当VCC上升至阈值电压时,输出电压VO由高电平跳变为低电平,555定时器内放电三极管由截止转为饱和导通,管脚7接地,电容C经放电三极管对地迅速放电,电压VCC迅速降至0V,电路由暂稳态重新转入稳态。
(5)恢复过程
当暂稳态结束后,电容通过饱和导通的三极管放电,其阻值非常小,所以τ2之值亦非常小。经过(3~5)τ2后,电容放电完毕,恢复过程结束。恢复过程结束后,电路返回到稳定状态,单稳态触发器又可以接收新的触发信号。
主要参数估算 (1) 输出脉冲宽度
t W 输出脉冲宽度就是暂稳态维持时间,也就是定时电容的充电时间。电容电压 Vc 的工作波形不难看出 Vc (0 + )≈0V,Vc (∞)=VCC ,代入 RC 过渡过程计算公式,可得到
上式说明,单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定时元件 R、C 的取值,与输入触发信号和电源电压无关,调节R、C 的取值,即可方便的调节t W 。
(2)恢复时间
t一般取t=(3~5)τ2,即认为经过3~5 倍的时间常数电容就放电完毕。 (3)最高工作频率f max
若输入触发信号 VI 是周期为 T 的连续脉冲时,为保证单稳态触发器能够正常工作,应满足下列条件:T >tW+t即VI 周期的最小值T min 应为t W +t,即 Tmin =tW+t,需要指出的是,在图2所示电路中,输入触发信号VI 的脉冲宽度(低电平的保持时间),必须小于电路输出V0的脉冲宽度(暂稳态维持时间tW),否则电路将不能正常工作。因为当单稳态触发器被触发翻转到暂稳态后,如果VI端的低电平一直保持不变,那么555定时器的输出端将一直保持高电平不变。 解决这一问题的一个简单方法,就是在电路的输入端加一个RC 微分电路,即当VI为宽脉冲时,让VI经RC 微分电路之后再接到VI2 端。不过微分电路的电阻应接到VCC,以保证在VI下降沿未到来时,VI2 端为高电平。
2.1.3 555定时器构成的多谐振荡器
多谐振荡器又称为无稳态触发器,它没有稳定的输出状态,只有两个暂稳态。
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在电路处于某一暂稳态后,经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。
刚接通电源时,Uc?0,Uo?1。当Uc升至后,比较器C1输出低电平(R?0),基本RS触发器置0,定时器输出Uo由1变为0。同时,三极管T导通,电容通
12Ucc?Uc?Ucc3过R2放电,Uc下降。在3期间,U0保持低电平状态。在Uc下降
?1?UccC至3以后,比较器2输出低电平(S?0),使触发器置1,输出Uo由0变为1。同时三极管T截止,于是电容C再次被充电。如此不断重复上述过程,多谐振荡器的输出端就可得到一串矩形波。
工作波形如图4(b)所示。
(a)电路图
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(b) 波形图
图4 多谐振荡器
振荡周期等于两个暂稳态的持续时间。第一个暂稳态时间tp1为电容C的电压uc从充电至所需时间
tp1?(R1?R2)Cln2?0.7(R1?R2)C (3-6)
第二个暂稳态时间tp2为电容C的电压从放电至所需时间
tp2?R2Cln2?0.7R2C (3-7)
2.1.4 555多谐振荡器在报警电路中的应用
图5是利用555振荡器构成的简易报警电路,图中ICEO称作穿透电流,是三极管T基极开路时,由集电区穿过基区流向发射区的反向饱和电流。常温下,硅管的ICEO比锗管的ICEO要小,ICEO是三极管的重要参数之一,当温度上升时,ICEO增大,且锗管的ICEO随温度升高增大较快。选用MOS管时一般希望ICEO
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尽量小,但本电路采用穿透电流大、温度敏感的锗管,利用ICEO控制555定时器复位管脚的电压。常温下,锗管穿透电流ICEO较小,一般在10~50uA,在R。上产生的电压较低,则555复位端4脚R。的电压较低,则555处于复位状态,多谐振荡器停振。图中定时器与R1、R2和C组成多谐振荡器,其复位端4脚RD通过R0接地。当火警时,ICEO增大,在R。上产生的电压升高,使555复位端4脚Ro为高电平,多谐振荡器开始振荡,扬声器发出报警声。
图5 多谐振荡器报警系统应用
不同的晶体管,其ICEO值相差较大,故需改变R。的阻值来调节控温点。报警的音调取决于多谐振荡器的振荡频率,由元件R1、R2和C决定,改变这些元件值,可改变音调,但要求Rl大于2kΩ。
2.2 磁控开关
磁控开关即磁开关入侵探测器。由永久磁铁和干簧管两部分组成。干簧管又称舌簧管,其构造是在充满惰性气体的密封玻璃管内封装2个或2个以上金属簧片。根据舌簧触点的构造不同,舌簧管可分为常开、常闭、转换三种类型。在自然状态下,两个电极不接触的叫常开式,接触的叫常闭式。
磁控开关有体积小,结构简单、重量轻、耗电少,使用方便,价格便宜,动作灵敏,抗腐蚀性好,寿命长的特点。干簧管安装在被保护的门框、窗框上,永久磁铁一般安装在对应位置的门或窗扇上,安装应隐蔽,避免被破坏,常用防盗系统。
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2.3语音报警器
本论文中报警电路时由蜂鸣器组成报警语音的功放电路,它将LQ46 发出的报警语音放大后,通过扬声器发出响亮的报警声。
蜂鸣器采取直流电压稳定供电,大批量应用于打印机、复印机、计算机、报警器、电子玩具、电话机、等电子产品中作响应电子器件,它是一种一体化结构的电子讯响器,分为压电式和电磁式蜂鸣器两种类型。压电式蜂鸣器主要由蜂鸣片、振荡器、阻抗匹配器、共鸣箱、外壳等组成。部分压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。压电蜂鸣片由铌镁酸铅压或锆钛酸铅等电陶瓷材料制成;多谐振荡器的工作原理如下:当直流电源接通后,多谐振荡器就会发起震荡,输出一定频率的音频信号,与此同时阻抗匹配器就会推动压电蜂鸣片发出报警的声音,在陶瓷片的两面镀上银电极,经极化和老化处理后,再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。 电磁式蜂鸣器由线圈、磁铁、多谐振荡器、振动膜片和外壳等组成。当直流电源接通后,振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈,使电磁线圈产生磁场,振动膜片在电磁线圈和电磁铁的张合作用下,按一定频率振动发声。
2.4 电位器
电位器是电位器通常由电阻几篇和移动电刷构成,有三个电学端口,其电阻值可按一定的规律调节的电子元器件。当电刷在电阻基片表面移动动时,在输出端就可以通过一定的关系换算成需要的电压值和电阻值。电位器视作一可变电阻器时为二端元器件。
电位器的作用及特点:
电位器是可变电阻器的一种。通常是由电阻体与转动或滑动系统组成,即靠一个动触点在电阻体上移动,获得部分电压输出。
电位器的作用——调节电压(含直流电压与信号电压)和电流的大小。 电位器的结构特点——电位器的电阻体有两个固定端,通过手动调节转轴或滑柄,改变动触点在电阻体上的位置,则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值,从而改变了电压与电流的大小。
2.5 其他电子组件
电阻:电阻元件的电阻值大小一般与温度,材料,长度,还有横截面积有关,衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数,其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。电阻的主要物理特征是变电能为热能,也可说它是一个耗
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