《電路檢測(cè)與安裝》課件學(xué)習(xí)情境5

學(xué)習(xí)情境5

延時(shí)開(kāi)關(guān)的制作與調(diào)試第一部分基礎(chǔ)知識(shí)第二部分技能實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.掌握電路過(guò)渡過(guò)程的基本知識(shí)。

2.了解555定時(shí)器的外形、參數(shù)及使用方法。

3.能設(shè)計(jì)、制作延時(shí)開(kāi)關(guān)，并能測(cè)試其性能。

4.能利用仿真軟件測(cè)試電路。

5.進(jìn)一步學(xué)習(xí)規(guī)范編寫(xiě)技術(shù)文件。工作任務(wù)

設(shè)計(jì)、安裝一個(gè)實(shí)現(xiàn)15W白熾燈延時(shí)控制的開(kāi)關(guān)電路，要求采用555和RC電路實(shí)現(xiàn)延時(shí)，延時(shí)時(shí)間在15秒～4分鐘之間可調(diào)，誤差范圍在±1s之內(nèi)。

要求：

(1)根據(jù)具體情況計(jì)算電路參數(shù)和用EWB軟件做仿真實(shí)驗(yàn)。

(2)選取、識(shí)別和測(cè)試元件，包括各類(lèi)電阻、電容、電感、(穩(wěn)壓)二極管、三極管等的數(shù)值、質(zhì)量、電器性能的準(zhǔn)確判斷。

(3)安裝、調(diào)試電路。第一部分基礎(chǔ)知識(shí)

知識(shí)鏈接一RC電路的過(guò)渡過(guò)程

1.認(rèn)識(shí)過(guò)渡過(guò)程

1)電路的過(guò)渡過(guò)程

首先，我們通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)認(rèn)識(shí)過(guò)渡過(guò)程，如圖5-1所示，三只同一規(guī)格的燈泡D1、D2、D3分別與電阻、電感、電容串聯(lián)，然后三者與電源并聯(lián)。可以觀(guān)察到，在未與電源Us接通之前，燈泡D1、D2、D3都不亮；當(dāng)接通電源后，在直流電壓的作用下，D1立即達(dá)到某一亮度不再變化；D2逐漸亮起來(lái)，達(dá)到一定亮度不再變化；D3突然達(dá)到一定亮度并逐漸暗下來(lái)，最后熄滅。這三種不同的現(xiàn)象說(shuō)明三個(gè)支路的工作情況不同。在R、D1串聯(lián)支路上，燈泡馬上亮起，而且沒(méi)有變化，即該支路馬上進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)；L、D2串聯(lián)支路有一個(gè)燈泡逐漸增亮的過(guò)程，但這一過(guò)程并不穩(wěn)定，因?yàn)闊襞萘恋揭欢ǔ潭群?，將不再變化，即最終進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)；同樣，C、D3支路也出現(xiàn)了這種不穩(wěn)定過(guò)程，即燈泡逐漸變暗，一段時(shí)間后最終到達(dá)穩(wěn)態(tài)，燈泡熄滅。圖5-1RLC并聯(lián)支路這種電路由一種穩(wěn)定狀態(tài)(燈泡原來(lái)熄滅的狀態(tài))變化到另一種穩(wěn)定狀態(tài)(燈泡現(xiàn)在亮的狀態(tài))的中間變化過(guò)程，稱(chēng)為電路的過(guò)渡過(guò)程。因?yàn)橐话氵^(guò)渡過(guò)程存在的時(shí)間比較短暫，所以也稱(chēng)為暫態(tài)。電路的暫態(tài)雖然短暫，但對(duì)它的研究卻具有重要的實(shí)際意義，因?yàn)殡娐返臅簯B(tài)特性在很多技術(shù)領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。例如，在控制系統(tǒng)中常利用這些特性來(lái)提高控制速度和精度，在脈沖技術(shù)中利用這些特性來(lái)變換或獲得各種脈沖波形等；另一方面，由于有些電路在暫態(tài)中會(huì)出現(xiàn)過(guò)電流或過(guò)電壓，認(rèn)識(shí)它們的規(guī)律有利于采取措施加以防范。

2)形成暫態(tài)的條件

(1)電路中存在儲(chǔ)能元件。

由上述實(shí)例發(fā)現(xiàn)只有L和C支路出現(xiàn)這種暫態(tài)過(guò)程，而R支路沒(méi)有出現(xiàn)暫態(tài)過(guò)程。這是因?yàn)殡娙菰c電感元件是兩種儲(chǔ)能元件，對(duì)儲(chǔ)能元件，要使其狀態(tài)發(fā)生變化，則其能量要變化，而能量的變化只能是逐步的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。對(duì)L、C兩類(lèi)元件而言，它們?cè)谌我粫r(shí)刻的電壓與電流之間是微分的關(guān)系，即或，所以這兩種元件也稱(chēng)為動(dòng)態(tài)元件。電路出現(xiàn)暫態(tài)過(guò)程的條件之一就是電路中要存在儲(chǔ)能元件。

(2)換路。

上例中，如果控制開(kāi)關(guān)沒(méi)有變化，D2、D3燈泡所在的支路雖然存在儲(chǔ)能元件，但是也不會(huì)發(fā)生過(guò)渡過(guò)程。說(shuō)明電路中形成過(guò)渡過(guò)程還存在另一個(gè)條件，即在實(shí)際電路中發(fā)生開(kāi)關(guān)的通斷、元件參數(shù)的變化、連接方式的改變等情況，這些情況統(tǒng)稱(chēng)為換路。只有當(dāng)換路、含有儲(chǔ)能元件兩個(gè)條件同時(shí)存在時(shí)，電路才能夠從一個(gè)穩(wěn)態(tài)變化進(jìn)入另一個(gè)穩(wěn)態(tài)。

由于換路引起的穩(wěn)定狀態(tài)的改變必然伴隨著能量的改變，而電容、電感儲(chǔ)能元件上能量的累積和釋放需要一定的時(shí)間，即儲(chǔ)能不可能躍變。具體表現(xiàn)是，在動(dòng)態(tài)電路的換路瞬間，電容電壓與電感電流不能發(fā)生躍變。這一定律叫做換路定律，可以表述為

(5-1a)(5-1b)uC(0+)=uC(0－)iL(0+)=iL(0－)式中：uC(0+)——換路后瞬間電容元件的電壓，單位為伏特(V)；

uC(0－)——換路前瞬間電容元件的電壓，單位為伏特(V)；

iL(0+)——換路后瞬間電感元件的電流，單位為安培(A)；

iL(0－)——換路前瞬間電感元件的電流，單位為安培(A)。

2.過(guò)渡過(guò)程的三要素

如果電路中只有一個(gè)動(dòng)態(tài)元件(電容或電感)，我們稱(chēng)這種電路為一階電路。觀(guān)察發(fā)現(xiàn)對(duì)于一階電路，換路后電容電壓uC、電感電流iL和電路中其他的電壓、電流都是從換路后的初始值開(kāi)始按同一指數(shù)規(guī)律單調(diào)增長(zhǎng)或衰減到新的穩(wěn)態(tài)值。因此分析一階電路時(shí)，只要求出換路后的初始值、達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的穩(wěn)態(tài)值和增長(zhǎng)或衰減的速度(即時(shí)間常數(shù)τ)這三個(gè)要素，就能確定一階電路過(guò)渡過(guò)程中電壓或電流的變化規(guī)律，這就是一階電路的三要素法。在動(dòng)態(tài)電路的分析過(guò)程中，儲(chǔ)能元件上電荷增加的動(dòng)態(tài)過(guò)程稱(chēng)為充電；電荷減少的動(dòng)態(tài)過(guò)程稱(chēng)為放電。我們以一個(gè)典型的RC一階電路的放電過(guò)程為例，來(lái)分析動(dòng)態(tài)電路。

圖5-2(a)所示電路中，假設(shè)開(kāi)關(guān)S原來(lái)處于“1”位置，當(dāng)電路穩(wěn)定時(shí)，電容C已被充電至電壓Uo。t=0時(shí)，將開(kāi)關(guān)打到“2”位置，則電容C將通過(guò)R構(gòu)成閉合放電回路。電容通過(guò)電阻R放電，電路進(jìn)入過(guò)渡過(guò)程，電容電壓將從Uo逐漸下降到0，如圖5-2(b)所示。在整個(gè)過(guò)渡過(guò)程中，電容電壓逐步減小。該電路即為典型的RC放電回路。圖5-2RC電路的放電電路

1)電路初始值的確定

電路換路后的初始值可以借助于換路定律來(lái)確定。換路定律指出，電容電壓和電感電流在換路前后一瞬間是保持不變的，而其余的量如電容電流和電感電壓等都是可以躍變的。為表述方便，將遵循換路定律的uC(0+)和iL(0+)稱(chēng)為獨(dú)立初始值，而把其他的初始值如iC(0+)等稱(chēng)為相關(guān)初始值。

獨(dú)立初始值可以通過(guò)換路前的穩(wěn)態(tài)電路求得。在換路前的穩(wěn)態(tài)電路中，若電路是直流激勵(lì)，則換路前的穩(wěn)定電路應(yīng)將電容視為開(kāi)路，電感視為短路，如此可以得到換路前電路的等效圖。在此電路圖中，求得換路前的電容電壓值uC(0－)和電感電流值iL(0－),即可確定換路后的獨(dú)立初始值uC(0+)和iL(0+)。求解電路初始值的方法步驟如下：

(1)畫(huà)出換路前即t=0－時(shí)的電路圖，在電路圖中將電容用開(kāi)路來(lái)代替，電感用短路來(lái)代替。

(2)在t=0－時(shí)的等效電路圖中，求解uC(0－)和iL(0－)。

(3)根據(jù)換路定律，得到uC(0+)和iL(0+)。

(4)畫(huà)出換路后即t=0+時(shí)的等效電路圖，此時(shí)電容可用電壓為uC(0+)的電壓源來(lái)替代，電感可用電流為iL(0+)的電流源來(lái)替代。

(5)在t=0+時(shí)的等效電路圖中，求解其他如iC(0+)之類(lèi)的相關(guān)初始值。在RC放電過(guò)程中，獨(dú)立初始值為uC(0+)。換路前的電路中，將電容視為開(kāi)路，得t=0－時(shí)的等效電路，如圖5-3所示。由等效電路得

uC(0－)=U0

根據(jù)換路定理：

uC(0+)=uC(0－)=U0

RC放電過(guò)程中，t=0+時(shí)的等效電路如圖5-4所示。

由等效電路可得圖5-3t=0－時(shí)的RC等效電路圖5-4t=0+時(shí)的RC等效電路

2)時(shí)間常數(shù)τ

時(shí)間常數(shù)是反映動(dòng)態(tài)過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短的一個(gè)參數(shù)，用τ來(lái)表示，在動(dòng)態(tài)電路研究過(guò)程中具有非常重要的意義。我們以RC電路的放電過(guò)程為例，來(lái)介紹時(shí)間常數(shù)τ。理論研究證明，放電過(guò)程的快慢由電路本身的參數(shù)來(lái)決定。

對(duì)于圖5-3所示的RC電路

τ=RC

(5-2)

τ的大小決定了電路放電過(guò)程中電壓、電流衰減的快慢。以電容電壓為例，uC隨時(shí)間衰減的情況如表5-1所示。從表5-1中的數(shù)據(jù)可以看出：

(1)時(shí)間常數(shù)τ是電容電壓由初始值U0衰減到初始值的36.8%所需要的時(shí)間。

(2)從理論上講，要經(jīng)歷無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間，電容電壓才衰減到零，過(guò)渡過(guò)程才結(jié)束。但當(dāng)t=3τ～5τ時(shí)，uC已衰減到初始值的0.05～0.007倍，因此，工程上一般認(rèn)為換路后經(jīng)過(guò)3τ～5τ的時(shí)間，過(guò)渡過(guò)程基本結(jié)束，電路已進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)。

(3)在電路的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中，τ越大，過(guò)渡過(guò)程持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)。這一點(diǎn)也可以從物理概念上來(lái)理解，當(dāng)電容電壓的初始值U0一定時(shí)，電容C越大，電容器中儲(chǔ)存的電荷就越多，放電需要的時(shí)間就越長(zhǎng)；同時(shí)，電阻R越大，放電電流越小，放電需要的時(shí)間也越長(zhǎng)。因此，電容電壓和電流衰減的快慢取決于電路中電阻R和電容C乘積的大小。同樣的情況也發(fā)生在RL一階動(dòng)態(tài)電路中。與RC電路類(lèi)似，當(dāng)電感儲(chǔ)存能量或者釋放能量的時(shí)候，電路中電流或電壓的變化關(guān)系也與RL電路的時(shí)間常數(shù)τ有關(guān)。

RL一階電路中，τ的大小同樣反映了RL電路響應(yīng)衰

減的快慢程度。時(shí)間常數(shù)τ與L成正比，與R成反比。

L越大，在同樣大小的初始電流iL(0+)下，電感儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量越多，通過(guò)R釋放能量所需要的時(shí)間就越長(zhǎng)，暫態(tài)過(guò)程也越長(zhǎng)；電阻R越小，在同樣大小的初始電流iL(0+)下，電阻消耗的功率就越小，暫態(tài)過(guò)程也就越長(zhǎng)。

對(duì)于RL電路，有

(5-3)

3)電路的穩(wěn)態(tài)值f(∞)

電路的穩(wěn)態(tài)值f(∞)是指過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后新的穩(wěn)定狀態(tài)的參數(shù)值。求穩(wěn)態(tài)值f(∞)的方法如下：首先，畫(huà)出換路后電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的等效電路圖，該等效電路中電容相當(dāng)于開(kāi)路，電感相當(dāng)于短路；在該電路中求出各電壓、電流值即f(∞)值。

在分析RC放電的過(guò)程中，圖5-2(a)電路的開(kāi)關(guān)S打到“2”位置后，電容C將通過(guò)R放電，放電過(guò)程持續(xù)的時(shí)間由τ=RC來(lái)決定。當(dāng)過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，電路會(huì)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。其穩(wěn)態(tài)等效電路如圖5-5所示。圖5-5t=∞時(shí)的RC等效電路由等效電路可得

4)三要素法求解一階動(dòng)態(tài)電路。

在一階動(dòng)態(tài)電路中，只要我們掌握上述三個(gè)要素，就可利用式(5-4)確定一階電路過(guò)渡過(guò)程中電壓、電流的變化規(guī)律。(5-4)式中：f(t)——過(guò)渡過(guò)程中待求的電壓或電流;

f(0+)——換路后的電壓或電流的初始值;

f(∞)——過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后新的穩(wěn)態(tài)值;

τ——電路的時(shí)間常數(shù)。

f(0+)、f(∞)、τ稱(chēng)為一階電路的三要素，只要能夠求出這三個(gè)要素，就能根據(jù)式(5-4)寫(xiě)出電路的解析式，這種方法稱(chēng)做三要素法。對(duì)RC放電回路中的各參數(shù)：

(1)初始值分別為(2)時(shí)間常數(shù)為τ=RC。

(3)穩(wěn)態(tài)值分別為uC(∞)=0，iC(∞)=0，uR(∞)=0。代入三要素公式可得

5)典型動(dòng)態(tài)電路

(1)RC充電過(guò)程。

[例5-1]

圖5-6所示電路是一個(gè)單片機(jī)的上電復(fù)位電路，電源電壓UCC=5V，電容C=4.7μF。單片機(jī)要求開(kāi)機(jī)上電時(shí)，復(fù)位信號(hào)要維持30ms的低電平，如果反相器的高電平最小值定為2.4V，電阻R應(yīng)選擇多大合適？

分析：這是一個(gè)典型的RC充電電路，開(kāi)機(jī)上電前電容上沒(méi)有充電電壓。在開(kāi)機(jī)通電瞬間，電容器電壓為零，通過(guò)反相器給單片機(jī)復(fù)位引腳的信號(hào)是低電平；當(dāng)電容器充電電壓達(dá)到2.4V后，通過(guò)反相器給單片機(jī)復(fù)位引腳的信號(hào)變?yōu)楦唠娖?。圖5-6單片機(jī)的上電復(fù)位電路在開(kāi)機(jī)通電瞬間，根據(jù)換路定律

UC(0+)=UC(0－)=0V

過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后

UC(∞)=UCC=5V

根據(jù)三要素公式可得

UC(∞)=5V，t=30ms，C=4.7μF，UC=2.4V所以R=9.76kΩ選擇R=10kΩ，就可以滿(mǎn)足復(fù)位要求。

(2)RL電路的放電過(guò)程。

圖5-7所示電路為電阻R和電感線(xiàn)圈L組成的串聯(lián)回路，開(kāi)關(guān)S原置于1位置，在t=0時(shí)刻，置于2位置，RL電路將進(jìn)入放電過(guò)程。用三要素法可以對(duì)此動(dòng)態(tài)電路進(jìn)行分析。

在RL放電回路中，如果開(kāi)關(guān)在1位置突然斷開(kāi)，沒(méi)有置于2位置，則此時(shí)電流的變化率di/dt很大，致使電感兩端產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，其值為L(zhǎng)(di/dt)。此時(shí)的電感相當(dāng)于一個(gè)電壓源，該電壓源與電源一起加于開(kāi)關(guān)S的兩端，會(huì)使開(kāi)關(guān)兩觸點(diǎn)間擊穿，形成火花或電弧，延緩電路的斷開(kāi)，甚至燒毀開(kāi)關(guān)的觸頭。為防止高電壓損壞開(kāi)關(guān)及接在電路中的測(cè)量?jī)x表或其他元器件，在設(shè)計(jì)或使用電感量比較大的電氣設(shè)備時(shí)，應(yīng)采取必要的措施。在電感線(xiàn)圈兩端并聯(lián)續(xù)流二極管是工程應(yīng)用中經(jīng)常采用的一種安全措施。圖5-7RL電路的放電過(guò)程

(3)微分電路。

實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常利用RC的充、放電電路來(lái)構(gòu)成一些運(yùn)算電路，圖5-8所示的微分電路就是一個(gè)典型的例子。

電阻R和電容C串聯(lián)后輸入方波信號(hào)ui，由電阻R輸出信號(hào)uo。若RC即τ數(shù)值與輸入方波寬度tW之間滿(mǎn)足τ<<tW，則在R兩端(輸出端)得到正、負(fù)相間的尖脈沖，而且發(fā)生在方波的上升沿和下降沿。

當(dāng)時(shí)間常數(shù)τ很小時(shí)，電容的充放電過(guò)程很快，故電容電壓基本上與輸入電壓相平衡，即

ui=uR+uC≈uC圖5-8微分電路則輸出電壓

輸出電壓與輸入電壓的微分成正比，所以這種電路稱(chēng)為微分電路，微分電路常用于將矩形脈沖信號(hào)變換成尖脈沖信號(hào)。微分電路波形如圖5-9所示。圖5-9微分電路波形知識(shí)鏈接二555集成電路

555時(shí)基電路是數(shù)字、模擬混合的中規(guī)模多功能集成電路。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可產(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩，因其內(nèi)部有3個(gè)5kΩ電阻組成的分壓器，故稱(chēng)為555定時(shí)器。

555時(shí)基電路具有以下特點(diǎn)：

①定時(shí)精度高，工作速度快；

②使用電源電壓范圍寬；

③能和數(shù)字電路直接連接；

④有一定的輸出功率，可直接驅(qū)動(dòng)指示燈、小型繼電器等；⑤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活；

⑥工作可靠性高。

555時(shí)基電路優(yōu)點(diǎn)眾多，在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中得到了十分廣泛的應(yīng)用。

1.555時(shí)基電路的分類(lèi)

我國(guó)目前廣泛使用的555時(shí)基電路的統(tǒng)一型號(hào)是：雙極型為CB555，CMOS型為CB7555，此外還有一種雙時(shí)基電路，在一個(gè)集成芯片內(nèi)包含有兩個(gè)完全相同又各自獨(dú)立的時(shí)基電路。它們的型號(hào)分別為CB556和CB7556，詳見(jiàn)表5-2。

555單時(shí)基電路有兩種封裝形式，如圖5-10(a)所示。單時(shí)基電路的編號(hào)方式是把引腳朝下，從帶標(biāo)志的引腳開(kāi)始按逆時(shí)針?lè)较蝽樞蚓幪?hào)，如圖5-10(b)所示。各引腳功能為：1接地端；2觸發(fā)端；3輸出端；4復(fù)位端；5控制電壓；6門(mén)限或閾值；7放電端；8電源電壓。圖5-10555單時(shí)基電路外觀(guān)及引腳圖

556雙時(shí)基電路的封裝只有14腳雙列直插型一種。引腳排列與單時(shí)基電路一致，如圖5-11所示?？梢钥闯觯阂_1~6和引腳13~8分別形成兩個(gè)互相獨(dú)立的單時(shí)基電路，其引腳功能與8腳雙列直插式的一致，7腳、14腳為雙時(shí)基電路共用的電源端和接地端。圖5-11555雙時(shí)基電路引腳圖

2.555時(shí)基電路的參數(shù)

1)性能參數(shù)

為了能正確使用555時(shí)基電路，應(yīng)對(duì)它的主要參數(shù)有所了解。表5-3分別列出其主要參數(shù)以供使用時(shí)參考。對(duì)于雙時(shí)基電路來(lái)講，除了靜態(tài)電流增加1倍外，其余參數(shù)與單時(shí)基電路完全相同，可參考單時(shí)基電路的主要參數(shù)使用。

2)使用555電路的注意事項(xiàng)

(1)負(fù)載能力的擴(kuò)大。

從驅(qū)動(dòng)電流這一參數(shù)來(lái)看，CB555的驅(qū)動(dòng)能力較大，可以直接帶動(dòng)小型繼電器、微電機(jī)和低阻抗揚(yáng)聲器。CB7555的驅(qū)動(dòng)能力較小，只能使用LED指示燈、壓電陶瓷蜂鳴器等負(fù)載。要想使CB7555有更大的驅(qū)動(dòng)能力，可以在輸出端加一級(jí)驅(qū)動(dòng)放大器，這樣就可把負(fù)載電流擴(kuò)大到100mA左右，足以帶動(dòng)繼電器、微電機(jī)等負(fù)載。

(2)CB555與CB7555的性能比較和選用。

CB555的突出優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，而CB7555的突出優(yōu)點(diǎn)是電源電壓范圍寬、輸入阻抗高、功耗低。因此在實(shí)際應(yīng)用中，在負(fù)載輕、要求低功耗和使用較低電源電壓以及要求長(zhǎng)時(shí)間定時(shí)(定時(shí)電阻＞10MΩ)的場(chǎng)合，應(yīng)選用CB7555或CB7556。而在負(fù)載較重的場(chǎng)合則應(yīng)選用CB555或CB556。

3)典型應(yīng)用

555時(shí)基電路使用方便靈活，555配合外接元件可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)和無(wú)穩(wěn)態(tài)三種工作方式，可以組成各種實(shí)用的電子電路，如定時(shí)器、分頻器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測(cè)電路、玩具游戲機(jī)電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路和自動(dòng)控制電路等。

圖5-12是由555和RC電路組成的單穩(wěn)態(tài)電路。單穩(wěn)態(tài)電路是指只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。在無(wú)觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，輸出為0。當(dāng)輸入端加觸發(fā)脈沖后，電路由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)定狀態(tài)，輸出為1。在電路翻轉(zhuǎn)的同時(shí)，電源VCC通過(guò)電阻R給電容C充電，RC電路進(jìn)入動(dòng)態(tài)過(guò)程。圖5-12555電路組成單穩(wěn)態(tài)電路充電過(guò)程的快慢取決于時(shí)間常數(shù)τ。電路輸出的1狀態(tài)是否發(fā)生變化完全取決于RC動(dòng)態(tài)電路的變化，當(dāng)電容C上的電壓上升到(2/3)VCC時(shí)，電路輸出就會(huì)從1又翻轉(zhuǎn)回到原來(lái)的0。暫穩(wěn)定狀態(tài)持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路的參數(shù)，調(diào)節(jié)τ的值就可以控制電路輸出狀態(tài)的變化，這種單穩(wěn)態(tài)電路可以用來(lái)定時(shí)。圖5-12電路的定時(shí)時(shí)間t=1.1RC，通常R的取值范圍在幾百歐姆到幾兆歐姆之間，電容的取值范圍為幾百皮法到幾百微法，所以定時(shí)時(shí)間可以從幾微秒到幾十分鐘進(jìn)行調(diào)整。知識(shí)鏈接三繼電器

1．繼電器

繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開(kāi)關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測(cè)、通信、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一，繼電器有很多種，這里只介紹使用較為廣泛的電磁繼電器。

1)繼電器的結(jié)構(gòu)

電磁繼電器是一種電磁開(kāi)關(guān)器件，一般由一個(gè)線(xiàn)圈、鐵芯、一組或幾組帶觸點(diǎn)的簧片組成。觸點(diǎn)有動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)之分。在工作過(guò)程中能夠動(dòng)作的稱(chēng)為動(dòng)觸點(diǎn)，不能動(dòng)作的稱(chēng)為靜觸點(diǎn)。圖5-13所示的繼電器中，1為動(dòng)觸點(diǎn)，2、3為靜觸點(diǎn)。電路未通電時(shí)，由于1、2一直連接在一起，所以又稱(chēng)為常閉觸點(diǎn)；1、3一直斷開(kāi)，所以稱(chēng)為常開(kāi)觸點(diǎn)。繼電器線(xiàn)圈通電后，線(xiàn)圈中的鐵芯產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁力，吸動(dòng)銜鐵帶動(dòng)簧片，使常閉觸點(diǎn)1、2斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)1、3接通。當(dāng)線(xiàn)圈斷電后，彈簧使簧片復(fù)位，使觸點(diǎn)1、2接通，1、3斷開(kāi)。只要根據(jù)需要把要控制的電路接在觸點(diǎn)1、2間或觸點(diǎn)1、3間，就可以利用該繼電器達(dá)到某種控制目的。圖5-134098型繼電器繼電器的觸頭根據(jù)其動(dòng)作特性的不同，可分為下列幾種：

(1)動(dòng)合型(H型)。

線(xiàn)圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是斷開(kāi)的，通電之后兩個(gè)觸點(diǎn)閉合。以合字的拼音字頭“H”表示。

(2)動(dòng)斷型(D型)。

線(xiàn)圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是閉合的，通電之后兩個(gè)觸點(diǎn)斷開(kāi)。這類(lèi)繼電器用斷字的拼音字頭“D”表示。

(3)轉(zhuǎn)換型(Z型)。這是觸點(diǎn)組型，

共有三個(gè)觸點(diǎn)，即中間是動(dòng)觸點(diǎn)，上下各一個(gè)靜觸點(diǎn)。線(xiàn)圈不通電時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)與其中一個(gè)靜觸點(diǎn)斷開(kāi)，與另一個(gè)閉合；線(xiàn)圈通電后動(dòng)觸點(diǎn)移動(dòng)，使原來(lái)斷開(kāi)的呈閉合狀態(tài)，原來(lái)閉合的呈斷開(kāi)狀態(tài)，達(dá)到轉(zhuǎn)換的目的。這樣的觸點(diǎn)組稱(chēng)為轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)，用“轉(zhuǎn)”字的拼音字頭“Z”表示。

2)繼電器的主要技術(shù)參數(shù)

(1)額定工作電壓：繼電器正常工作時(shí)線(xiàn)圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號(hào)不同，既可以是交流電壓，也可以是直流電壓。

(2)直流電阻：繼電器中線(xiàn)圈的直流電阻，可以通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量。

(3)吸合電流：繼電器能夠產(chǎn)生吸合動(dòng)作的最小電流。在正常使用時(shí)，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對(duì)于線(xiàn)圈所加的工作電壓，一般不能超過(guò)額定工作電壓的1.5倍，否則會(huì)產(chǎn)生較大的電流而將線(xiàn)圈燒毀。

(4)釋放電流：繼電器產(chǎn)生釋放動(dòng)作的最大電流。當(dāng)繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時(shí)，繼電器就會(huì)恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時(shí)的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸合電流。

(5)觸點(diǎn)切換電壓和電流：繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制的電壓和電流的大小，使用時(shí)不能超過(guò)此值，否則很容易損壞繼電器的觸點(diǎn)。

2.繼電器型號(hào)命名方法

1)命名格式

常用繼電器型號(hào)含義如下：

2)型號(hào)中字母的意義

部分常用繼電器型號(hào)命名如表5-4所示。

3.繼電器的選用

(1)選擇線(xiàn)圈電源電壓。選用電磁式繼電器時(shí)，首先應(yīng)選擇繼電器線(xiàn)圈電壓是直流還是交流。繼電器的額定工作電壓一般應(yīng)大于或等于其控制電路的工作電壓。

(2)選擇線(xiàn)圈的額定工作電流。用晶體管或集成電路驅(qū)動(dòng)的直流電磁繼電器，其線(xiàn)圈額定工作電流應(yīng)在驅(qū)動(dòng)電路的輸出電流范圍之內(nèi)。

(3)選擇接點(diǎn)類(lèi)型及接點(diǎn)負(fù)荷。同一種型號(hào)的繼電器通常有多種接點(diǎn)形式可供選用，應(yīng)選用適合應(yīng)用電路的接點(diǎn)類(lèi)型。所選繼電器的接點(diǎn)負(fù)荷應(yīng)高于其接點(diǎn)所控制電路的最高電壓和最大電流，否則會(huì)燒毀繼電器接點(diǎn)。

(4)選擇合適的體積。繼電器體積的大小通常與繼電器接點(diǎn)負(fù)荷的大小有關(guān)，選用多大體積的繼電器還應(yīng)根據(jù)應(yīng)用電路的要求而定。

4.繼電器使用前的檢測(cè)

1)測(cè)觸點(diǎn)電阻

用萬(wàn)用表的電阻擋測(cè)量常閉觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)電阻，其阻值應(yīng)為0(用更加精確方式可測(cè)得觸點(diǎn)阻值在100mΩ以?xún)?nèi))；而常開(kāi)觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)的阻值為無(wú)窮大。由此可以區(qū)別出哪個(gè)是常閉觸點(diǎn)，哪個(gè)是常開(kāi)觸點(diǎn)。

2)測(cè)線(xiàn)圈電阻

可用萬(wàn)用表R×10Ω擋測(cè)量繼電器線(xiàn)圈的阻值，從而判斷該線(xiàn)圈是否存在開(kāi)路現(xiàn)象。

3)測(cè)量吸合電壓和吸合電流

找來(lái)可調(diào)穩(wěn)壓電源和電流表，給繼電器輸入一組電壓，且在供電回路中串入電流表進(jìn)行監(jiān)測(cè)。慢慢調(diào)高電源電壓，聽(tīng)到繼電器吸合聲時(shí)，記下該吸合電壓和吸合電流。為求準(zhǔn)確，可以多試幾次求平均值。

4)測(cè)量釋放電壓和釋放電流

按照測(cè)量吸合電壓和吸合電流的方法連接電路，當(dāng)繼電器發(fā)生吸合后，再逐漸降低供電電壓，當(dāng)聽(tīng)到繼電器再次發(fā)生釋放聲音時(shí)，記下此時(shí)的電壓和電流，亦可多嘗試幾次以取得平均的釋放電壓和釋放電流。一般情況下，繼電器的釋放電壓約為吸合電壓的10%～50％。如果釋放電壓太小(小于吸合電壓的1/10)，則不能正常使用了，這樣會(huì)對(duì)電路的穩(wěn)定性造成威脅，工作不可靠。第二部分技能實(shí)訓(xùn)

EWB仿真應(yīng)用實(shí)訓(xùn)

一、訓(xùn)練內(nèi)容

1.用EWB進(jìn)行一階電路暫態(tài)過(guò)程觀(guān)測(cè)。

2.延時(shí)開(kāi)關(guān)定時(shí)時(shí)間仿真測(cè)試。

二、器材準(zhǔn)備

電腦EWB仿真軟件

三、訓(xùn)練內(nèi)容

1.用EWB進(jìn)行一階電路暫態(tài)過(guò)程觀(guān)測(cè)

1)觀(guān)察RC暫態(tài)電路波形

如圖5-14所示接線(xiàn)，使信號(hào)發(fā)生器輸出方波信號(hào)U0：

幅值U0=4V，脈寬100μs，周期200μs。用示波器檢驗(yàn)上述參數(shù)是否合格，然后用示波器觀(guān)測(cè)RC電路的暫態(tài)過(guò)程。

用示波器觀(guān)測(cè)U0、UC和UR，并用方格坐標(biāo)紙記錄波形。調(diào)節(jié)電阻器R大小，觀(guān)察并描繪UC和UR波形變化情況。圖5-14一階電路暫態(tài)過(guò)程觀(guān)測(cè)實(shí)驗(yàn)電路

2)觀(guān)察RC微分電路的波形

電路如圖5-15所示，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使其輸出方波信號(hào)：幅值U0=4V，頻率1kHz，用示波器檢驗(yàn)。選擇適當(dāng)?shù)碾娮柚礡，使τ≈0.1tp。用示波器觀(guān)測(cè)UR，并用方格坐標(biāo)紙記錄波形。調(diào)節(jié)電位器R大小，觀(guān)察τ的變化對(duì)微分波形的影響。圖5-15RC微分觀(guān)測(cè)實(shí)驗(yàn)電路

3)觀(guān)察RC積分電路的波形

電路如圖5-16所示，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使其輸出方波信號(hào)，幅值U0=4V，頻率100kHz，并用示波器檢驗(yàn)其是否合格。選擇適當(dāng)?shù)碾娮柚礡，使τ≈10tp(tp為脈沖寬度)。用示波器觀(guān)測(cè)U0和UR，并用方格坐標(biāo)紙記錄波形。調(diào)節(jié)電位器R大小，觀(guān)察τ的變化對(duì)積分波形的影響。圖5-16RC積分觀(guān)測(cè)實(shí)驗(yàn)電路

2.延時(shí)開(kāi)關(guān)定時(shí)時(shí)間仿真測(cè)試

用EWB軟件首先得到如圖5-17所示的定時(shí)電路圖。為方便起見(jiàn)，在輸出端接指示燈，輸出為高電平時(shí)燈泡點(diǎn)亮，同時(shí)，為測(cè)試定時(shí)時(shí)間，輸出端接示波器。

R選擇1MΩ，C選擇1μF，根據(jù)定時(shí)公式td=1.1RC，可求得定時(shí)時(shí)間應(yīng)為1.1s，我們用仿真來(lái)驗(yàn)證這個(gè)結(jié)果。

打開(kāi)開(kāi)關(guān)，在輸入端輸入一個(gè)脈沖，然后閉合開(kāi)關(guān)，模擬真實(shí)的手輕觸開(kāi)關(guān)，然后收回，這時(shí)可觀(guān)察到指示燈亮，而且很短時(shí)間后燈自動(dòng)熄滅。用示波器觀(guān)察此段時(shí)間的輸出波形，如5-18所示。圖5-17延時(shí)開(kāi)關(guān)仿真電路圖圖5-18延時(shí)開(kāi)關(guān)仿真電路示波器輸出波形輸出本來(lái)為低電平，在輸入端開(kāi)關(guān)閉合后，變?yōu)楦唠娖?，其持續(xù)時(shí)間約為1.1s，與理論計(jì)算所得值相同。

可以看到高電平持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，變成4.4s，與理論計(jì)算值相同。

調(diào)整C值，R仍取1MΩ，而電容C1取4μF，繼續(xù)仿真測(cè)試，可以觀(guān)察到指示燈亮的時(shí)間延長(zhǎng)，同時(shí)示波器輸出如圖5-19所示。圖5-19延時(shí)開(kāi)關(guān)仿真電路示波器輸出波形完成工作任務(wù)

按照要求完成工作任務(wù)。

1.簡(jiǎn)單延時(shí)開(kāi)關(guān)的制作