平跳变为高电平,电路进入暂稳态,放电三极管T截止。此后电容C充电,当C充电至Vc=2VCC/3时,电路的输出电压V0由高电平翻转为低电平,同时T导通,于是电容C放电,电路返回到稳定状态。
电路的工作波形如右下图所示: 如果忽略T的饱和压降,则Vc从零电平上升到2VCC/3的时间,即为输出电压V0的脉宽Tw=RCln3=1.1RC.此Tw也为触发电路中的延时时间。由于要让单稳态触发电路的V0能够由高电平翻转为低电平,则需要6脚的输入电压即Vc>2VCC/3;且考虑在调试时能够容易判断出电路设计的正确性,所以在设计中我们要求延时较短,为2s,即Tw=2s=1.1RC;而通常R的阻值在几百欧至几百兆欧之间,电容取值为几百皮法到几百微法。所以我们的参数选择为R6=2K,C5=100uF。
图8 单稳态触发电路工作波形 2.5.5开关电路
该电路主要由固态继电器组成。固态继电器是一种无触点电子开关,由分立元器件、膜固定电阻网络和芯片,采用混合工艺组装来实现控制回路(输入电路)与负载回路(输出电路)的电隔离及信号耦合,由固态器件实现负载的通断切换功能,内部无任何可动部件。主要由输入(控制)电路,驱动电路和输出(负载)电路三部分组成。其内部电路如下图所示。 1、2为输入端,3、4为输出端。R0为限流电阻,光耦合器将输入与输出电路在电气上隔离开,V1构成反相器,R4、R5、V2和晶闸管V3组成过零检测电路,UR为双向整流桥,由V3和UR用以获得使双向晶闸管V4开启的双向触发脉冲,R3、R7为分流电阻,分别用来保护V3和V4,R8和C组成浪涌吸收网络,以吸收电源中带有的尖峰电压或浪涌电流,防止对开关电路产生冲击或干扰。
图2 开关电路 如图所示,当输入端未加电压信号时,光耦合器的光敏晶体管因未接收光而截止,V1饱和,V3和V4因无触发电压而截止,此时SSR关闭。当加入输入信号时,光耦合器中的发光二极管发光,光敏晶体管饱和,使V1截止。此时若V3两端电压在适当内时,只要适当选择分压电阻R4和R5,就可使V2截止,这样使V3触发导通,从而使V 4的控制极上得到从R6→UR→V3→UR→R7或反方向的触发脉冲,而使V4导通,使负载接通交流电源。考虑到固态继电器的过流、过压保护措施,我们选用规格为400伏、5安的继电器。
2.5.6电源电路
该部分是由一个输出为9V的变压器和整流滤波电路组成电路结构如下图示。
R5
12100ACV+ D2 BRIDGE2IN~9VC7D110V100uOUT-10VAC34V-图9 电源电路 220V的交流信号经过变压器,变压为9V的交流信号IN,而桥式整流电 路将交流电压IN变换成脉动的直流电压。再经过由电容C7构成的滤波电路滤除纹波,输出直流电压U1约为10V。为确保电路直流电源的稳定,我们用到了稳压二极管D1。经桥式整流来的电压按公式计算应为10.8V。为保护D1的完好,
我们选择了阻值为100欧姆的限流电阻。因为声光控电路部分需要10V的直流电压供电,因此在设计中选择了输出为9V的变压器,输入为9V桥式整流器;为了确保供给声光控电路部分的电压为10V,因此我们用到10V的稳压二极管D1。
2.5.7其他电路
(1)负载电路 负载电路上接上一定功率的灯泡。
(2)数字电路 与非门集成块用于鉴别输入动态;脚11输出低电平时,单稳态触发器被触发,从而3脚输出高电平,激发固态继电器导通。
三、 整个过程中遇到的困难及解决方案
这次是我们第一次做课程设计,在电路的原理选取、分析、参数计算过程中出现了一些问题,由于参数选择不当,不能使三极管处于放大状态,也是我们对学过的知识不熟悉的一种表现;在元器件的焊接过程中,表现的不熟练,没有掌握好技巧,有时会出现虚焊等情况。
在电路的调试和故障排除过程中,遇到了很大的困难,比如:因受到灌电流的影响,不管是白天还是黑夜,光敏电阻两端分得的电压始终为高电平,所以触发电路不能按要求正常工作,而在设计中我们没有考虑到这一点,致使此设计不能达到设计的目的;另外,只考虑到延时时间而忽略单稳态触发器的翻转条件,选择的R6过大,使得单稳态一被触发就不能再使输出为低电平,灯泡不在熄灭。不过在老师的指导和帮助下,我们改变方案重新设计了现在的光控电路,并改变了R6的阻值,最终达到了设计要求。
四、总结及心得
通过近两周的课程设计,我们觉得自己的确学到了许多知识。以前学习模拟和数字电子技术的时候,总觉得没有什么实用性,而现在才发现那种想法是完全错误的。例如我们实习时要求我们设计的水位控制器,抢答器.报警器.路灯控制器,音频放大器等都离不开模拟电子技术基础这门重要的学科。这些知识完全能够使本来很暗淡的世界,变得丰富多彩。使我们的生活更加绚丽,使我对模电和数电课程更加迷恋。
通过两周的课程设计,我学会了许多专业知识。遇到困难时,我就去积极的看教材,去图书馆查阅资料,去网上搜索相关信息,直至把每一个细节,每一个原理都搞清楚弄明白为止,大大增强了我的自学能力和独立能力。更重要的是,我拓展了思路,开阔了视野,活跃了思想。
以前学习模电和数电时总觉得自己傻傻的,不知所措,无从下手,不知如何学起,思路很狭窄,视野也不开阔,学的东西很死板,也很僵硬,根本不能够运筹于帷幄之中,更不用说去自己设计个电子线路了,那简直是天方夜谈。现在我就对自己充满了信心,敢于去动手,敢于去实践,敢于去偿试,敢于去面临挑战,不怕失败,不再放过自己每一个灵感的火花。更为重要的是我深深地体会到了友谊的力量,在我们实习过程中,同学们互帮互助,相互关心,相互体贴,手挽手,肩并肩,风雨中同舟共济,克服了种种困难,最终为我们的实习画上了圆满句号,充分体现了拼搏精神和团队精神,使我终身难忘。