們的要求及電子技術(shù)水平越來(lái)越高，新的電子產(chǎn)品層出不窮.遙控?zé)o線電話、光控開(kāi)關(guān)等電子產(chǎn)品就是其中的幾種.目前用于樓道及洗手間的照明燈多數(shù)為聲控?zé)簦m然很方便，但是由于一些干擾聲音也會(huì)引起它工作，以及在夜晚為開(kāi)啟它而發(fā)聲有可能擾民.我們針對(duì)這些情況，自制了觸摸定時(shí)燈.它使用方便，安全可靠.該觸摸式定時(shí)燈，使用方便，只需用手輕輕一碰，燈便會(huì)亮起來(lái).其次，節(jié)省電能，經(jīng)濟(jì)實(shí)用,并且易于制作.

2 制作思路

考慮到觸摸定時(shí)，即由于手觸摸引起的觸發(fā)脈沖及電容充放電的情形便構(gòu)成了我們思考的出發(fā)點(diǎn).由此想到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特性適合制作的需要.其顯著特點(diǎn)是：在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，再自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài).單穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無(wú)關(guān).由于具備這些特點(diǎn)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛應(yīng)用于延時(shí)和定時(shí)等方面.因此，我們采用數(shù)字電路中的CD4001或非門(mén)電路.

3 制作原理

為了更清楚說(shuō)明CD4001門(mén)電路工作過(guò)程，先來(lái)闡述CMOS門(mén)電路和RC微分電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器.

對(duì)于CMOS門(mén)電路(圖1)，可以近似地認(rèn)為電勢(shì)φOH≈φDD，φo1≈0，通常φTH≈0.5φDD，在穩(wěn)態(tài)下φ1=0，φ12=φDD，故φo=0，φo1=φDD.

當(dāng)觸發(fā)脈沖φ1加到輸入端時(shí)，在Rd和Cd組成的微分電路輸出端得到很窄的正負(fù)脈沖φd.當(dāng)φd上升到φTH以后，將引發(fā)圖2的正反饋過(guò)程使φo1迅速跳變?yōu)榈碗娖?由于電容上的電壓不可能發(fā)生突跳，所以φ12也同時(shí)跳變至低電平，并使φo跳變?yōu)榈碗娖?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài).這時(shí)即使φd回到低電平，φo的高電平仍將維持.與此同時(shí)，電容C開(kāi)始充電.隨著充電過(guò)程的進(jìn)行φ12逐漸升高，當(dāng)升至φ12=φTH時(shí)，又引發(fā)另外一個(gè)如圖3所示的正反饋過(guò)程.如果這時(shí)觸發(fā)脈沖已消失(φd已回到低電平)，則φo1、φl(shuí)2迅速跳變?yōu)楦唠娖?，并使輸出返回φo=0的狀態(tài).同時(shí)，電容通過(guò)電阻R和門(mén)F2的輸入保護(hù)電路向φDD放電，直至電容上的電壓為零，電路恢復(fù)穩(wěn)定.

圖1 CMOS門(mén)電路

圖2 正反饋過(guò)程

圖3 正反饋過(guò)程

CD4001或非門(mén)集成電路具體工作過(guò)程如圖4.或非門(mén)F1、F2與外圍元件構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)定時(shí)電路，平時(shí)F2的輸出端4腳為低電平，三極管T3、T4截止，繼電器不吸合，所以燈泡不亮.當(dāng)手摸電路的觸摸端時(shí)，則人體感應(yīng)的雜波信號(hào)使三極管T1、T2導(dǎo)通，F(xiàn)1的1腳變?yōu)楦唠娢唬?腳輸出低電平，這樣F2的5、6腳為低電平，4腳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)狀態(tài)，并使T3、T4飽和，繼電器線圈兩端得到5V電壓后，電磁鐵吸力大與彈性力，因而吸引平板銜鐵.這樣，觸頭系統(tǒng)中常閉觸頭斷開(kāi)，而常開(kāi)觸頭閉合.燈泡兩端加上220V電壓，燈泡亮.同時(shí)由于電容C2和電阻R2組成的充電電路，使F2的輸入端5、6腳電壓不斷升高，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間變?yōu)楦唠娖剑瑔畏€(wěn)態(tài)定時(shí)結(jié)束，T3、T4截止，電磁鐵失去吸力.這樣，觸頭系統(tǒng)中常閉觸頭閉合，而常開(kāi)觸頭斷開(kāi)，燈泡熄滅.

圖4 CD4001或非門(mén)集成電路工作過(guò)程

電源E通過(guò)R2向C2充電，到F2的4腳變?yōu)榈碗娖竭@段時(shí)間，即為該電路的定時(shí)時(shí)間.由單穩(wěn)態(tài)電路中充放電時(shí)間的計(jì)算公式

ln2×RC=0.69×RC

tW大約為155s，此為理論值.實(shí)驗(yàn)值大約為180s.而放電時(shí)間則由于二極管2AP電阻很小，故時(shí)間很短.

4 制作過(guò)程

4.1 根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路圖購(gòu)買(mǎi)電子元件

集成電路采用CD4001或非門(mén)集成電路.三極管T1、T2、T3的型號(hào)均為3DG6或9014、9013的普通三極管；T4則選用3DK4型三極管；電阻則選用5kΩ、1MΩ、3kΩ的各一個(gè)；電容選用100μF、220μF的各一個(gè)；二極管選用2AP型普通二極管；燈泡L采用功率為40W的普通照明燈泡.

4.2 選擇電路板

電路板有兩種，一種為已制作好的成品，另一種則是要根據(jù)電路原理圖自己制作.而自制常用的是漆圖法.其制作過(guò)程為：下料、拓圖、打孔、描漆圖、腐蝕、去漆膜、清洗、涂助焊劑.用此方法制作的電路板清晰、不容易出錯(cuò)，適合用于復(fù)雜電路圖的電子制作.而另一種則是實(shí)驗(yàn)電路板，它采用單面敷銅板(基本材料是環(huán)氧玻璃絲)，元器件可從電路板正面插入，在銅箔面用線連接.我們采用實(shí)驗(yàn)電路板.

4.3 按原理圖在實(shí)驗(yàn)電路板上焊接電子元件

焊接之前，應(yīng)先在電路板上安排好電子元件，并可反復(fù)拆裝，直到取得滿意效果后，再開(kāi)始焊接.在焊接CD4001時(shí)，另兩組不用的或非門(mén)輸入端8、9兩腳及12、13腳均接低電平，以防靜電損壞CD4001.將電路板及電源裝于有機(jī)玻璃盒內(nèi).在制作中特別要注意集成塊的輸入與輸出引腳之間出現(xiàn)擊穿短路或者與地電源等擊穿短路.有的器件是軟擊穿，一段時(shí)間內(nèi)也能正常工作，但會(huì)出現(xiàn)間歇性故障，直至完全擊穿.

4.4 集成穩(wěn)壓電路的制作

三項(xiàng)穩(wěn)壓集成電路有三個(gè)引腳，它們分別接電壓輸入、電壓輸出和公共地，其電路圖如圖5所示，其中的電解電容都是用于濾除直流中的脈動(dòng)成分，而另外兩個(gè)陶瓷電容則是用于濾除其中的高頻干擾.那么，為什么電解電容還不能濾除高頻干擾呢？這主要是因?yàn)殡娊怆娙菔怯脙蓮堜X箔中間加紙卷起來(lái)做的，而卷起來(lái)的鋁箔在頻率很高的時(shí)候就會(huì)表現(xiàn)出電感的性質(zhì)來(lái)，所以就不能指望使用電解電容來(lái)濾除直流中的高頻干擾了.

圖5 集成穩(wěn)壓電路

4.5 電路的調(diào)試

在調(diào)試過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)由于外界對(duì)觸摸端的干擾，常使電路不能正常工作，采取和觸摸線一起纏繞接地線，對(duì)外界干擾進(jìn)行屏蔽，可使電路正常工作.

4.6 制作中的注意方面

由于CD4001是場(chǎng)效應(yīng)管，所以在焊接時(shí)，最好用變壓器降壓(隔離)的低壓電烙鐵，或?qū)⑵胀娎予F的外殼接地；若無(wú)法接地，則將烙鐵頭加熱到焊接溫度時(shí)，再拔下電源插頭進(jìn)行焊接、拆卸工作.焊接元件時(shí)，注意不能焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)檫@樣可能會(huì)損害元件；但也不能過(guò)短，因?yàn)檫@樣會(huì)引起虛焊.

5 改進(jìn)體會(huì)

從上述原理可知,控制定時(shí)時(shí)間的是RC微分電路中電阻和電容的乘積，而電阻的大小變化可通過(guò)調(diào)節(jié)電位器的阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此可根據(jù)對(duì)時(shí)間的需求選擇適當(dāng)型號(hào)的電位器，這樣可達(dá)到多種定時(shí)的功能.此外，日常生活用具如抽油煙機(jī)、烘干機(jī)等均是可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)的電子產(chǎn)品.因?yàn)檫@樣既節(jié)省了用戶的時(shí)間，又節(jié)約了電能.可以把此觸摸定時(shí)電路用于此類(lèi)電子產(chǎn)品中，讓它們達(dá)到所需的時(shí)間后可自動(dòng)關(guān)閉.由此可以看出此觸摸定時(shí)電路具有廣闊的發(fā)展前景.

參考文獻(xiàn)

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