過(guò)壓欠壓延時(shí)保護(hù)電路-電子設(shè)計(jì)大賽初賽論.docx

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題目：過(guò)壓欠壓延時(shí)保護(hù)電路（F題） 參賽隊(duì)員： 摘要：本設(shè)計(jì)通過(guò)LM339電壓比較器分析過(guò)壓電流與欠壓電流。通過(guò)兩個(gè)二極管LED燈發(fā)出不同的報(bào)警。再通過(guò)三極管的放大作用以及兩個(gè)二極管的整流作用，將電流引入LM555集成電路，實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲作用。 關(guān)鍵詞：電壓比較器、時(shí)間延遲、電流放大。 目錄 題目：過(guò)壓欠壓延時(shí)保護(hù)電路（F題） 1 一、原理分析 2 二、元器件分析 3 1、LM555CN 3 2、LM339 4 3、2N5551 5 三、電焊 6 四、應(yīng)用延伸 7 五、總結(jié) 9 附錄 10 附錄1：元器件清單 10 附錄2：工具清單 10 一、原理分析 本電路通過(guò)對(duì)滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)，從而確定已電阻，進(jìn)而確定可接入電壓。當(dāng)電壓過(guò)大時(shí)，通過(guò)分壓作用以及電壓比較器LM339，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流流向的控制，并通過(guò)LED發(fā)光二極管，使其報(bào)警發(fā)亮。同理，當(dāng)電壓過(guò)低時(shí)，電流通過(guò)另一LED發(fā)光二極管發(fā)光報(bào)警。 然后電流通過(guò)2N5551三極管，經(jīng)過(guò)2N5551三極管的電流放大作用，再經(jīng)過(guò)兩個(gè)二極管的整流作用形成單股脈沖電流進(jìn)入道集成電路LM555CN，通過(guò)LM555CN實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲功能，并使得LED3持續(xù)亮燈10秒作為延遲的檢驗(yàn)裝置。 過(guò)壓，欠壓的檢測(cè)： U1A的正端接U6，與過(guò)電壓基準(zhǔn)值比較，所以比較器用于過(guò)電壓檢測(cè)，U1B的負(fù)端接U5，與欠電壓基準(zhǔn)值比較，所以比較器用于欠電壓檢測(cè)。 10s延時(shí)：一般假設(shè)電容的初始電壓為0，分電壓正常和電壓不正常兩種情況討論。定時(shí)是由外圍的RC元件決定的，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是時(shí)間常數(shù)T＝RC，當(dāng)C＝100uF，R＝200K時(shí)，延時(shí)就可以達(dá)到20S。 二、元器件分析 1、LM555CN LM555是一種應(yīng)用特別廣泛作用很大的的集成電路，屬于小規(guī)模集成電路，在很多電子產(chǎn)品中都有應(yīng)用。LM555的作用是用內(nèi)部的定時(shí)器來(lái)構(gòu)成時(shí)基電路，給其他的電路提供時(shí)序脈沖。LM555時(shí)基電路有兩種封裝形式有，一是dip雙列直插8腳封裝，另一種是sop-8小型（smd）封裝形式。其他還有ha17555、NE555、ca555分屬不同的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理都相同。 LM555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可等效成23個(gè)晶體三極管.17個(gè)電阻.兩個(gè)二極管.組成了比較器.RS觸發(fā)器.等多組單元電路.特別是由三只精度較高5k電阻構(gòu)成了一個(gè)電阻分壓器.為上.下比較器提供基準(zhǔn)電壓。 LM555引腳圖介紹如下 1 GND 地線 2觸發(fā) 3輸出 4復(fù)位 5控制電壓 6門(mén)限(閾值） 7放電 8電源電壓Vcc 簡(jiǎn)單的ne555電路應(yīng)用 2、LM339 【用　途】 四電壓比較電路 【性能 參數(shù)】 雙列貼片14腳封裝;最高工作電壓18V;功耗=265mW。 主要特點(diǎn): 1）失調(diào)電壓小，典型值為2mV； 2）電源電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓 為1V-18V； 3）對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬； 4）共模范圍很大，為0~（UCC-1.5V）Vo； 5 ）差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓； 6）輸出端電位可靈活方便地選用。 3、2N5551 2N5551是小功率硅三極管 相關(guān)參數(shù)： 直流電流增益hFE最小值(dB)：80 直流電流增益hFE最大值(dB)：250 集電極－發(fā)射集最小雪崩電壓Vceo(V)：160 集電極最大電流IC(max)(mA)：0.600 最小電流增益帶寬乘積Ft(MHz)：100 2N5551代換:3DG12,8550,8050等都可以用來(lái)直接代換。 2N5551引腳圖 三、電焊 我們此次經(jīng)過(guò)了兩次焊接，第一次焊接盡管我們仔細(xì)謹(jǐn)慎，但還是除了紕漏，是電路短路了，這是失敗圖。 第二次經(jīng)過(guò)我們組的團(tuán)結(jié)一致的努力終于焊接成功，雖然還是有些瑕疵，但我們都已經(jīng)盡到了自己最大的努力！ 四、應(yīng)用延伸 舉例說(shuō)明，我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)電冰箱保護(hù)器電路。由于電冰箱對(duì)電源的波動(dòng)范圍有一定的要求，而供電電源，其波動(dòng)幅度有時(shí)會(huì)超出電冰箱的允許波動(dòng)范圍。當(dāng)電冰箱壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如遇電網(wǎng)意外斷電又迅速恢復(fù)供電，會(huì)使壓縮機(jī)承受壓力過(guò)高而受損為了保證電冰箱能安全工作于規(guī)定的電源范圍內(nèi)，并且防止壓縮機(jī)受損，在其的供電電源端接入保護(hù)電路是非常必要的。 1. 當(dāng)電壓在市電正常范圍內(nèi)（180V～280V），該燈發(fā)亮，否則會(huì)熄滅；NE555時(shí)基電路組成延遲記憶電路。當(dāng)市網(wǎng)電壓過(guò)壓()或欠壓()時(shí)能自動(dòng)切斷冰箱交流供電電源； 2. 上電、欠過(guò)壓保護(hù)或瞬間斷電時(shí)，要延遲一段時(shí)間才能通電。復(fù)電延時(shí)功能：從停電到來(lái)電時(shí)能延時(shí)3—5分鐘再接通冰箱的交流電源； 3.因我們是用直流電進(jìn)行調(diào)試電路，所以在制作電路版的過(guò)程中，我們把電路的變壓器、整流電路及穩(wěn)壓電路三部分除去，然后用綠色的發(fā)光二極管代替電冰箱作為負(fù)載，具體的電路如下。綠色的LED發(fā)光表示負(fù)載正常工作，紅色的LED 發(fā)光表示負(fù)載不工作。 為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)原理，我們用到的器件就有，LM339、555定時(shí)器構(gòu)成的振蕩器、比較器，電阻、放大器、繼電器等。接通電源后，220V交流電經(jīng)變壓器的降壓、整流橋的整流、穩(wěn)壓器7812的穩(wěn)壓后，在RP2和RP3兩端可獲得約12V直流工作電壓。根據(jù)變壓器的變壓系數(shù)，調(diào)整電位器RP2和RP3，使市電電壓在正常范圍內(nèi)，上、下比較器都輸出高電平，此時(shí)VT1導(dǎo)通，電壓指示燈LED保持發(fā)亮。因?yàn)镃1兩端初始電壓為0，555時(shí)基電路的閾值端6腳為高電平，555時(shí)基電路復(fù)位，三極管VT2截止，繼電器K1的常閉觸點(diǎn)保持吸合，電冰箱電源被切斷。然后電源向C1充電，使2、6兩腳電位不斷下降，約經(jīng)過(guò)5min，可使電位降至12V電壓的1/3，555時(shí)基電路才置位，3腳輸出高電平，VT2導(dǎo)通，繼電器K1通電吸合，其常閉合觸點(diǎn)K-1斷開(kāi)，電冰箱通電工作。當(dāng)交流電網(wǎng)意外斷電時(shí)，C1儲(chǔ)存電荷通過(guò)R2、D5迅速泄放，當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，電路又要延遲5min左右才向電冰箱供電，從而確保電冰箱壓縮機(jī)不受損。當(dāng)市電電壓升高到280V以上，上比較器輸出低電平；市電電壓下降到180V以下，下比較器輸出低電平。只要兩者之一輸出低電平，VT1截止，LED熄滅。此時(shí)6腳為高電平，555時(shí)基電路復(fù)位，輸出端3腳為低電平，電冰箱電源被切斷，從而使電冰箱在電壓過(guò)高或過(guò)低的情況下自動(dòng)停止工作，保證了電冰箱能安全工作于規(guī)定的電源范圍內(nèi)。當(dāng)電壓恢復(fù)正常時(shí)，電路要延遲5min左右才向電冰箱供電?；娐方M成延遲記憶電路。因我們是用直流電進(jìn)行調(diào)試電路，所以在制作電路版的過(guò)程中，我們把電路的變壓器、整流電路及穩(wěn)壓電路三部分除去，然后用綠色的發(fā)光二極管代替電冰箱作為負(fù)載，具體的電路如下。綠色的LED發(fā)光表示負(fù)載正常工作，紅色的LED發(fā)光表示負(fù)載不工作。 五、總結(jié) 由于系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)合理，功能電路實(shí)現(xiàn)較好，系統(tǒng)性能優(yōu)良、穩(wěn)定，較好的達(dá)到了題目要求的各項(xiàng)指標(biāo)。另外我們?cè)谠S多方面都得益菲淺，學(xué)會(huì)了怎樣制作、安裝、調(diào)試一個(gè)電子產(chǎn)品。在這次設(shè)計(jì)中，我們采用逐個(gè)擊破的方法，從成品的制作、各部分功能的調(diào)試，都是分步完成的，先是把各部分功能一一實(shí)現(xiàn)，然后再實(shí)現(xiàn)整體功能。這樣做可以化繁為簡(jiǎn)，減少出錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)，即使出錯(cuò)了也比較容易發(fā)現(xiàn)，從而可以進(jìn)行處理。設(shè)計(jì)是一個(gè)實(shí)踐的平臺(tái)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)不斷學(xué)習(xí)、制作，讓我們掌握了很多東西。既熟悉了多種元器件的使用，也進(jìn)一步提高了自己設(shè)計(jì)電路的能力。更重要的是，通過(guò)這次鍛煉，增強(qiáng)了我們的動(dòng)手處理能力，擴(kuò)大了想問(wèn)題的角度，學(xué)會(huì)了如何分析電路問(wèn)題、如何去查找并改正電路中的錯(cuò)誤，如何把大的問(wèn)題最小化，并一一解決。感謝能夠給我們大一新生一次實(shí)踐的機(jī)會(huì)，讓我們切身的感受到電子設(shè)計(jì)帶來(lái)的樂(lè)趣，同時(shí)也為我們未來(lái)的學(xué)習(xí)起到了至關(guān)重要的引導(dǎo)作用。 附錄 附錄1：元器件清單 電路板*1 LM339M * 2 發(fā)光二極管*3 12KΩ電阻*2 10KΩ滑動(dòng)變阻器*1 10KΩ電阻*3 3.9KΩ電阻*2 4.7KΩ電阻*1 47KΩ電阻*1 1N4007整流二極管*4 2N5551三極管*1 LM555集成電路*1 附錄2：工具清單 熱風(fēng)槍、鑷子、焊錫絲、電烙鐵、松香、吸錫帶、海綿等。 附錄3： 電路圖