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硬件电路设计中常用的经典电路原理分析及选型技巧(二)

2021-5-11 08:00:00  5868 硬件电路设计 元器件
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电路4  红外线探测防盗报警器

该报警器能探测人体发出的红外线,当人进入报警器的监视区域内,即可发出报警声,适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。
一、电路工作原理电路原理如图4所示。
该装置由红外线传感器信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。红外线探测传感器IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时,由IC1的②脚输出微弱的电信号,经三极管VT1等组成第一级放大电路放大,再通过C2输入到运算放大器IC2中进行高增益、低噪声放大,此时由IC2①脚输出的信号已足够强。IC3作电压比较器,它的第⑤脚由R10、VD1提供基准电压,当IC2①脚输出的信号电压到达IC3的⑥脚时,两个输入端的电压进行比较,此时IC3的⑦脚由原来的高电平变为低电平。IC4为报警延时电路,R14和C6组成延时电路,其时间约为1分钟。当IC3的⑦脚变为低电平时,C6通过VD2放电,此时IC4的②脚变为低电平,它与IC4的③脚基准电压进行比较,当它低于其基准电压时,IC4的①脚变为高电平,VT2导通,讯响器BL通电发出报警声。人体的红外线信号消失后,

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图4  红外线探测防盗报警器电路图

IC3的⑦脚又恢复高电平输出,此时VD2截止。由于C6两端的电压不能突变,故通过R14向C6缓慢充电,当C6两端的电压高于其基准电压时,IC4的①脚才变为低电平,时间约为1分钟,即持续1分钟报警。由VT3、R20、C8组成开机延时电路,时间也约为1分钟,它的设置主要是防止使用者开机后立即报警,好让使用者有足够的时间离开监视现场,同时可防止停电后又来电时产生误报。该装置采用9-12V直流电源供电,由T降压,全桥U整流,C10滤波,检测电路采用IC5 78L06供电,交直流两用,自动无间断转换。
二、元器件选择

IC1采用进口器件Q74,波长为9-10um。IC2采用运放LM358,具有高增益、低功耗。IC3、IC4为双电压比较器LM393,低功耗、低失调电压。其中C2、C5一定要用漏电极小的钽电容,否则调试会受到影响。R12是调整灵敏度的关键元件,应选用线性高精度密封型。其它元器件按电路图所示选择即可。
三、制作和调试方法

制作时,在IC1传感器的端面前安装菲涅尔透镜,因为人体的活动频率范围为0.1-10Hz,需要用菲涅尔透镜对人体活动频率倍增。安装无误,接上电源进行调试,让一个人在探测器前方7-10m处走动,调整电路中的R12,使讯响器报警即可。其它部分只要元器件质量良好且焊接无误,几乎不用调试即可正常工作。本机静态工作电流约10mA,接通电源约1分钟后进入守候状态,只要有人进入监视区便会报警,人离开后约1分钟停止报警。如果将讯响器改为继电器驱动其它装置即作为其它控制用。


电路5  禁烟警示器

本例介绍的禁止吸烟警示器,可用于家庭居室或各种不宜吸烟的场合 (例如医院、会议室等)。当有人吸烟时,该禁止吸烟警示器会发出"请不要吸烟!"的语言警示声,提醒吸烟者自觉停止吸烟。

一、电路工作原理

电路原理如图5所示。该禁止吸烟警示器电路由烟雾检测器、单稳态触发器、语言发生器和功率放大电路组成,烟雾检测器由电位器RP1、电阻器R1和气敏传感器组成。单稳态触发器由时基集成电路IC1、电阻器R2、电容器C1和电位器RP2组成。语音发生器电路由语音集成电路IC2、电阻器R3-R5、电容器C2和稳压二极管VS组成。音频功率放大电路由晶体管V、升压功放模块IC3、电阻器R6、R7、电容器C3、C4和扬声器BL组成。

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图5  禁烟警示器电路图

气敏传感器末检测到烟雾时,其A、B两端之司的阻值较大,IC1的2脚为高电平(高于2Vcc/3),3脚输出低电平,语音发生器电路和音频功率放大电路不工作,BL不发声。
在有人吸烟、气敏传感器检测到烟雾时,其A、B两端之司的电阻值变小,使IC1的2脚电压下降,当该脚电压下降至VCC/3时,单稳态触发器翻转,IC1的3脚由低电平变为高电平,该高电平经R3限流、C2滤波及VS稳压后,产生4,2V直流电压,供给语音集成电路IC2和晶体臂。IC2通电工作后输出语音电信号,该电信号经V和IC3放大后,推动BL发出"请不要吸烟!"的语音警告声。
二、元器件选择

Rl-R7选用1/4W碳膜电阻器或金属膜电阻器。RP1和RP2可选用小型线性电位器或可变电阻器。C1、C2和C4均选用耐压值为l6V的铝电解电容器;C3选用独石电容器。VS选用1/2W、4·2V的硅稳压二极管。V选用S9013或C8050型硅NPN晶体管。IC1选用NE555型时基集成电路;IC2选用内储“请不要吸烟!”语音信息的语音集成电路;lC3选用WVH68型升压功放厚模集成电路。BL选用8Ω、1-3W的电动式扬声器。气敏传感器选用MQK-2型传感器。

制作与调试该禁止吸烟警示器,可以作为烟雾报警器来检测火灾或用作有害气体、可燃气体的检测报警。调整RP1的阻值,可改变气敏传感器的加热电流 (一般为13OmA左右)。调整RP2的阻值,可改变单稳态触发器电路动作的灵敏度。


电路6  采用555时基电路的简易温度控制器

本电路是采用555时基集成电路和很少的外围元件组成的一个温度自动控制器。因为电路中各点电压都来自同一直流电源,所以不需要性能很好的稳压电源,用电容降压法便能可靠地工作。电路元件价格低、体积小、便于在业余条件下自制。该电路制作的温度自动控制器可用于工业生产和家用的电加热控制,效果良好。


一、电路工作原理 电路原理如图6所示。

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图6  采用555时基电路的简易温度控制器电路图

当温度较低时,负温度系数的热敏电阻Rt阻值较大,555时基集成电路(IC)的2脚电位低于Ec电压的1/3(约4V),IC的3脚输出高电平,触发双向晶闸管V导通,接通电加热器RL进行加热,从而开始计时循环。当置于测温点的热敏电阻Rt温度高于设定值而计时循环还未完成时,加热器RL在定时周期结束后就被切断。当热敏电阻Rt温度降低至设定值以下时,会再次触发双向晶闸管V导通,接通电加热器RL进行加热。这样就可达到温度自动控制的目的。
二、元器件的选择

电路中,热敏电阻Rt可采用负温度系数的MF12型或MF53型,也可以选择不同阻值和其他型号的负温度系数热敏电阻,只要在所需控制的温度条件下满足Rt+VR1=2R4()这一关系式即可。电位器VR1取得大一些能获得较大的调节范围,但灵敏度会下降。双向晶闸管V也可根据负载电流的大小进行选择。其他元件没有特殊要求,根据电路图给出参数来选择。

三、制作和调试方法

整个电路可安装在一块线路板上,一般不需要调试,时间间隔为1.1R2×C3,应该比加热系统的热时间常数选得小一些,但也不能太小,否则会因为双向晶闸管V急速导通或关闭而造成过分的射频干扰。安装调试完后可装入一个小塑料盒内,并将热敏电阻Rt引出至测温点即可。

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