越底安控時基電路設(shè)計

劉圣平,鄒 陽,鄧紹金

(長江大學(xué)電子信息學(xué)院,湖北 荊州 434023)

越底安控時基電路設(shè)計

劉圣平,鄒 陽,鄧紹金*

(長江大學(xué)電子信息學(xué)院,湖北 荊州 434023)

為彌補經(jīng)典式555時基電路存在失控的缺陷,特設(shè)計越底安控時基電路。設(shè)計方案:將上限、下限和底限電位比較電路的信號輸入端并聯(lián),其3個輸出端由兩只電阻隔離,再將這兩只電阻的串接點連接后級電位觸發(fā)器的輸入端。因而,越底安控時基電路既有限位控制功能,又有越底安控功能,可防負載失控,在控溫、控壓、定時等應(yīng)用電路中,能提高安全性能,避免火災(zāi)或超壓爆炸事故。所以越底安控時基電路具有重要的實用價值和社會效益。

越底安控時基電路;防失控;控溫安全;避免火災(zāi)

根據(jù)經(jīng)典式555時基電路的結(jié)構(gòu)特點可知:用經(jīng)典式555時基電路設(shè)計單穩(wěn)態(tài)電路、雙穩(wěn)態(tài)電路、無穩(wěn)態(tài)電路、定時電路以及各種電子開關(guān)電路等基本典型應(yīng)用電路是較為方便易行的,[1-7]但如果用經(jīng)典式555時基電路設(shè)計如溫度控制可調(diào)節(jié)之類(超上下限位控制功能)電路時,外圍電路復(fù)雜難調(diào),成本較高,性價比不能滿足用戶要求。然而,我們依賴555時基電路這個核心模塊或平臺為時太久[5-10]!應(yīng)該自己創(chuàng)新設(shè)計一種兼容度更高、通用性更強、用途更廣泛的功能模塊,作為新時期電子應(yīng)用設(shè)計領(lǐng)域所需的核心器件或基礎(chǔ)性新平臺,作為555時基電路的升級換代產(chǎn)品。因此,越底安控時基電路(或簡稱:666時基電路)應(yīng)需而生。

1 電路設(shè)計方案

針對555時基電路的缺陷和應(yīng)用設(shè)計新需求,本文筆者特從自己已獲得的兩件專利(專利號為200810048942.1和201020211450.2)中優(yōu)選一個實例,再進一步優(yōu)化,創(chuàng)新設(shè)計了一種越底安控時基電路,其電路圖如圖1所示,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由圖1中虛線框內(nèi)5個模擬集成電壓比較器B1～B5(也可用集成運算放大器等效替換)和電阻Rtc(或用正溫度系數(shù)熱敏電阻Ptc替換)、電阻R1～R13簡單構(gòu)成;所述的電壓比較器B1作為底限比較器,電壓比較器B2作為上限比較器,電壓比較器B3作為下限比較器,電壓比較器B4、B5作為電位觸發(fā)型互補式施密特觸發(fā)器[11-12]。

圖1 越底安控時基電路

越底安控時基電路對外引腳(端口)序號、符號、名稱,如表1所述。

表1 越底安控時基電路引腳(端口)說明

2 電路原理功能

2.1 越底安控時基電路(666時基電路)工作原理

2.2 越底安控時基電路(666時基電路)基本功能的真值表

真值表,如表2所示[11-12]。

表2 越底安控時基電路基本功能的真值表

圖2 溫度控制電路

3 用于溫度控制

3.1 應(yīng)用666時基電路作為核心模塊(IC)設(shè)計的溫度控制電路原理圖

原理圖,如圖2所示。

3.2 圖2中溫度控制電路工作原理

在電路上電之初,電熱負載WR和負溫度系數(shù)熱敏電阻NTC都處在低溫時,由于熱敏電阻NTC阻值較大,使核心模塊(IC)的信號輸入端(VI)電位低于下限電位VL而高于底限Vd電位,即VdVL時,使核心模塊(IC)的輸出端VZO繼續(xù)維持在低電位L狀態(tài),反相放電端DIS繼續(xù)保持高電平H,三極管T1、T2同時繼續(xù)導(dǎo)通,繼電器J繼續(xù)給電熱負載WR通電加熱升溫。當(dāng)溫度上升使信號輸入端VI電位高于上限VH電位時,即VI>VH,核心模塊(IC)的工作狀態(tài)翻轉(zhuǎn),其同相輸出端VZO輸出高電平H,反相放電端DIS輸出低電位L,使三極管T1、T2同時截止,繼電器J釋放(反向電勢由D消除),關(guān)斷電熱負載WR的交流電源,停止加熱。

待電熱負載WR溫度略降低后,VI

當(dāng)信號輸入端VI電路發(fā)生故障(如熱敏電阻NTC斷線、或電阻R1短路)時,輸入電位VI極低,即VI

由核心模塊(IC)的同相輸出端VZO和反相放電端DIS分別控制三極管T1、T2,再由兩只三極管串控繼電器J線圈,這種互補方式進一步增強了電路系統(tǒng)的防失控能力。

可變電阻R3,用于調(diào)節(jié)上限和下限電位及其回差,因而可以調(diào)節(jié)熱敏電阻NTC的控溫點的高低以及溫差的大小。電阻R2是用于微調(diào)熱敏電阻NTC的參數(shù)離散偏差。電阻R1與熱敏電阻NTC串聯(lián)配匹,用于設(shè)定電路控溫點的高低。

電阻R5是正反饋電阻,在核心模塊(IC)的保顯復(fù)位端口BER輸出高電平時,可改善熱敏電阻NTC低溫高阻不良特性,在保顯復(fù)位端口BER輸出低電平L時,能消除核心模塊(IC)在保護動作時的臨界振蕩現(xiàn)象。

當(dāng)核心模塊(IC)的反相放電端DIS處于高電平H狀態(tài)時,電阻R10對電容C1進行充電;反相放電端DIS輸出低電位L時對電容C1直接放電,因而,電容C1可防止繼電器J吸合或釋放動作時的抖動現(xiàn)象。

4 電路設(shè)計總結(jié)

根據(jù)上述設(shè)計的越底安控時基電路(或簡稱:666時基電路)的結(jié)構(gòu)、原理、功能及其在控溫電路中的應(yīng)用實例可知,越底安控時基電路(或簡稱:666時基電路)結(jié)構(gòu)簡單,通用性強,用途廣泛,性能優(yōu)異,其具體技術(shù)優(yōu)勢在于[11-12]:

(1)在完全兼容經(jīng)典式555時基電路所有功能之外,還擴展了越底安控功能,使應(yīng)用電路具有防失控能力,在溫度、壓力、水位、定時及安全防護等安全控制領(lǐng)域中,具有重要的實用價值和社會效益。而555電路完全沒有故障保護控制功能,因而存在失控的缺陷。

(2)由于上限設(shè)置端(VH)和下限設(shè)置端(VL)都對外開放,因此,即可作為信號輸入端口,又可從外部靈活設(shè)置或改變其內(nèi)部固定的上下限電位和回差,方便應(yīng)用設(shè)計,更加擴展了應(yīng)用范圍。而555電路的下限內(nèi)置固定,不便外調(diào),不利于調(diào)節(jié)回差,作控溫應(yīng)用時外電路復(fù)雜。

(3)只用1個端口(VI)輸入傳感信號,高低電位觸發(fā)都有效,因而,可靈活適應(yīng)不同特性的傳感器,并使所接傳感電路簡化,應(yīng)用簡便。而555時基電路設(shè)高、低電平輸入2個端口就不方便。

(5)由于電路輸出級采用互補式施密特觸發(fā)器,不用輸入脈沖觸發(fā),而是用輸入電位觸發(fā),因而抗脈沖干擾能力更強。而555電路是采用脈沖觸發(fā)的R-S觸發(fā)器,抗干擾能力不強。

(6)可使應(yīng)用設(shè)計成本低,性價比高。

可見,越底安控時基電路(或簡稱:666時基電路)不僅彌補了555時基電路的缺陷、保留了555時基電路的優(yōu)點,而且擴展了功能,增加了用途,簡化了結(jié)構(gòu),降低了成本,提高了性能,超越了555時基電路,是555時基電路的升級換代產(chǎn)品,通用性更強的越底安控時基電路(或簡稱:666時基電路)替代經(jīng)典式555時基電路是技術(shù)向高標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的必然趨勢。

[1] 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 第5版. 北京:高等教育出版社,2006:489-494.

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[5] 陳永甫. 新編555集成電路應(yīng)用800例[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2000:140,144,150,157.

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[12] 劉圣平. 越底反控時基電路[P]. 中國專利. 專利號:201020211450.2.

The Design of the Safety Control Circuit Across the Bottom

LIUShengping,ZOUYang,DENGShaojin*

(Electronic information college of Yangtze University,Jingzhou Hubei 434023)

In order to remedy the defect that the classic 555 circuit are sometimes out of control,the bottom control time base circuit is designed.Design scheme:put the upper limit,lower limit and minimum potential comparison circuit of signal input in parallel,with three output isolated by two resistors.Then a series connection of the two resistors is connected with the input of trigger.Therefore,the bottom control time base circuit not only has a limit control function but also a bottom control function,which can prevent the load out of control. It can improve the safety performance and reduce the risk of fire or overpressure explosion under the circumstance of controlling temperature,pressure,and timing circuit,etc. In conclusion,the bottom control time base circuit has important practical value and social benefits.

across the bottom of the safety control circuit;prevent runaway;the safety control of temperature;avoid fire

2016-03-25 修改日期:2016-05-08

C:0160;8140

10.3969/j.issn.1005-9490.2017.02.017

TN45

A

1005-9490(2017)02-0346-05