自制觸摸定時燈

曹 娟 王 云

(宿遷學院基礎部 江蘇 宿遷 223800) (宿豫中學 江蘇 宿遷 223800 )

1 引言

隨著人們的要求及電子技術水平越來越高，新的電子產(chǎn)品層出不窮.遙控無線電話、光控開關等電子產(chǎn)品就是其中的幾種.目前用于樓道及洗手間的照明燈多數(shù)為聲控燈，雖然很方便，但是由于一些干擾聲音也會引起它工作，以及在夜晚為開啟它而發(fā)聲有可能擾民.我們針對這些情況，自制了觸摸定時燈.它使用方便，安全可靠.該觸摸式定時燈，使用方便，只需用手輕輕一碰，燈便會亮起來.其次，節(jié)省電能，經(jīng)濟實用,并且易于制作.

2 制作思路

考慮到觸摸定時，即由于手觸摸引起的觸發(fā)脈沖及電容充放電的情形便構(gòu)成了我們思考的出發(fā)點.由此想到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特性適合制作的需要.其顯著特點是：在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，再自動返回穩(wěn)態(tài).單穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關.由于具備這些特點，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛應用于延時和定時等方面.因此，我們采用數(shù)字電路中的CD4001或非門電路.

3 制作原理

為了更清楚說明CD4001門電路工作過程，先來闡述CMOS門電路和RC微分電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器.

對于CMOS門電路(圖1)，可以近似地認為電勢φOH≈φDD，φo1≈0，通常φTH≈0.5φDD，在穩(wěn)態(tài)下φ1=0，φ12=φDD，故φo=0，φo1=φDD.

當觸發(fā)脈沖φ1加到輸入端時，在Rd和Cd組成的微分電路輸出端得到很窄的正負脈沖φd.當φd上升到φTH以后，將引發(fā)圖2的正反饋過程使φo1迅速跳變?yōu)榈碗娖?由于電容上的電壓不可能發(fā)生突跳，所以φ12也同時跳變至低電平，并使φo跳變?yōu)榈碗娖?，電路進入暫穩(wěn)態(tài).這時即使φd回到低電平，φo的高電平仍將維持.與此同時，電容C開始充電.隨著充電過程的進行φ12逐漸升高，當升至φ12=φTH時，又引發(fā)另外一個如圖3所示的正反饋過程.如果這時觸發(fā)脈沖已消失(φd已回到低電平)，則φo1、φl2迅速跳變?yōu)楦唠娖?，并使輸出返回φo=0的狀態(tài).同時，電容通過電阻R和門F2的輸入保護電路向φDD放電，直至電容上的電壓為零，電路恢復穩(wěn)定.

圖1 CMOS門電路

圖2 正反饋過程

圖3 正反饋過程

CD4001或非門集成電路具體工作過程如圖4.或非門F1、F2與外圍元件構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)定時電路，平時F2的輸出端4腳為低電平，三極管T3、T4截止，繼電器不吸合，所以燈泡不亮.當手摸電路的觸摸端時，則人體感應的雜波信號使三極管T1、T2導通，F(xiàn)1的1腳變?yōu)楦唠娢唬?腳輸出低電平，這樣F2的5、6腳為低電平，4腳變?yōu)楦唠娖剑娐愤M入暫穩(wěn)狀態(tài)，并使T3、T4飽和，繼電器線圈兩端得到5V電壓后，電磁鐵吸力大與彈性力，因而吸引平板銜鐵.這樣，觸頭系統(tǒng)中常閉觸頭斷開，而常開觸頭閉合.燈泡兩端加上220V電壓，燈泡亮.同時由于電容C2和電阻R2組成的充電電路，使F2的輸入端5、6腳電壓不斷升高，經(jīng)過一段時間變?yōu)楦唠娖?，單穩(wěn)態(tài)定時結(jié)束，T3、T4截止，電磁鐵失去吸力.這樣，觸頭系統(tǒng)中常閉觸頭閉合，而常開觸頭斷開，燈泡熄滅.

圖4 CD4001或非門集成電路工作過程

電源E通過R2向C2充電，到F2的4腳變?yōu)榈碗娖竭@段時間，即為該電路的定時時間.由單穩(wěn)態(tài)電路中充放電時間的計算公式

ln2×RC=0.69×RC

tW大約為155s，此為理論值.實驗值大約為180s.而放電時間則由于二極管2AP電阻很小，故時間很短.

4 制作過程

4.1 根據(jù)所設計的電路圖購買電子元件

集成電路采用CD4001或非門集成電路.三極管T1、T2、T3的型號均為3DG6或9014、9013的普通三極管；T4則選用3DK4型三極管；電阻則選用5kΩ、1MΩ、3kΩ的各一個；電容選用100μF、220μF的各一個；二極管選用2AP型普通二極管；燈泡L采用功率為40W的普通照明燈泡.

4.2 選擇電路板

電路板有兩種，一種為已制作好的成品，另一種則是要根據(jù)電路原理圖自己制作.而自制常用的是漆圖法.其制作過程為：下料、拓圖、打孔、描漆圖、腐蝕、去漆膜、清洗、涂助焊劑.用此方法制作的電路板清晰、不容易出錯，適合用于復雜電路圖的電子制作.而另一種則是實驗電路板，它采用單面敷銅板(基本材料是環(huán)氧玻璃絲)，元器件可從電路板正面插入，在銅箔面用線連接.我們采用實驗電路板.

4.3 按原理圖在實驗電路板上焊接電子元件

焊接之前，應先在電路板上安排好電子元件，并可反復拆裝，直到取得滿意效果后，再開始焊接.在焊接CD4001時，另兩組不用的或非門輸入端8、9兩腳及12、13腳均接低電平，以防靜電損壞CD4001.將電路板及電源裝于有機玻璃盒內(nèi).在制作中特別要注意集成塊的輸入與輸出引腳之間出現(xiàn)擊穿短路或者與地電源等擊穿短路.有的器件是軟擊穿，一段時間內(nèi)也能正常工作，但會出現(xiàn)間歇性故障，直至完全擊穿.

4.4 集成穩(wěn)壓電路的制作

三項穩(wěn)壓集成電路有三個引腳，它們分別接電壓輸入、電壓輸出和公共地，其電路圖如圖5所示，其中的電解電容都是用于濾除直流中的脈動成分，而另外兩個陶瓷電容則是用于濾除其中的高頻干擾.那么，為什么電解電容還不能濾除高頻干擾呢？這主要是因為電解電容是用兩張鋁箔中間加紙卷起來做的，而卷起來的鋁箔在頻率很高的時候就會表現(xiàn)出電感的性質(zhì)來，所以就不能指望使用電解電容來濾除直流中的高頻干擾了.

圖5 集成穩(wěn)壓電路

4.5 電路的調(diào)試

在調(diào)試過程中我們發(fā)現(xiàn)由于外界對觸摸端的干擾，常使電路不能正常工作，采取和觸摸線一起纏繞接地線，對外界干擾進行屏蔽，可使電路正常工作.

4.6 制作中的注意方面

由于CD4001是場效應管，所以在焊接時，最好用變壓器降壓(隔離)的低壓電烙鐵，或?qū)⑵胀娎予F的外殼接地；若無法接地，則將烙鐵頭加熱到焊接溫度時，再拔下電源插頭進行焊接、拆卸工作.焊接元件時，注意不能焊接時間過長，因為這樣可能會損害元件；但也不能過短，因為這樣會引起虛焊.

5 改進體會

從上述原理可知,控制定時時間的是RC微分電路中電阻和電容的乘積，而電阻的大小變化可通過調(diào)節(jié)電位器的阻值來實現(xiàn)，因此可根據(jù)對時間的需求選擇適當型號的電位器，這樣可達到多種定時的功能.此外，日常生活用具如抽油煙機、烘干機等均是可以實現(xiàn)定時的電子產(chǎn)品.因為這樣既節(jié)省了用戶的時間，又節(jié)約了電能.可以把此觸摸定時電路用于此類電子產(chǎn)品中，讓它們達到所需的時間后可自動關閉.由此可以看出此觸摸定時電路具有廣闊的發(fā)展前景.

參考文獻

1 薛華，華慧明. 實用電子技術快速入門. 福州：福建科學技術出版社, 1992

2 劉洪濤. 電子制作實用教程. 西安：電子科技大學出版社, 2001

3 郭木森. 電工學. 北京: 高等教育出版社, 2001

4 楊震江.新穎實用電子設計與制作.西安：電子科技大學出版社，2000