《停电报警器电路设计论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《停电报警器电路设计论文（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、无源停电报警器题 目： 无源停电报警器专 业： 电气工程及其自动化班 级： 组 别： 第一组指导教师： 赵 峰2010 年 7 月 1 日无源停电报警器无源停电报警器一、引言1、选题意义在电子科学技术高速发展的今天，电子产品越来越多的应用在我们的日常生活中，像日常我们工作所用的电脑、手机等等，这些高科技产品给我们带来了极大的方便。如今，日常生活也越来越走向电子化。我们这里设计的无源停电报警器，它就是不需要备用电池，当220V交流电网停电时，它就会发出长约5min急促的“嘟-嘟-”报警声。它是根据光电耦合器4N25的性能，来改变具有振荡器功能与非门CD4011的工作状态,当起振时陶瓷片B就会发出
2、报警声音。人们知道停电后，可采用必要的方法保证工作和生活时间不受影响。2、设计目标（1）巩固课堂所学的知识提高把理论知识应用于实际中的能力，加强对实际工作的调研设计实施的过程认识。为提高自主能力打下基础，并为延伸校内实验室的实验、实习及设计创造了更好的方法和条件，同时通过实习活动，要求同学们自己收集并设计题目及有关的设计资料，做到有的放矢；又注重对大家的品德教育，加强纪律性，加强科技意识及责任感，培养敬业精神。（2）通过电子系统的制作，能够进一步熟悉电子系统的结构、工作原理和使用方法。了解电路理论的实际应用，掌握电子系统的装配和调试工艺，提高同学们的实际操作技能。3、小组成员及分工表1 小组构
3、成及分工小组构成 学号 姓名 分工组长 设计 .调研 .焊接.报告设计 .调研 .焊接.报告设计.调研.报告设计.调研.报告设计.调研.报告组员设计 .报告无源停电报警器二、基本原理1.无源停电报警器的电路原理图如图所示：2.无源停电报警器的电路的工作原理：图中，A2 即与非门 A-D 组成两个频率不等的振荡器，电路起振时，压电陶瓷片 B 就会发出“嘟-嘟”报警声响。VD1-VD5、C1 和 C2 组成电容降压桥式整流稳压电路，当 220V 电网正常供电时，C2 两端输出 15V 左右的直流电。直流电一路经 R1 使 LED 发光，表示电网供电正常；另一路经 R2 注入光电耦合器 A1 的 1
4、 脚，使光电耦合器内藏发光管通电发光，因而光电耦合器内藏光敏三极管导通。A1 的 5 脚为低电平，使与非门 A 的输入端 8 脚也为低电平，有与非门的基础知识输出端 4 脚输出低电平，这时振荡器停振，压电陶瓷片 B 无声；真流电的第三条支路是经 VD6 向 C5 充上约 15V 直流电，为 C5 存储电荷。一旦 220V 交流电网停电，C2 储存电荷通过 R1 和 LED 泄放，很快降到 0V。这时有电指示灯 LED 熄灭。同时，A1 的内藏发光二极管也随之熄灭，光敏三极管截止，5 脚输出高电平，使与非门 A 的输入端 8 脚也为高电平有与非门的基础知识输出端 4 脚输出高电平，所以 A2 的
5、两个振荡器起振，B 就发出“嘟-嘟-”报警声。无源停电报警器A2 报警所需要电源来自电容 C5 储存的电荷，这时二极管 VD6 截止，C5 储存电荷不会送到 VD6 左边电路去。C5 储存电荷只供 A2 使用，由于 C5 容量很大，且 A2 是 CMOOS 电路耗电极小，已满足使用要求。当电网恢复供电时，LED 又点亮，A1 的 5 脚输出低电平，振荡器停振，C5 又充满电荷。3.振荡电路模块此模块电路是无源停电报警器电路的主题电路，它是 A2 即与非门 A-D 组成两个频率不等的振荡器，正是这部分电路的输出决定陶瓷片 B 的效果。通常振荡电路有 4 部分组成：放大电路、反馈网络、稳幅环节、选
6、频网络组成。其中反馈电路是正反馈电路，放大器的输入端外加输入信号 Ui 为一定频率和幅度的正弦波，此信号经过放大器放大输出信号 Uo,而它又作为反馈网络的输入信号，在反馈网络的输出端产生反馈信号 Uf。如果把反馈信号 Uf，作为输入端的输入信号 Ui 输入放大器，当 Ui 与 Uf 的大小相等且相位相同，输入端可维持一定频率和幅度的信号 Uo 的输出，从而实现自激振荡。为了使振荡电路输出一个固定的频率正弦波，要求自激振荡只能在某一频率上产生，而在其他频率上不能产生，因此振荡电路必须有选频网络，使得只有通过选频网络输出的信号 Uf 和 Ui 相同的条件而产生自激振荡，而其他的频率不能满足条件产生
7、不了自激振荡。（1）电路构成及工作原理电路构成其中电解电容 C5 是“电源”，当 220V 交流电断电时，它所存储的电荷为振荡电路供电。图中所示与非门 B 与 R4,C3 构成振荡器；与非门 D 与 R5,C4 构无源停电报警器成振荡器；由于数值有差别，所以是两个频率不同的振荡器，即构成振荡电路。陶瓷片 B 是振荡的电路的输出端，有声音效果。电路的工作原理它是有与非门 B、R4、C3 组成的振荡器，以及与非门 D、R5、C4 组成的振荡器，其原理如下：用门电路组成的多谐振荡器(包括由反相器、与非门和或非门)在各种电子电路中几乎都能见到，用与非门组成的多谐振荡器如图所示。其振荡周期 T=22R2
8、C1。对于本设计，由于两个振荡器所包含的元件数值不同，有振荡周期公式T=22RC 可计算出不同的振荡周期即不同的振荡频率。一个是以与非门 B 为中心的振荡器，它的振荡频率 f=1/2.2*R4*C3;另一个是以与非门 D 为中心的振荡器，它的振荡频率 f=1/2.2*R5*C4。显然两者产生频率不同的振荡频率，所以达到振荡效果，通过陶瓷片 B 就发出嘟-嘟的声音。4.整流电路模块这部分的电路的主要作用是整流，通过整流稳压电路把实际外电网中的220V 交流电整流成本次毕业设计所用的直流电，整流后得到的电压约为 15V 的直流电。直流电基本分三条支路流动：直流电一路经 R1 使 LED 发光，表示
9、电网供电正常；另一路经 R2 注入光电耦合器 A1 的 1 脚，使光电耦合器内藏发光管通电发光，因而光电耦合器内藏光敏三极管导通。A1 的 5 脚为低电平，使与非门 A 的输入端 8 脚也为低电平，振荡器停振，压电陶瓷片 B 无声；真流电的第三条支路是经 VD6 向 C5 充上约 15V 直流电。（1）电路构成及工作原理电路构成整流稳压电路是有 VD1-VD5、C1 和 C2 组成电容降压桥式整流稳压电路。如图所示无源停电报警器图中最左端为 220V 交流电输入端，电容 C1 起降压的的作用，有四个二极管 VD1-VD4 组成的电桥是整流稳压的主题电路，它有把常用交流电转换成本实验直流电的作用
10、。C2 的作用是电容滤波，形成电容滤波电路，可以获得平滑的直流电压。而稳压二极管 VD5 稳定输出电压的的作用，把直流电稳定成某一固定值电路的工作原理无源停电报警器电路的工作原理可归纳为二极管导通、截止的过程当二极管输入电压 Ui 上端为+时，D1、D3 导通,D2、D4 截止，其流向（1）在 ui 的正半周，D1、D3 导通，D2、D4 截止，电流由 TR 次级上端经 D1 RL D3 回到 TR 次级下端，在负载 RL 上得到一半波整流电压。无源停电报警器当二极管输入电压 Ui 上端为-时，D2、D4 导通,D1、D3 截止，其流向（2）在 ui 的负半周，D1、D3 截止，D2、D4 导
11、通，电流由 Tr 次级的下端经D2 RL D4 回到 Tr 次级上端，在负载 RL 上得到另一半波整流电压。于是得到全波整流的效果，如图（图 2.3-4）。3 发光二极管的工作此外此整流稳压电路模块包含一个：发光二极管的点亮功能。该功能具有指示作用，它的正常点亮表示电网正常供电。当外电网正常供电时，经过整流稳压电路、电容滤波电路以及稳压二极管 VD5 的作用后，电解电容 C2 的+端产生约+15V 的直流电。直流电流过电阻 R1,点亮发光二极管（LED），这说明此时外电网 220V 供电正常。如果外电网供电中断，整流稳压电路也就失去作用，电解电容 C2 所存储的电荷通过 R1、LED 泄放，很
12、快降到 0V,所以 LED 不亮。当外电网通电时，整流稳压电路产生+15V 的直流电，LED 灯再次被点亮。5.光电耦合电路模块这部分是可以说整个设计的控制部分，有承前启后的作用。此模块的主要元件是光电耦合器 4N25，它有着特殊的构造，对后面电路有控制作用。根据前面整流稳压电路所提供的电流，4N25 的输出端可以产生电平，这电平控制着后面的振荡电路。（1）电路构成及工作原理电路构成无源停电报警器有电路图看出，光电耦合器 4N25 的输入端与电阻 R2 相连，光电耦合器的一引脚接地，其实这是一个发光二极管发光电路。光电耦合器的一引脚（内部接光敏三极管的集电极）接的是振荡电路部分。光电耦合器 4
13、N25 是由发光二极管与光敏三极管封装在一起的。电路的工作原理电路的工作原理可以说是特殊二极管与特殊三极管的联合作用。整流稳压电路、电容滤波电路所产生的直流电经过 R2 流过光电耦合器的发光二极管，发光二极管会发光。光照在光敏三极管的光敏部分，光敏三极管导通，三极管的集电极产生低电平，使与非门的输入端也为低电平，同样经过与非门振荡电路，这时陶瓷片的输入端 B 为低电平，所以不发声。当外网 220V 电压中断，整流电路不能产生直流电，没有电流通过发光二极管，二极管不发光，光敏三极管截止，三极管的集电极产生高电平，同样经过与非门振荡电路，这时陶瓷片的输入端 B 为高电平，所以发出报警声。光敏三极管
14、的工作原理光敏三极管和普通三极管的结构相类似。不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的 PN 结作为感光面，一般用集电结作为受光结，当有光照射在基区时，激发产生的电子空穴对增加了少数载流子的浓度，使集电结反向饱和电流大大增加。因此，光敏二极管实质上是一种相当于在基极和集电极之间接有光敏二极管的普通二极管。6.二输入端四与非门 CD4011 集成电路CD4011 为二输入正向逻辑与非门。CD4011 与非门为系统设计者提供了直接的与非功能，补充了已有的 COS/MOS 门系列，所有的输入输出经过缓冲，改善输入输出传输特性，使得由于负载容量的增加而引起的传输时间的变化维持到最小。(1) CD401
15、1 的内部结构图和管脚排列图无源停电报警器图 3-1 CD4011 内外结构图(2)组成CD4011 集成电路有四个与非门集成，即单独的 4 个与非门。引脚 1、引脚2 是与非门的输入端，引脚 3 是输出端；引脚 5、引脚 6 是与非门的输入端，引脚 4 是输出端；引脚 8、引脚 9 是与非门的输入端，引脚 10 是输出端；引脚12、引脚 13 是与非门的输入端，引脚 11 是输出端。关于逻辑门中的与非门是经常被应用的，是较为基础的逻辑门。表 3-1 与非门逻辑真值表A B Y0 0 10 1 11 0 11 1 0无源停电报警器与非门的特殊作用：与非门的输出端串接上由电容 C 和电阻 R 组
16、成的反馈网络，把输出信号通过反馈网络反馈到与非门的输入端，这样可以形成自激振荡，组成振荡器应用与此电路。TTL 与非门图为五管 TTL 与非门典型电路图。它可以分为三部分：输入极、中间极（放大区）、输出极三部分a: 输入级：它由多发射极晶体管 T1 和基极电组 R1 组成,它实现了输入变量 A、B、C 的与运算。b: 中间级：中间级由 T2、R2 和 R3 组成，是一个倒相器，从 T2 的集电极 C2 和发射极 E2 上可以分别获得两个相位相反的电压信号，用以供给输出级使用。c: 输出级：它是由 T3、T4、T6 和电组 R4、R5 组成。其中 T3、T4 二管构成复合管，由于复合管 T3、T4
