广东工程职业技术学院毕业论文
广东工程职业技术学院毕业论文
电铃声响延时器制作
Design of the Simple Electronic Organ Based on FPGA
作者姓名： 周淳杰 学科专业： 电子产品技术 学院(系部)：机电工程系 指导教师： 罗勇
广东工程职业技术学院
2009年12月
目录
摘要.............................................................................................. 错误！未定义书签。 Abstract ........................................................................................ 错误！未定义书签。 第一章 绪论.............................................................................. 错误！未定义书签。
1.1设计的功能..................................................................... 错误！未定义书签。 1.2电路的设计..................................................................... 错误！未定义书签。
1.2.1 电路设计的总体思路.......................................... 错误！未定义书签。 1.2.2 方案的比较.......................................................... 错误！未定义书签。 1.2.3 总体方案的设计.................................................. 错误！未定义书签。
第二章 电铃声响延时器的设计................................................ 错误！未定义书签。
2.1电路的总体结构
2.1.1电路的设计构想框图........................................... 错误！未定义书签。
2.1.2电路总体结构框图
2.1.3总电路原理框图................................................... 错误！未定义书签。
2.1.4该设计所需元器件列表
2.1.5 主要材料及电路介绍 2.1.5.1 555定时器及其应用
1）555定时器的电路结构及其功能 2）用555定时器组成的单稳态触发器 2.1.5.2 电磁继电器的结构和功能 2.1.5.3 继电器
A电磁继电器的结构 B电磁继电器的特性参数
2.1.5.4 由二极管组成的滤波电路和整流电路 2.2电路设计过程................................................................. 错误！未定义书签。
2.2.1电路原理图
2.2.2工作原理 2.2.3电咯焊接 2.2.4电路的调试
...................................................................................................... 错误！未定义书签。 第三章 总结................................................................................ 错误！未定义书签。
结论
参考文献...................................................................................... 错误！未定义书签。 致 谢.......................................................................................... 错误！未定义书签。
第一章 绪论
1.1设计的功能
需要打铃时，按一下SB按钮即松手。SB刚按下，HA得电，电铃声响，同时在C1两端可得到12V上下的直流电压。由于电容器具有端电压不能突变的特点，故C2的正极端（的2，6脚）为低电平，使IC的3脚输出高电平。于是，继电器线包得电工作，K-1触点吸合，确保SB松手后电路自保工作，让HA继续发出电铃响声。与此同时，12V直流电压经R2向C2充电，在充电过程中，由于VD4负极电位始终高于正极而截止，对电路的工作不产生任何影响。随着C2正极端电位渐渐升高，IC的2，6脚电位越来越高，当高达2/3Udd即2/3X12=8V时，IC的3脚立即从高电平跃变为低电平输出，继电器线包失电释放，K-1触点断开，切断HA的工作电源，铃声自动消失。K-1断开后，C1上的残余电荷经VD4，R1及IC内部的等效电阻迅速释放殆尽，为下一次打铃延时作好准备。
1.2电路的设计
1.2.1 电路设计的总体思路
电路总体思路可分为三个部分，NE555延时器电路、主控制电路及开关电路、开关电路。首先NE555延时器电路发送一个信号到主电路，主电路进行处理从而输出 一个信号到开关电路，最后电铃声响。
1.2.2 方案的比较
这个设计 可以采用两个方案：
1、利用单片机作为主电路进行控制。 2、利用555定时器作为主电路埋控制。
这两个方案比较起来都很简单，但单片机路元器件比较贵，并且还需要使用电脑进行编程再利用下载器烧录程序到单片机里面，过程相对比较复杂。而使用555定时器不但便宜，而且电路也很简单，制作快捷。
1.2.3 总体方案的设计 错误！未定义书签。 从电路设计的总体思路来看，根据资料，主控制电路则使用了555定时器构成的单稳态触发电路，开关电路则可以采用由二极管和一个继电器构成。另外，为了白天不使用照明灯的实际情况，本电路还增加了一个滤波电路，其主要使用了一个电铃和几个二极管完成这部分功能，电路也比较简单。
第二章 电铃声响延时器的设计 2.1电路的总体结构
该设计适用于夜间，所以由电路中的光敏电阻在白天和夜晚不同的阻值来控制电路中的不同三极管的导通与否，从而对电路进行控制。
2.1.1电路的设计构想框图
在设计好的电路中，RDP-18通过接收人体辐射来控制主电路中555的高低电平输出，进一步控制电路开关，从而达到自动照明。
2.1.2
电路总体结构框图
该设计的电路大体有电源电路、555单稳态电路、继电器照明开关电路和光控电路组成，其中555单稳态电路为主。
2.1.3
总电路原理框图
2.1.4
该设计所需元器件列表
2.1.5 主要材料及电路介绍 2.1.5.1 555定时器及其应用
1）555定时器的电路结构及其功能 555定时器的电路结构
555定时器是一个多用途的模拟-数字混合集成电路。555定时器的内部电路结构如图5-1所示。
由上图可见，555定时器内部电路由电压比较器C1和C2，RS触发器和集电极开路的三极管T三部分组成。
555定时器有两个输入端，一个输出端，共8个引脚。器件的第6脚接电压比较器C1的反相输入端，称为阈值端，用符号TH来标注；第2脚接电压比较器C2的同相输入端，称为触发端，用符号
来标注；第5脚是控制电压输入端，
用符号VCO来标注；第4脚是RS触发器的复位端；第3脚是信号输出端，第1脚是接地端，第8脚是电源电压输入端。
由上图可见，当第5脚悬空时，第8脚所接的电源电压Vcc经三个5kΩ的电阻R分压，电压比较器C1同相输入端的电压为
，该电压是电压比较器C1
，该电压是电压比较器
的参考电压；电压比较器C2反相输入端的电压为
C2的参考电压。
555定时器的工作原理是：当输入电压
C1反相输入端的输入电压小于参考电压，相当于在电压比较器C1的反相输入端输入一个负极性的信号，电压比较器C1的输出电压为正极性的信号，即高电平信号“1”；电压比较器C2同相输入端的输入电压小于参考电压，相当于在电压比较器C2的同相输入端输入一个负极性的信号，电压比较器C2的输出电压为负极性信号，即低电平信号“0”；RS触发器被置位，输出电压u0等于1。
时，电压比较器
相输入端的输入电压小于参考电压，电压比较器C1的输出电压为高电平信号“1”；电压比较器C2同相输入端的输入电压从小于参考电压变化到大于参考电压，电压比较器C2的输出电压从低电平信号“0“变为高电平信号“1”；RS触发器处在保持的状态，保持
当输入电压
时的输出状态，输出电压u0等于1。
当输入电压
时，ui2从
变化到
时，电压比较器C1反
大于参考电压，相当于在电压比较器C1的反相输入端输入一个正极性的信号，电压比较器C1的输出电压为负极性的信号，即低电平信号“0”；电压比较器C2同相输入端的输入电压大于参考电压，相当于在电压比较器C2的同相输入端输入一个正极性的信号，电压比较器C2的输出电压为正极性信号，即高电平信号“1”；RS触发器被复位，输出电压u0等于0。
当输入电压
时，ui1从
变化到
时，电压比较器C2
时，电压比较器C1反相输入端的输入电压
同相输入端的输入电压大于参考电压，电压比较器C2的输出电压为高电平信号“1”；电压比较器C1反相输入端的输入电压从大于参考电压变化到小于参考电压，电压比较器C1的输出电压从低电平“0”变为高电平“1”；RS触发器处在保持的状态，保持
定时器输出与输入的关系也可用功能表来描述，555定时器的功能表如表1所示。
表1 555定时器的功能表
时的输出状态，输出电压u0等于0。555
2）用555定时器组成的单稳态触发器 用555定时器组成单稳态电路
因上面介绍的施密特电路有两个稳定的输出状态，所以，施密特电路又称为双稳态电路。若某电路只有一个稳定的输出状态，则该电路称为单稳态电路。用555定时器也可以组成单稳态电路，由555定时器组成的单稳态电路如图5-5所示。
单稳态电路的工作原理是：在正
常的情况下，电路的输入信号端接
uC=0， 555定时器的输入状态满足
可得，555定时器内部的电压比较器C1和C2的输出电压都是高电平“1”，555定时器内部的RS触发器处在记忆的状态，记住Q=0的低电平状态，555定时器内部的三极管T导通，单稳态电路保持输出低电平的状态，电路的输出电压uO=0，该状态是单稳态电路的稳定态。
若在单稳态电路的输入端加上一个负脉冲的触发信号，在负脉冲信号的触发下，555定时器内部的电压比较器C2的输出电压为低电平信号“0”，电压比较器C1的输出电压为高电平信号“1”，555定时器内部的RS触发器被置位，RS
触发器处在Q=1的状态，单稳态电路的输出为高电平，电路的输出电压为uO=1。
当单稳态电路的输出uO=1时，因555定时器内部RS触发器的输出Q=1，
增大，当电容C两端的电压
，所以，三极管T截止，
，
的条件，根据表5-1
的高电平信号，电容C上的电压
电源Vcc经电阻R向电容C充电，使电容两端的电压uC
内部的电压比较器C1的输出电压为低电平信号“0
”，
时，555定时器
电压比较器C2的输出电压因负脉冲触发信号的消失变成高电平信号“1”，555定时器内部的RS触发器被复位，RS触发器的状态为“0”，单稳态电路自动回到输出电压uO=0的稳定态。
当555定时器内部的RS触发器处在状态“0”时，555定时器内部的三极管T导通，电容C通过三极管T放电，使电容两端的电压恢复到uC=0的状态，为下一次充电作准备。
由上面的讨论可见，单稳态电路输出电压uO=1的状态不是电路的稳定态，该状态仅在负脉冲触发信号作用后的短时间内出现，称为电路的暂稳态。单稳态电路的工作波形图如图5-6所示。
由图5-6可见，单稳态电路在负脉冲信号的触发下，电路进入输出电压uO=1的暂稳态，暂稳态所持续的时间用tw来表示，利用电容充电过程的三要素公式可求得tw的大小。利用三要素公式求tw的过程如下：
根据单稳态电路工作的特点可得电路的三要素为uC（0）=0，uC（∞）=Vcc，τ=RC。将电路的三要素代入电容充电过程的三要素公式可得
（5-2）
将
（5-3）
由式5-3可见，单稳态电路暂稳态所持续的时间tW与RC有关，改变RC的值，即可改变单稳态电路暂稳态所持续的时间。
2.1.5.2 热释电人体红外传感器的结构与工作原理
热释电人体红外传感器一般都采用差动平衡结构。由敏感元件、场效应管，高值电阻等组成。 1） 敏感元件 敏感元件，是用热释电人体红外材料制成的，先把热释电材料制作成很小的薄片，再在薄片两面镀上电极，构成两个串联的有极性的小电容器。将极性相反的两个敏感元做在同一晶片上，是为了抑制由于环境与自身温度变化而产生热释电信号的干扰。而热释电人体红外传感器在实际使用时，前面要安装透镜，通过透镜的外来红外辐射智慧聚在一个敏感元上，以增强接收信号。热释电人体红外传感器的特点是它只在由于外界的辐射而引起它本身的温度变化时，才给出一个相应的电信号，当温度的变化趋于稳定后就再没有信号输出，所以说热释电信号与它本身的温度的变化率是成正比，或者说热释电红外传感器只对运动的人体敏感，应用于当今探测人体移动报警电路中。
的条件代入式5-2可得
2）场效应管和高阻值电阻Rg
通常敏感元件材料阻值高达10^13 Ω.因此，要用场效应管进行阻抗变换，才能实际使用.场效应管常用2SK303V3、2SK94X3等来构成源极跟随器，高阻值电阻Rg的作用是释放栅极电荷，使场效应管正常工作。一般在源极输出接法下，源极电压约为0.4—1.0V ,通过场效应管，传感器书吃信号就能用普通放大器进行处理。
3） 滤光窗
热释电人体红外传感器中的敏感元件是一种广谱材料。能探测各种波长辐射。为了使传感器对人体最敏感，而对太阳、电灯光等有抗干扰性，传感器采用了滤光片作窗口，即滤光窗，滤光片是在S基板上镀多层膜做成的。每个物体都发出红外辐射，其辐射最强的波长满足维恩位移定律：λm · T = 2989(μm·k)
式中λm—最大波长。T—绝对温度。
人体温度为36～37℃，即309～310°K，其辐射的红外波长λm=2989/309～310≈9.67～9.64μm。可见，人体辐射的红外线最强的波长正好在滤波片的响应波长705～14mm的中心处。故滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而阻止太阳光、灯光等可见光中的红外线同过，免除干扰。所以，热释电人体红外传感器只对人体和近似人体体温的动物有敏感作用。
4） 菲涅尔透镜
热释电人体红外传感器只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。不加菲涅尔透镜时，该传感器的探测半径可能不足2m，配上菲涅尔透镜则可达10m，甚至更远。菲涅尔透镜是用普遍的聚乙烯制成的，安装在传感器的前面。透镜的水平方向上分为三部分，每一部分在竖直方向上又分成不同的区域，所以菲涅尔透镜实际是一个透镜组。当光线通过透镜单元后，在其反面则形成阴暗相同的可见区和盲区。每个透镜单元只有一个很小的视场角，视场角内为可见区，之外为盲区。而相邻的两个单元透镜的视场既不连续，更不交叠，却都相隔一个盲区。当人体在这一监视范围中运动时，顺利地进入某一单元透镜的视场，又走出这一视场，热释电传感器的有对运动的人体一会儿看到，一会又看不到，再过一会儿又看到，然后看不到，于是人体的红外线辐射不断改变热释电体的温度，使它输出一个又一个相应的信号。输出信号的频率大约为0.1~10Hz，这一频率范围由菲涅尔透镜、人体运动速度和热释电人体红外传感器本身的特性决定。
菲涅尔透镜不仅是形成可见区和盲区，还有聚焦作用。其焦距一般为5cm左右，应用时视不同传感器所配用的透镜也不同，一般把透镜固定在传感器正前方1～5cm处。菲涅尔透镜形成圆弧状，透镜的焦距正好对准传感器敏感元的中心。
目前国内市场上常见的热释电红外传感器有上海尼赛拉公司的SD02、PH5324和德国海曼LHi954、LHi958以及日本的产品等，其中SD02适合防盗报警电路。
2.1.5.3 续流二极管电路
一 续流二极管的作用:
续流二极管通常是并联在线圈的两端，线圈在通过电流时，会在其两端产 生感
应电动势。当电流消失时，其感应电动势会对电路中的原件产生反向电压。当反
向电压高于原件的反向击穿电压时，会把原件如三极管，等造成损坏。续流二极管并联在线两端，当流过线圈中的电流消失时，线圈产生的感应电动势通过二极管和线圈构成的回路做功而消耗掉。丛而保护了电路中的其它原件的安全。
二 续流二极管的应用
图中的Ｒ、Ｃ也是利用Ｃ上电压不能突变的原理，来吸收感应电势。可见“续流二极管”并不是一个实质的元件，它只不过在电路中起到的作用称做“续流”。 续流二极管经常和储能元件一起使用，防止电压电流突变，提供通路。电感可以经过它给负载提供持续的电流，以免负载电流突变，起到平滑电流的作用！通常应用在开关电源,继电器电路,可控硅电路,IGBT等电路中,应用非常广泛.
在开关电源中，续流二极管通常和电阻串连起来构成的的续流电路。这个电路与变压器原边并联。当开关管关断时，续流电路可以释放掉变压器线圈中储存的能量，防止感应电压过高，击穿开关管。
继电器的线圈是一个很大的电感，它能以磁场的形式储存电能，所以当他吸合的时候存储大量的磁场当控制继电器的三极管由导通变为截至时线圈断电但是线圈里有磁场这时将产生反向电动势电压可高达1000v以上很容易击穿推动三极管或其他电路元件，这是由于二极管的接入正好和反向电动势方向一致把反向电势通过续流二极管以电流的形式中和掉从而保护了其他电路元器件，因此它一般是开关速度比较快的二极管，象可控硅电路一样因可控硅一般当成一个触点开关来用，如果控制的是大电感负载一样会产生高压反电动势原理和继电器一样的。在显示器上也用到一般用在消磁继电器的线圈上。
三 续流二极管应用注意事项
1、续流二极管，是防止直流线圈断电时产生自感电势形成的高电压对相关元器件造成损害的有效手段！
2、续流二极管的极性不能接错，否则将造成短路事故；
3、续流二极管对直流电压总是反接的，即二极管的负极接直流电的正极端；
4. 4、续流二极管是工作在正向导通状态，并非击穿状态或高速开关状态
四 续流二极管反接的原因：
当流过线圈的电流大小发生改变时，线圈要产生一个反向电动势来维持原电流的大小不变，也就是这一反向电动势不让线圈中的电流发生改变。线圈中的电流变化率越大，其反向电动势越大。
线圈本身是反向电动势的内电路，电动势内电路中的电流是从低电位流向高电位，这点很重要。所以,
当电流是从小增加到大时，产生的反向电动势的方向与原电压方向相同。 当电流从大到小时，产生的反向电动势的方向与原电压方向相反。
五 续流二极管的选择:
一般选择快速恢复二极管或者肖特基二极管就可以了，用来把线圈产生的反向电势释放掉！如
FR254 R255 FR256 FR257,1N5204，1N5205，1N5206，1N5207，1N5208,1N5404，1N5405，5406，5407，5408。都可以选做续流二极管。
2.1.5.4继电器
A继电器的特性参数图2中x1称为继电器的吸合值,x2称为继电器的释放值，比值x2/x1=Kf称为返回系数。输入参数 x1对应的功率称为吸合功率，它是表示电磁继电器吸合时所需要的最小功率，通常称为继电器的灵敏度。有时也用继电器的吸合安匝值来表示。
电磁继电器的动作时间包括吸合时间和释放时间。吸合时间是指从线圈通电开始，到所有触点达到工作状态所需时间。释放时间是指从线圈断电开始，到所有触点恢复到释放状态所需要的时间。吸合时间和释放时间不包括触点的回跳时间和动态接触电阻的稳定时间。
接触电阻是指当触点对通电时，在两触点接触表面间显示出的电阻值。寿命是指继电器在规定的环境条件和负载下，能够正常动作的最小次数。
触点负载能力是指继电器触点能承受的开路电压值和闭路电流值。
（1）共发射极直流电流放大系数，它表示三极管在共射极连接时，某工作点处直流电流IC与IB的比值，当忽略ICBO时
（2）共发射极交流电流放大系数
β它表示三极管共射极连接、且UCE恒定时，集电极电流变化量ΔIC与基极电流变化量ΔIB之比，即
管子的β值大小时，放大作用差；β值太大时，工作性能不稳定。因此，一般选用β为30～80的管子。
2．共基极电流放大系数
共基极直流电流放大系数它表示三极管在共基极连接时，某工作点处IC 与 IE的比值。在忽略ICBO的情况下
（2）共基极交流电流放大系数α，它表示三极管作共基极连接时，在UCB 恒定的情况下，IC和IE的变化量之比，即：
通常在ICBO很小时，与β，与α相差很小，因此，实际使用中经常混用而不加区别。
二、极间反向电流
1．集-基反向饱和电流ICBO
ICBO是指发射极开路，在集电极与基极之间加上一定的反向电压时，所对应的反向电流。它是少子的漂移电流。在一定温度下，ICBO 是一个常量。随着温度的升高ICBO将增大，它是三极管工作不稳定的主要因素。在相同环境温度下，硅管的ICBO比锗管的ICBO小得多。
2．穿透电流ICEO
ICEO是指基极开路，集电极与发射极之间加一定反向电压时的集电极电流。ICEO与ICBO的关系为：
ICEO = ICBO
＋ICBO＝（1＋）ICBO GS0125
该电流好象从集电极直通发射极一样，故称为穿透电流。ICEO和ICBO一样，也是衡量三极管热稳定性的重要参数。
三、频率参数
频率参数是反映三极管电流放大能力与工作频率关系的参数，表征三极管的频率适用范围。
1．共射极截止频率fβ
三极管的β值是频率的函数，中频段β=βo几乎与频率无关，但是随着频率的增高，β值下降。当β值下降到中频段βO1／倍时，所对应的频率，称为共射极截止频率，用fβ表示。
2．特征频率fT
当三极管的β值下降到β＝1时所对应的频率，称为特征频率。在fβ～fT的范围内，β值与f几乎成线性关系，f越高，β越小，当工作频率f＞fT，时，三极管便失去了放大能力。
四、极限参数
1．最大允许集电极耗散功率PCM
PCM 是指三极管集电结受热而引起晶体管参数的变化不超过所规定的允许值时，集电极耗散的最大功率。当实际功耗Pc大于PCM时，不仅使管子的参数发生变化，甚至还会烧坏管子。PCM可由下式计算：
PCM ＝ICUCE GS0126
当已知管子的PCM 时，利用上式可以在输出特性曲线上画出PCM 曲线。
2．最大允许集电极电流ICM
当IC很大时，β值逐渐下降。一般规定在β值下降到额定值的2／3（或1／2）时所对应的集电极电流为ICM当IC＞ICM时，β值已减小到不实用的程度，且有烧毁管子的可能。
3．反向击穿电压BVCEO与BVCEO
BVCEO是指基极开路时，集电极与发射极间的反向击穿电压。
BVCBO是指发射极开路时，集电极与基极间的反向击穿电压。一般情况下同一管子的
BVCEO（0.5～0.8）BVCBO 。三极管的反向工作电压应小于击穿电压的（1／2～1／3），以保证管子安全可靠地工作。
三极管的3个极限参数PCM 、ICM、BVCEO和前面讲的临界饱和线 、截止线所包围的区域，便是三极管安全工作的线性放大区。一般作放大用的三极管，均须工作于此区。
B三极管的开关牲
三极管的开关特性
图1 NPN 三极管共射极电路
图2 共射极电路输出特性曲
图一所示是NPN三极管的共射极电路，图二所示是它的特性曲线图，图中它有3 种工作区域：截止区(Cutoff Region)、线性区 (Active Region) 、饱和区(Saturation Region)。三极管是以B 极电流IB 作为输入，操控整个三极管的工作状态。若三极管是在截止区，IB 趋近于0 (VBE 亦趋近于0)，C 极与
E 极间约呈断路状态，IC = 0，VCE = VCC。若三极管是在线性区，B-E 接面为顺向偏压，B-C 接面为逆向偏压，IB 的值适中 (VBE = 0.7 V)， I C =h F E I B 呈比例放大，Vce = Vcc -Rc I c = V cc - Rc hFE IB可被 IB 操控。若三极管在饱和区，IB 很大，VBE = 0.8 V，VCE = 0.2 V，VBC = 0.6 V，B-C 与B-E 两接面均为正向偏压，C-E间等同于一个带有0.2 V 电位落差的通路，可得I c=( Vcc - 0.2 )/ Rc ，Ic 与 IB 无关了，因此时的IB大过线性放大区的IB 值， Ic
图3、截止态如同断路线 图
图4、饱和态如同通路
实验：三极管的开关作用
简单三极管开关：电路如图5，电阻RC是LED限流用电阻，以防止电压过高烧坏LED（发光二极管），将输入信号 VIN 从0 调到最大 (等分为约20 个间隔)，观察并记录对的 VOUT 以及LED 的亮度。当三极管开关为断路时，VOUT
=VCC =12 V，LED 不亮。当三极管开关通路时，VOUT = 0.2V ，LED 会亮。改良三极管开关：因为三极管由截止区过度到饱和区需经过线性区，开关的效果不会有明确的界线。为使三极管开关的效果明确，可串接两三极管，电路如图六。同样将输入信号 VIN 从0 调到最大 (等分为约20 个间隔)，观察并记录对应的VOUT 以及LED 的亮度。
图5、简单开关三极管电路图
图6、改良三极管开关电路-达林顿电路图
以上可以看出几乎任何一种型号三极管都可一做为电子开关来使用，如果条件允许也可用来控制加热设备。可见开关三极管只是一个笼统的概念，不过市面上也有少数的专用开关三极管出售。 2.1.4.5
7809稳压电路
7809管脚图引脚图
电源电路
LM78系列是美国国家半导体公司的固定输出三端正稳压器集成电路。我国和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一类串联集成稳压器。
输出电流1A以上，内置过热保护电路，无需外部器件，输出晶体管安全范围保护，内置短路电流限制电路。
LM7809外接电路的选择
本电路用了全波整流电路。
1. 此电源的缺点:
1.1 此电源是线性稳压电路,所有有其特有的内部功率损耗大,全部压降均转换为热量损失了,效率低.所以散热问题要特别注意.
1.2 由于核心的元件7809的工作速度不太高,所以对于输入电压或者负载电流的急剧变化的响应慢.
1.3 此电路没有加电源保护电路,7809本身有过流和温度保护但是扩流三极管TIP32C没有加保护,所以存在一个很大的缺点,如果7809在保护状态以后,电路的输出会是Vin-Vce, 电路输出超过预期值,这点要特别注意.
2. 电源的优点.
2.1 电路简单,稳定.调试方便(几乎不用调试).
2.2 价格便宜,适合于对成本要求苛刻的产品.
2.3 电路中几乎没有产生高频或者低频辐射信号的元件,工作频率低,EMI等方面易于控制.
3. 电路工作原理.
3.1参数的计算
Io = Ioxx + Ic.
Ioxx = IREG – IQ ( IQ 为7805的静态工作电流,通常为4-8mA)
IREG = IR + Ib = IR + Ic/β (β 为TIP32C的电流放大倍数)
IR = VBE/R1 ( VBE 为 TIP32的基极导通电压)
所以 Ioxx = IREG – IQ = IR
+ Ib – IQ
= VBE/R1 + IC/β- IQ
由于IQ很小,可略去,则: Ioxx = VBE/R1 + IC/β
查TIP32C手册,VBE = 1.2V, 其β 可取10
Ioxx = 1.2/R + Ic/β = 1.2/22 + Ic/10 = 0.0545 + Ic/10 (此处取主贴图中的22 OHM )
Ic = 10 * (Ioxx – 0.0545 )
假设Ioxx = 100mA, Ic = 10 * ( 100 - 0.0545 * 1000 ) = 455(mA) 则Io = Ioxx + Ic = 100 + 455 = 555 mA.
再假设Ioxx = 200A, Ic = 10 * ( 200 – 0.0545 * 1000 ) = 1955mA Io = Ioxx + Ic = 200 + 1955 = 2155mA
由上面的两个举例可见,输出电流大大的提高了.
上面的计算很多跟贴都讲述了,仔细推导一番即可.
3.2 电阻R的大小
R的大小对调整通过7809的电流有很大的关系,取不同的值带入上式即可看出.
R越大,则输出同样的电流的情况下流过7809的电流要小些,反之亦然.
通常这样的电路中,对于扩流三极管TIP32加散热片,而对于7805则无需要,但是
R的值不能过大,其条件是: R
3.3 电路中7809输入端的电容的取值是一个错误,前面已经有朋友分析过了,主
要是会造成浪涌,在上电的瞬间输出远大于5V,对后续电路造成损坏. 实际使用
的时候,为了抑制7809的自激振荡,此电容通常取0.33uF。
这里我们只做了抗高频干扰，选用了两个0.1uF的滤波电容。
查相关资料该芯片的最大承受电流为0.1A，因此输入端必须界限流电阻R3,
R3=(12*0.9-5)/0.1=58Ω,取近似值，选用70Ω的电阻。
二极管IN4007用来卸掉C2上的储存电能，防止反向击穿LM7809。
2.2电路设计过程 2.2.1电路原理图
2.2.2工作原理
本电路需要打铃时，按一下SB按钮即松手。SB刚按下，HA得电，电铃声响，
同时在C1两端可得到12V上下的直流电压。由于电容器具有端电压不能突变的
特点，故C2的正极端（的2，6脚）为低电平，使IC的3脚输出高电平。于是，
继电器线包得电工作，K-1触点吸合，确保SB松手后电路自保工作，让HA继续
发出电铃响声。与此同时，12V直流电压经R2向C2充电，在充电过程中，由于
VD4负极电位始终高于正极而截止，对电路的工作不产生任何影响。随着C2正
极端电位渐渐升高，IC的2，6脚电位越来越高，当高达2/3Udd即2/3X12=8V
时，IC的3脚立即从高电平跃变为低电平输出，继电器线包失电释放，K-1触点
断开，切断HA的工作电源，铃声自动消失。K-1断开后，C1上的残余电荷经VD4，
R1及IC内部的等效电阻迅速释放殆尽，为下一次打铃延时作好准备。
C2的时间常数后，IC1翻转，使继电器断开为止。
延时电路应用相当广泛，如楼梯灯开关、电铃开关等等。下面通过电铃声响延时
控制器的制作，让读者熟悉延时电路的工作原理与有关元器件的使用。
SB为启动打铃的自复按钮，HA为交流电铃，H为照明灯，K为继电器，为DCI2V
直流密封型DZ-100，其制作示意见图8.22(a)所示，连线时，将4组触点并联使
用，以提高触点的负载能力。IC采用NE555时基电路。照明灯H,VD1二极管、
VD3稳压管和C1电容器分别组成交流降压、半波整流、稳压虑波电路，VD2为降
压灯负半周交流通路器件，降压灯除交流降压作用，还有指示灯功能。R2，C2
为延时器的定时元件。IC工作于开关状态与继电器相配合对延时器所控制的电
铃起开关作用，VD5是继电器的续流二极管，对IC起保护作用。C3为抗干扰电
容器，VD4与R1组成C2的放电回路，当延时结束后，C2上的残余电荷必须快速
释放，确保下次启动电铃时，C2从零电压开始充电，延时准确。
解除强复位功能，恢复正常的控制功能。
在电路中，还有一部分电路，即由VT2和R7组成的控制电路，这一部分电路称
为自保电路。在夜间，当电灯被打开后，电灯的光照有可能使光敏电阻受光照射
后阻值变低，是光控电路起控，这就会使电灯形成不停的开—关—开—关的闪烁
工作状态。自保电路的设置，避免了上述的现象发生。它的作用是这样的：当电
灯亮时，由于IC1输出的高电平通过R7同时被加到VT2的基极使其导通，因VT2
将VT1的基极钳位于低电平而防止了它的导通，从而有效地防止了夜间的闪烁现
象的发生。
电路的调整主要是调整光控电路部分，在白天自然光照射下，调整RP使IC1的
④脚为低电平（小于1V）即可。
2.2.3电路焊接
在电路焊接中要注意避免虚焊（假焊）、拉尖等问题，应同时满足被焊接金属应
有良好的可焊性、被焊接件应保持清洁、合适的焊料、合适的焊剂以及合适的焊
接温度。
2.2.4电路的调试
在焊接完成以后，首先对照电路图检查各电路部分是否正确，没有出现误接，短
路问题。然后单独测电路电源电压是否稳定，符合设计的要求。接着测量555
单稳态电路高低电平输出和继电器开关电路是否符合要求，在继电器开关电路中
要特别注意VT3不要被加载在元器件的电压击穿。
第三章 展望
该设计适用于夜间充作路灯用，使用RDP-18还可以设计另一种电路，而它没有
光控电路那部分。采用RDP - 18热释电红外感应式照明灯的电路如下图所示。
220V交流电经VD2－VD5桥式整流、R3降压、VD6稳压与C1滤波输出6V直
流电压供模块RDP一18用电。当有人进人模块的探测范围，其输出端蓝线输出
下拉灌电流，三极管VTl导通，单向晶闸管VT2获得正向触发电流而开通，电
灯EL点亮。只要人持续活动，电灯可做到长亮不熄。人离去后，电灯延迟30s
后自行熄灭。本例没有设置光控电路，所以能全天候工作，它特别适宜白天需要开灯的光线较暗的走道或楼梯等场合使用
结论
经过了两个月的学习和工作，我终于完成了《电铃声响延时器》的毕业设计，
从开始接到论文题目到设计方案的确定，再到论文文章的完成，每走一步对我来
说都是新的尝试和挑战。这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时
间里，我学到了很多知识，也有了很多感受。对数字电路中各种硬件，各种接线
方式等不熟悉的时候。我开始独立的学习和探索，查相关的资料和书籍，让自己
头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩的作品逐步完善起来，每一次改进
都是我学习的收益，每一次试验的成功都会让我兴奋，从中我也充分认识到了掌
握数字电路的必要性。
虽然我的论文作品不是很成熟，还有很多不足之处，但我引以自豪的说，这
里面的每一句话都有我的劳动，我相信其中的酸甜苦辣最终都会化为甜美的甘
泉。
这次做论文的经历也使我终身受益，我感受到作论文是真正用心去做的一件
事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程。没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究就不会有所突破，那也就不叫论文了，希望这次经历能让我在以后学习工作中激励我继续进步。
参考文献
[1]杨志忠，卫桦林. 《数字电子技术》.北京：高等教育出版社，2003年（第
二版）
[2]胡晏如，耿苏燕.《模拟电子技术》. 北京：科学出版社，2004年（第二版）
[3]李亚伯. 《数字电子技术》. 北京：电子工业出版社，1998年
[4]杨志忠.《数字集成电路》. 北京：中国电力工业出版社，1998年（第二版）
致谢
在毕业期间，无论是确定设计方案，收集资料。还是制作硬件，撰写
论文，我都得到了指导老师的全力帮助和耐心指导。罗老师学识渊博，治学严谨，平易近人，是我学习的榜样，在此我特向罗老师表示最崇高的敬意和由衷的感谢。
大学三年的生活转眼就要结束了，这三年是我人生中最重要的学习时
间在大学校园里，我不仅学到了丰富的专业知识，更学到了终身受用的学习方法和积极的生活态度，通过对各门课程的学习和与相关专业老师的沟通，使我深感机会难得，获益匪浅，母校严谨的学风和老师的广博丰富的知识令我敬佩，各位老师的悉心授课使我对电气专业有了更多、更深层的认识，为以后的学习和工作打下坚实的基础。
此时此刻，我要感谢机电系的全体老师三年来对我的指导和帮助，他
们对知识孜孜不倦的追求精神及做人的品质，这将使我终身受益，尤其对罗老师表示由衷的感谢。罗老师在百忙之中对我的设计给予了细心的指导和耐心的指导。他在学术上精益求精，一丝不苟的精神和工作上严谨求实的作风，以及忘我的学习态度给我留下了深刻印象。
最后再次感谢母校和各位老师对我三年的培养和帮助。
广东工程职业技术学院毕业论文
广东工程职业技术学院毕业论文
电铃声响延时器制作
Design of the Simple Electronic Organ Based on FPGA
作者姓名： 周淳杰 学科专业： 电子产品技术 学院(系部)：机电工程系 指导教师： 罗勇
广东工程职业技术学院
2009年12月
目录
摘要.............................................................................................. 错误！未定义书签。 Abstract ........................................................................................ 错误！未定义书签。 第一章 绪论.............................................................................. 错误！未定义书签。
1.1设计的功能..................................................................... 错误！未定义书签。 1.2电路的设计..................................................................... 错误！未定义书签。
1.2.1 电路设计的总体思路.......................................... 错误！未定义书签。 1.2.2 方案的比较.......................................................... 错误！未定义书签。 1.2.3 总体方案的设计.................................................. 错误！未定义书签。
第二章 电铃声响延时器的设计................................................ 错误！未定义书签。
2.1电路的总体结构
2.1.1电路的设计构想框图........................................... 错误！未定义书签。
2.1.2电路总体结构框图
2.1.3总电路原理框图................................................... 错误！未定义书签。
2.1.4该设计所需元器件列表
2.1.5 主要材料及电路介绍 2.1.5.1 555定时器及其应用
1）555定时器的电路结构及其功能 2）用555定时器组成的单稳态触发器 2.1.5.2 电磁继电器的结构和功能 2.1.5.3 继电器
A电磁继电器的结构 B电磁继电器的特性参数
2.1.5.4 由二极管组成的滤波电路和整流电路 2.2电路设计过程................................................................. 错误！未定义书签。
2.2.1电路原理图
2.2.2工作原理 2.2.3电咯焊接 2.2.4电路的调试
...................................................................................................... 错误！未定义书签。 第三章 总结................................................................................ 错误！未定义书签。
结论
参考文献...................................................................................... 错误！未定义书签。 致 谢.......................................................................................... 错误！未定义书签。
第一章 绪论
1.1设计的功能
需要打铃时，按一下SB按钮即松手。SB刚按下，HA得电，电铃声响，同时在C1两端可得到12V上下的直流电压。由于电容器具有端电压不能突变的特点，故C2的正极端（的2，6脚）为低电平，使IC的3脚输出高电平。于是，继电器线包得电工作，K-1触点吸合，确保SB松手后电路自保工作，让HA继续发出电铃响声。与此同时，12V直流电压经R2向C2充电，在充电过程中，由于VD4负极电位始终高于正极而截止，对电路的工作不产生任何影响。随着C2正极端电位渐渐升高，IC的2，6脚电位越来越高，当高达2/3Udd即2/3X12=8V时，IC的3脚立即从高电平跃变为低电平输出，继电器线包失电释放，K-1触点断开，切断HA的工作电源，铃声自动消失。K-1断开后，C1上的残余电荷经VD4，R1及IC内部的等效电阻迅速释放殆尽，为下一次打铃延时作好准备。
1.2电路的设计
1.2.1 电路设计的总体思路
电路总体思路可分为三个部分，NE555延时器电路、主控制电路及开关电路、开关电路。首先NE555延时器电路发送一个信号到主电路，主电路进行处理从而输出 一个信号到开关电路，最后电铃声响。
1.2.2 方案的比较
这个设计 可以采用两个方案：
1、利用单片机作为主电路进行控制。 2、利用555定时器作为主电路埋控制。
这两个方案比较起来都很简单，但单片机路元器件比较贵，并且还需要使用电脑进行编程再利用下载器烧录程序到单片机里面，过程相对比较复杂。而使用555定时器不但便宜，而且电路也很简单，制作快捷。
1.2.3 总体方案的设计 错误！未定义书签。 从电路设计的总体思路来看，根据资料，主控制电路则使用了555定时器构成的单稳态触发电路，开关电路则可以采用由二极管和一个继电器构成。另外，为了白天不使用照明灯的实际情况，本电路还增加了一个滤波电路，其主要使用了一个电铃和几个二极管完成这部分功能，电路也比较简单。
第二章 电铃声响延时器的设计 2.1电路的总体结构
该设计适用于夜间，所以由电路中的光敏电阻在白天和夜晚不同的阻值来控制电路中的不同三极管的导通与否，从而对电路进行控制。
2.1.1电路的设计构想框图
在设计好的电路中，RDP-18通过接收人体辐射来控制主电路中555的高低电平输出，进一步控制电路开关，从而达到自动照明。
2.1.2
电路总体结构框图
该设计的电路大体有电源电路、555单稳态电路、继电器照明开关电路和光控电路组成，其中555单稳态电路为主。
2.1.3
总电路原理框图
2.1.4
该设计所需元器件列表
2.1.5 主要材料及电路介绍 2.1.5.1 555定时器及其应用
1）555定时器的电路结构及其功能 555定时器的电路结构
555定时器是一个多用途的模拟-数字混合集成电路。555定时器的内部电路结构如图5-1所示。
由上图可见，555定时器内部电路由电压比较器C1和C2，RS触发器和集电极开路的三极管T三部分组成。
555定时器有两个输入端，一个输出端，共8个引脚。器件的第6脚接电压比较器C1的反相输入端，称为阈值端，用符号TH来标注；第2脚接电压比较器C2的同相输入端，称为触发端，用符号
来标注；第5脚是控制电压输入端，
用符号VCO来标注；第4脚是RS触发器的复位端；第3脚是信号输出端，第1脚是接地端，第8脚是电源电压输入端。
由上图可见，当第5脚悬空时，第8脚所接的电源电压Vcc经三个5kΩ的电阻R分压，电压比较器C1同相输入端的电压为
，该电压是电压比较器C1
，该电压是电压比较器
的参考电压；电压比较器C2反相输入端的电压为
C2的参考电压。
555定时器的工作原理是：当输入电压
C1反相输入端的输入电压小于参考电压，相当于在电压比较器C1的反相输入端输入一个负极性的信号，电压比较器C1的输出电压为正极性的信号，即高电平信号“1”；电压比较器C2同相输入端的输入电压小于参考电压，相当于在电压比较器C2的同相输入端输入一个负极性的信号，电压比较器C2的输出电压为负极性信号，即低电平信号“0”；RS触发器被置位，输出电压u0等于1。
时，电压比较器
相输入端的输入电压小于参考电压，电压比较器C1的输出电压为高电平信号“1”；电压比较器C2同相输入端的输入电压从小于参考电压变化到大于参考电压，电压比较器C2的输出电压从低电平信号“0“变为高电平信号“1”；RS触发器处在保持的状态，保持
当输入电压
时的输出状态，输出电压u0等于1。
当输入电压
时，ui2从
变化到
时，电压比较器C1反
大于参考电压，相当于在电压比较器C1的反相输入端输入一个正极性的信号，电压比较器C1的输出电压为负极性的信号，即低电平信号“0”；电压比较器C2同相输入端的输入电压大于参考电压，相当于在电压比较器C2的同相输入端输入一个正极性的信号，电压比较器C2的输出电压为正极性信号，即高电平信号“1”；RS触发器被复位，输出电压u0等于0。
当输入电压
时，ui1从
变化到
时，电压比较器C2
时，电压比较器C1反相输入端的输入电压
同相输入端的输入电压大于参考电压，电压比较器C2的输出电压为高电平信号“1”；电压比较器C1反相输入端的输入电压从大于参考电压变化到小于参考电压，电压比较器C1的输出电压从低电平“0”变为高电平“1”；RS触发器处在保持的状态，保持
定时器输出与输入的关系也可用功能表来描述，555定时器的功能表如表1所示。
表1 555定时器的功能表
时的输出状态，输出电压u0等于0。555
2）用555定时器组成的单稳态触发器 用555定时器组成单稳态电路
因上面介绍的施密特电路有两个稳定的输出状态，所以，施密特电路又称为双稳态电路。若某电路只有一个稳定的输出状态，则该电路称为单稳态电路。用555定时器也可以组成单稳态电路，由555定时器组成的单稳态电路如图5-5所示。
单稳态电路的工作原理是：在正
常的情况下，电路的输入信号端接
uC=0， 555定时器的输入状态满足
可得，555定时器内部的电压比较器C1和C2的输出电压都是高电平“1”，555定时器内部的RS触发器处在记忆的状态，记住Q=0的低电平状态，555定时器内部的三极管T导通，单稳态电路保持输出低电平的状态，电路的输出电压uO=0，该状态是单稳态电路的稳定态。
若在单稳态电路的输入端加上一个负脉冲的触发信号，在负脉冲信号的触发下，555定时器内部的电压比较器C2的输出电压为低电平信号“0”，电压比较器C1的输出电压为高电平信号“1”，555定时器内部的RS触发器被置位，RS
触发器处在Q=1的状态，单稳态电路的输出为高电平，电路的输出电压为uO=1。
当单稳态电路的输出uO=1时，因555定时器内部RS触发器的输出Q=1，
增大，当电容C两端的电压
，所以，三极管T截止，
，
的条件，根据表5-1
的高电平信号，电容C上的电压
电源Vcc经电阻R向电容C充电，使电容两端的电压uC
内部的电压比较器C1的输出电压为低电平信号“0
”，
时，555定时器
电压比较器C2的输出电压因负脉冲触发信号的消失变成高电平信号“1”，555定时器内部的RS触发器被复位，RS触发器的状态为“0”，单稳态电路自动回到输出电压uO=0的稳定态。
当555定时器内部的RS触发器处在状态“0”时，555定时器内部的三极管T导通，电容C通过三极管T放电，使电容两端的电压恢复到uC=0的状态，为下一次充电作准备。
由上面的讨论可见，单稳态电路输出电压uO=1的状态不是电路的稳定态，该状态仅在负脉冲触发信号作用后的短时间内出现，称为电路的暂稳态。单稳态电路的工作波形图如图5-6所示。
由图5-6可见，单稳态电路在负脉冲信号的触发下，电路进入输出电压uO=1的暂稳态，暂稳态所持续的时间用tw来表示，利用电容充电过程的三要素公式可求得tw的大小。利用三要素公式求tw的过程如下：
根据单稳态电路工作的特点可得电路的三要素为uC（0）=0，uC（∞）=Vcc，τ=RC。将电路的三要素代入电容充电过程的三要素公式可得
（5-2）
将
（5-3）
由式5-3可见，单稳态电路暂稳态所持续的时间tW与RC有关，改变RC的值，即可改变单稳态电路暂稳态所持续的时间。
2.1.5.2 热释电人体红外传感器的结构与工作原理
热释电人体红外传感器一般都采用差动平衡结构。由敏感元件、场效应管，高值电阻等组成。 1） 敏感元件 敏感元件，是用热释电人体红外材料制成的，先把热释电材料制作成很小的薄片，再在薄片两面镀上电极，构成两个串联的有极性的小电容器。将极性相反的两个敏感元做在同一晶片上，是为了抑制由于环境与自身温度变化而产生热释电信号的干扰。而热释电人体红外传感器在实际使用时，前面要安装透镜，通过透镜的外来红外辐射智慧聚在一个敏感元上，以增强接收信号。热释电人体红外传感器的特点是它只在由于外界的辐射而引起它本身的温度变化时，才给出一个相应的电信号，当温度的变化趋于稳定后就再没有信号输出，所以说热释电信号与它本身的温度的变化率是成正比，或者说热释电红外传感器只对运动的人体敏感，应用于当今探测人体移动报警电路中。
的条件代入式5-2可得
2）场效应管和高阻值电阻Rg
通常敏感元件材料阻值高达10^13 Ω.因此，要用场效应管进行阻抗变换，才能实际使用.场效应管常用2SK303V3、2SK94X3等来构成源极跟随器，高阻值电阻Rg的作用是释放栅极电荷，使场效应管正常工作。一般在源极输出接法下，源极电压约为0.4—1.0V ,通过场效应管，传感器书吃信号就能用普通放大器进行处理。
3） 滤光窗
热释电人体红外传感器中的敏感元件是一种广谱材料。能探测各种波长辐射。为了使传感器对人体最敏感，而对太阳、电灯光等有抗干扰性，传感器采用了滤光片作窗口，即滤光窗，滤光片是在S基板上镀多层膜做成的。每个物体都发出红外辐射，其辐射最强的波长满足维恩位移定律：λm · T = 2989(μm·k)
式中λm—最大波长。T—绝对温度。
人体温度为36～37℃，即309～310°K，其辐射的红外波长λm=2989/309～310≈9.67～9.64μm。可见，人体辐射的红外线最强的波长正好在滤波片的响应波长705～14mm的中心处。故滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而阻止太阳光、灯光等可见光中的红外线同过，免除干扰。所以，热释电人体红外传感器只对人体和近似人体体温的动物有敏感作用。
4） 菲涅尔透镜
热释电人体红外传感器只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。不加菲涅尔透镜时，该传感器的探测半径可能不足2m，配上菲涅尔透镜则可达10m，甚至更远。菲涅尔透镜是用普遍的聚乙烯制成的，安装在传感器的前面。透镜的水平方向上分为三部分，每一部分在竖直方向上又分成不同的区域，所以菲涅尔透镜实际是一个透镜组。当光线通过透镜单元后，在其反面则形成阴暗相同的可见区和盲区。每个透镜单元只有一个很小的视场角，视场角内为可见区，之外为盲区。而相邻的两个单元透镜的视场既不连续，更不交叠，却都相隔一个盲区。当人体在这一监视范围中运动时，顺利地进入某一单元透镜的视场，又走出这一视场，热释电传感器的有对运动的人体一会儿看到，一会又看不到，再过一会儿又看到，然后看不到，于是人体的红外线辐射不断改变热释电体的温度，使它输出一个又一个相应的信号。输出信号的频率大约为0.1~10Hz，这一频率范围由菲涅尔透镜、人体运动速度和热释电人体红外传感器本身的特性决定。
菲涅尔透镜不仅是形成可见区和盲区，还有聚焦作用。其焦距一般为5cm左右，应用时视不同传感器所配用的透镜也不同，一般把透镜固定在传感器正前方1～5cm处。菲涅尔透镜形成圆弧状，透镜的焦距正好对准传感器敏感元的中心。
目前国内市场上常见的热释电红外传感器有上海尼赛拉公司的SD02、PH5324和德国海曼LHi954、LHi958以及日本的产品等，其中SD02适合防盗报警电路。
2.1.5.3 续流二极管电路
一 续流二极管的作用:
续流二极管通常是并联在线圈的两端，线圈在通过电流时，会在其两端产 生感
应电动势。当电流消失时，其感应电动势会对电路中的原件产生反向电压。当反
向电压高于原件的反向击穿电压时，会把原件如三极管，等造成损坏。续流二极管并联在线两端，当流过线圈中的电流消失时，线圈产生的感应电动势通过二极管和线圈构成的回路做功而消耗掉。丛而保护了电路中的其它原件的安全。
二 续流二极管的应用
图中的Ｒ、Ｃ也是利用Ｃ上电压不能突变的原理，来吸收感应电势。可见“续流二极管”并不是一个实质的元件，它只不过在电路中起到的作用称做“续流”。 续流二极管经常和储能元件一起使用，防止电压电流突变，提供通路。电感可以经过它给负载提供持续的电流，以免负载电流突变，起到平滑电流的作用！通常应用在开关电源,继电器电路,可控硅电路,IGBT等电路中,应用非常广泛.
在开关电源中，续流二极管通常和电阻串连起来构成的的续流电路。这个电路与变压器原边并联。当开关管关断时，续流电路可以释放掉变压器线圈中储存的能量，防止感应电压过高，击穿开关管。
继电器的线圈是一个很大的电感，它能以磁场的形式储存电能，所以当他吸合的时候存储大量的磁场当控制继电器的三极管由导通变为截至时线圈断电但是线圈里有磁场这时将产生反向电动势电压可高达1000v以上很容易击穿推动三极管或其他电路元件，这是由于二极管的接入正好和反向电动势方向一致把反向电势通过续流二极管以电流的形式中和掉从而保护了其他电路元器件，因此它一般是开关速度比较快的二极管，象可控硅电路一样因可控硅一般当成一个触点开关来用，如果控制的是大电感负载一样会产生高压反电动势原理和继电器一样的。在显示器上也用到一般用在消磁继电器的线圈上。
三 续流二极管应用注意事项
1、续流二极管，是防止直流线圈断电时产生自感电势形成的高电压对相关元器件造成损害的有效手段！
2、续流二极管的极性不能接错，否则将造成短路事故；
3、续流二极管对直流电压总是反接的，即二极管的负极接直流电的正极端；
4. 4、续流二极管是工作在正向导通状态，并非击穿状态或高速开关状态
四 续流二极管反接的原因：
当流过线圈的电流大小发生改变时，线圈要产生一个反向电动势来维持原电流的大小不变，也就是这一反向电动势不让线圈中的电流发生改变。线圈中的电流变化率越大，其反向电动势越大。
线圈本身是反向电动势的内电路，电动势内电路中的电流是从低电位流向高电位，这点很重要。所以,
当电流是从小增加到大时，产生的反向电动势的方向与原电压方向相同。 当电流从大到小时，产生的反向电动势的方向与原电压方向相反。
五 续流二极管的选择:
一般选择快速恢复二极管或者肖特基二极管就可以了，用来把线圈产生的反向电势释放掉！如
FR254 R255 FR256 FR257,1N5204，1N5205，1N5206，1N5207，1N5208,1N5404，1N5405，5406，5407，5408。都可以选做续流二极管。
2.1.5.4继电器
A继电器的特性参数图2中x1称为继电器的吸合值,x2称为继电器的释放值，比值x2/x1=Kf称为返回系数。输入参数 x1对应的功率称为吸合功率，它是表示电磁继电器吸合时所需要的最小功率，通常称为继电器的灵敏度。有时也用继电器的吸合安匝值来表示。
电磁继电器的动作时间包括吸合时间和释放时间。吸合时间是指从线圈通电开始，到所有触点达到工作状态所需时间。释放时间是指从线圈断电开始，到所有触点恢复到释放状态所需要的时间。吸合时间和释放时间不包括触点的回跳时间和动态接触电阻的稳定时间。
接触电阻是指当触点对通电时，在两触点接触表面间显示出的电阻值。寿命是指继电器在规定的环境条件和负载下，能够正常动作的最小次数。
触点负载能力是指继电器触点能承受的开路电压值和闭路电流值。
（1）共发射极直流电流放大系数，它表示三极管在共射极连接时，某工作点处直流电流IC与IB的比值，当忽略ICBO时
（2）共发射极交流电流放大系数
β它表示三极管共射极连接、且UCE恒定时，集电极电流变化量ΔIC与基极电流变化量ΔIB之比，即
管子的β值大小时，放大作用差；β值太大时，工作性能不稳定。因此，一般选用β为30～80的管子。
2．共基极电流放大系数
共基极直流电流放大系数它表示三极管在共基极连接时，某工作点处IC 与 IE的比值。在忽略ICBO的情况下
（2）共基极交流电流放大系数α，它表示三极管作共基极连接时，在UCB 恒定的情况下，IC和IE的变化量之比，即：
通常在ICBO很小时，与β，与α相差很小，因此，实际使用中经常混用而不加区别。
二、极间反向电流
1．集-基反向饱和电流ICBO
ICBO是指发射极开路，在集电极与基极之间加上一定的反向电压时，所对应的反向电流。它是少子的漂移电流。在一定温度下，ICBO 是一个常量。随着温度的升高ICBO将增大，它是三极管工作不稳定的主要因素。在相同环境温度下，硅管的ICBO比锗管的ICBO小得多。
2．穿透电流ICEO
ICEO是指基极开路，集电极与发射极之间加一定反向电压时的集电极电流。ICEO与ICBO的关系为：
ICEO = ICBO
＋ICBO＝（1＋）ICBO GS0125
该电流好象从集电极直通发射极一样，故称为穿透电流。ICEO和ICBO一样，也是衡量三极管热稳定性的重要参数。
三、频率参数
频率参数是反映三极管电流放大能力与工作频率关系的参数，表征三极管的频率适用范围。
1．共射极截止频率fβ
三极管的β值是频率的函数，中频段β=βo几乎与频率无关，但是随着频率的增高，β值下降。当β值下降到中频段βO1／倍时，所对应的频率，称为共射极截止频率，用fβ表示。
2．特征频率fT
当三极管的β值下降到β＝1时所对应的频率，称为特征频率。在fβ～fT的范围内，β值与f几乎成线性关系，f越高，β越小，当工作频率f＞fT，时，三极管便失去了放大能力。
四、极限参数
1．最大允许集电极耗散功率PCM
PCM 是指三极管集电结受热而引起晶体管参数的变化不超过所规定的允许值时，集电极耗散的最大功率。当实际功耗Pc大于PCM时，不仅使管子的参数发生变化，甚至还会烧坏管子。PCM可由下式计算：
PCM ＝ICUCE GS0126
当已知管子的PCM 时，利用上式可以在输出特性曲线上画出PCM 曲线。
2．最大允许集电极电流ICM
当IC很大时，β值逐渐下降。一般规定在β值下降到额定值的2／3（或1／2）时所对应的集电极电流为ICM当IC＞ICM时，β值已减小到不实用的程度，且有烧毁管子的可能。
3．反向击穿电压BVCEO与BVCEO
BVCEO是指基极开路时，集电极与发射极间的反向击穿电压。
BVCBO是指发射极开路时，集电极与基极间的反向击穿电压。一般情况下同一管子的
BVCEO（0.5～0.8）BVCBO 。三极管的反向工作电压应小于击穿电压的（1／2～1／3），以保证管子安全可靠地工作。
三极管的3个极限参数PCM 、ICM、BVCEO和前面讲的临界饱和线 、截止线所包围的区域，便是三极管安全工作的线性放大区。一般作放大用的三极管，均须工作于此区。
B三极管的开关牲
三极管的开关特性
图1 NPN 三极管共射极电路
图2 共射极电路输出特性曲
图一所示是NPN三极管的共射极电路，图二所示是它的特性曲线图，图中它有3 种工作区域：截止区(Cutoff Region)、线性区 (Active Region) 、饱和区(Saturation Region)。三极管是以B 极电流IB 作为输入，操控整个三极管的工作状态。若三极管是在截止区，IB 趋近于0 (VBE 亦趋近于0)，C 极与
E 极间约呈断路状态，IC = 0，VCE = VCC。若三极管是在线性区，B-E 接面为顺向偏压，B-C 接面为逆向偏压，IB 的值适中 (VBE = 0.7 V)， I C =h F E I B 呈比例放大，Vce = Vcc -Rc I c = V cc - Rc hFE IB可被 IB 操控。若三极管在饱和区，IB 很大，VBE = 0.8 V，VCE = 0.2 V，VBC = 0.6 V，B-C 与B-E 两接面均为正向偏压，C-E间等同于一个带有0.2 V 电位落差的通路，可得I c=( Vcc - 0.2 )/ Rc ，Ic 与 IB 无关了，因此时的IB大过线性放大区的IB 值， Ic
图3、截止态如同断路线 图
图4、饱和态如同通路
实验：三极管的开关作用
简单三极管开关：电路如图5，电阻RC是LED限流用电阻，以防止电压过高烧坏LED（发光二极管），将输入信号 VIN 从0 调到最大 (等分为约20 个间隔)，观察并记录对的 VOUT 以及LED 的亮度。当三极管开关为断路时，VOUT
=VCC =12 V，LED 不亮。当三极管开关通路时，VOUT = 0.2V ，LED 会亮。改良三极管开关：因为三极管由截止区过度到饱和区需经过线性区，开关的效果不会有明确的界线。为使三极管开关的效果明确，可串接两三极管，电路如图六。同样将输入信号 VIN 从0 调到最大 (等分为约20 个间隔)，观察并记录对应的VOUT 以及LED 的亮度。
图5、简单开关三极管电路图
图6、改良三极管开关电路-达林顿电路图
以上可以看出几乎任何一种型号三极管都可一做为电子开关来使用，如果条件允许也可用来控制加热设备。可见开关三极管只是一个笼统的概念，不过市面上也有少数的专用开关三极管出售。 2.1.4.5
7809稳压电路
7809管脚图引脚图
电源电路
LM78系列是美国国家半导体公司的固定输出三端正稳压器集成电路。我国和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一类串联集成稳压器。
输出电流1A以上，内置过热保护电路，无需外部器件，输出晶体管安全范围保护，内置短路电流限制电路。
LM7809外接电路的选择
本电路用了全波整流电路。
1. 此电源的缺点:
1.1 此电源是线性稳压电路,所有有其特有的内部功率损耗大,全部压降均转换为热量损失了,效率低.所以散热问题要特别注意.
1.2 由于核心的元件7809的工作速度不太高,所以对于输入电压或者负载电流的急剧变化的响应慢.
1.3 此电路没有加电源保护电路,7809本身有过流和温度保护但是扩流三极管TIP32C没有加保护,所以存在一个很大的缺点,如果7809在保护状态以后,电路的输出会是Vin-Vce, 电路输出超过预期值,这点要特别注意.
2. 电源的优点.
2.1 电路简单,稳定.调试方便(几乎不用调试).
2.2 价格便宜,适合于对成本要求苛刻的产品.
2.3 电路中几乎没有产生高频或者低频辐射信号的元件,工作频率低,EMI等方面易于控制.
3. 电路工作原理.
3.1参数的计算
Io = Ioxx + Ic.
Ioxx = IREG – IQ ( IQ 为7805的静态工作电流,通常为4-8mA)
IREG = IR + Ib = IR + Ic/β (β 为TIP32C的电流放大倍数)
IR = VBE/R1 ( VBE 为 TIP32的基极导通电压)
所以 Ioxx = IREG – IQ = IR
+ Ib – IQ
= VBE/R1 + IC/β- IQ
由于IQ很小,可略去,则: Ioxx = VBE/R1 + IC/β
查TIP32C手册,VBE = 1.2V, 其β 可取10
Ioxx = 1.2/R + Ic/β = 1.2/22 + Ic/10 = 0.0545 + Ic/10 (此处取主贴图中的22 OHM )
Ic = 10 * (Ioxx – 0.0545 )
假设Ioxx = 100mA, Ic = 10 * ( 100 - 0.0545 * 1000 ) = 455(mA) 则Io = Ioxx + Ic = 100 + 455 = 555 mA.
再假设Ioxx = 200A, Ic = 10 * ( 200 – 0.0545 * 1000 ) = 1955mA Io = Ioxx + Ic = 200 + 1955 = 2155mA
由上面的两个举例可见,输出电流大大的提高了.
上面的计算很多跟贴都讲述了,仔细推导一番即可.
3.2 电阻R的大小
R的大小对调整通过7809的电流有很大的关系,取不同的值带入上式即可看出.
R越大,则输出同样的电流的情况下流过7809的电流要小些,反之亦然.
通常这样的电路中,对于扩流三极管TIP32加散热片,而对于7805则无需要,但是
R的值不能过大,其条件是: R
3.3 电路中7809输入端的电容的取值是一个错误,前面已经有朋友分析过了,主
要是会造成浪涌,在上电的瞬间输出远大于5V,对后续电路造成损坏. 实际使用
的时候,为了抑制7809的自激振荡,此电容通常取0.33uF。
这里我们只做了抗高频干扰，选用了两个0.1uF的滤波电容。
查相关资料该芯片的最大承受电流为0.1A，因此输入端必须界限流电阻R3,
R3=(12*0.9-5)/0.1=58Ω,取近似值，选用70Ω的电阻。
二极管IN4007用来卸掉C2上的储存电能，防止反向击穿LM7809。
2.2电路设计过程 2.2.1电路原理图
2.2.2工作原理
本电路需要打铃时，按一下SB按钮即松手。SB刚按下，HA得电，电铃声响，
同时在C1两端可得到12V上下的直流电压。由于电容器具有端电压不能突变的
特点，故C2的正极端（的2，6脚）为低电平，使IC的3脚输出高电平。于是，
继电器线包得电工作，K-1触点吸合，确保SB松手后电路自保工作，让HA继续
发出电铃响声。与此同时，12V直流电压经R2向C2充电，在充电过程中，由于
VD4负极电位始终高于正极而截止，对电路的工作不产生任何影响。随着C2正
极端电位渐渐升高，IC的2，6脚电位越来越高，当高达2/3Udd即2/3X12=8V
时，IC的3脚立即从高电平跃变为低电平输出，继电器线包失电释放，K-1触点
断开，切断HA的工作电源，铃声自动消失。K-1断开后，C1上的残余电荷经VD4，
R1及IC内部的等效电阻迅速释放殆尽，为下一次打铃延时作好准备。
C2的时间常数后，IC1翻转，使继电器断开为止。
延时电路应用相当广泛，如楼梯灯开关、电铃开关等等。下面通过电铃声响延时
控制器的制作，让读者熟悉延时电路的工作原理与有关元器件的使用。
SB为启动打铃的自复按钮，HA为交流电铃，H为照明灯，K为继电器，为DCI2V
直流密封型DZ-100，其制作示意见图8.22(a)所示，连线时，将4组触点并联使
用，以提高触点的负载能力。IC采用NE555时基电路。照明灯H,VD1二极管、
VD3稳压管和C1电容器分别组成交流降压、半波整流、稳压虑波电路，VD2为降
压灯负半周交流通路器件，降压灯除交流降压作用，还有指示灯功能。R2，C2
为延时器的定时元件。IC工作于开关状态与继电器相配合对延时器所控制的电
铃起开关作用，VD5是继电器的续流二极管，对IC起保护作用。C3为抗干扰电
容器，VD4与R1组成C2的放电回路，当延时结束后，C2上的残余电荷必须快速
释放，确保下次启动电铃时，C2从零电压开始充电，延时准确。
解除强复位功能，恢复正常的控制功能。
在电路中，还有一部分电路，即由VT2和R7组成的控制电路，这一部分电路称
为自保电路。在夜间，当电灯被打开后，电灯的光照有可能使光敏电阻受光照射
后阻值变低，是光控电路起控，这就会使电灯形成不停的开—关—开—关的闪烁
工作状态。自保电路的设置，避免了上述的现象发生。它的作用是这样的：当电
灯亮时，由于IC1输出的高电平通过R7同时被加到VT2的基极使其导通，因VT2
将VT1的基极钳位于低电平而防止了它的导通，从而有效地防止了夜间的闪烁现
象的发生。
电路的调整主要是调整光控电路部分，在白天自然光照射下，调整RP使IC1的
④脚为低电平（小于1V）即可。
2.2.3电路焊接
在电路焊接中要注意避免虚焊（假焊）、拉尖等问题，应同时满足被焊接金属应
有良好的可焊性、被焊接件应保持清洁、合适的焊料、合适的焊剂以及合适的焊
接温度。
2.2.4电路的调试
在焊接完成以后，首先对照电路图检查各电路部分是否正确，没有出现误接，短
路问题。然后单独测电路电源电压是否稳定，符合设计的要求。接着测量555
单稳态电路高低电平输出和继电器开关电路是否符合要求，在继电器开关电路中
要特别注意VT3不要被加载在元器件的电压击穿。
第三章 展望
该设计适用于夜间充作路灯用，使用RDP-18还可以设计另一种电路，而它没有
光控电路那部分。采用RDP - 18热释电红外感应式照明灯的电路如下图所示。
220V交流电经VD2－VD5桥式整流、R3降压、VD6稳压与C1滤波输出6V直
流电压供模块RDP一18用电。当有人进人模块的探测范围，其输出端蓝线输出
下拉灌电流，三极管VTl导通，单向晶闸管VT2获得正向触发电流而开通，电
灯EL点亮。只要人持续活动，电灯可做到长亮不熄。人离去后，电灯延迟30s
后自行熄灭。本例没有设置光控电路，所以能全天候工作，它特别适宜白天需要开灯的光线较暗的走道或楼梯等场合使用
结论
经过了两个月的学习和工作，我终于完成了《电铃声响延时器》的毕业设计，
从开始接到论文题目到设计方案的确定，再到论文文章的完成，每走一步对我来
说都是新的尝试和挑战。这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时
间里，我学到了很多知识，也有了很多感受。对数字电路中各种硬件，各种接线
方式等不熟悉的时候。我开始独立的学习和探索，查相关的资料和书籍，让自己
头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩的作品逐步完善起来，每一次改进
都是我学习的收益，每一次试验的成功都会让我兴奋，从中我也充分认识到了掌
握数字电路的必要性。
虽然我的论文作品不是很成熟，还有很多不足之处，但我引以自豪的说，这
里面的每一句话都有我的劳动，我相信其中的酸甜苦辣最终都会化为甜美的甘
泉。
这次做论文的经历也使我终身受益，我感受到作论文是真正用心去做的一件
事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程。没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究就不会有所突破，那也就不叫论文了，希望这次经历能让我在以后学习工作中激励我继续进步。
参考文献
[1]杨志忠，卫桦林. 《数字电子技术》.北京：高等教育出版社，2003年（第
二版）
[2]胡晏如，耿苏燕.《模拟电子技术》. 北京：科学出版社，2004年（第二版）
[3]李亚伯. 《数字电子技术》. 北京：电子工业出版社，1998年
[4]杨志忠.《数字集成电路》. 北京：中国电力工业出版社，1998年（第二版）
致谢
在毕业期间，无论是确定设计方案，收集资料。还是制作硬件，撰写
论文，我都得到了指导老师的全力帮助和耐心指导。罗老师学识渊博，治学严谨，平易近人，是我学习的榜样，在此我特向罗老师表示最崇高的敬意和由衷的感谢。
大学三年的生活转眼就要结束了，这三年是我人生中最重要的学习时
间在大学校园里，我不仅学到了丰富的专业知识，更学到了终身受用的学习方法和积极的生活态度，通过对各门课程的学习和与相关专业老师的沟通，使我深感机会难得，获益匪浅，母校严谨的学风和老师的广博丰富的知识令我敬佩，各位老师的悉心授课使我对电气专业有了更多、更深层的认识，为以后的学习和工作打下坚实的基础。
此时此刻，我要感谢机电系的全体老师三年来对我的指导和帮助，他
们对知识孜孜不倦的追求精神及做人的品质，这将使我终身受益，尤其对罗老师表示由衷的感谢。罗老师在百忙之中对我的设计给予了细心的指导和耐心的指导。他在学术上精益求精，一丝不苟的精神和工作上严谨求实的作风，以及忘我的学习态度给我留下了深刻印象。
最后再次感谢母校和各位老师对我三年的培养和帮助。