停電來電報(bào)警電路

1、單位代碼 01 學(xué)號(hào)_050102109 分 類 號(hào) TP202 密 級(jí)_ _ 畢業(yè)論文 來電、停電報(bào)警電路的分析 院（系）名稱信息工程學(xué)院 專業(yè)名稱電子信息工程 學(xué)生姓名郭萬順 指導(dǎo)教師高景霞2009 年 4 月 30 日日 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 I 頁 來電、停電報(bào)警電路的分析摘 要電是一種無污染、易轉(zhuǎn)化、優(yōu)質(zhì)高效的能源，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活中，已成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要支柱。隨著電子產(chǎn)品的增多，對(duì)電能的需求量也在與日俱增，但由于電力的供應(yīng)不足和電路故障，停電的事情時(shí)有發(fā)生。一但市電供應(yīng)中斷，對(duì)人們的生活和生產(chǎn)都造成很大的損失，此時(shí)如果不加以及時(shí)補(bǔ)救，經(jīng)濟(jì)損失就在所難免。而來電、

2、停電報(bào)警器便能在市電停電或來電時(shí)，及時(shí)的提醒人們盡早的采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施來減少經(jīng)濟(jì)損失。這次論文論述幾種常見報(bào)警電路的工作原理，并依據(jù)經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用，易于集成化，小型化的原則，對(duì)來電、停電多功能報(bào)警器作詳細(xì)的分析說明。對(duì)于多功能來電、停電報(bào)警器，在停電或來電時(shí)，信號(hào)通過電源電路、數(shù)字邏輯電路和控制輸出電路，從而使報(bào)警器鳴報(bào)警；在市電正常或停電期間，不報(bào)警；在發(fā)生緊急事故時(shí)，報(bào)警器報(bào)警。在電力重要并且緊缺的今天，使來電、停電報(bào)警器向多功能、集成化、小型化發(fā)展，還有很多的研究工作，所以具有廣闊的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：集成，數(shù)字邏輯，報(bào)警器，市電 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 II 頁 The analy

3、sis of incoming telegram or blackout alarm circuit calls Author:Guo WanshunTutor :Gao JingxiaAbstractElectricity is a kind of non-pollution, easy conversion, high quality and efficiency energy, it is widely used in the compilation of economic and social lives, and it has become an important pillar o

4、f economic and social development. With the electronic products increase, increasing demand for energy, but as a result of the electric power insufficient supply and the electric circuit break down, the power cutting sometimes occurs. Once the mains interrupt, it will cause great damage to peoples l

5、ife and production, if our action is not timely remedial, economic loss is unavoidable. The incoming telegram or blackout alarm will power when the commercial power income and fail, it timely remind people as soon as possible to take corresponding remedial measures to reduce the economic loss. This

6、article discusses several common alarm circuit principles of work, and according to the economy, reliable, practical, easy integration, militarization, principle of power is to make calls, a detailed analysis of the multi-functional alarm. For multifunctional power alarm, electricity normal or cut,

7、in power or power supply circuit, signals through digital logic circuit and control the output circuit, thereby alarm bell alarm, The normal mains or during the blackout in, alarm. In the event of an emergency, the alarm gives an alarm. In power and shortage of today, the alarm will become multifunc

8、tional, integration, militarization, so it has a lot of research and development work, so it has broad prospects for development.Key words: Integration，Digital logic，Alarm，Commercial power 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 III 頁目 錄1 緒 論.11.1 課題背景及意義.11.2 課題研究?jī)?nèi)容及方法.11.3 停電、來電報(bào)警器的發(fā)展前景. 22 報(bào)警電路的優(yōu)缺點(diǎn)分析和選取.32.1 停電來電報(bào)警電路（一）.32

9、.1.1 報(bào)警電路的結(jié)構(gòu).32.1.2 報(bào)警電路的工作原理.42.1.3 報(bào)警電路的優(yōu)缺點(diǎn). 42.2 停電來電報(bào)警電路（二）.52.2.1 報(bào)警電路的結(jié)構(gòu).52.2.2 報(bào)警電路的工作原理. 52.2.3 報(bào)警電路的優(yōu)缺點(diǎn).63 停電、來電多功能報(bào)警電路的分析. 83.1 報(bào)警電路的組成. 83.1.1 電源電路.83.1.2 數(shù)字邏輯電路. 103.1.3 輸出控制電路.133.1.4 附加電源電路.153.2 電路的工作原理. 17總結(jié).19致謝.20參考文獻(xiàn) .21 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 IV 頁附錄.22 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 1 頁1 緒 論1.1 課題背景及意義電是一種無

10、污染、易轉(zhuǎn)化、優(yōu)質(zhì)高效的能源，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活中，已成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要支柱。隨著電子產(chǎn)品種類的不斷增長(zhǎng)，人們的生活也在隨之改善，相應(yīng)人們對(duì)電能的消耗也越來越大。電力的匱乏和一些大功率的電子產(chǎn)品應(yīng)用的普及，停電的事情還時(shí)有發(fā)生，特別是在夏季的用電高峰期，發(fā)電廠也只能采取限電的措施。除了電力的匱乏，還有所引起的意外事故也時(shí)有發(fā)生。這些都對(duì)人們的生活，社會(huì)的生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)帶來很大的負(fù)面影響。比如一些重要的工作場(chǎng)所，在停電時(shí)往往用多路市電或備用的發(fā)電機(jī)發(fā)電來滿足用電需要。而在電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，則希望能迅速停止備用發(fā)電機(jī)工作。電子產(chǎn)品的革新與換代越來越快，技術(shù)要求也越來越高，功能卻越來越多樣化

11、與智能化。大部分機(jī)械及功能電路都無須人工現(xiàn)場(chǎng)操作，而大部分情況下，當(dāng)機(jī)械或是電路出現(xiàn)問題時(shí)，基本上都是用報(bào)警電路來提醒人們。這樣就需要報(bào)警電路能夠具有經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用，易于集成化，小型化，功能多等特點(diǎn)，來適應(yīng)人們的需要和市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)工作市電停電時(shí)，通過報(bào)警器的警示，工作人員如果能夠即使地切換到進(jìn)線市電，或啟用發(fā)電機(jī)，能在工作市電無電的情況下繼續(xù)正常的工作。在市電來電的情況下，通過報(bào)警器的提醒，能夠及時(shí)的讓進(jìn)入市電工作，關(guān)閉發(fā)電機(jī)。這樣不僅可以提高工作效率和生產(chǎn)效益，還能減少不必要的浪費(fèi)，在現(xiàn)實(shí)生活中具有重要的意義。1.2 課題研究?jī)?nèi)容及方法對(duì)本課題的分析，通過查閱相關(guān)資料，詳細(xì)的了解到了一些

12、停電、來電報(bào)警電路的相關(guān)知識(shí)，以及關(guān)于它的一些非常繁瑣、復(fù)雜的電路組成，所以在開始對(duì)次課題進(jìn)行分析時(shí)，要先熟悉 TLP521-4、CD4011、CD4069 等元件的工作原理，并對(duì)報(bào)警器內(nèi)部電路組成有比較熟悉的掌握，我們也需要了解濾波，整流元件在電路中的作用。另外，電力在現(xiàn)實(shí)生活中的供應(yīng)不足，對(duì)人們的生活和社會(huì)的生產(chǎn)具有相當(dāng)大的制約，讓人們?cè)陔娏?yīng)不足的情況下，能夠提醒人們換用其他方式來提高生產(chǎn)效益。因此，在這次課題分析中，停電、 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 2 頁來電報(bào)警電路在現(xiàn)實(shí)生活中具有很重要的意義。在最后的電路圖制作與布線中，我們常用的軟件就是 Protel99SE 電子制圖軟件，其具

13、有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及 3D 模擬功能，是一個(gè) 32 位的操作軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印刷電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作。因而，利用此軟件進(jìn)行電路圖的制作和自動(dòng)布線也是這次課題的要求之一，是課題完成的必要手段。1.3 停電、來電報(bào)警器的發(fā)展前景電作為一種無污染、易轉(zhuǎn)化、優(yōu)質(zhì)高效的能源，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活中，并成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要支柱。但由于電力供不應(yīng)求和電力故障都在影響人們的生活和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，停電、來電報(bào)警器能夠提醒人們?cè)谑须娡ｋ姇r(shí)，切換市電或啟用備用發(fā)電機(jī)，在來電時(shí)關(guān)閉備用發(fā)電機(jī)，以提高生產(chǎn)效益和降低生產(chǎn)成本，對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的意義。電子產(chǎn)品發(fā)展到今天，由

14、于集成電路具有體積小、功耗低、可靠性高、性能好以及易于使系統(tǒng)整機(jī)實(shí)現(xiàn)少調(diào)整和不調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，集成化、小型化、多功能化已經(jīng)成為當(dāng)代電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方向。使來電、停電報(bào)警器的內(nèi)部電路也能夠集成化、小型化、多功能化，并且能夠經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠，這些都是現(xiàn)在的報(bào)警器所不能具備的。所以來電、停電報(bào)警器仍有相當(dāng)廣闊的發(fā)展前景。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 3 頁2 報(bào)警電路的分析和選取2.1 停電來電報(bào)警電路（一）本例介紹的停電、來電報(bào)警器，使用時(shí)接在 220v 交流電網(wǎng)上，在市電停電后和再次來電時(shí)均會(huì)自動(dòng)發(fā)出約 50s 的蜂鳴報(bào)警聲，告知使用者“已停電”或“已來電”的信息。針對(duì)報(bào)警電路的結(jié)構(gòu)、原理以及電路的優(yōu)缺

15、點(diǎn)介紹如下。2.1.1 報(bào)警電路的結(jié)構(gòu)此停電、來電報(bào)警電路由電源電路、市電檢測(cè)電路、超低頻振蕩器1、音頻振蕩器和音頻驅(qū)動(dòng)輸出電路組成，其電路如圖 2.1 所示。在停電和再次來電時(shí)，會(huì)發(fā)出約有 50s 的蜂鳴報(bào)警聲。此電路中的電源電路由降壓電容器 C1、電阻器 R0、穩(wěn)壓二極管 VS、整流二極管 VD1 和濾波電容器 C2 組成；市電檢測(cè)電路由二極管 VD1、VD3、電阻器 R2 和六非門集成電路 IC（D1D6）內(nèi)部的非門 D1 組成；超低頻振蕩器由非門 D2、D3、電阻器 R5、電位器 RP1 和電容器 C4 組成，其工作頻率約 2Hz；音頻振蕩器由非門 D4、D5、電阻器 R6、圖 2.1

16、 來電、停電報(bào)警電路（一） 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 4 頁電位器 RP2 和電容器 C5 組成，其工作頻率約 800Hz。音頻驅(qū)動(dòng)輸出電路由非門 D6 和蜂鳴器 HA 組成。2.1.2 報(bào)警電路的工作原理交流 220V 電壓經(jīng) C1 降壓、VS 穩(wěn)壓、VD2 整流及 C2 濾波后，為 IC 提供 9V 的直流電壓。在市電路來電（或停電后又來電）時(shí)，VD1 因負(fù)極為高電平而處于截止?fàn)顟B(tài)，C3 兩端的電壓不能突變，仍維持低電平，D1 輸出高電平，使 VD4 截止，超低頻振蕩器振蕩工作，輸出頻率約 2Hz 的超低頻振蕩信號(hào)2，對(duì)音頻振蕩器進(jìn)行調(diào)制，使蜂鳴器 HA 發(fā)出“嘀、嘀”的報(bào)警聲，完成初始加

17、電或停電后又來電時(shí)的報(bào)警功能。與此同時(shí)，9V 電壓通過 R2 對(duì) C3 充電，當(dāng) C3 兩端電壓升至闌值電壓（約 3V）時(shí)，Dl 輸出低電平，使 VD4導(dǎo)通，超低頻振蕩器和音頻振蕩器停振，HA 停止發(fā)聲。若市電突然中斷，則 VD1 負(fù)極的電壓消失，C2 上所充電荷對(duì) IC 放電，維持對(duì) IC 供電，此時(shí) VD1 導(dǎo)通，C3 通過 VDl 和 VD3 迅速放電，使 D1 輸出高電平，VD4 截止，超低頻振蕩器又振蕩工作，其輸出的振蕩信號(hào)對(duì)音頻振蕩器進(jìn)行調(diào)制，蜂鳴器 HA 再次發(fā)出“嘀、嘀”報(bào)警聲，告知用戶停電信息。當(dāng) C2 放電結(jié)束后，整個(gè)電路停止工作。2.1.3 報(bào)警電路的優(yōu)缺點(diǎn)此報(bào)警電路通過

18、電容降壓的方式，盡管電路簡(jiǎn)單、成本低，但是是通過電容器把交流電引入負(fù)載中，自身對(duì)地有 220V 電壓，人易觸電，因而不安全，且降壓電容的相對(duì)壽命較短。蜂鳴器的報(bào)警時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，如果在人已感知的情況下，還在報(bào)警，這些聲音就成了人們生活中的噪音了。對(duì)于電源電路，應(yīng)該先降壓，后整流，會(huì)使效率變低，并且調(diào)壓的范圍也會(huì)很窄。蜂鳴器的報(bào)警電壓，直接由 IC 提供，所提供的電壓如果不夠蜂鳴器的報(bào)警功率，則報(bào)警器可能不報(bào)警，就失去了電路報(bào)警的作用。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 5 頁圖 2.2 來電停電報(bào)警電路（二）2.2 停電來電報(bào)警電路（二）本例介紹一款采用分立元器件制作的停電、來電報(bào)警器，它具有電路簡(jiǎn)單、

19、容易制作等特點(diǎn)。以下就報(bào)警器的結(jié)構(gòu)、原理以及優(yōu)缺點(diǎn)作以簡(jiǎn)單分析。2.2.1 報(bào)警電路的結(jié)構(gòu)該停電、來電報(bào)警器電路如圖 2.2 所示，由圖可以看出該電路由電源電路、電源檢測(cè)電路和音頻振蕩器組成。其中電源電路由電源變壓器 T、整流二極管 VD1、VD2 和濾波電容器 C1、C2 組成。電源檢測(cè)電路3由晶體管 V1、V2、電阻器 R1R4、二極管 VD3 和電容器 C3 組成。音頻振蕩器由晶體管 V3、V4、二極管 VD4、VD5、電容器 C4,電位器RP1、RP2 和揚(yáng)聲器 Bl 組成。2.2.2 報(bào)警電路的工作原理交流 220V 電壓經(jīng) T 降壓后，在 T 二次線圈外側(cè)的 W2 和 W3 繞組上

20、分別產(chǎn)生交流 9V 和 6V 電壓。交流 9V 電壓經(jīng) VD1 整流和 C1 濾波后，為音頻振蕩器4提供工作電源。交流 6V 電壓經(jīng) VD2 整流和 C2 濾波后，作為 V1 和 V2 的工作電源。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 6 頁在交流電源正常供電時(shí)，經(jīng) VD2 整流后的直流電壓經(jīng) R4 加至 V3 的發(fā)射極（約 5. 6V），使音頻振蕩器處于停振狀態(tài)，Bl 不發(fā)聲。停電后，C1 上存儲(chǔ)的電荷維持對(duì)音頻振蕩器的供電，音頻振蕩器振蕩工作，驅(qū)動(dòng) Bl發(fā)出音響報(bào)警聲。當(dāng) C1 放電結(jié)束后，此時(shí) V3 發(fā)射極的高電平消失，音頻振蕩器停止工作，報(bào)警聲消失。停電后再來電時(shí)，由于 C3 兩端電壓在剛接通電

21、源時(shí)不能突變，仍維持低電平，V1 截止，V2 飽和導(dǎo)通，V3 的發(fā)射極為低電平，音頻振蕩器振蕩工作，Bl 發(fā)出報(bào)警聲。延時(shí)約10s，C3 充滿電時(shí)，V1 導(dǎo)通，V2 截止，V3 的發(fā)射極變?yōu)楦唠娖剑纛l振蕩器停振，Bl停止發(fā)聲。調(diào)節(jié) RP1 和 RP2 的阻值，可改變音頻振蕩器的振蕩頻率，從而改變報(bào)警聲的節(jié)奏和音調(diào)。2.2.3 報(bào)警電路的優(yōu)缺點(diǎn)變壓器把 220V 交流電隔離并降壓，然后經(jīng)過整流電路給電池充電，有安全、穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、效果好的優(yōu)點(diǎn)，但是體積大，成本較高，不利于集成化，小型化。在變壓器的右端，即 W2、W3 端沒有穩(wěn)壓器，如果在市電剛來時(shí)，電壓小于 220V 則可能會(huì)影響到電源檢測(cè)電

22、路和音頻振蕩器。此報(bào)警器采用模擬電路，其傳輸?shù)乃俣容^慢，準(zhǔn)確性較差，不利于小型化和集成化。次報(bào)警器的報(bào)警時(shí)間，只有 10s，這樣短的時(shí)間，可能不能引起人們的注意，這樣就會(huì)導(dǎo)致人們不能及時(shí)的切換電路或開關(guān)發(fā)電機(jī)，造成損失。2.3 報(bào)警電路的選取報(bào)警電路的選取總攬以上兩種報(bào)警電路的優(yōu)缺點(diǎn)，所選用的電路應(yīng)該具有一下特點(diǎn)。1多功能。此電路除了來電、電報(bào)警之外，還能在發(fā)生緊急事故時(shí)，提供警示，可以讓人們及早的預(yù)防，來減少生命和財(cái)產(chǎn)的損失。2集成化和小型化。首先，在電源電路中，應(yīng)避免降壓電容的不安全性和變壓器的體積大以及成本高。其次，在邏輯分析和判斷電路中，避免用模擬電路，即使用數(shù)字電路。3準(zhǔn)確性。電路選

23、用數(shù)字電路進(jìn)行邏輯分析和判斷，不但能夠準(zhǔn)確和快速的將高低 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 7 頁電平傳輸?shù)娇刂戚敵霾糠帧?報(bào)警時(shí)間。報(bào)警器的報(bào)警時(shí)間，由人為控制，可以更好并且更有效的提醒人們，不至于太長(zhǎng)，產(chǎn)生多余噪聲；太短，不能有效的提醒人們。5可靠性高，經(jīng)濟(jì)，實(shí)用。報(bào)警器報(bào)警的時(shí)候，報(bào)警器的電源采用外加電源供電，可以保證報(bào)警器的輸出有足夠的功率。外加電源采用蓄電池后備供電，以減少生產(chǎn)成本。由此可見，以上兩個(gè)報(bào)警電路均不符合電路選取的原則，故均不采用。對(duì)于另外一個(gè)報(bào)警電路來電、停電多功能報(bào)警電路來說，便滿足以上條件。首先，在電源電路中才用了 TLP521-4，CD4011 和 CD4069 就滿足了

24、電路的集成化和小型化，以及準(zhǔn)確性。其次，對(duì)于報(bào)警時(shí)間的控制，由電路中的監(jiān)控開關(guān)控制，當(dāng)市電都正常或工作市電停電時(shí)，監(jiān)控開關(guān)置停電報(bào)警位；當(dāng)市電都停電，或進(jìn)線市電的一路或兩路來電時(shí)，監(jiān)控開關(guān)5置來電報(bào)警位，監(jiān)控開關(guān)的切換可以控制報(bào)警的時(shí)間。再次，電路有緊急按鈕，即可保證在出現(xiàn)意外事故時(shí)，按下緊急按鈕，是電路報(bào)警，即電路的多功能性。最后，附加電源電路既能保證報(bào)警器的輸出功率，即可保證電路的可靠性。因此選用來電、停電多功能報(bào)警電路，以下就對(duì)報(bào)警電路的結(jié)構(gòu)和原理作詳細(xì)的分析和說明。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 8 頁 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 9 頁3 停電、來電多功能報(bào)警電路的分析3.1 報(bào)警電路的組

25、成該停電、來電多功能報(bào)警電路的市電檢測(cè)線有 4 個(gè)，分別是兩路市電進(jìn)線 A 和 B，以及工作市電，和公共零線6組成。停電、來電報(bào)警電路由電源電路，數(shù)字邏輯電路，輸出控制電路，附加電源組成，其原理圖如圖 3.1 所示。3.1.1 電源電路電源電路由整流二極管，穩(wěn)壓二極管，降壓電阻和濾波電容器，以及光耦芯片TLP521-4 組成。電源電路能實(shí)現(xiàn)對(duì)市電強(qiáng)電進(jìn)行隔離。電源電路通過穩(wěn)壓二極管、降壓電阻后，在旁路電容端得到較穩(wěn)定的 12V 直流電，然后加在光耦芯片端（1，3，5） 。在光耦芯片的另一端（12，14，16）輸出低電平（相應(yīng)電路有 220V 左右的交流電） ，從而完成把市電有無轉(zhuǎn)換為高低電平。

26、整流二極管的作用是整流，把市電的交流電變?yōu)閱蜗蛎}沖電流。由于二極管的基本性圖 3.1 停電、來電多功能報(bào)警電路 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 10 頁圖 3.2 穩(wěn)壓管的伏安特性質(zhì)是“單向?qū)щ姟?，交流電流過時(shí)，只有正（或負(fù)）半周時(shí)電流能流過，而在負(fù)（或正）半周時(shí)，電流是截止的，就是說，只有半個(gè)周期的電流流過，另半個(gè)周期因?yàn)殡娏鞣较蚴窍喾吹牟荒芰鬟^，這樣在電路中就只有一個(gè)方向的電流了，也就是把交流電變成了單向脈動(dòng)電流。穩(wěn)壓二極管7是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管。此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件。穩(wěn)壓管在反向擊穿時(shí)，在一定的電流范圍內(nèi)（或者說在一定功率損

27、耗范圍內(nèi)） ，端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性。當(dāng)把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動(dòng)，或其它原因造成電路中各點(diǎn)電壓變動(dòng)時(shí)，負(fù)載兩端的電壓將基本保持不變。穩(wěn)壓管的伏安特性及符號(hào)如圖 3.2 所示。電容在電源電路中其濾波作用。整流電路將交流變成脈動(dòng)14的直流，而在整流電路之后接入一個(gè)較大容量的電解電容，利用其充放電特性，使整流后的脈動(dòng)直流電壓變成相對(duì)比較穩(wěn)定的直流電壓。穩(wěn)壓二極管8是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件.在這臨界擊穿點(diǎn)上,反向電阻降低到一個(gè)很少的數(shù)值,在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定,穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的,根據(jù)這種特性,穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓

28、器或電壓基準(zhǔn)元件使用。光電耦合器(簡(jiǎn)稱光耦)，是一種把發(fā)光元件和光敏元件封裝在同一殼體內(nèi)，中間通過電光電的轉(zhuǎn)換來傳輸電信號(hào)的半導(dǎo)體光電子器件。TLP521-4的內(nèi)部原理圖如圖3.3所 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 11 頁圖 3.3 TLP521-4 的內(nèi)部原理圖示。光耦以光信號(hào)為媒介來實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的耦合與傳遞，輸入與輸出在電氣上完全隔離，具有抗干擾性能強(qiáng)的特點(diǎn)。對(duì)于既包括弱電控制部分，又包括強(qiáng)電控制部分的工業(yè)應(yīng)用測(cè)控系統(tǒng)，采用光耦隔離可以很好地實(shí)現(xiàn)弱電和強(qiáng)電的隔離，達(dá)到抗干擾目的。其工作原理單就1，2，15，16管腳進(jìn)行說明，16腳接外加電壓+5V，15腳接地。當(dāng)1，2兩腳之間存在外加電壓時(shí)，發(fā)光

29、二極管導(dǎo)通發(fā)光，光照在光敏三極管的基極，光敏三極管導(dǎo)通，則在光敏三極管的集電極輸出低電平。當(dāng)1，2兩腳之間無電壓時(shí)，發(fā)光二極管不導(dǎo)通，不發(fā)光，光敏三極管截止，則16腳處于高電平。這樣便起到了強(qiáng)電隔離的作用。3.1.2 數(shù)字邏輯電路數(shù)字邏輯電路由 CD4011 與非門芯片和一片 CD4069 非門芯片，電阻，和兩個(gè)二極管組成。數(shù)字邏輯電路對(duì)電路進(jìn)行邏輯分析和判斷。CD40119都是一個(gè)四輸入與非門集成電路，其引腳圖如圖 3.4 所示。CD4011 的四個(gè)與非門相互之間不無聯(lián)系，即 1，2 輸入，3 輸出；5，6 輸入，4 輸出，兩個(gè)門的輸入、 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 12 頁圖 3.4 CD4

30、011 的內(nèi)部原理圖圖 3.5 TTL 與非門的模擬原理圖輸出不會(huì)相互影響。CD4011 在工作電路中，14 管腳接高電位，7 腳接低電位。對(duì)于與非門10的邏輯功能,用 TTL 與非門進(jìn)行說明，如圖 3.5 所示。圖中的與非門電路由三三部分組成：第一部分由多發(fā)射極晶體管 T1和電阻 R1組成電路的輸入級(jí)，該級(jí)實(shí)現(xiàn)與功能；第二部分由 T2和電阻 R2、R3組成中間級(jí)，從 T2的集電極和發(fā)射級(jí)同時(shí)輸出兩個(gè)相位相反的電壓(實(shí)現(xiàn)倒相)，并分別送到 T3、T4管的基極，以滿足輸出級(jí)的需要；第三部分由 T3，D，T4和 R4組成輸出級(jí)，這種電路形式稱推拉式電路，它不僅輸出阻抗低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，而且可以提高

31、工作速度。第二部分和第三部分共同實(shí)現(xiàn)了非功能。其工作原理為：當(dāng)輸出高電位時(shí) T3、D 導(dǎo)通，T4截止；輸出為低電位時(shí)，T3和 D 截 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 13 頁圖 3.6 與非門的電壓傳輸特性止 T4飽和導(dǎo)通。TTL 與非門的各級(jí)工作狀態(tài)如表 3.1 所示。 表 3.1TTL 與非門各級(jí)工作狀態(tài)輸入狀態(tài)輸出電位T1T2T3DT4全部為高電位 UIH低電位UOL反向放大飽和截止截止飽和一個(gè)或多個(gè)為低電位 UIL高電位UOH飽和截止導(dǎo)通導(dǎo)通截止TTL 與非門具有較高的開關(guān)速度，主要原因主要有兩點(diǎn)：一是由于采用了多射極管 T1，它縮短了 T2和 T5的開關(guān)時(shí)間。二是由于采用了推拉式輸出電路，

32、加速了 T5管存儲(chǔ)電荷的消散過程。此外，由于采用推拉式輸出級(jí)，與非門輸出低電平時(shí) T5處于深飽和狀態(tài)，輸出電阻很低；而輸出高電平時(shí) T3、T4導(dǎo)通，組成射極跟隨器，其輸出電阻也很低，因此無論哪種狀態(tài)輸出電阻都很低，都有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力。TTL 與非門的電壓傳輸特性曲線如圖 3.6 所示。傳輸特性曲線大致分為四段：當(dāng)輸入電壓小于 0.6V 時(shí)，T1工作在深飽和狀態(tài)，T2和 T5截止，T3、T4均導(dǎo)通，此段為截止區(qū)。當(dāng)輸入電壓在 0.6V 和 1.3V 之間時(shí)，T2開始導(dǎo)通，T5尚未導(dǎo)通，T2處于放大狀態(tài)，集電極電壓隨輸入電壓的增加而下降，此段為線性區(qū)。當(dāng)輸入電壓在 1.3V 和 1.4V 之間時(shí)

33、，T5開始導(dǎo)通，最后 T3、T4截止，T5進(jìn)入飽和狀態(tài)，此段為轉(zhuǎn)折區(qū)。當(dāng)輸入電壓大于 1.4V 時(shí)， 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 14 頁圖 3.7 CD4069 的內(nèi)部原理圖隨著輸入電壓的增加，T1進(jìn)入倒置工作狀態(tài)，T3導(dǎo)通，T4截止，T2和 T5飽和，因而輸出低電平，此段為飽和區(qū)。CD406911是一片 CMOS 非門芯片，其內(nèi)部原理圖如圖 3.7 所示。非門又稱反相器，即當(dāng)其輸入端為高電平時(shí)輸出端為低電平，當(dāng)其輸入端為低電平時(shí)輸出端為高電平。也就是說，輸入端和輸出端的電平狀態(tài)總是反相的。在數(shù)字邏輯電路的后端輸出部分，兩二極管的作用實(shí)際起到了或門的作用，只要有一路為高電平，通過三極管控制繼電

34、器就會(huì)吸和，輸出+12V 的直流電到報(bào)警電路，使報(bào)警電路報(bào)警。3.1.3 輸出控制電路輸出控制電路主要由報(bào)警器，監(jiān)控轉(zhuǎn)換開關(guān)，C1815NPN 型三極管，緊急按鈕和繼電器組成。三極管和繼電器主要控制報(bào)警器的報(bào)警。三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，報(bào)警器報(bào)警；三極管截止，繼電器不吸合，報(bào)警器不報(bào)警。繼電器是當(dāng)輸入量 (如電壓、電流、溫度等)達(dá)到規(guī)定值時(shí)，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器?？煞譃殡姎饬?(如電流、電壓、頻率、功率等 )繼電器及非電氣量(如溫度、壓力、速度等 )繼電器兩大類。具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（

35、又稱輸出回路） ，通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 15 頁圖 3.8 繼電器的內(nèi)部原理圖電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁式繼電器12一般由鐵芯、 線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的，其原理圖如圖3.8所示。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)（3）與常開觸點(diǎn)（ 5）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與的常閉觸點(diǎn)（4）吸合。這樣吸合、釋

36、放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開、常閉 ”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為 “常閉觸點(diǎn)”。半導(dǎo)體三極管13有兩個(gè) PN 結(jié)組成，故為雙極型晶體管，可以對(duì)電流起放大作用。有 3 個(gè)引腳，晶體三極管分別為 集電極（c） ，基極（b） ，發(fā)射極（ e） 。半導(dǎo)體三極管有 PNP 型和 NPN 型兩種，其電路符號(hào)分別如圖 3.9 和圖 3.10 所示。三極管最基本的作用是放大作用，即集電極電流隨基極電流的變化而變化，并且基極圖 3.10 NPN 型三極管圖 3.9 PNP 型三極管 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文

37、 第 16 頁圖 3.11 三極管的輸入特性圖 3.12 三極管的輸出特性曲線電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化。三極管的輸入和輸出特性曲線如圖 3.11和 3.12 所示。 由三極管的輸入和輸出特性曲線和輸出特性曲線可以看出，三極管有放大，飽和，截止三個(gè)工作區(qū)。在截止區(qū)，集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)也反偏，集體管無放大作用，猶如一個(gè)斷開的開關(guān)。在飽和區(qū)，集電結(jié)正偏，集電極吸收電子的能力下降，此時(shí)，基極電流再增大，集電極電流也不會(huì)增大了，三極管失去放大作用，即為飽和區(qū)。在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，發(fā)射極的電流隨著基極電流的增大而增大，處于放大作用。在本電路中，由于集電極接+12V 直流電源

38、，發(fā)射極接地，且基極電源也是有+12V 直流電源，經(jīng)過電路原件，提供給基極。所以只要判斷基極為高電平或低電平就可判斷三極管的工作狀態(tài)，即當(dāng)基極處于高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通；基極處于低電平時(shí)，三極管截止。監(jiān)控轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)三路市電均正常時(shí)，置于停電報(bào)警位，與接 1.5k 電阻的+5V 電壓相連接，輸出高電平；當(dāng)三路市電均停電時(shí)，置于來電報(bào)警位，與地相連，輸出低電平。監(jiān)控轉(zhuǎn)換開關(guān)選用普通開關(guān)即可。緊急按鈕14最好選用帶自鎖的按鈕開關(guān)。當(dāng)沒用發(fā)生緊急事故時(shí)，緊急按鈕的開關(guān)處于閉合狀態(tài)，使+12V 電壓直接流過 22k 電阻入地，使電阻右端處于低電位。當(dāng)發(fā)生緊急事故時(shí)，按下緊急按鈕，緊急按鈕開關(guān)斷開，使 2

39、2k 電阻處于高電位，輸入三極管的基極，使三極管導(dǎo)通，繼電器吸和，報(bào)警器報(bào)警。3.1.4 附加電源電路 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 17 頁圖 3.13 穩(wěn)壓器的內(nèi)部原理圖圖 3.14 穩(wěn)壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖附加電源電路主要采用+12V 電源和穩(wěn)壓器 7805，濾波電容以及電阻組成。+12V 電源需要不間斷供電，也可以采用蓄電池后備供電，電源提供的額定電流需大于 2A，以保證報(bào)警器輸出足夠的功率。7805 為一固定輸出三端穩(wěn)壓器，其固定輸出電壓為 5V。穩(wěn)壓器15的內(nèi)部原理圖和框圖如圖 3.13 和 3.14 所示。穩(wěn)壓器的取樣環(huán)節(jié)由 R1、R2構(gòu)成；基準(zhǔn)電壓由穩(wěn)壓管 VZ和限流電阻 R3構(gòu)成；比

40、較放大器由 V2組成；V1為調(diào)整管；R4作用為：V2的集電極負(fù)載電阻，V1的基極偏流電阻，使 V1處于線性放大狀態(tài)。串聯(lián)性穩(wěn)壓電路的工作原理為，從輸出端取出部分電壓 U2作為取樣電壓，加至三極管 V2的基極，穩(wěn)壓管 VZ 以其穩(wěn)定電壓 UREF作為基準(zhǔn)電壓，加在 V2的發(fā)射極上。 R3是穩(wěn)壓管的限流電阻。三極管 V2 組成比較放大電路，它將取樣電壓U2與基準(zhǔn)電壓UREF加以比較和放大，再去控制三極管V1 的基極電位。由圖可見，輸入電壓Ui加在三極管 V1與負(fù)載 RL相串聯(lián)的電路上，因此，改變 V1集電極間的電壓降 UCE1便可調(diào)節(jié) RL兩端的電壓 UO。也就是說，穩(wěn)壓電路的輸出電壓Uo 可以通

41、過三極管 V1加以調(diào)節(jié)，所以 V1稱為調(diào)整管。由于調(diào)整元件是晶體管，而且在電路中與負(fù)載相串聯(lián)，故稱為晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。電阻R4和 V1的基極偏置電阻，也是 V2的集電極負(fù)載電阻。當(dāng)電網(wǎng)電壓降低或負(fù)載電阻減小而使輸出端電壓有所下降時(shí)，其取樣電壓UB2相應(yīng)減小，V2基極電位下降。但因 V2發(fā)射極電位既穩(wěn)壓管的穩(wěn)定 Uz 保持不變，所以發(fā)射極電壓 UBE2減小，導(dǎo)致 V2集電極電流減小而集電極電位 UC2升高。由于放大管T2的集電極與調(diào)整管 V1的基極接在一起，故 V1基極電位升高，導(dǎo)致集電極電流增大而管壓降 UCE1減小。因?yàn)?V1與 RL串聯(lián)，所以，輸出電壓 Uo 基本不變。 黃河科技學(xué)院畢

42、業(yè)論文 第 18 頁同理,當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載發(fā)生變化引起輸出電壓Uo 增大時(shí)，通過取樣、比較放大、調(diào)整等過程，將使調(diào)整管的管壓降UCE1增加，結(jié)果抑制了輸出端電壓的增大，輸出電壓仍基本保持不變。調(diào)整管 V1與負(fù)載電阻 RL組成的是射極輸出電路，所以具有穩(wěn)定輸出電壓的特點(diǎn)。在串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路的工作過程中，要求調(diào)整管始終處在放大狀態(tài)。通過調(diào)整管的電流等于負(fù)載電流，因此必須選用適當(dāng)?shù)拇蠊β使茏髡{(diào)整管，并按規(guī)定安裝散熱裝置。為了防止短路或長(zhǎng)期過載燒壞調(diào)整管，在直流穩(wěn)壓器中一般還設(shè)有短路保護(hù)和過載保護(hù)等電路。3.2 電路的工作原理在工作市電正常時(shí)（監(jiān)控開關(guān)置停電報(bào)警位） ，交流 220V 電壓經(jīng)降壓電阻

43、降壓后，在濾波電容兩端得到穩(wěn)定的 12V 電壓，再經(jīng)過 10k 的電阻加到光耦芯片的 1，3，5 管腳上，在芯片的另一端 12，14，16 腳輸出低電平。12 和 14 腳的低電平加在 CD4011 的 5和 6 管腳上，在 4 管腳輸出高電平。此時(shí)監(jiān)控開關(guān)置停電報(bào)警位， CD4011 和 CD4069的 9 管腳與接經(jīng)過 1.5k 電阻的+5V 電壓相連，所以為高電平，CD4011 的 8 管腳與光耦的12 管腳相連，故為低電平，則在 CD4011 的 10 腳輸出高電平，在 CD4069 的 8 腳輸出低電平。CD4011 的 4 腳和 CD4069 的 8 腳加在 CD4011 的 1、

44、2 兩腳上，在 3 腳輸出高電平。CD4011 的 3 腳的高電平和 10 腳的高電平加到 12 和 13 管腳上，在輸出端 11 腳上輸出低電平。由于晶體管 C1815 基極為低電位，處于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器不吸合，報(bào)警器不報(bào)警。在 3 路市電均停電時(shí)， （監(jiān)控開關(guān)置來電報(bào)警位） ，在光耦的 12，14 和 16 腳輸出高電平，即 CD4011 的 5 腳和 6 腳為高電平，則 4 腳輸出低電平。由于此時(shí)監(jiān)控開關(guān)置來電報(bào)警位，CD4011 和 CD4069 的 9 管腳接地，故為低電平，CD4011 的 8 管腳與光耦的 12 管腳相連，故為高電平。則在 CD4011 的 10 腳輸出高電平，在

45、 CD4069 的 8 腳輸出高電平。CD4011 的 4 腳和 CD4069 的 8 腳加在 CD4011 的 1、2 兩腳上，在 3 腳輸出高電平。CD4011 的 3 腳的高電平和 10 腳的高電平加到 12 和 13 管腳上，在輸出端 11 腳上輸出低電平，同上晶體管 C1815 截止，繼電器不吸合，報(bào)警器不報(bào)警。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第 19 頁當(dāng)工作市電停電時(shí)，在光耦芯片的另段 16 腳產(chǎn)生高電平，由于此時(shí)的監(jiān)控開關(guān)處于停電報(bào)警位，則 CD4011 和 CD4069 的 9 管腳為高電平。則在 CD4011 的 10 管腳輸出低電平。無論 CD4011 的 3 管腳輸出低電平還是

46、高電平，在 CD4011 的 11 管腳輸出高電平。由于 C1815 的基極處于高電平，故晶體管導(dǎo)通，繼電器吸合，給報(bào)警器提供工作電源，報(bào)警器報(bào)警。在三路市電均停電，當(dāng)兩路市電中的任何一路來電時(shí)，即光耦的 12 輸出高電平，14輸出低電平，或 12 輸出低電平，14 輸出高電平，此時(shí) CD4011 的 5 腳和 6 腳有一路輸出低電平，則在 CD4011 的 4 腳輸出高電平，由于此時(shí)的監(jiān)控開關(guān)處于來電報(bào)警位，故CD4069 的 9 腳為低電平，則在另端 8 腳輸出高電平，CD4069 的 8 腳的高電平和 CD4011的 4 腳的高電平，加在 CD4011 的 1 和 2 管腳上，在另端的

47、3 管腳輸出低電平。此時(shí)，無論 CD4011 的 10 腳輸出低電平或高電平，即無論工作市電是否來電，CD4011 的 11 管腳都輸出高電平，并且通過二極管加在 C1815 的基極，由于基極處于高電位，晶體管導(dǎo)通，繼電器吸和，給報(bào)警器提供 12V 的工作電源，報(bào)警器報(bào)警。當(dāng)兩路市電都來電時(shí)，即在光耦的 12 和 14 腳都輸出低電平，加在 CD4011 的 5 腳和 6 腳上，則在 CD4011 的另端 4腳上輸出高電平。此后的邏輯過程同上面一樣，在 CD4011 的 11 腳輸出高電平，繼電器吸和，報(bào)警器報(bào)警。當(dāng)發(fā)生緊急事故時(shí)，按下緊急按鈕，12V 的電壓通過 22k 電阻流入二極管再經(jīng) 4.7k電阻加在 C1815 的基極。此時(shí)無論 CD4011 的 11 管腳輸出高電平還是低電平，CD4011的基極都處于高電位，晶體管導(dǎo)通，繼電器吸和，報(bào)警器報(bào)警。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)論文 第