電冰箱保護(hù)電路設(shè)計(jì)

引言在日常生活中，在日常生活中，由于外部環(huán)境的變化、各個用戶的用電情況的改變而起電壓較大的波動或電力系統(tǒng)的突然中斷與連接，但是對于電冰箱它要求工作在比較穩(wěn)定的情況下，長時間的過壓、欠壓，突然斷電、上電都會對電冰箱的性能造成不同程度的損害影響它的使用壽命，情況嚴(yán)重一點(diǎn)甚至導(dǎo)致電冰箱燒壞。還有我們在使用電冰箱是會發(fā)現(xiàn)電冰箱用久了，當(dāng)去開冰箱是手會麻一下，如果這樣的話你就要注意了，可能用久了某些元件老化，出現(xiàn)了漏電情況，存在安全隱患。鑒于這一系列問題，我們就要為其設(shè)計(jì)一個保護(hù)器、報(bào)警器來進(jìn)行保護(hù)我們的電冰箱、保證我們的安全。本次我們探討的課題就是與之相關(guān)的電冰箱保護(hù)器、報(bào)警器設(shè)計(jì)通過本課題的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生掌握電子技術(shù)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，熟悉實(shí)驗(yàn)技術(shù)，測量技術(shù)等實(shí)驗(yàn)研究方法，學(xué)會運(yùn)用Protelse99、EWB、ptoteus等軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，使其具有獨(dú)立實(shí)驗(yàn)研究的能力，以便在未來的工作中開拓創(chuàng)新。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時，為了使電器設(shè)備工作性能更加穩(wěn)定，設(shè)計(jì)電器設(shè)備時須增加對產(chǎn)品的安全與穩(wěn)定等指標(biāo)的重視的理念。加深對電路理論知識的理解和掌握，更主要的是學(xué)習(xí)和掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法。學(xué)會運(yùn)用理論和實(shí)驗(yàn)兩種研究方法，解決實(shí)際問題。目錄TOC\o"1-5"\h\z引言 2設(shè)計(jì)任務(wù)書 3\o"CurrentDocument"第一章方案論證 4\o"CurrentDocument"數(shù)電法設(shè)計(jì)方案 4\o"CurrentDocument"單片機(jī)設(shè)計(jì)方案 4\o"CurrentDocument"數(shù)模結(jié)合法設(shè)計(jì)方案 5\o"CurrentDocument"第二章單元電路設(shè)計(jì) 5\o"CurrentDocument"電源電路設(shè)計(jì) 5\o"CurrentDocument"采樣比較電路設(shè)計(jì) 6\o"CurrentDocument"芯片介紹 6\o"CurrentDocument"LM339芯片的基本運(yùn)用。 7\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)電路 9\o"CurrentDocument"定時及開關(guān)電路設(shè)計(jì) 10\o"CurrentDocument"555芯片介紹 10\o"CurrentDocument"用555定時器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 11\o"CurrentDocument"繼電器介紹 12\o"CurrentDocument"2.4漏電報(bào)警電路設(shè)計(jì) 13\o"CurrentDocument"電器設(shè)備漏電的種類及原因分析 13\o"CurrentDocument"漏報(bào)警電電路 14\o"CurrentDocument"第三章總電路及原理分析 14\o"CurrentDocument"電冰箱保護(hù)電路總電路及其說明 14\o"CurrentDocument"電冰箱保護(hù)電路工作原理 15\o"CurrentDocument"元器件的參數(shù)設(shè)定 15\o"CurrentDocument"電路仿真 16\o"CurrentDocument"仿真軟件介紹 16\o"CurrentDocument"電路仿真 16\o"CurrentDocument"第四章原理圖的生成及PCB板的制作 19\o"CurrentDocument"原理圖的生成及其原理圖 19\o"CurrentDocument"PCB板的制作 19\o"CurrentDocument"第五章元件的安裝和電路的測試 20\o"CurrentDocument"元件的安裝 20\o"CurrentDocument"電路的測試和調(diào)試 20\o"CurrentDocument"測試注意 20\o"CurrentDocument"測試結(jié)果 20\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)心得 21\o"CurrentDocument"附錄 22\o"CurrentDocument"元件清單 22\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 23設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)使學(xué)生通過動腦動手解決一兩個實(shí)際問題，鞏固和運(yùn)用在《電子線路設(shè)計(jì)》課程中所學(xué)到的理論知識和實(shí)驗(yàn)技能；基本掌握用模擬電子電路一般設(shè)計(jì)方法；提高設(shè)計(jì)能力和動手能力。為以后從事電子電路設(shè)計(jì)，研制電子產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。課程設(shè)計(jì)的基本要求掌握電子電路分析和設(shè)計(jì)的基本方法。培養(yǎng)一定的自學(xué)能力，獨(dú)立分析問題的能力和解決問題的能力。掌握普通電子電路的生產(chǎn)流程及安裝，布線，焊線的基本技能。鞏固常用電子儀器的正確使用方法以及電子器件的測試方法。通過嚴(yán)格的科學(xué)訓(xùn)練和設(shè)計(jì)實(shí)踐，逐步樹立嚴(yán)肅認(rèn)真，一絲不茍，實(shí)是求是的科學(xué)作風(fēng)，并逐步建立正確的生產(chǎn)觀，經(jīng)濟(jì)觀，和全局觀。課題基本要求設(shè)計(jì)并制作電冰箱保護(hù)器，此保護(hù)器具有過、欠壓切斷，上電延遲等功能；2?電壓在180?250V范圍內(nèi)，正常供電時綠燈亮。正常供電范圍可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。欠壓保護(hù)：當(dāng)電壓低于設(shè)定允許最低電壓時，自動切斷電源，且紅指示。過壓保護(hù)：當(dāng)電壓高于設(shè)定允許最高電壓時，自動切斷叫源，且紅燈指示。延遲保護(hù)：在上電、欠壓過壓保護(hù)切斷電源、瞬間斷電時，延遲3?5min才允許接通電源。欠壓、過壓保護(hù)后接通電源應(yīng)同時滿足已延遲3?5min且電壓已恢復(fù)正常才允許接通電源。漏電保護(hù)：冰箱漏電，能發(fā)出蜂鳴報(bào)警。負(fù)荷功率三200W課題提高部分1.安裝自己設(shè)計(jì)的電路(1)檢查元器件(2)對電路進(jìn)行組裝：按照自己設(shè)計(jì)的電路，在PCB板上插接元器件并焊接。焊接完畢后，應(yīng)對照電路圖仔細(xì)檢查，看是否有錯接、漏接、虛焊的現(xiàn)象。通電調(diào)式通電測試：對安裝完成的電路板的參數(shù)及工作狀態(tài)進(jìn)行測量，以便提供調(diào)整電路的依據(jù)。通電調(diào)試：經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整和測量，使電路的性能達(dá)到要求。

第一章方案論證為了解決實(shí)際生活中的突然斷電、上電、電壓不穩(wěn)定等因素對電冰箱的使用壽命的影響，以及電冰箱機(jī)身漏電對使用者的安全保障這一系列的問題，設(shè)計(jì)一套簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的電路是十分有必要的。電路的設(shè)計(jì)方案各種各樣，有純模電設(shè)計(jì)方案、有純數(shù)電設(shè)計(jì)方案、有數(shù)模結(jié)合的設(shè)計(jì)方案、也有用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)、還可以用EDA技術(shù)來實(shí)現(xiàn)等。當(dāng)然不同的設(shè)計(jì)方案其滿足的性能指標(biāo)、電路的復(fù)雜程度也就不同1.1數(shù)電法設(shè)計(jì)方案用純數(shù)電法設(shè)計(jì)的框圖如圖1-1所示，此電路是先對電源進(jìn)行采樣，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，當(dāng)轉(zhuǎn)化得到的信號經(jīng)過比較電路處于最低門限電壓與最高門限電壓之間時（正常電壓范圍）輸出高電平，定時一段時間，開關(guān)閉合，繼電器通電吸合，電冰箱通電；當(dāng)轉(zhuǎn)化得到的信號經(jīng)過比較電路低于最低門限電壓時（欠壓）輸出低電平，開關(guān)斷開，繼電器不通電斷開，電冰箱斷電；當(dāng)轉(zhuǎn)化得到的信號經(jīng)過比較電路高于最高門限電壓時（過壓）輸出低電平，開關(guān)斷開，繼電器不通電斷開，電冰箱斷電。實(shí)現(xiàn)斷電、欠壓、過壓的保護(hù)。此電路可靠性高、工作穩(wěn)定，但使用芯片多電路相對復(fù)雜、且不經(jīng)濟(jì)，一般不用。對于純模電設(shè)計(jì)方案具有對元件要求高，不穩(wěn)定、可靠性不高等缺點(diǎn)，所以也被舍棄。圖1-1數(shù)電法設(shè)計(jì)的框圖圖1-1數(shù)電法設(shè)計(jì)的框圖1.2單片機(jī)設(shè)計(jì)方案用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的電路框圖如圖1-2所示，此電路是先對電源進(jìn)行采樣，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后經(jīng)過傳感器送給單片機(jī)，單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，經(jīng)過傳感器送給繼電器，對繼電器的斷開與閉合經(jīng)行控制，從而控制電冰箱。實(shí)現(xiàn)斷電、欠壓、過壓的保護(hù)。此電路其可靠性和穩(wěn)定性就不用說了，肯定好。但對于本次的設(shè)計(jì)電路相對簡單，無需用單片機(jī)技術(shù)，且從經(jīng)濟(jì)的角度上我們不采用這種方案。

220V -電源傳感器A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)系

統(tǒng)報(bào)警電路電冰箱220V -電源傳感器A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)系

統(tǒng)報(bào)警電路電冰箱繼電器.傳感器一圖1-2單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的電路框圖1.3數(shù)模結(jié)合法設(shè)計(jì)方案數(shù)模結(jié)合法設(shè)計(jì)的電路框圖如圖1-3所示此電路是對電源電壓與參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)電源電壓處于最低門限電壓與最高門限電壓之間時（正常電壓范圍）輸出高電平，定時一段時間，開關(guān)閉合，繼電器通電吸合，電冰箱通電；當(dāng)電源電壓低于最低門限電壓時（欠壓）輸出低電平，開關(guān)斷開，繼電器不通電斷開，電冰箱斷電；當(dāng)電源電壓高于最高門限電壓時（過壓）輸出低電平，開關(guān)斷開，繼電器不通電斷開，電冰箱斷電。實(shí)現(xiàn)斷電、欠壓、過壓的保護(hù)。此電路簡單，相對穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)，此設(shè)計(jì)采用此方案。圖1-3圖1-3數(shù)模結(jié)合法設(shè)計(jì)的電路框圖第二章單元電路設(shè)計(jì)2.1電源電路設(shè)計(jì)為了給本電路設(shè)計(jì)中的的集成芯片提供電源，所以我們不得不在在電路設(shè)計(jì)中加入一個+12V直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源的工作流程如圖2—1—1所示：

我們得出直流穩(wěn)壓電源的工作原理：電路接入幅值為220V、頻率為50Hz的帀電u.,i通過變壓器TRIAD，將市電220V的電壓幅值調(diào)整為合適的電路工作壓值u2。通過電源變壓器TRIAD輸送過來的交流電，再通過圖2—1—1中的橋式整流電路BRIDGE，得到單方向全波脈動的直流電壓。整流電路BRIDGE將交流電壓Ui變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓U1。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。本設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路，它的四臂是由四只二極管構(gòu)成當(dāng)變壓器B次級的1端為正、2端為負(fù)時，二極管D2和D4因承受正向電壓而導(dǎo)通，D1和D3因承受反向電壓而截止。此時，電流由變壓器1端通過D4,再經(jīng)D2返回2端。當(dāng)1端為正時，二極管D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，電流則由2端通過D3，再經(jīng)D1返回1端。因此，與全波整流一樣，在一個周期內(nèi)的正負(fù)半周都有電流流過負(fù)載，而且始終是同一方向。由于單方向全波脈動的直流電壓中含有豐富的交流成分，為了獲得平滑的直流電壓，在整流電路的后面加一個濾波電路，以濾去交流成分，濾波電容C的容量比較大，本身就存在著較大的等效電感，因此對于市電引入的各種高頻干擾的抑制能力很差。為了解決這個問題在電容C旁并聯(lián)一只小容量電容器c3、c5，就可有效地抑制高頻干擾。另外，穩(wěn)壓器在開環(huán)增益較高、負(fù)載較重的狀態(tài)下時，由于分布參數(shù)的影響，有可能產(chǎn)生自激，C3、C5則兼有抑制高頻振蕩的作用。輸出端接入電容器c4、C6，是為了改善瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)特性和減小46高頻輸出阻抗。圖2—1—1中的電容C就起到這個作用；但是輸出的電壓仍舊有較大幅度的波動對于電路中的芯片直接供電可能對芯片有所損害，使芯片不能正常的工作。為了避免這種不利的可能的發(fā)生。我們在濾波電路的后面再接一個穩(wěn)壓電路，使輸出的直流電壓更加平滑，如圖2—1—2中的集成穩(wěn)壓器78L12。電源電路設(shè)計(jì)圖如下圖2—1—2平滑，如圖2—1—2中的集成穩(wěn)壓器78L12。電源電路設(shè)計(jì)圖如下圖2—1—2所示。圖2－1—2電源電路設(shè)計(jì)圖C5VODN^TRAN-2P2SJ3u100n2.2采樣比較電路設(shè)計(jì)芯片介紹對于電冰箱只有工作在它的額定電壓上下一個比較小的電壓的范圍電冰箱才會工作正常。發(fā)揮電冰箱的最佳性能，以及保證電冰箱的正常使用壽命。基于此為我們就必須使電冰箱在它規(guī)定的電壓范圍內(nèi)工作，當(dāng)市電相對語電冰箱的工作電壓欠壓或者過壓的時候電冰箱處于斷電狀態(tài)，電冰箱不工作，也就是我們常說的電冰箱過壓與欠壓保護(hù)。于是我們就必須對市電進(jìn)行實(shí)時采樣并且對市電與電冰箱的正常工作電壓進(jìn)行比較。當(dāng)市電的電壓在電冰箱的正常工作電壓范圍就使電冰箱正常通電，否則，是電冰箱斷電不工作。采樣比較電路是對電源電壓與參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)電源電壓處于最低門限電壓與最高門限電壓之間時（正常電壓范圍）輸出高電平。對于比較電路我們才用LM339芯片。下面是LM339的運(yùn)用簡介。LM339集成塊內(nèi)部裝有四個獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是：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,雙電源電壓為土1V-±18V；3）對比較信號源的內(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。LM339集成塊采用C-14型封裝，圖2—2—1為外型及管腳排列圖oLM339使用靈活，應(yīng)用廣泛圖2—2—1LM339外型及管腳排列圖LM339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個待比較的信號電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號檢測等場合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。LM339芯片的基本運(yùn)用。1）單限比較器電路圖2—2—2a給出了一個基本單限比較器。輸入信號Uin,即待比較電壓，它加到同相輸入端，在反相輸入端接一個參考電壓（門限電平）Ur。當(dāng)輸入電壓Uin>Ur時，輸出為高電平U°H圖2—2—2b為其傳輸特性。⑻ (N圖2—2—2單相比較電路2）遲滯比較器遲滯比較器又可理解為加正反饋的單限比較器。前面介紹的單限比較器，如果輸入信號Uin在門限值附近有微小的干擾，則輸出電壓就會產(chǎn)生相應(yīng)的抖動（起伏）。在電路中引入正反饋可以克服這一缺點(diǎn)。圖2—2—3a給出了一個遲滯比較器，人們所熟悉的“史密特”電路即是有遲滯的比較器。圖2—2—3b為遲滯比較器的傳輸特性。圖2—2—3加正反饋的單限比較器當(dāng)輸出狀態(tài)一旦轉(zhuǎn)換后，只要在跳變電壓值附近的干擾不超過△U之值，輸出電壓的值就將是穩(wěn)定的。但隨之而來的是分辨率降低。因?yàn)閷t滯比較器來說，它不能分辨差別小于4U的兩個輸入電壓值。遲滯比較器加有正反饋可以加快比較器的響應(yīng)速度，這是它的一個優(yōu)點(diǎn)。除此之外，由于遲滯比較器加的正反饋很強(qiáng)，遠(yuǎn)比電路中的寄生耦合強(qiáng)多，故遲滯比較器還可免除由于電路寄生耦合而產(chǎn)生的自激振蕩。如果需要將一個跳變點(diǎn)固定在某一個參考電壓值上，可在正反饋電路中接入一個非線性元件，如晶體二極管，利用二極管的單向?qū)щ娦裕憧蓪?shí)現(xiàn)要求。圖2—2—4為其原理圖。圖2—2—4圖2—2—5為電網(wǎng)過電壓檢測電路部分。電網(wǎng)電壓正常時，1/4LM339的U4〈2.8V,U5=2.8V,輸出開路，過電壓保護(hù)電路不工作，作為正反饋的射極跟隨器BG1是導(dǎo)通的。當(dāng)電網(wǎng)電壓大于242V時，U4〉2.8V,比較器翻轉(zhuǎn)，輸出為0V，BG1截止，U5的電壓就完全決定于R1與R2的分壓值，為2.7V，促使U4更大于U5,這就使翻轉(zhuǎn)后的狀態(tài)極為穩(wěn)定，避免了過壓點(diǎn)附近由于電網(wǎng)電壓很小的波動而引起的不穩(wěn)定的現(xiàn)象。由于制造了一定的回差（遲滯），在過電壓保護(hù)后，電網(wǎng)電壓要降到242-5=237V時，U4〈U3，電磁爐才又開始工作。這正是我們所期望的。

圖2—2—5電網(wǎng)過電壓檢測電路3）雙限比較器圖2—2—6電路由兩個LM339組成一個窗口比較器。當(dāng)被比較的信號電壓Uin位于門限電壓之間時（U〈Uin〈U），輸出為高電位（U=U）。當(dāng)Uin不在門限電位范圍之間時，（Uin〉UR1R2OOHR2或Uin<U）輸出為低電位（U=U）,窗口電壓AU=U-U。它可用來判斷輸入信號電位是否R1OOLR2R1位于指定門限電位之間。采樣比較設(shè)計(jì)電路在我們設(shè)計(jì)中我們是對電冰箱的過壓和欠壓都要進(jìn)行保護(hù)，則我們采用LM339運(yùn)用簡介中的圖2—2—5電網(wǎng)過電壓檢測電路和圖2—2—6雙限比較器組合電路。構(gòu)成一個對電網(wǎng)的欠壓和過壓的檢測電路。其原理圖如下圖2—2—7所示。當(dāng)檢測到電網(wǎng)的電壓在電冰箱正常工作的允許范圍內(nèi)，則該電路輸出高電平，當(dāng)檢測到電網(wǎng)電壓大于或小于電冰箱的正常工作允許電壓范圍，則該電路輸出低電平。

圖2圖2—2—7電網(wǎng)采樣比較電路定時及開關(guān)電路設(shè)計(jì)555芯片介紹我們通過555定時器完成上電延遲的定時。通過繼電器來控制電冰箱的電源的接通和斷開。555定時電路的應(yīng)用十分廣泛,它由TTL集成定時電路和CMOS集成定時電路,這二者功能完全相同，不同之處是:TTL集成定時電路的驅(qū)動能力比CMOS集成定時電路大。555定時電路的組成555定時電路是由三個5千歐電阻組成分壓器、兩個高精度電壓比較器、一個基本R-S觸發(fā)器、一個作為放電通路的管子及輸出驅(qū)動電路組成。它的邏輯電路圖為：如圖2-3-1所示?？刂齐妷?國值輸入；觸發(fā)輸入；84控制電壓:國值輸入；觸發(fā)輸入；8465553'271功能描述：功能表如表2-3-1表所示。當(dāng)輸入端R為低電平時，不管別的輸入端為何種情況，輸出為低電平CMOS管工作。當(dāng)引腳6的輸入電平大于2/3UDD并且引腳2的輸入電平大于1/3UDD,輸出為低電平,CMOS管工作當(dāng)引腳6的電平小于2/3UDD并且引腳2的輸入電平大于1/3UDD輸出為原狀態(tài).當(dāng)引腳2的電平小于1/3UDD電路輸出為高電平,NMOS管關(guān)斷.表2-3-1 555功能表THTRROUTDXXLL接通>§Udd>|UddHL接通>|UddH原伏態(tài)原伏態(tài)X<|UddHH關(guān)斷圖中的L為低電平，H為高電平（3）2.3.2用555定時器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有下列特點(diǎn)：第一，它有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)狀態(tài)；第二，在外來觸發(fā)脈沖作用下，能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)狀態(tài)；第三，暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時間后，將自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)時間的長短，與觸發(fā)脈沖無關(guān)，僅決定于電路本身的參數(shù)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字系統(tǒng)和裝置中，一般用于定時（產(chǎn)生一定寬度的脈沖）、整形（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成等寬、等幅的脈沖）以及延時（將輸入信號延遲一定的時間之后輸出）等。1.電路組成及工作原理（1）無觸發(fā)信號輸入時電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)當(dāng)電路無觸發(fā)信號時，V］保持高電平，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即輸出端vo保持低電平，555內(nèi)放電三極管T飽和導(dǎo)通，管腳7“接地”，電容電壓v為0V。 °（2） V］下降沿觸發(fā) °當(dāng)v］下降沿到達(dá)時，555觸發(fā)輸入端（2腳）由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑娐繁挥|發(fā)，vo由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。（3）暫穩(wěn)態(tài)的維持時間在暫穩(wěn)態(tài)期間，555內(nèi)放電三極管T截止，VCC經(jīng)R向C充電。其充電回路為Vcc-RfCf地，時間常數(shù)j=RC，電容電壓vC由0V開始增大，在電容電壓vC上升到閾值電壓之前，電路將保持暫穩(wěn)態(tài)不變。

圖2-3-2圖2-3-2用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及丄作波形（4）自動返回（暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束）時間當(dāng)v上升至閾值電壓時，輸出電壓v由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑?55內(nèi)放電三極管T由截止轉(zhuǎn)為飽和導(dǎo)通，管腳7“接地”，電容C經(jīng)放電三極管對地迅速放電，電壓v由迅速降至0V（放電三極管的飽和壓降），電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。 °（5）恢復(fù)過程當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電容C通過飽和導(dǎo)通的三極管T放電，時間常數(shù)r=RC,式中R2CES CES是T的飽和導(dǎo)通電阻，其阻值非常小，因此r2之值亦非常小。經(jīng)過（3?5）r?后，電容C放電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。恢復(fù)過程結(jié)束后，電路返回到穩(wěn)定狀態(tài)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又可以接收新的觸發(fā)信號。繼電器丄作原理繼電器介紹繼電器的作用就是對電冰箱的電源的接通和斷開?；谠O(shè)計(jì)原理，我們采用的是電磁式繼電器。電磁繼電器的丄作原理和特性：電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的常開、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)。電磁式繼電器符號圖如圖2-3-3所示。

由555定時器組成的定時電路加上起驅(qū)動作用的三極管和繼電器就構(gòu)成了電冰箱保圖2-3-4定時、開關(guān)電路2.4漏電報(bào)警電路設(shè)計(jì)電器設(shè)備漏電的種類及原因分析在使用家電的過程中，有時用手觸摸外殼會有一中麻電的感覺，用電筆測試氖燈會發(fā)光。這就是人們經(jīng)常遇到的漏電現(xiàn)象。漏電通常是市電相線(也稱火線)與家電外殼(包括某些外露的零部件)之間存在一條或數(shù)條泄露通路。根據(jù)電流泄露路徑不同，主要分為一下四種情況。(1)靜電性漏電：電器中不同材料的轉(zhuǎn)動件之間的相互摩擦、氣體流動以及某些射線的輻射，都可能產(chǎn)生靜電。在空氣干燥的情況下，空氣對靜電荷的中和作用和帶電體本身的泄漏放電能力較差，會使帶電體靜電荷越積月多。當(dāng)靜電電壓達(dá)到一定值時。就會發(fā)生放電現(xiàn)象，產(chǎn)生火花和嘶嘶聲，這時若人體接觸到帶電體，就會有刺痛觸電感。將電器接地后，靜電就會消失。(2)電容性漏電：電器的帶電體與金屬外殼之間存在著分布電容。由于電容在交流電壓變化期間會進(jìn)行充、放電，而起到導(dǎo)電的作用，因而產(chǎn)生電容性漏電。但因分布電容的容量一般都很小，對工頻交流電而言其容抗很大，漏電較弱，對人體沒有危害。不過，若在嚴(yán)重潮濕條件下，空氣的介電常數(shù)增大，容抗減小，則電容性漏電將會增大，人體接觸家用電器就會發(fā)生漏電事故。(3)短路性漏電：電器的帶電部分因絕緣老化或破損，式帶電體直接與電器的金屬外殼相通，在電器通電運(yùn)行時，就會使外殼帶電其電壓值接近于電器設(shè)備的工作電壓值。這種漏電屬于短路性漏電，危險(xiǎn)性很大，會威脅或危及人的生命安全。電冰箱漏電報(bào)警電路

漏報(bào)警電電路電冰箱的電源線插頭采用三角插，其中間一腳連接家用電器的外殼，以策安全，但早年興建的民用住宅沒有設(shè)置專用地線，三孔插座的接低端懸空不用而存在安全隱患。針對這種情況，設(shè)計(jì)了一種保安插座，只要家用電器外殼帶電，即可聲、光報(bào)警，提醒用戶防范于未然。該插座的電路如圖2-4-1所示。當(dāng)外殼帶電的家用電器接入三孔插座時，漏電電流便會通過火線孔、電器外殼、接地殼、報(bào)警電路和零線構(gòu)成回路。漏電電流通過穩(wěn)壓二極管LED發(fā)光；同時，漏電電流通過穩(wěn)壓二極管VD2，再經(jīng)過C濾波后，輸入3V直流電壓，使微型直流音頻器B得電工作，發(fā)出報(bào)警聲，提醒用戶及時斷電檢查原因，以防止發(fā)生事故?；餱itR/60kVD1冷'x1N400ILED火fit47圖2-4-1電冰箱報(bào)警電路47第三章總電路及原理分析電冰箱保護(hù)電路總電路及其說明TRAN-2P2S1kCCCCCCE「，：；2 LP3393」「D8冷『C8UvTRAN-2P2S1kCCCCCCE「，：；2 LP3393」「D8冷『C8Uv^47uU28QVCVDC圖3-1-1電冰箱保護(hù)電路總電路電冰箱保護(hù)電路工作原理接通電源后，220V交流電經(jīng)過變壓器的降壓、整流橋的整流、穩(wěn)壓78L12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,使市電在正常范圍內(nèi)，上、下比較器都輸出高電平，此時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時基電路的閾值端6腳為高電平，555時基電路復(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5min，可使電位降至12V電壓的1/3，555時基電壓才置位，3腳輸出高電平，VT2導(dǎo)通，繼電器K1通電吸合，其常閉觸點(diǎn)K-1斷開，電冰箱通電工作。當(dāng)交流電網(wǎng)意外斷電時，C1儲存電荷通過R2、D5迅速泄放，當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電時，電路又延遲5min左右才向電冰箱供電，從而確保電冰箱壓縮機(jī)不受損壞。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。只要兩者其一輸出低電平，VT1截止，LED熄滅。此時6腳為高電平，555時基電路復(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高或電壓過低的情況下自動停止工作，保證了電冰箱能夠安全的工作在規(guī)定的范圍內(nèi)。當(dāng)電壓恢復(fù)正常時，電路要延遲5min左右才向電冰箱供電。當(dāng)發(fā)生漏電時，報(bào)警電路中警示燈發(fā)亮，蜂鳴器發(fā)出嘀嘀的聲音。在設(shè)計(jì)中對于電源的通斷我們采用兩個LED發(fā)光二極管進(jìn)行模擬。3.2元器件的參數(shù)設(shè)定變壓器的變壓系數(shù)是18.3：1(12V)，整流后的輸出電壓u3"1.2Xu2，當(dāng)u1分別為220V、180V、250V時，u2、u3、Va的計(jì)算如下：U1=220V u2=220 寧 18.3=12.02V u3=1.2X12.02=14.42V Va=7.21VU1=250V u2=250 寧 18.3=13.66V u3=1.2X13.66=16.39V Va=8.19VU1=180V u2=180 寧 18.3=9.84V u3=1.2X9.84=11.8V Va=5.9V所以，比較器的上限電壓為10.5V，下限電壓為6.75V。調(diào)節(jié)電位器RP2和RP3，使LM339的5腳電壓為10.5V，8腳電壓為6.75V。從而設(shè)置好比較器的上限和下限電壓值，使電路在280VWU1W180V能正常工作。電網(wǎng)由斷電到恢復(fù)后，電冰箱要延遲一段時間才能正常工作，此段延時時間Tp由NE555的外圍電路C1和R3決定：Tp"1.1XR3XC1因?yàn)殡娐芬笱訒r5分鐘(300秒)，設(shè)C1=220uF,則R3的阻值計(jì)算如下：R3=300寧(1.1X220X10-6)"1.2X106Q對于三端穩(wěn)壓二極管采用78L12，對于市電引入的各種高頻干擾的抑制能力很差。為了解決這個問題，在電容C旁并聯(lián)一只小容量電容器C3、C5。C3和C5取值為100nf。為了改善瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)特性和減小高頻輸出阻抗，輸出端接入電容器C、C，其取值均為220uF。D3、46D4、D6均采用IN4001型號的二極管。R1、R2為LED發(fā)光二極管的的限流電阻。在本次設(shè)計(jì)中我們選用470。。D1、D2、D5、D7為LED發(fā)光二極管，作為指示作用。Q1是作為繼電器的驅(qū)動，Q2是作為555定時器的輸入驅(qū)動，均采用9013型號的三極管。R7阻值68K作為D7的限流電阻。C8為47uF作為報(bào)警電路的濾波電容。C2、C7為濾除高頻干擾的濾波電容選值0.01uF。RV4、RV6、RV7均選擇型號為50K的可變電阻。3.3電路仿真仿真軟件介紹對于本次課程設(shè)計(jì)我們一改前例，使用了一款新的、功能更為強(qiáng)大的仿真軟件Proteus。它組合了高級原理布圖、混合模式SPICE仿真,PCB設(shè)計(jì)以及自動布線來實(shí)現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Proteus產(chǎn)品系列也包含了我們革命性的VSM技術(shù),用戶可以對基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實(shí)時采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。ISIS提供給用戶圖形外觀包括線寬、填充類型、字符等的全部控制，使用戶能夠生成如雜志上看到一樣精美的原理圖，遠(yuǎn)勝過CAD軟件繪制出的稀薄的線條。畫完圖可以以圖形文件輸出，或者拷貝到剪切板以便其他文件使用。這就使得ISIS成為制作技術(shù)文件，學(xué)術(shù)論文，項(xiàng)目報(bào)告的理想工具，也是PCB設(shè)計(jì)的一個出色的前端。畫圖的外形由風(fēng)格模板定義。此外此方案允許用戶定制元件庫提供的庫部件的外觀。生成出版質(zhì)量的原理圖；風(fēng)格模板允許提供庫部件的用戶化；鼠標(biāo)驅(qū)動和內(nèi)容關(guān)聯(lián)的用戶界面；自動走線，以及接點(diǎn)的布置和切除參數(shù)表示子電路元件值的層次設(shè)計(jì)包括子電路端口以及總線引腳的總線支持挑選元件或建立新庫元件可預(yù)覽PCB封裝完全體現(xiàn)多元器件的同性和異性包括相應(yīng)對話框用戶化的元件特性的精細(xì)管理超過8000元件的大型元件庫。完全適用于仿真模型網(wǎng)表格式：LabcenterSDF，SPICETangoBoardmaker，EEDeginer，F(xiàn)uturenet，Racal&Valid電器標(biāo)準(zhǔn)檢以及元件報(bào)告清單可彩色或單色輸出到Windows打印裝置圖形輸出格式：WMF，BNP，DXF，EPS以及HPGL。電路仿真在這里為等待時間短一些將RC定時電路的定是時間減短，（將R7=0.1M）在protues圖3-3-1仿真總電路圖3-3-2電源仿真圖DigitalOscilloscopeLevel1020AulaOne-ShotCursorsSourceBC0IlliIlliPosition41D40D390ChannelAChannelCPoaition708D90)比較電路的仿真|5mACDCGNDOFFInvertChannelBPositionAC-70GNDOFFInvertmVACGNDInvertChannelDPosidonAC■212Dl191圖3-3-2電源仿真圖DigitalOscilloscopeLevel1020AulaOne-ShotCursorsSourceBC0IlliIlliPosition41D40D390ChannelAChannelCPoaition708D90)比較電路的仿真|5mACDCGNDOFFInvertChannelBPositionAC-70GNDOFFInvertmVACGNDInvertChannelDPosidonAC■212Dl191liwertmV仿真電路及結(jié)果如圖3-3-4(a)、(b)、(c)、所示(a)過壓(b)欠壓1)電源電路的仿真，電路圖如圖3-3-2所示，波形圖如圖3-3-3所示（c）正常工作圖3-3-4比較器仿真電路（3）定時、開關(guān)電路仿真電壓在工作范圍內(nèi)，當(dāng)剛上電時，結(jié)果如圖3-3-5（a）所示，定時電路開始定時，過大約25秒定時時間到（RC電路電容充電完成）555定時器5、6腳出現(xiàn)低電平，3腳輸出高電平使Q1導(dǎo)通，開關(guān)打開，結(jié)果如圖3-3-5（b）圖所示，當(dāng)過壓、欠壓時，555定時器5、6腳為高電平，3腳輸出低電平（0），使Q1截止，開關(guān)斷開，結(jié)果如圖3-3-5（a）所示圖3-3-5(a)圖圖3-3-5(a)（4）總電路仿真仿真圖如前面圖3-3-1所示，當(dāng)才上電時，繼電器處于常斷狀態(tài)，紅色發(fā)光二極管D2）點(diǎn)亮。綠色發(fā)光二極管（D1）亮，紅色發(fā)光二極管（D5）不亮，大約25秒后，繼電器閉合，綠色發(fā)光二極管（D1）熄滅，紅色發(fā)光二極管（D5）點(diǎn)亮。調(diào)節(jié)VR7使LM3395、6腳的電壓增大，當(dāng)調(diào)到大于8.19V,繼電器斷開，可觀察到：紅色發(fā)光二極管D2）熄滅，綠色發(fā)光二極管（D1）亮，紅色發(fā)光二極管（D5）熄滅，再調(diào)節(jié)VR7使LM3395、6腳的電壓減小，使繼電器閉合，然后調(diào)節(jié)VR7使LM3395、6腳的電壓減小，當(dāng)調(diào)到小于5.9V，繼電器斷開，可觀察到：紅色發(fā)光二極管（D2）熄滅，綠色發(fā)光二極管（D1）亮，紅色發(fā)光二極管（D5）熄滅，仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)要求一致。

第四章原理圖的生成及PCB板的制作原理圖的生成及其原理圖首先打開Protel99se軟件，新建一個原理圖文件并命名為《電冰箱保護(hù)電路設(shè)計(jì)》，選定保存的地方。然后，在工具欄中選元件，連線，對各元件進(jìn)行正確的引腳封裝。設(shè)置好在Proteus中仿真確定的元件參數(shù)。在protel99se中生成的原理圖如下圖4-1-1所示。圖4-1-1protel99se軟件中生成的原理圖4.2PCB板的制作在上圖4-1-1圖的基礎(chǔ)上，在工具欄中產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表。檢查網(wǎng)絡(luò)表無誤后新建一個PCB文件,在PCB中導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表。然后進(jìn)行自動布局，再自動布局后進(jìn)行人工調(diào)整，在進(jìn)行人工布線制作出PCB文件。PCB最終的布線效果圖如圖4-2-1所示。圖4-2-1PCB圖第五章元件的安裝和電路的測試5.1元件的安裝在安裝前，先用紗布將電路板上的碳粉打磨掉，然后用萬用表檢查是否有短線，短路的情況，在焊接時注意焊點(diǎn)的大小，焊錫量要合適過，熱要靠焊錫橋，使焊件很快被加熱到焊接溫度。元件要固定在焊錫凝固之前不要使焊件移動或震動，特別是用鑷子夾住焊件時一定要等焊錫凝固再移去鑷子。另外，安裝時對照PCB圖、原理圖經(jīng)行焊接，要特別注意電容，芯片等器件的引腳和極性，不能接反，否則會把這些器件燒壞。如果不小心接錯了，在拔出的時候要小心，用工具慢慢把焊錫去掉，再將元件拔出。而且拔的方向要正確，如果萬一有線路腐蝕過火，且線路少時，可用導(dǎo)線連接，連接線路要盡可能短，否則影響美觀和檢查。電路的測試和調(diào)試測試注意整個電路連接完之后，就可以對該電路進(jìn)行調(diào)試與測試，來發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計(jì)方案的不足。在進(jìn)行調(diào)試和測試之前，首先要對電路進(jìn)行檢查。對照原理圖按順序一一檢查，以免出現(xiàn)遺漏。以元件為中心進(jìn)行查線，把每個器件的引腳依次檢查，看是否有接錯線或少接線，為了防止出差錯，最好對已檢查的線路在原理圖上做上標(biāo)記，如果線路沒有問題，就可以接著對電路進(jìn)行調(diào)試和測試了。用萬用表適當(dāng)?shù)臋n位對元器件進(jìn)行測試，看線路是否接通。如果有錯誤就對其進(jìn)行修改，修改后再調(diào)試。將輸入端接通電源，用示波器測輸出電壓，看是否輸出為各個輸出端的輸出的波形和幅度大小，并測量個項(xiàng)性能指標(biāo)是否滿足題目要求。如果有輸入電壓，而沒有輸出電壓，就要重新對電路進(jìn)行檢查，直到有輸出電壓為止。輸不出電壓的原因：（1）焊接電路是有虛焊（2）線路接觸不良對沒有錯誤的電路而言。用萬用表的歐姆檔對印制電路板連接在一起的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試，如果萬用表有數(shù)值顯示。則證明此節(jié)點(diǎn)已經(jīng)連通的。如果沒有顯示，則證明此節(jié)點(diǎn)中間斷路。測試結(jié)果接通電源用萬用表測LM3397腳的電壓，調(diào)節(jié)電位器VR4使其電壓調(diào)到&19V,萬用表測LM3395、6腳的電壓，調(diào)節(jié)電位器VR6使其電壓調(diào)到5.9V,VR7調(diào)到正中間，當(dāng)才上電時，繼電器處于常斷狀態(tài)，可觀察到：紅色發(fā)光二極管（D2）亮，綠色發(fā)光二極管（D1）亮，黃色發(fā)光二極管（D5）不亮，大約5分鐘后，繼電器閉合，可觀察到：綠色發(fā)光二極管（D1）熄滅，黃色發(fā)光二極管（D5）點(diǎn)亮。調(diào)節(jié)VR7使LM3395、6腳的電壓增大，當(dāng)調(diào)到大于&19V,繼電器斷開，可觀察到：紅色發(fā)光二極管（D2）熄滅，綠色發(fā)光二極管（D1）亮，黃色發(fā)光二極管（D5）熄滅，再調(diào)節(jié)VR7使LM3395、6腳的電壓減小，使繼電器閉合，然后調(diào)節(jié)VR7使LM3395、6腳的電壓減小，當(dāng)調(diào)到小于5.9V