電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)家用電器自動(dòng)限電保護(hù)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　家用電器自動(dòng)限電保護(hù)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電子信息工

2、程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><

3、;p><b>　　誠(chéng)信責(zé)任書</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。</p><p><b>　　特此聲明。</b></p><p>　　論文（設(shè)計(jì)）作者簽名：

4、 </p><p>　　日 期： </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘　　要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 緒論1<

5、;/b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 課題的目的和意義1</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2</p><p>　　1.3.1 電壓取樣鑒別的設(shè)計(jì)2</p><p>　　1.3.2 驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)3</p><p>　　1.3

6、.3 直流電源的設(shè)計(jì)3</p><p>　　1.4 家用電器自動(dòng)限電保護(hù)器的方框圖3</p><p>　　1.5 本章小結(jié)4</p><p>　　第二章 硬件電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2 AT89C51的簡(jiǎn)介5</p><

7、p>　　2.3 電路的設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)7</p><p>　　2.3.2 鍵盤8</p><p>　　2.3.3 顯示10</p><p>　　2.3.4 執(zhí)行電路10</p><p>　　2.4 本章小結(jié)11</p><p>

8、　　第三章 單元電路的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1 電壓取樣鑒別電路的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1.1 CMOS與非門電路12</p><p>　　3.1.2 電壓取樣鑒別電路及其工作原理13</p><p>　　3.2 RS觸發(fā)器的設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.2.1 電路組

9、成與邏輯14</p><p>　　3.2.2 RS觸發(fā)器工作原理15</p><p>　　3.3 延時(shí)電路的設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.3.1 定時(shí)器的外部管腳及電路結(jié)構(gòu)16</p><p>　　3.3.2 電路的工作原理18</p><p>　　3.3.3 定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其工作原

10、理18</p><p>　　3.4 驅(qū)動(dòng)單元的設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.5 直流電源的設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.5.1 電源變壓器21</p><p>　　3.5.2 整流電路21</p><p>　　3.5.3 濾波電路22</p><p>　　3.5.4

11、 穩(wěn)壓電路23</p><p>　　3.6 本章小結(jié)25</p><p>　　第四章 整機(jī)電路及工作原理26</p><p>　　4.1 整機(jī)電路原理圖26</p><p>　　4.2 整機(jī)電路的工作原理26</p><p>　　4.3 本章小結(jié)27</p><p>　　

12、第五章 電路的安裝與調(diào)試29</p><p>　　5.1 電路元器件選擇與計(jì)算29</p><p>　　5.1.1 與非門的選擇29</p><p>　　5.1.2 電壓取樣鑒別單元阻容元件的選擇29</p><p>　　5.1.3 延時(shí)電路元件的選擇30</p><p>　　5.1.4 驅(qū)動(dòng)單元

13、元器件選擇和計(jì)算31</p><p>　　5.1.5 直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇和計(jì)算31</p><p>　　5.2 安裝步驟33</p><p>　　5.3 整機(jī)調(diào)試33</p><p>　　5.4 調(diào)試中的問題及解決方法34</p><p>　　5.5 本章小結(jié)35</p>&l

14、t;p><b>　　結(jié)　　論36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　附　　錄38</b></p><p><b>　　致 謝43</b></p><p>　　家用電器自動(dòng)限電保護(hù)器的優(yōu)

15、化設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘　　要</b></p><p>　　當(dāng)今社會(huì)，隨著科技的發(fā)展，家用電器的增多，消耗不斷的增大，家庭的用電安全和節(jié)約用電，也變得越來越重要。這意味著監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)家庭用電量限制家庭電力功率計(jì),超過額定電力時(shí),電路會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī),嗶嗶聲繼續(xù)供應(yīng)電路當(dāng)電力恢復(fù)正常。通過限制電力的頻繁使用的目的,實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約和預(yù)防電路加速老化的目的。它的電子數(shù)字

16、顯示當(dāng)前能力有限、電壓和功率有價(jià)值的特性。與同類產(chǎn)品相比,使用模塊化的設(shè)計(jì)優(yōu)化電氣設(shè)備元素缺乏類似的產(chǎn)品組件,穩(wěn)定性差的缺點(diǎn),本設(shè)計(jì)中使用組件的成本相對(duì)較低。</p><p>　　本文詳細(xì)描述了如何家用電器組合物和自動(dòng)電保護(hù)電路的工作原理和硬件電路的設(shè)計(jì)和印刷電路板中，物質(zhì)生產(chǎn)和調(diào)試進(jìn)行了詳細(xì)討論。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 模元電器件；數(shù)碼管；自動(dòng)限電</p><

17、;p>　　［關(guān)鍵詞與摘要內(nèi)容隔行書寫，詞條用小四號(hào)宋體字，詞條間用分號(hào)（；）隔開，3-5個(gè)關(guān)鍵詞］</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Nowadays, with the development of science and technology, and household appliances increased co

18、nsumption continues to increase, electrical safety and conservation of electricity the family is also becoming increasingly important. This means that monitoring for home consumption limit household power meter, more tha

19、n the rated power, the circuit will automatically shut down, beep continue to supply circuit when power is restored to normal. By frequently used to limit the purpose of electricity, sa</p><p>　　Keywords: mo

20、ld element electrical device; digital tube; automatic load shedding</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　自現(xiàn)代化以來，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人民的生活水平也不斷上升，家

21、用電器也逐步轉(zhuǎn)化為人們的生活必需品,實(shí)用到家庭的衣、食、住、行的各個(gè)方面，尤其是近年來我國(guó)大力推廣家電下鄉(xiāng)政策，電視、洗衣機(jī)、電冰箱已基本普及到了農(nóng)村的家家戶戶。</p><p>　　越來越多的家用電器,讓人們的生活變得越來越舒適和方便,也為中國(guó)的電力設(shè)施提出了更高的要求。尤其是在農(nóng)村地區(qū)家庭用電量急劇增加,供電單位是落后的,有時(shí)會(huì)導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定的家和其他現(xiàn)象,導(dǎo)致許多家用電器不能正常工作,甚至燒毀電器、和其他嚴(yán)

22、重災(zāi)難引起的火災(zāi)事故。為了確保居民用電的安全,而走向了電源電壓不穩(wěn)定時(shí),可以采取以下措施：</p><p>　　1、同時(shí)避免使用電力。今天,很多家庭的家用電器,如果同時(shí)使用不可避免地超載,超載是由電流的直接影響太大,導(dǎo)致過度的壓力降線,用戶電壓太低,導(dǎo)致電線發(fā)熱、嚴(yán)重過載會(huì)導(dǎo)致融化電線或空氣開關(guān)自動(dòng)斷開,所以突然停電,一個(gè)嚴(yán)重的火災(zāi)隱患。因此,應(yīng)該注意在同一時(shí)間不使用電力，特別用電高峰時(shí)期，大功率的電器一定要錯(cuò)開

23、使用。</p><p>　　2、選擇使用節(jié)能電器。選擇購買節(jié)能電器,不僅節(jié)約能源,而且減少家庭用電量。</p><p>　　3、購買和使用監(jiān)管機(jī)構(gòu)。如果電源電壓在家里沒有在使用很長(zhǎng)一段時(shí)間家用電器允許電壓范圍,你應(yīng)該購買和使用一個(gè)穩(wěn)定的電壓設(shè)備。</p><p>　　1.2 課題的目的和意義</p><p>　　全面保護(hù)家庭線路，為生命和財(cái)

24、產(chǎn)安全保駕護(hù)航。具有過載保護(hù)，短路保護(hù)，過流保護(hù)，防雷保護(hù)，過欠壓保護(hù)，漏電保護(hù)，斷零保護(hù)。全自動(dòng)保護(hù)。當(dāng)線路從故障恢復(fù)正常，裝置會(huì)自動(dòng)合閘，從而正常用電。</p><p>　　家用電器的工作在一個(gè)特定的電壓范圍內(nèi),如果電源電壓過高或過低,容易燒壞繞組,所以設(shè)備自動(dòng)限制電源保護(hù)家用電器具有重要的實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　保護(hù)器的功能:當(dāng)電網(wǎng)電壓超出電壓或欠壓條件一般,家用電器將停止供

25、電系統(tǒng),當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常使用,家用電器會(huì)自動(dòng)恢復(fù)供電,當(dāng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)時(shí),在發(fā)生停電后電源、電器的力量為3到5分鐘恢復(fù)供電而設(shè)計(jì)的。</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</p><p>　　1、設(shè)計(jì)一臺(tái)家用電器保護(hù)器，當(dāng)電網(wǎng)電壓大于等于275V或者小于等于160V時(shí)，能自動(dòng)切斷電源。</p><p>　　2、當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常使用后3～5min會(huì)自動(dòng)接通電

26、源。</p><p>　　3、設(shè)備體積小、外形美觀。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，設(shè)計(jì)的家電自動(dòng)限電保護(hù)器的基本思想為：電網(wǎng)電壓處于正常范圍時(shí)，保護(hù)器必須不影響家電的正常使用，而且一旦電網(wǎng)電壓≥275V或≤160V的時(shí)候，保護(hù)器應(yīng)該立刻切斷用電器的電源。當(dāng)正在使的家用電器一旦斷電又恢復(fù)供電時(shí)，保護(hù)器會(huì)延時(shí)3～5min自動(dòng)給家電接通電源，使家電正常使用。所以，家電自動(dòng)限電保護(hù)器的

27、電路主要由以下幾部分組成：電壓取樣單元鑒別、電路延時(shí)、單元驅(qū)動(dòng)、電源供電直流等。其主體方案示意圖如圖1.1所示。下面詳細(xì)地介紹系統(tǒng)各部分的組成及方案論證。</p><p>　　圖1.1 方案示意圖</p><p>　　1.3.1 電壓取樣鑒別的設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)要求保護(hù)器能夠?qū)﹄娋W(wǎng)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，檢測(cè)出電網(wǎng)電壓的過、欠壓異常，并根據(jù)電壓的異常與否

28、輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。</p><p>　　該部分電路功能可由電壓取樣鑒別電路和產(chǎn)生控制信號(hào)的具有記憶功能的觸發(fā)器組成。</p><p>　　1.3.2 驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　驅(qū)動(dòng)主要實(shí)現(xiàn)控制負(fù)載電源線的通斷狀態(tài)。在驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)主要是由直流繼電器和繼電器驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　1.3.3 直流電源的設(shè)計(jì)</p>

29、;<p>　　本設(shè)計(jì)要求保護(hù)器在過、欠壓狀態(tài)下均能夠正常的工作，因此保護(hù)器自身的供電電源必須平穩(wěn)可靠?？刹捎么?lián)式直流穩(wěn)壓電源。自驅(qū)動(dòng)電路和觸發(fā)電路電源電壓不同,直流電源穩(wěn)壓電路兩種不同的輸出電壓值,基本組件供電的電力變壓器,橋式整流,濾波電容器和穩(wěn)壓電路調(diào)節(jié)器電路。</p><p>　　1.4 家用電器自動(dòng)限電保護(hù)器的方框圖</p><p>　　圖1.2 家用電器自動(dòng)限電

30、保護(hù)器方塊圖</p><p>　　通過對(duì)本設(shè)計(jì)具體要求的分析和對(duì)各部分電路實(shí)現(xiàn)方案的考慮。家用電器自動(dòng)限電保護(hù)器的電路方框圖如圖1.2所示。</p><p><b>　　1.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了自動(dòng)節(jié)電器，方案選擇的家電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念，并最終確定系統(tǒng)框圖。這種設(shè)計(jì)單位結(jié)構(gòu)清晰，后續(xù)的安裝和調(diào)試工作帶來了極大的方

31、便。</p><p>　　第二章 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　本課題為基于AT89C51單片機(jī)的家用定時(shí)器的設(shè)計(jì)，所以要充分利用單片機(jī)的各種功能完成這一設(shè)計(jì)。定時(shí)器是通過按鍵確定靜態(tài)顯示時(shí)間，動(dòng)態(tài)顯示工作狀態(tài)，來實(shí)現(xiàn)定時(shí)的效果的。總體方案如圖2.1。</p><p>　　圖2.1 總體設(shè)計(jì)

32、方案</p><p>　　2.2 AT89C51的簡(jiǎn)介</p><p>　　本課題所研究的定時(shí)器主要是以AT89C51單片機(jī)的為核心的，因此能否掌握好這一系列單片機(jī)的相關(guān)功能及應(yīng)用是這一課題的研究的關(guān)鍵所在,外形及引腳排列如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 AT89C51單片機(jī)引腳圖</p><p><b>　　主要

33、特性：</b></p><p>　?。?）與MCS-51兼容；</p><p>　?。?）4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器；</p><p>　　（3）壽命：1000次擦寫周期；</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；</p><p>　　（5）全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz；</p>&l

34、t;p>　?。?）三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；</p><p>　?。?）128×8位內(nèi)部RAM；</p><p>　?。?）32可編程I/O線；</p><p>　?。?）2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；</p><p>　?。?0）6個(gè)中斷源； </p><p>　?。?1）可編程串行通道；</p>

35、<p>　　（12）低功耗的閑置和掉電模式；</p><p>　　（13）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。</p><p>　　2.3 電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　當(dāng)單片機(jī)用于芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，單片機(jī)的XTAL1、XTAL2外接石英晶體和微調(diào)電容，它們組成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)。</p

36、><p>　　圖2.3 晶振電路原理圖</p><p>　　如圖2.3所示，晶振電路采用12M的石英晶體，兩個(gè)微調(diào)電容均為30pF。微調(diào)電容的一端相連后接地，另一端分別連接石英晶體的兩端，然后連接XTAL。</p><p>　　復(fù)位時(shí)單片機(jī)的第一階段的操作。此操作的主要功能是使系統(tǒng)中的處理器和其他組件處于一個(gè)特定的初始狀態(tài)，并且在這種狀態(tài)開始工作。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初

37、始化以外，如果程序是運(yùn)行錯(cuò)誤或錯(cuò)誤系統(tǒng)是在一個(gè)無限循環(huán)，需要按重置按鈕重新啟動(dòng)設(shè)備。</p><p>　　RST引腳是復(fù)位信號(hào)輸入。高電平復(fù)位信號(hào)，高電平時(shí)間可達(dá)24脈沖振蕩周期或更多，用于設(shè)計(jì)頻率為12MHz晶體，所以復(fù)位信號(hào)如圖2.4所示。所有復(fù)位電路分為芯片內(nèi)外兩個(gè)部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)傳送斯密特觸發(fā)器，再由內(nèi)部復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期對(duì)斯密特觸發(fā)器進(jìn)行分析，最終得到內(nèi)部復(fù)位操作所要求的信號(hào)。</

38、p><p>　　復(fù)位操作包括電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位按鈕在兩種。上電自動(dòng)復(fù)位的原則，在電容的外部復(fù)位電路充電來實(shí)現(xiàn)用，只有電源上升時(shí)間不超過1ms,電容則視為短路，電源會(huì)被追加到RST（脈寬＞24T）,SCM會(huì)自動(dòng)復(fù)位，如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 按鍵電平復(fù)位</p><p><b>　　2.3.2 鍵盤</b></p&g

39、t;<p>　　本課題的靜態(tài)串行LED數(shù)碼管要顯示時(shí)間，就需要鍵盤來設(shè)定，鍵盤有陣列式鍵盤、查詢式鍵盤等。</p><p>　　對(duì)于一個(gè)8位I/O口，陣列式鍵盤可以接16個(gè)按鍵，而查詢式鍵盤只可接8個(gè)按鍵。以P1口為例，如果有一個(gè)按鍵，讀取相應(yīng)的位是低的，如果沒有按鍵，相應(yīng)的讀位是很高的。這個(gè)情況來看，按任意鍵，按鍵后，有一定的延時(shí)，防止鍵盤抖動(dòng)。使用靜態(tài)串行顯示模塊顯示鍵值，RXD（P3.0）接7

40、4LS164AD兩端。</p><p>　　首先使所有行線位低電平，當(dāng)鍵盤上沒有鍵按下時(shí)，則所有列線位高電平，即讀到全部為“1”的數(shù)據(jù)：當(dāng)有任意按鍵閉合時(shí)，總有一根列線位低電平，即讀到得數(shù)據(jù)部全為“1”。陣列式鍵盤的電路原理圖如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 陣列式鍵盤電路原理圖</p><p>　　鍵盤上的每一個(gè)按鍵都必須對(duì)應(yīng)一個(gè)鍵值，根據(jù)鍵盤的行

41、列結(jié)構(gòu)不同可以分成不同的編碼方法。例如4×4的鍵盤，可以簡(jiǎn)單地將掃描被按鍵時(shí)的行列數(shù)據(jù)組合成為一個(gè)8位數(shù)作為該鍵的鍵值。</p><p>　　因?yàn)殒I的按下以及釋放都利用機(jī)械觸點(diǎn)的閉合和斷開來實(shí)現(xiàn)，所以機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，器閉合和斷開瞬間都有抖動(dòng)過程。操作如下：在檢測(cè)有鍵按下時(shí)，延時(shí)10ms后再確定該按鍵有無處于保持閉合的狀態(tài)，假如處于閉合狀態(tài)便確認(rèn)它就是被按鍵，否則對(duì)此次按鍵不進(jìn)行操作。</p&g

42、t;<p>　　AT89C51單片機(jī)應(yīng)用的系統(tǒng)中，所有I/O口或者擴(kuò)展I/O口都是作為鍵盤的接口。在本設(shè)計(jì)中是用P1口與鍵盤系統(tǒng)相連的。</p><p><b>　　2.3.3 顯示</b></p><p>　　在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，最常用的顯示器是LED（發(fā)光二極管顯示器），它的結(jié)構(gòu)具有簡(jiǎn)單、成本低、配置靈活的特點(diǎn)。與單片機(jī)的接口也特別方便，因此在單

43、片機(jī)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　本課題在設(shè)計(jì)時(shí)采用的分別是串行靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示。串行靜態(tài)顯示為了在LED顯示器上顯示時(shí)間，在它的8位段選線上加上相應(yīng)的電平組合，即一個(gè)8位數(shù)據(jù)，使得顯示出要求的數(shù)字。這個(gè)數(shù)據(jù)就叫做該字符的段選碼。靜態(tài)顯示由五個(gè)數(shù)碼管組成，用于串行顯示。輸入兩個(gè)信號(hào)，分為串行數(shù)據(jù)線DIN和移位信號(hào)CLK。五系列/和位移的RAM芯片74 LS164端到端。每一塊并行輸出都是數(shù)碼管段

44、的代碼。74 LS164 8位串入并出轉(zhuǎn)移登記，串行輸入1和2，Q0 ~ 8并行輸出，Q7時(shí)鐘移位時(shí)鐘脈沖，上升沿移動(dòng)，時(shí)MR為0，低電平時(shí)，同時(shí)輸出為零。74LS164引腳圖如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6 74LS164的引腳圖</p><p>　　動(dòng)態(tài)顯示，又稱掃描顯示，單片機(jī)P0輸出顯示故障代碼，通過三態(tài)總線收發(fā)器電路74LS245輸出到LED數(shù)碼管，用P2輸出代碼

45、，通過逆變器輸出到LED數(shù)碼管74LS06。</p><p>　　2.3.4 執(zhí)行電路</p><p>　　執(zhí)行電路中主要元件由光耦元件和繼電器組成，形成了一個(gè)執(zhí)行電路，光耦合器也叫做光電隔離器，俗稱光耦。光耦合器用于光作為媒介傳輸電信號(hào)。所對(duì)應(yīng)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離效果。所以在各種電路中得到廣泛的使用?，F(xiàn)在它已經(jīng)成為種類最多、用途最廣泛的光電器件之一。繼電器電路中都要在繼電器的線

46、圈兩端加一個(gè)二極管用來吸收繼電器線圈斷電時(shí)產(chǎn)生的反電勢(shì)，實(shí)現(xiàn)防止干擾的目的。</p><p>　　執(zhí)行電路的原理：高電平通過電阻分壓之后使得三極管基極得到信號(hào)將信號(hào)放大，放大后通過三極管的發(fā)射極驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，光耦元件感應(yīng)到發(fā)光二極管的信號(hào)后，通過發(fā)射極給下一級(jí)三極管發(fā)出信號(hào)，下級(jí)三極管接到信號(hào)后放大信號(hào)并驅(qū)動(dòng)繼電器，使</p><p>　　繼電器開關(guān)閉合，接通220V，驅(qū)動(dòng)臺(tái)燈，使臺(tái)燈工

47、作。執(zhí)行電路的電路圖如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.7 執(zhí)行電路電路原理圖</p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了硬件電路的設(shè)計(jì)。從單片機(jī)、控件、顯示器等零器件闡述了各部分設(shè)計(jì)的思路以及原理，本設(shè)計(jì)證明中方案正確可行，各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定可靠。</p><p>　

48、　第三章 單元電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 電壓取樣鑒別電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　電壓取樣來鑒別電路：這一電路的主要功能是當(dāng)電網(wǎng)電壓≥275V和≤160V時(shí)，向驅(qū)動(dòng)單元發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)繼電器觸電動(dòng)作，家用電器自動(dòng)斷電；當(dāng)電網(wǎng)正常工作時(shí)，幫助延時(shí)電路輸入一個(gè)脈沖下降沿，達(dá)到延時(shí)電路工作，實(shí)現(xiàn)電器經(jīng)3～5min才能通電。</p><p>　　3.1

49、.1 CMOS與非門電路</p><p><b>　　1.電路組成及符號(hào)</b></p><p>　　圖3.1所示是CMOS與非門的電路結(jié)構(gòu)和符號(hào)。圖3.1（a）和P溝道增強(qiáng)型MOS管并聯(lián)，TP1、TP2 N溝道增強(qiáng)型MOS管TP1、TP2系列，TP2，TN2并網(wǎng)輸入、TP1，TN1并網(wǎng)輸入B，如圖3.1所示（b）是一個(gè)與非門的邏輯符號(hào)。</p>&l

50、t;p>　?。╝）電路圖 （b）邏輯符號(hào)</p><p>　　圖3.1 CMOS與非門</p><p><b>　　2.工作原理</b></p><p>　　在圖3.1（a）中，A、B兩點(diǎn)電壓有一個(gè)為低電平0V，TN1、TN2中就會(huì)有一個(gè)截止，TP1、TP2中就總有一個(gè)導(dǎo)通，所以Y電輸出一定為高點(diǎn)平（電源電壓）

51、；故當(dāng)A、B兩點(diǎn)電壓同時(shí)為高電平時(shí)，TN1、TN2才會(huì)都導(dǎo)通，TP1、TP2才會(huì)都截止，Y點(diǎn)才會(huì)為低電平0V。綜上所述，可得如表3.1所示真值表。</p><p>　　表 3.1 與非門邏輯真值表</p><p>　　由表3-1可看出與非門的邏輯功能所知：當(dāng)輸入端中有一個(gè)以上是低電平時(shí)，輸出端是高電平；只有當(dāng)輸入端口都為高電平時(shí)，輸出端口是低電平（即有“0”得“1”，全為“1”得“0”。）

52、。其邏輯表達(dá)式為：</p><p><b>　　（3.1）</b></p><p>　　3.1.2 電壓取樣鑒別電路及其工作原理</p><p>　　該單元電路由與非門G1～G3、電容C1～C3、電阻R1～R8、電位器RP1和RP2、二極管VD1組成，具體電路如圖3.2所示。具體電路工作原理如下：</p><p>　

53、　圖3.2 電壓取樣鑒別電路</p><p>　　1.當(dāng)市網(wǎng)電壓正常時(shí)</p><p>　　電源接通之后,正常的220V電壓經(jīng)電阻R1，R2和R3分壓后,對(duì)由約40伏交流電壓，所述VD1半波整流和C1，C2和R4 R2的兩端成為濾波后的直流電壓采樣，UA=（10?13）的V圖中，UB<值U TH1（與非門G1轉(zhuǎn)移電壓，在CMOS柵極中，閾值電壓等于約一半的直流電源電壓的，即UTH1=

54、0.5VDD), UC>UTH2(與非門G2的轉(zhuǎn)折電壓)，故門G1輸出“1”電平，門G2輸出“0”電平，該信號(hào)作為控制信號(hào)送往延時(shí)電路，此信號(hào)使延時(shí)電路不動(dòng)作。門G3輸出 “1”電平，該信號(hào)作為基本RS觸發(fā)器的控制脈沖改變其狀態(tài) 。</p><p>　　2. 當(dāng)市網(wǎng)電壓≥275V或≤160V時(shí)</p><p>　　因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓升高，所以直流取樣電壓也相應(yīng)升高。故使UB≥UTH1,UC

55、≥UTH2故門G1輸出為“0”電平，門G2輸出為“1”電平，門G3輸出“0”電平；因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓降低，所以直流取樣電壓相應(yīng)降低，故使UC≤UTH1（這時(shí)UB<UTH1）,導(dǎo)致門G2輸出“1”電平，門G3輸出為“0”電平。當(dāng)市網(wǎng)電壓當(dāng)市網(wǎng)電壓≥275V或≤160V時(shí)，門G2輸出由“0”電平翻轉(zhuǎn)為“1”電平，在脈沖下降沿作為延時(shí)電路的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，要使延時(shí)電路工作。門G3輸出為“0”電平，該信號(hào)與延時(shí)電路輸出的信號(hào)同時(shí)控制基本RS觸發(fā)器的

56、狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)。</p><p>　　3.2 RS觸發(fā)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　該部分電路受電壓取樣鑒別電路的控制，主要用于記憶和產(chǎn)生控制信號(hào)送給驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　3.2.1 電路組成與邏輯</p><p>　　圖3.3（a）所示是用兩個(gè)與非門交叉連接起來構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器。、是信號(hào)輸入端，低電平有效，Q和是兩個(gè)互

57、補(bǔ)的信號(hào)輸出端。圖3.3（b）所示是基本RS觸發(fā)器的邏輯符號(hào)。</p><p>　　(a) 邏輯電路圖 (b) 邏輯符號(hào)</p><p>　　圖3.3 由與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器</p><p>　　3.2.2 RS觸發(fā)器工作原理</p><p><b>　　(1)0狀態(tài)</b>

58、;</p><p>　　當(dāng)Q=0、=1的狀態(tài)定義是0狀態(tài)時(shí)，電路的這種狀態(tài)可以自己保持，是穩(wěn)定的。</p><p><b>　　(2)1狀態(tài) </b></p><p>　　當(dāng)Q=1、=0的狀態(tài)定義為1狀態(tài)時(shí)，電路的這種狀態(tài)也可以自己保持，是穩(wěn)定的。</p><p>　　2.電路接收輸入信號(hào)過程</p>&l

59、t;p>　　(1)接收置1信號(hào)過程</p><p>　　狀態(tài)，即將有Q=1、=0.</p><p>　　(2)接收置0信號(hào)過程</p><p>　　當(dāng)D =1、D =0時(shí)，觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)，即Q=1、=0.</p><p>　　由RS觸發(fā)器的工作原理分析，可以很容易的列出表3.2，該基本RS觸發(fā)器的特性表直觀的反映了基本RS 觸發(fā)器兩輸

60、入信號(hào)R和S與觸發(fā)器接收信號(hào)之前所處的現(xiàn)態(tài)（Qn）及觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之后所處的現(xiàn)態(tài)Qn+1之間的關(guān)系。并進(jìn)一步得出出基本RS觸發(fā)器邏輯功能的數(shù)學(xué)表達(dá)式。</p><p>　　約束條件 （3.2）</p><p>　　表3.2 基本RS觸發(fā)器的特性表</p><p>　　延時(shí)電路主要用于電網(wǎng)突然斷電又立即恢復(fù)供電而燒毀家用電器。本電路

61、可采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。為減小體積和性能的穩(wěn)定，采用定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路。</p><p>　　3.3 延時(shí)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 定時(shí)器的外部管腳及電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.定時(shí)器的外部管腳。定時(shí)器是一個(gè)中等規(guī)模的集成電路，只要外部具有適當(dāng)電阻的容量組件，可以產(chǎn)生和脈沖整形電路，定時(shí)、工業(yè)控制、電子儀器、防盜報(bào)警等的組合物廣泛使

62、用。定時(shí)器的外引腳排列圖如圖3.4及其管腳描述如表3.3。</p><p>　　圖3.4 定時(shí)器的外引腳排列圖</p><p>　　表3.3 定時(shí)器的管腳描述</p><p>　　2.定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)。圖3.5示出了內(nèi)部定時(shí)器電路一體化結(jié)構(gòu)，它主要由以下五個(gè)部分：</p><p>　　(1)基本RS觸發(fā)器</p><p&g

63、t;　　是由兩個(gè)與非門，D被用于設(shè)置可從外部零復(fù)位，當(dāng)D= 0，Q = 0，1設(shè)定。</p><p><b>　　(2)比較器</b></p><p>　　A1，A2是兩個(gè)電壓比較器。比較分為兩個(gè)輸入，+和 - ，如果使用U +和U - 相應(yīng)的輸入的電壓，當(dāng)U +> U時(shí) - 它的輸出為高電平，當(dāng)U +<U - 當(dāng)輸出為低電平級(jí)，兩個(gè)輸入開電路電流，輸入電

64、阻趨向于無窮大。</p><p>　　(3)晶體管開關(guān)和輸出緩沖器</p><p>　　晶體管T構(gòu)成開關(guān)，它的狀態(tài)受端控制，當(dāng)為0時(shí)截止、是1時(shí)導(dǎo)通，輸出緩沖器是接在輸出端的反相器，它的功能是提高定時(shí)器的帶負(fù)載能力和隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器的干擾。 </p><p>　　圖3.5 集成定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.3.2 電路的

65、工作原理</p><p>　　表3.4 定時(shí)器基本功能表</p><p>　　D是復(fù)位端（4腳），當(dāng)D＝0，定時(shí)器輸出低電平。平時(shí)D端開路以及接高電平。 CO是控制電壓側(cè)（5腳），平時(shí)輸出2/3 VCC作為比較器A1中，當(dāng)外部5腳的輸入電壓，改變比較器參考電平，從而實(shí)現(xiàn)以控制的另一個(gè)輸出，而不答案的施加電壓，通常通過一種0.01 UF電容器到地面，過濾效果，用于消除外部干擾，保證了

66、參考電平的穩(wěn)定性。</p><p>　　定時(shí)器主要是一個(gè)電阻器和電容器，以及兩個(gè)比較器進(jìn)行測(cè)試，以確定高，低和管放電用開關(guān)的開和關(guān)的電壓電平的輸出電容器。容易地形成從微秒到數(shù)十個(gè)延遲電路的分鐘，同時(shí)可以很容易地構(gòu)成一個(gè)施密特觸發(fā)器，多諧振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等，其基本功能表如表3.4。</p><p>　　3.3.3 定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其工作原理</p><p&

67、gt;　　圖3.6 構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</p><p>　　上圖3.6所示，幫助外部定時(shí)元件和定時(shí)器觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)在C的成分，T傳導(dǎo)內(nèi)R.放電開關(guān)管，VO輸出低電平輸出端，當(dāng)有外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號(hào)到VI，D是鉗位二極管，在功率級(jí)穩(wěn)態(tài)電路輸入端。并執(zhí)行以下1/3 VCC的兩個(gè)潛在的瞬間，低水平比較的動(dòng)作，單穩(wěn)態(tài)電路開始穩(wěn)態(tài)過程中，電容C，VC按指數(shù)規(guī)律持續(xù)增長(zhǎng)。當(dāng)充電的VC到2/3 VCC時(shí)，比較器A 1，高電平比較器的動(dòng)

68、作，放電開關(guān)管T傳導(dǎo)，從高電平輸出端VO降低水平的狀態(tài)，在電容器中的電荷C中的放電開關(guān)管排出后不久，短暫，恢復(fù)穩(wěn)定，為下一個(gè)觸發(fā)脈沖的準(zhǔn)備。臨時(shí)穩(wěn)定TW（即，對(duì)時(shí)間的延遲時(shí)間）的持續(xù)時(shí)間由外部分量R，C的大小來確定。</p><p><b>　　（3.3）</b></p><p>　　使延時(shí)時(shí)間在幾個(gè)微秒和幾十分鐘之間的變化，通過改變R、C的大小。構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工

69、作波形圖如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖</p><p>　　3.4 驅(qū)動(dòng)單元的設(shè)計(jì)</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，不論是保護(hù)器立即斷電還是延時(shí)通電，都需要由繼電器觸電開關(guān)去控制負(fù)載，顯然該保護(hù)器還應(yīng)設(shè)有驅(qū)動(dòng)繼電器線圈的驅(qū)動(dòng)電路。該單元電路是由三極管VT1和VT2、二極管VD2、繼電器K和電阻R這幾個(gè)部分組成。其具體電路如圖

70、3.8 。</p><p>　　該電路的主要功能是：通過RS觸發(fā)器的輸出端（）的狀態(tài)，控制VT1、VT2的飽和導(dǎo)通或截止，使繼電器線圈K中有電流或無電流，其常閉觸點(diǎn)斷開或閉合，家用電器處于停止或工作狀態(tài)。</p><p>　　在本單元電路的設(shè)計(jì)中，利用VT1和VT2組成的復(fù)合型NPN工作于開關(guān)狀態(tài)。采用復(fù)合管可增加其帶負(fù)載能力。三極管被作為開關(guān)元件工作在飽和截止兩種狀態(tài)，相當(dāng)于一個(gè)由基極信

71、號(hào)控制的無觸點(diǎn)開關(guān)，其作用是對(duì)應(yīng)于觸點(diǎn)開關(guān)的“閉合”與“斷開”。圖3.9為三極管工作于開關(guān)狀態(tài)的狀態(tài)圖。</p><p><b>　　圖3.8 驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　圖3.9 三極管開關(guān)特性圖</p><p>　　VD2是續(xù)流二極管，該部件的作用是：當(dāng)二極管VT1與VT2正常工作時(shí)，在其線圈兩端會(huì)產(chǎn)生上負(fù)或者下正的自感電壓，在其

72、繼電器線圈中的電流不會(huì)突然中斷，在很高的電壓中，可能會(huì)擊穿三極管VT1和VT2。因此線圈兩端就不會(huì)產(chǎn)生高的自感電壓，所以VD2的導(dǎo)通使線圈兩端電壓被鉗制，VT1和VT2就不會(huì)被擊穿了。</p><p>　　3.5 直流電源的設(shè)計(jì)</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源提供整個(gè)保護(hù)器各部分工作的直流電壓。電網(wǎng)電壓經(jīng)過電源變壓器降壓，橋式整流，電容器濾波，穩(wěn)壓電路Ⅰ得到約為24V的直流電壓提供給驅(qū)

73、動(dòng)電路和直流繼電器工作電壓，再經(jīng)穩(wěn)壓電路Ⅱ得到約為10V的電壓供給基本RS觸發(fā)器和延時(shí)電路。需要經(jīng)過整流、濾波、變壓、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成。 </p><p>　　3.5.1 電源變壓器</p><p>　　圖3.10 電源變壓器降壓電路</p><p>　　圖3.10所示為一降壓變壓器，它將電網(wǎng)額定電壓交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路。其工作原理

74、是：在220V交流市電經(jīng)S1（圖中未閉合）加到電源變壓器T1的一次繞組兩端，開關(guān)S1閉合時(shí)，交流電流經(jīng)S1從一次繞組的上端流入，從一次繞組的下端流出。由于變壓器繞組的互感作用下，二次繞組兩端輸出一個(gè)比較低的交流電壓。</p><p>　　3.5.2 整流電路</p><p>　　二極管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟妷鹤儞Q成脈動(dòng)的直流電壓叫做整流。</p><p>　　工程上

75、最常用的電箱整流電路是單相橋式整流電路。在整流電路中，二極管都可以作為開關(guān)使用，由圖如圖3.11可知：</p><p>　　當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管D1、D3截止（D2、D4導(dǎo)通），在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周；</p><p>　　當(dāng)正半周時(shí)，二極管D2、D4截止（D1、D3導(dǎo)通），在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過合成，得到結(jié)果是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。</

76、p><p>　?。╝） 電路圖 （b） 波形圖</p><p>　　圖3.11 橋式整流電路及波形圖</p><p>　　3.5.3 濾波電路</p><p>　　通常利用電容或電感元件的電抗特性，脈動(dòng)直流電壓中的大部分交流成分用于整流電路輸出加以濾除，得到直流電壓比較平滑。</p>

77、;<p>　　在該電路中，電能存儲(chǔ)在電容器中，當(dāng)在電壓到電容器，方便電容器充電的末端。當(dāng)所施加的電壓（或更低）丟失，將能夠撲滅存儲(chǔ)電容器。充電時(shí)，在電壓上升的端部，直到接近充電電壓。在排出的相對(duì)兩側(cè)，將電壓降低，直至完全消失。到所帶來的電壓不突變，實(shí)施的兩端的電容的性質(zhì)，進(jìn)行過濾器的任務(wù)。</p><p>　　圖3.12（a）是電容濾波電路。在二極管D1、D3導(dǎo)通期間，E2向負(fù)載電阻Rfz提供電流的

78、同時(shí)，向電容器C充電，一直充到最大值。E2達(dá)到最大值逐漸下降；而電容器兩端電壓由于不能突然變化，所以仍然保持較高電壓。電容器與負(fù)載電阻是處于并聯(lián)狀態(tài)，接在橋式整流整流電路后面。由于C和Rfz較大，放電速度很慢，所以二極管D1、D3受反向電壓不能導(dǎo)通，于是UC便通過負(fù)載電阻Rfz放電。在E2下降期間，電容C上的電壓逐漸下降。</p><p>　　如此重復(fù)，當(dāng)E2負(fù)半周經(jīng)橋式整流后并升高到大于UC時(shí)，又再次對(duì)電容器充

79、電。電容C兩端（即負(fù)載電阻Rfz兩端）一直保持較平穩(wěn)的電壓，比較平滑的波形在波形圖上呈現(xiàn)。為全波整流時(shí)電容濾波前后的輸出波形，如圖3.12（b）所示。</p><p>　　(a) 電路圖 (b) 波形圖</p><p>　　圖3.12 電容濾波電路及工作波形</p><p>　　3.5.4 穩(wěn)壓電

80、路 </p><p>　　(a) 外形圖 (b) 管腳圖</p><p>　　圖3.13 三端集成穩(wěn)壓器</p><p>　　穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)

81、載的變化而變化。由于集成穩(wěn)壓器具有體積小、重量輕、穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，每種電源電路中得到了廣泛的應(yīng)用。一般有三端式集成穩(wěn)壓器，它由輸出、輸入和公共端三個(gè)引出端。三端集成穩(wěn)壓器有輸出負(fù)電壓和輸出正電壓之分。三端集成穩(wěn)壓器內(nèi)部設(shè)有完善的過壓、欠壓和短路保護(hù)電路，使用安全可靠。國(guó)產(chǎn)三端式集成穩(wěn)壓器有W7800（輸出正電壓）和W7900（輸出負(fù)電壓）系列，圖3.13為其外形和管腳圖。</p><p&

82、gt;　　集成穩(wěn)壓器可分為并聯(lián)調(diào)整式、串聯(lián)調(diào)整式和開關(guān)式穩(wěn)壓器三種類型。圖3.14所示是應(yīng)用最廣泛的串聯(lián)式集成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路的方框圖。其工作原理是：輸出電壓UO按比例取出，送入基準(zhǔn)電壓進(jìn)行與比較放大器比較，在放大差值調(diào)試，實(shí)現(xiàn)輸出電壓UO保持穩(wěn)定。 </p><p>　　圖3.14 串聯(lián)式集成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路方框圖</p><p>　　三端固定集成穩(wěn)壓器實(shí)用電路。從變壓器輸出的交流電壓經(jīng)整流

83、濾波后成為不穩(wěn)定的直流電壓，從穩(wěn)壓器的1、3腳輸入，在2、3腳就得到穩(wěn)定的直流電壓，外殼與公共端口連為一體(7800系列)。輸出固定標(biāo)稱電壓穩(wěn)壓器圖3.15是三端固定電壓穩(wěn)壓器最簡(jiǎn)單、最典型的接法。</p><p>　　一般來說，輸出端不需要接大電解電容。輸入端接入0.1～0.47μF的電容CI，完善紋波，以至于抑制輸入瞬態(tài)過電壓。輸出端接0.1μF電容CO，可以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。圖 3.15（b）所示為采用7

84、900系列輸出負(fù)電壓，但是引腳不能接錯(cuò)。</p><p>　　(a) 輸出正電壓 (b) 輸出負(fù)電壓</p><p>　　圖3.15 固定輸出接法</p><p>　　注意：除第一章緒論外，其他每一章都應(yīng)該有一個(gè)本章小結(jié)</p><p><b>　　3.6 本章小結(jié)</b></p

85、><p>　　本章主要對(duì)各單元電路模塊的設(shè)計(jì)、電路實(shí)現(xiàn)原理以及實(shí)現(xiàn)各部分電路所用的元器件進(jìn)行介紹，在具體電路中，實(shí)現(xiàn)每個(gè)技術(shù)指標(biāo)都會(huì)有不同的方案，但根據(jù)實(shí)際情況，則需選擇最適合的。實(shí)驗(yàn)證明本設(shè)計(jì)中各單元電路設(shè)計(jì)方案正確可行，各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定可靠。</p><p>　　第四章 整機(jī)電路及工作原理</p><p>　　4.1 整機(jī)電路原理圖</p><p

86、>　　家用電器自動(dòng)限電保護(hù)器的整機(jī)電路原理圖詳見附錄A。</p><p>　　4.2 整機(jī)電路的工作原理</p><p>　　1.當(dāng)電網(wǎng)電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)</p><p>　　電源剛接通的瞬間，電容C6上的電壓不能突變，因而UC6=0，所以門G7輸出（也是基本RS觸發(fā)器的輸出端Q）“1”狀態(tài)，的輸出“0”狀態(tài)，三極管VT1、VT2截止，繼電器常閉觸點(diǎn)不打開，

87、家用電器得以供電可以啟動(dòng)。</p><p>　　電源接通之后,正常的電網(wǎng)電壓經(jīng)電阻R1、R2和R3分壓后，由R2兩端取出約40V的交流電壓，經(jīng)VD1半波整流再經(jīng)C1、C2及R4濾波后成為直流取樣電壓，使圖中UA=(10～13) V，UB<UTH1 (與非門G1的轉(zhuǎn)折電壓，對(duì)于CMOS門，閾值電壓約等于直流電源電壓的一半，即UTH1=0.5VDD)，UC>UTH2 (與非門G2的轉(zhuǎn)折電壓)，故門G1輸

88、出“1”電平，門G2輸出“0”電平，門G3、G5輸出（RS觸發(fā)器的D端）“1”電平；因?yàn)镚2輸出“0”電平，這時(shí)給定時(shí)器2腳送人一個(gè)負(fù)脈沖，其輸出端3腳輸出“1”電平，對(duì)C6充電，電壓上升，使門G7輸入（RS觸發(fā)器的D端）為“1”電平，所以RS觸發(fā)器端保持初始“0”狀態(tài)，繼電器K常閉觸點(diǎn)仍閉合，電冰箱得以繼續(xù)工作。</p><p>　　2.當(dāng)電網(wǎng)電壓≥275V時(shí)</p><p>　　電網(wǎng)電

89、壓升高，電壓也相應(yīng)升高，因而使UB≥UTH1，UC≥UTH2,故門G1輸出為“0”電平，門G2輸出為“1”電平，門G3、G5輸出“0”電平，基本RS觸發(fā)器D =0，而這時(shí)C6已充電，仍然保持D =1 ，使VT1和VT2飽和導(dǎo)通，繼電器K吸合，常閉觸點(diǎn)K1及K2斷開，電冰箱斷電而停止工作，所以觸發(fā)器的輸出翻轉(zhuǎn)成“1”狀態(tài)。</p><p>　　3.當(dāng)電網(wǎng)電壓≤160V時(shí)</p><p>　　

90、由于電網(wǎng)電壓降低，使直流取樣電壓相應(yīng)降低，因而使UC≤UTH1（這時(shí)UB<UTH1），使迫使觸發(fā)器輸出翻轉(zhuǎn)成“1”狀態(tài)，VT1及VT2飽和導(dǎo)通，繼電器K吸合，常閉觸點(diǎn)K1、K2斷開，電冰箱停止工作，使門G2輸出“1”電平，門G3輸出為“0”電平。</p><p>　　4.當(dāng)電網(wǎng)電壓從大于275V降至略小于275V時(shí)</p><p>　　由于UB<UTH1，門G1的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，輸出

91、為“1”電平，門G2由輸出“0”電平（這時(shí)有UC>UTH2），通過C5給定時(shí)器IC的2腳送入一個(gè)脈沖負(fù)脈沖，則555定時(shí)器3腳變?yōu)椤?”電平（D =1），門G5輸出為“1”電平（D =1），使基本RS觸發(fā)器端保持輸出“1”電平，三極管VT1、VT2飽和導(dǎo)通，繼電器常閉觸點(diǎn)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，家用電器仍停止供電。定時(shí)器3腳變?yōu)椤?”電平的同時(shí)放電管截止，直流電源VDD經(jīng)電阻R13對(duì)電容C7充電，UD（UC7）上升。經(jīng)5分鐘后，UD>

92、2/3VDD，電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，3腳恢復(fù)為“0”電平，經(jīng)電容C9送至RS觸發(fā)器，使D =0 ,這時(shí)因G2輸出“0”電平，G3輸出為“1”電平，即D =1，迫使RS觸發(fā)器端翻為 “0”狀態(tài)，VT1及VT2截止，繼電器常閉觸點(diǎn)閉合，電冰箱恢復(fù)工作。這里定時(shí)器3腳“1”電平的保持時(shí)間（放電管TD的截止時(shí)間）僅與電阻R13和電容C7的乘積成正比，而與直流電源電壓VDD的大小無關(guān)。調(diào)整R13，可以延時(shí)5分鐘。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波型見圖3.7所示。其中

93、Vi為2腳電壓，VC為3腳電壓，V0為7腳電壓的波形。</p><p>　　5.當(dāng)電網(wǎng)電壓從小于160V升至略大于160V時(shí)</p><p>　　由于電網(wǎng)電壓升高，使直流取樣電壓相應(yīng)上升，因而使UC>UTH2（這時(shí)UB<UTH1），G2輸出為“0”電平，通過C5也為定時(shí)器IC的2腳送入一個(gè)負(fù)脈沖，接下來的過程與上述過程相同，電冰箱又恢復(fù)工作。</p><p&

94、gt;<b>　　4.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了家電保護(hù)器的整機(jī)電路及其原理。</p><p>　　家電保護(hù)器基本工作原理為：電網(wǎng)電壓由取樣電阻分壓整流濾波后成為直流取樣電壓，該電壓直接反應(yīng)反應(yīng)電網(wǎng)電壓的變化，利用CMOS與非門的轉(zhuǎn)折電壓等于直流電源電壓的一半的特點(diǎn)，將該模擬直流電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字控制電壓，從門G2輸出的信號(hào)通過電容C5送到

95、定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的的2腳，定時(shí)器的3腳輸出狀態(tài)控制基本RS觸發(fā)器輸入端D的狀態(tài)：門G5輸出的信號(hào)控制基本RS觸發(fā)器的輸入端D的狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時(shí)，門G2輸出信號(hào)隨之發(fā)生變化，控制定時(shí)器3腳輸出電平（基本RS觸發(fā)器輸入端D的狀態(tài)），基本RS觸發(fā)器的輸入端D也發(fā)生變化，兩路信號(hào)共同改變基本RS觸發(fā)器端輸出電平去控制直流繼電器的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)家用電器自動(dòng)限電保護(hù)的功能。</p

96、><p>　　第五章 電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　5.1 電路元器件選擇與計(jì)算</p><p>　　5.1.1 與非門的選擇</p><p>　　因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中需要的與非門比較多，所以選用CD4011，它是四2輸入與非門，其管腳排列圖見圖5.1。CD4011是一個(gè)CMOS集成邏輯門電路，COMS電路的主要參數(shù)的特點(diǎn)如下：</p

97、><p>　?。?）UOH(min)=VDD；UOL(max)=0。所以CMOS門電路的邏輯擺幅（即高低電平之差）較大。</p><p>　?。?）閾值電壓UTH約為VDD/2。VIH(min)= VDD/2</p><p>　　（3）其高、低電平噪聲容限約VDD/2 。</p><p>　?。?）CMOS電路的功耗很小，一般小于1mW/門；&l

98、t;/p><p>　?。?）因CMOS電路有極高的輸入阻抗，故其扇出系數(shù)很大，達(dá)50CMOS門電路功耗低，扇出數(shù)大，噪聲容限大，開關(guān)速度與TTL接近，易大規(guī)模集成，已成為數(shù)字集成電路的發(fā)展方向。</p><p>　　5.1.2 電壓取樣鑒別單元阻容元件的選擇</p><p>　　占供電電壓（220V）的十一分之二，要求在R2兩端取出約40V的交流電壓，故選</p

99、><p>　　R1=R3=56kΩ</p><p><b>　　R2=27kΩ</b></p><p>　　整流二極管選用2CZ55B，濾波電容</p><p>　　C1=47µF/50V ,C2=10µF/50V</p><p>　　因?yàn)槭前氩ㄕ鳛V波電容，電容C1兩端的電壓&l

100、t;/p><p>　　UC1≈UR2=40V</p><p>　　設(shè)二極管VD1的工作電流：</p><p><b>　　又要求：</b></p><p>　　UA(UC2) =(10～13)V(按13V計(jì)算)</p><p><b>　　可計(jì)算出：</b></p>

101、<p>　　圖 5.1 CD4011管腳圖</p><p><b>　　可取。</b></p><p>　　要求UB<UTH1，UC>UTH1，因?yàn)閁TH1= UTH2=1/2VDD，CMOS與非門的電源電壓由直流電源的F端供給，即VDD =UF=10V，所以UTH1= UTH2=5V，以此為據(jù)，可選擇R5=20K，R6=R7=18k，R8=2

102、7k，RP1=10k，RP2=20k的電位器。C3=C4=10Μf/50V。</p><p>　　選R9和R10的作用是保持C6兩端為高電平時(shí)，其電平值的穩(wěn)定。選取R9= R10=100k，電容C5=1μF/50V，C6=33μF/50V。</p><p>　　5.1.3 延時(shí)電路元件的選擇</p><p>　　選C7=100μF/50V，可以計(jì)算出R13的范圍，

103、在圖3中，=1.1RC。</p><p><b>　　當(dāng)時(shí)</b></p><p>　　R13可選用470k的固定阻值與2M的電位器串聯(lián)。</p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　5.1.4

104、 驅(qū)動(dòng)單元元器件選擇和計(jì)算</p><p>　?。哼x，的NPN型小功率硅管，型號(hào)3DG100B(舊型號(hào)3DG6B)</p><p>　?。哼x，的NPN型中功率硅管，型號(hào)3DG130B(舊型號(hào)3DG12B)</p><p>　?。哼x2CZ55B(舊型號(hào)2CZ11K)。</p><p>　　繼電器K：選用直流24V小型通用繼電器。</p&g

105、t;<p>　　的計(jì)算：設(shè)，繼電器K的直流電阻，則三極管的基極臨界飽和電流</p><p>　　=mA=0.53mA</p><p>　　當(dāng)門G6，G7輸出高電平（）時(shí)，要使，飽和導(dǎo)通，則</p><p>　　故 </p><p><b>　　，</b></p><

106、p><b>　　取。</b></p><p>　　5.1.5 直流穩(wěn)壓電源元器件的選擇和計(jì)算</p><p>　　：選，的NPN型小功率硅管，型號(hào)3DG100B(舊型號(hào)3DG6B)</p><p><b>　　穩(wěn)壓二極管的選擇：</b></p><p>　　電路要求F點(diǎn)輸出電壓</p&

107、gt;<p>　　E點(diǎn)輸出電壓 </p><p>　　即 </p><p>　　查手冊(cè)選用2CW59(就型號(hào)2CW18)，其穩(wěn)壓電壓，最大工作電流。</p><p><b>　　的計(jì)算：</b></p><p><b>　　，<

108、;/b></p><p><b>　　可取。</b></p><p>　　集成穩(wěn)壓器的選擇：由于驅(qū)動(dòng)電路選用了24V直流繼電器 ，故三端集成穩(wěn)壓器選用可穩(wěn)定輸出直流+24V 的國(guó)產(chǎn)三端集成穩(wěn)壓器W7824，其輸入端接入=0.33的電容，用以改善紋波，同時(shí)也能抑制輸入瞬態(tài)過電壓。輸出端接=0.1電容，可以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。</p><p>

109、;　　變壓器T的選擇：由于W7824要求其輸入端電壓至少比輸出端電壓大3V， 故</p><p>　　因整流濾波電路為全波橋式且電容濾波，所以變壓器次級(jí)電壓</p><p>　　取=24V。選電源變壓器為初級(jí)輸入220V交流電壓，次級(jí)電壓為24V、電流為0.1A。</p><p>　　橋式整流電路的選擇：整流電路選用集成整流硅橋選用KBP210。</p>

110、<p><b>　　電容,和的選擇：</b></p><p>　　以上電阻均選用RJ0.25W的金屬膜電阻，電位器均選用穩(wěn)定性較好的小型電位器。</p><p><b>　　5.2 安裝步驟</b></p><p><b>　　1.檢查元件的好壞</b></p><

111、p>　　購好元件后，第一步檢查買回元件的好壞，檢測(cè)不同元件好壞，核對(duì)與原理圖是否一致，在檢查好后才可焊件，防止、上件出現(xiàn)錯(cuò)誤后不便改正。</p><p>　　2.放置、焊接元器件</p><p>　　放置各個(gè)元器件的位置，從較低的元件開始，后焊較高的元件和要求較高的元件。容易損壞的元件要后焊。在焊接集成芯片時(shí)，第一步將集成芯片座焊到電路板上，檢查電路沒錯(cuò)后，再將芯片準(zhǔn)確牢固的安裝到芯

112、片座上，注意芯片的安裝方向。</p><p><b>　　5.3 整機(jī)調(diào)試</b></p><p>　　1.安裝時(shí)先暫不將電容C5電路中，當(dāng)焊接完畢且檢查無誤后方可進(jìn)行調(diào)試。</p><p>　　2.首先調(diào)試電壓取樣鑒別單元</p><p>　　(1)將電位器RW1、RW2的調(diào)節(jié)端置于中點(diǎn)位置，將市電接入可將市網(wǎng)電壓2

113、20V調(diào)節(jié)為160V～275V輸出的調(diào)壓器的輸入端，調(diào)壓器的輸出端與家電限電保護(hù)器的市電輸入端相接。 </p><p>　　(2)把調(diào)壓器的輸出調(diào)在220V，測(cè)量圖中A點(diǎn)電壓UA應(yīng)在12V左右，若偏差較大，可改變電阻R1和電容C1的數(shù)值，但R1和C1不能調(diào)的太大，如果它們的時(shí)間常數(shù)太大，將會(huì)使保護(hù)器工作時(shí)的動(dòng)作過分遲緩，不能起到保護(hù)作用。</p><p><b>　　(3)超壓點(diǎn)

114、的調(diào)試</b></p><p>　　將調(diào)壓器輸出電壓調(diào)高，使之升高到250V。緩慢調(diào)節(jié)電位器RP1至門G1輸出由“1”翻轉(zhuǎn)為“0”時(shí)停止。使門G2輸出“1”電平，門G3 、G5輸出“0”電平，基本RS觸發(fā)器輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，輸出端為“1”電平，使三極管VT1，VT2組成的復(fù)合管飽和導(dǎo)通，繼電器吸合，用電器供電斷路；在調(diào)節(jié)調(diào)壓器使其輸出電壓略低于250V，使門G1又恢復(fù)為輸出“1”電平。</p>

115、<p><b>　　3.再調(diào)延時(shí)電路</b></p><p>　　把定時(shí)器的低電平輸入端2腳與地短接一下，輸入一個(gè)負(fù)脈沖，定時(shí)器輸出端3腳立即由“0”電平翻轉(zhuǎn)為“1”電平，延時(shí)一定的時(shí)間后，又恢復(fù)到“0”電平。。</p><p><b>　　4.最后整機(jī)調(diào)試</b></p><p>　　將電容C5接入電路中，