宋曉輝

（蘇州科技學(xué)院 財(cái)務(wù)處一卡通中心，蘇州 215009）

0 引言

化學(xué)工作者為了得到較純的晶體或要求得到不同大小的晶體顆粒時(shí)，往往在實(shí)現(xiàn)結(jié)晶以后，需沉放一段時(shí)間再攪拌一段時(shí)間，周而復(fù)始，以達(dá)到最佳效果。然而目前的一般的攪拌器大都只能完成攪拌、停止一個(gè)過(guò)程（單次定時(shí)）；或者能循環(huán)定時(shí)但不能做到短時(shí)工作、超長(zhǎng)時(shí)間截止，并按所要求的周期循環(huán)正反轉(zhuǎn)攪拌用于防止由于晶體物質(zhì)在較冷的溫度下凝固而損壞攪拌鉆頭。本文的設(shè)計(jì)電路能解決上述問(wèn)題[1]。

1 電路原理

1.1 設(shè)計(jì)方案

該電路設(shè)計(jì)思路是提供一種自動(dòng)控制時(shí)長(zhǎng)間歇正反轉(zhuǎn)攪拌器，來(lái)滿足晶體短時(shí)正反攪拌，長(zhǎng)時(shí)間停止的周期循環(huán)要求，設(shè)計(jì)電路框架由電源提供電路、可調(diào)短時(shí)攪拌電路、長(zhǎng)延時(shí)電路、電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路和清零電路組成，如圖1所示。

1.2 電路分析

具體的設(shè)計(jì)電路如圖2所示。（電源部分略）

在分析此電路之前先將該電器所運(yùn)用的集成塊等主要元器件的功能做介紹。

1）IC1為CD4060

圖1 設(shè)計(jì)方框圖

CD4060由一振蕩器和14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器組成[2]，CR為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器使用無(wú)效。根據(jù)圖2中的IC1的外圍阻容元器件R1、R2、RP、C1 和 CD4060的 9、10、11腳 內(nèi)電路組成振蕩器,振蕩周期T=2.2（R2+RP）C1[3]，調(diào)節(jié)電位器RP可改變振蕩周期。CD4060有10個(gè)輸出端（Q4～Q14），12腳為復(fù)位端。適當(dāng)?shù)剡x擇C1、R2的參數(shù)可得到相應(yīng)的振蕩頻率[4]。

2）IC2為CD4017

CD4017是5位Johnson計(jì)算器，具有10個(gè)譯碼輸出端。CR為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。在每10個(gè)時(shí)鐘輸入周期CO信號(hào)完成一次進(jìn)位，并用作多級(jí)計(jì)數(shù)鏈的下級(jí)脈動(dòng)時(shí)鐘[4]，如圖3所示。

1.2.1 可調(diào)短時(shí)攪拌電路

圖2 自動(dòng)控制時(shí)長(zhǎng)間歇正反轉(zhuǎn)攪拌器電路圖

根據(jù)電路圖2所示，可調(diào)短時(shí)攪拌電路由振蕩分頻（IC1）、啟動(dòng)按鈕（AN1、AN2）、電阻（R1、R2、R3、RP）、電容（C1）、波段開(kāi)關(guān) W1、晶體管VT1和繼電器K1組成。IC1 采用帶有一個(gè)振蕩器部分和14逐位進(jìn)位二進(jìn)制計(jì)數(shù)級(jí)的CD4060集成塊。短時(shí)攪拌電路原理如下：當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕（AN1、AN2）后，IC1(CD4060)復(fù)位并開(kāi)始振蕩和分頻，此時(shí)IC1輸出為低電平，VT1迅速導(dǎo)通，繼電器K1吸合，K1-1與K1-2分別與觸點(diǎn)A和B接通, IC3和VT3通過(guò)觸點(diǎn)B得到電源開(kāi)始工作。IC3產(chǎn)生振蕩脈沖使VT3導(dǎo)通和截止，從而帶動(dòng)電機(jī)（M）正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，攪拌晶體溶液。此時(shí)繼電器K2不工作，K2-1接觸點(diǎn)C1 。在振蕩信號(hào)的作用下，其內(nèi)部計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作。該集成塊其輸出端Q4～Q14構(gòu)成16～16384分頻系數(shù)[5]，根據(jù)其特性，攪拌時(shí)間T1=1/2×2nT[6]（n是IC1每一個(gè)輸出端Q的序號(hào)）,根據(jù)周期計(jì)算公式,振蕩周期T=2.2（R2+RP）C1和調(diào)節(jié)電位器RP調(diào)整，可以在輸出端得到Q8（10分鐘），Q9（20分鐘），Q10（30分鐘）的攪拌時(shí)間（Q8、Q9、Q10每一個(gè)檔位的輸出時(shí)間都可以按照自己的意愿通過(guò)調(diào)整RP得到）。本電路將攪拌時(shí)間分為10分，20分，30分三檔，通過(guò)手調(diào)波段開(kāi)關(guān)W1可選定需要攪拌的時(shí)間。

圖3 CD4017輸出波形

1.2.2 可調(diào)長(zhǎng)延時(shí)電路

可調(diào)長(zhǎng)延時(shí)電路由振蕩分頻（IC1）、計(jì)數(shù)分頻（IC2）、晶體管VT2、耦合電阻R6、波段開(kāi)關(guān)W2，繼電器K2組成。其中IC2選擇CD4017，該集成塊是由十進(jìn)制計(jì)數(shù)／脈沖分配器組成，有10 個(gè)譯碼輸出端 Q0～ Q9，可組成一個(gè)10擋分頻器[7]。其分頻輸出分別是輸入的（10-90）倍。CD4017的輸出波形如圖4所示。電路原理如下：當(dāng)IC1（CD4016）定時(shí)結(jié)束后，在IC1輸出端（Q8、Q9、Q10）輸出高電平[8]，通過(guò)波段開(kāi)關(guān)W1，一路經(jīng)R3使VT1截止，K1釋放， K1-1與K1-2分別接觸點(diǎn)A1、B1，IC3和VT3停止工作，電機(jī)（M）停轉(zhuǎn)，攪拌停止。此時(shí)K1-1與A1接通使IC2（CD4017）得到工作電壓。W1另一路連接IC2的輸入端(14腳)，IC1輸出脈沖經(jīng)IC2的再次分頻，IC2的輸出端得到IC1輸出時(shí)間的10倍（即：停止時(shí)間T2=10T1）。本電路選擇CD4017中的Q5、Q6、Q7三個(gè)輸出擋位,通過(guò)手調(diào)波段開(kāi)關(guān)W1和W2,選擇。（IC2有Q0—Q10個(gè)輸出端可選擇，可根據(jù)需要手調(diào)波段開(kāi)關(guān)W1和W2得到不同組合的停止時(shí)間）。長(zhǎng)延時(shí)結(jié)束后，IC2輸出端（Q5、Q6、Q7）輸出高電平使VT2導(dǎo)通，K2吸合, K2-1與觸點(diǎn)C接通，即IC1得到工作電壓，使VT1導(dǎo)通，K1吸合，K1-1與K1-2又分別重新接通觸點(diǎn)A和B，IC3和VT3通過(guò)觸點(diǎn)B得到工作電壓開(kāi)始工作。IC3產(chǎn)生振蕩脈沖使VT3導(dǎo)通和截止，從而帶動(dòng)電機(jī)（M）正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，攪拌晶體溶液。此時(shí)IC2和VT2停止工作，K2-1接通觸點(diǎn)C1。下一個(gè)周期T=T1+T2重新開(kāi)始，自動(dòng)循環(huán)。波形如圖3

1.2.3 電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路

電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路由多諧振蕩IC3、晶體管VT3、電阻（R8、R9、D5、R10）、電容（C4、C5）、繼電器K3和電機(jī)（M）組成。其中IC3采用NE555集成塊。NE555與R8、R9、D5、C4構(gòu)成多諧振蕩器。根據(jù)其特性：T（充）=0.693×R8×C4，T（放）=0.693×R9×C4[9]。IC3接通電源瞬間時(shí)，C4兩端電壓不能突變，IC3的2腳和6腳電壓低于1/3電源電壓，此時(shí)3腳為高電平，VT3導(dǎo)通，繼電器K3吸合，K3-1與K3-2分別接通觸點(diǎn)E和F,此時(shí)電流通過(guò)K3-1、觸點(diǎn)E、電機(jī)（M）、觸點(diǎn)F、K3-2到地，使電機(jī)（M）正向旋轉(zhuǎn)。隨著電源經(jīng)R8，D5對(duì)C4充電，此時(shí)IC3的2腳和6腳電壓不斷上升，當(dāng)C4兩端充電電壓上升至2/3電源時(shí)，IC3內(nèi)電路翻轉(zhuǎn)，其3腳輸出低電平，VT3截止，K3釋放，K3-1與K3-2分別接通觸點(diǎn)E1和F1，此時(shí)電流通過(guò)K3-1、觸點(diǎn)E1、電機(jī)（M）、觸點(diǎn)F1、K3-2到地，使電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。隨后C4經(jīng)R9和IC3的7腳內(nèi)電路放電，使IC3的2腳和6腳電壓不斷下降，當(dāng)電壓降至低于1/3電源電壓時(shí)，內(nèi)電路翻轉(zhuǎn)，3腳輸出高電平。在定時(shí)攪拌時(shí)間內(nèi)，IC3的3腳不斷輸出高低電平使VT3不斷的導(dǎo)通和截止，控制K3吸合和釋放，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反旋轉(zhuǎn)。該電路中，電阻取值R8= R9=10MΩ，C4取值10uF,這樣可以使電機(jī)正反轉(zhuǎn)攪拌時(shí)間近似相同（約1分鐘），同時(shí)也滿足該振蕩周期小于定時(shí)攪拌周期。

1.2.4 清零電路

所述的清零電路由AN1、C2、R7、R4、D4、C3和R5組成，其中AN1、C2和R7為IC1電源清零，C3和R5為IC2電源清零。D4和R4串接后與波段開(kāi)關(guān)W2相連，將IC2輸出高電平反饋至IC1清零端，使其迅速清零，保證精確定時(shí)。

2 結(jié)論

自動(dòng)控制時(shí)長(zhǎng)正反轉(zhuǎn)攪拌器是一種能根據(jù)不同需求選擇不同的攪拌時(shí)間，進(jìn)行液體和小物質(zhì)固體的定時(shí)正反旋轉(zhuǎn)攪拌的多功能攪拌器，其特征是可按用戶不同需求進(jìn)行攪拌時(shí)間和間歇時(shí)間的不同組合，形成多種形式的短時(shí)正反轉(zhuǎn)攪拌，超長(zhǎng)時(shí)間停止.再按要求的時(shí)間周期循環(huán)往復(fù)。該電器與同類產(chǎn)品比較具有：功能多、價(jià)格低，適用范圍廣，電路簡(jiǎn)單，操作方便。具有廣泛的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

[1] 宋曉輝．一種自動(dòng)控制時(shí)長(zhǎng)間歇正反轉(zhuǎn)攪拌器[J]. 2011,10, (12).

[2] 趙負(fù)圖. 數(shù)字邏輯集成電路手冊(cè)[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

[3] 孫余凱,項(xiàng)猗明, 等. 數(shù)字集成電路與應(yīng)用[M].北京: 電子工業(yè)出版社, 2006.

[4] ( 2011-08-29) [2011-12-1] http://www.elecfans.com/soft/68/guide/2011/20110829212688.html.[EB/OL].

[5] 姚長(zhǎng)安.模擬與數(shù)字電路[M]. 四川科學(xué)技術(shù)出版社,1984.

[6] 胡錦.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)(第三版)[M].高等教育出版社,2010.

[7] 吳云.典型電子電路160例[M].化學(xué)工業(yè)出版社, 2010.

[8] 陳永甫.新編集成電路應(yīng)用800例[M]. 電子工業(yè)出版社,2000.

[9] 趙光.555時(shí)基電路應(yīng)用280例[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社, 2010.