实训设计题目：多功能声控延时台灯
一、设计目的和任务 本次实训设计主要是结合《模拟电子技术》和《电子 CAD》的两门课程，起到巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的效果。通过实训查找资料能独立设计一个电路。
二、课程设计流程 确定设计方案 原理图设计和编辑 元器件选择 PCB 设计 实验报告
三、设计各项功能以及方法1）控制目的和方法控制对象:台灯控制目的：夜间响铃获摘机（电话机台灯自动亮，按下延时轻触按钮 45s 后灯会自行熄灭。控制方法：当响铃或摘机有电流流过 IC 通过控制电路台灯即发。2）电路组成输入：桥式振流电路和光电耦合电路。由 4 个二极管和 1 个光电耦合器组成。光控电路。MG 光敏电阻及 RP 滑动电阻器组成。负脉冲产生电路。VT 三极管和 R1 电阻组成。单稳态触发电路。555 时基电路 IC2 和 VD5R5W 及阻容元件组成。晶闸管开关电路及电源电路。VS VD6 R6 等组成。
四、原理图设计 工作原理：1 该电路集多种用途于一体，主要由光电耦合电路、光控电路、负脉冲产生电路、单稳态触发电路、晶闸管开关电路及电源电路组成。 RES VD6 C5 RP 648/400V 1N4001 470K IC1 R2 R3 4N25 3k 1meg R6 VCC VD1 VD2 VD5 1meg 1N4001 1N4001 1N4001 4 8 IC2 RESET VCC R5 2 TRIG 68K VD4 2 VD3 1N4001 1N4001 6 3 VT1 THOLD OUT MAC15A6 VD7 S 12V 1 2 SW-PB CV O L T 7 R4 U DISCHG 7.5k GND 330K VT 1 2N2102 NE555 1 5 AC220V MG R1 C1 C2 LED C4 15/10V C3 103 103 470/25V 2meg 图 1-1 多功能声控延时台灯电路A
1、A2 串接于电话线路中，当响铃或摘机有电流通过 IC 时，内部发光管发光使 VT对应光敏管导通， 获基极电压饱和导通，给单稳触发器 IC2 的 2 脚送入负脉冲，使 IC2 翻转进入暂态，3 脚输出高电平，VS 触发极获电流开通 220V 交流回路，点亮灯 H。通话完毕挂机后整个电话灯电路恢复自行熄灭。作延时灯使用时其原理同上。该电路有 MG、RP 组成光控电路，白天或室内有其他照明灯光时，由于藏于台灯座旁受光孔内的 MG 受光照射呈底阻，使 VT 基极偏置减小，即使 IC1导通工作，VT 始终保持截止状态，整个电路不工作，灯 H 不亮，只有夜间和无灯光时 H 才点亮。 电路设置的 VD
5、R
5、W 可调触发电路，可调节晶闸管 VS 导通角，使灯平时用于调光照明。两种触发方式一样，响铃获摘机时电话灯电路任正常工作，同时有 LED 指示。电路平时接上交流电源，灯 H 不亮时不耗电，不设调光灯开关，关灯时只需调灭灯即可。
五、元件选择 一）一般元件 表 1-1 电器元件参数表序号 名称 代号 型号规格 数量1 光电耦合器 IC1 4N25 12 时基集成电路 IC2 NE555 13 开关管 VT 2N1893 14 晶闸管 VS 97A
6、97A8 15 稳压管 VD7 2CW60 1/2W 12V 16 光敏电阻 MG MG45 亮阻小于 1k 17 电容 C5 CBB 丙烯电容耐压 18 云母电容 C2C4 400V 39 电解电容 C1 CAP 110 灯管 H CAP2 111 滑动电阻 RP 25W 112 碳膜电阻 R RPOT 613 开关 S RES 1 SW-PB 二）主要元器件介绍 1时基电路 555 图 1-2 555 时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路。它设计新颖，构思奇巧，用途广泛，备受电子专业设计人员和电子爱好者的青睐，人们将其戏称为伟大的小 IC。1972 年，美国西格尼蒂克斯公司Signetics研制出 Tmer NE555 双极型时基电路，设计原意是用来取代体积大定时精度差的热延迟继电器等机械式延迟器。但该器件投放市场后，人们发现这种电路的应用远远超出原设计的使用范围，用途之广几乎遍及电子应用的各个领域，需求量极大。美国各大公司相继仿制这种电路 1974 年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上将两个双极型 555 单元集成在一起，取名为 NF556。1978 年美国英特锡尔公司Intelsil研制成功 CMOS 型时基电路 ICM555 1CM556后来又推出将四个时基电路集成在一个芯片上的四时基电路 558 由于采用 CMOS 型工艺和高度集成，使时基电路的应用从民用扩展到火箭、导弹卫星航天等高科技领域。在这期间，日本、西欧等各大公司和厂家也竞相仿制、生产。尽管世界各大半导体或器件公司、厂家都在生产各自型号的 555／556 时基电路，但其内部电路大同小异，且都具有相同的引出功能端。图中示出了美国无线电公司生产的 555 时基电路的内部等效电路图。等效功能电路: 鉴于各种双极型的 555 集成块的内部电路大同小异，下面我们以 CA555 为例分析其内部电路和原理。从 CA555 时基电路的内部等效电路图中可看到，VTl-VT
4、VT
5、VT7 组成上比较器 Al，VT7 的基极电位接在由三个 5k 电阻组成的分压器的上端，电压为8532VDD；VT9-VT13 组成下比较器 A2，VTl3 的基极接分压器的下端，参考电位为8531VDD。在电路设计时，要求组成分压器的三个 5k 电阻的阻值严格相等，以便给出比较精确的两个参考电位8531VDD 和8532VDD。VTl4-VTl7 与一个 4.7k 的正反馈电阻组合成一个双稳态触发电路。VTl8-VT21 组成一个推挽式功率输出级，能输出约 200mA 的电流。VT8 为复位放大级，VT6 是一个能承受 50mA 以上电流的放电晶体三极
管。双稳态触发电路的工作状态由比较器 A
1、A2 的输出决定。555 时基电路的工作过程如下：当 2 脚，即比较器 A2 的反相输入端加进电位低于8531VDD 的触发信号时， VT
9、则 VTll导通，给双稳态触发器中的 VTl4 提供一偏流，使 VTl4 饱和导通，它的饱和压降Vces 箝制 VTl5 的基极处于低电平， VTl5 截止，VTl7 饱和， 使 从而使 VTl8 截止，VTl9 导通，VT20 完全饱和导通，VT21 截止。因此，输出端 3 脚输出高电平。此时，不管 6 端阈值电压为何种电平，由于双稳态触发器VTl4-VTl7中的 4．7k 3电阻的正反馈作用VTl5 的基极电流是通过该电阻提供的， 脚输出高电平状态一直保持到 6 脚出现高于8531VDD 的电平为止。当触发信号消失后，即比较器A2 反相输入端 2 脚的电位高于8531VDD，则 VT
9、VTll 截止，VTl4 因无偏流而截止，此时若 6 脚无触发输入，则 VTl7 的 Vces 饱和压降通过 4.7k 电阻维持VTl3 截止，使 VTl7 饱和稳态不变，故输出端 3 脚仍维持高电平。同时，VTl8 的截止使 VT6 也截止。当触发信号加到 6 脚时，且电位高于8532VDD 时， VTl、则VT
2、VT3 皆导通。此时，若 2 脚无外加触发信号使 VT
9、VTl4 截止，则 VT3 的集电极电流供给 VTl5 偏流，使该级饱和导通，导致 VTl7 截止，进而 VTl8 导通，VTl
9、VT2。都截止，VT21 饱和导通，故 3 脚输出低电平。当 6 脚的触发信号消失后，即该脚电位降至低于8532VDD 时，则 VTl、VT
2、VT3 皆截止，使 VTl5得不到偏流。此时，若 2 脚仍无触发信号，则 VTl5 通过 4.7k 电阻得到偏流，使VTl5 维持饱和导通，VTl7 截止的稳态，使 3 脚输出端维持在低电平状态。同时，VTl8 的导通，使放电级 VT6 饱和导通。通过上面两种状态的分析，可以发现：只要 2 脚的电位低于8531VDD，即有触发信号加入时，必使输出端 3 脚为高电平；而当 6 脚的电位高于8532VDD 时，即有触发信号加进时，且同时 2 脚的电位高于8531VDD 时，才能使输出端 3 脚有低电平输出。4 脚为复位端。当在该脚加有触发信号，即其电位低于导通的饱和压降 0.3V 时，VT8 导通，其发射极电位低于 lV，因有 D3 接入，VTl7 为截止状态，VTl
8、VT21 饱和导通，输出端 3 脚为低电平。此时，不管 2 脚、6 脚为何电位，均不能改变这种状态。因 VT8 的发射极通过 D3 及 VTl7 的发射极到地，故 VT8 的发射极电位任何情况下不会比 1.4V电压高。因此，当复位端 4 脚电位高于 1.4V 时，VT8 处于反偏状态而不起作用，也就是说，此时输出端 3 脚的电平只取决于 2 脚、6 脚的电位。根据上面的分析，CA555 时基电路的内部等效电路可简化为如图所示的等效功能电路。显然，555电路或者专 556 电路内含两个比较器 A1 和 A
2、一个触发器、一个驱动器和一个放电晶体管。两个比较器分别被电阻 R
1、R2 和 R3 构成的分压器设定的8532VDD 和8531VDD。参考电压所限定。为进一步理解其电路功能，并灵活应用 555 集成块，下面简要说明其作用机理。从图 1—5 可见，三个 5k 电阻组成的分压器，使内部的两个比较器构成一个电平触发器，上触发电平为8532VDD，下触发电平为8531VDD。在 5 脚控制端外接一个参考电源 Vc，可以改变上、下触发电平值。比较器 Al 的输出同或非门 l 的输入端相接，比较器 A2 的输出端接到或非门 2 的输入端。由于由两个或非门组成的 RS 触发器必须用负极极性信号触发，因此，加到比较器 Al 同相端 6 脚的触发信号，只有当电位高于反相端 5 脚的电位时，R—S 触发器才翻转；而加到比较器 A2 反相端 2 脚的触发信号，只有当电位低于 A2 同相端的电位8531VDD 时，R—S 触发器才翻转。通过上面对等效功能电路和 CA555 时基电路的内部等效电路的分析，可得出 555 各功能端的真值表。
