1、- 1 -明达职业技术学院毕 业 论 文 (设 计 )2007 2008 学年度信息工程 系 应用电子技术专业 班级 05 应用电子 2 班 学号 0405051219 课题名称 电烙铁调温电路的设计与制作 学生姓名 刘健 指导教师 卜令涛 - 2 -电烙铁调温电路作者：刘健 摘 要 ：现在都在讲究能源的节约，普通的电烙铁消浪费能源，不会控制能源的节省，而调温电烙铁能通过调节电路输出脉冲的占空比来控制其电压的大小，这样一来既有调温功能又可起到节电的功效。 这设计采用桥式整流对控制电路提供电压，利用 555 定时器产生多 谐振荡，由 继电器的特性来控制输 入电压的大小来实现这个设计的目的。电子设
2、备更新换代速度之快是其他行业不能比拟的，每次的升级都带来了巨大的商机和市场的繁荣以及消费着的愉悦， 这些都离不开微电各方面的技术支撑，给我们 提供了锻炼的机会。关键词：桥式整流电路 555 定时器 自激多谐振荡器 继电器 三极管- 3 -前 言电子信息领域的成果离不开三大关键，第一，可靠性。具体体现在依据的资料必须正确可靠，拟订的方案必须安全可靠，各种零部件电器元件的选择必须可靠符合标准，第二，创新性。创新并不是指自己所提出的见解是空前绝后的，也不是重大发明，而是指在本专业内个人有独到见解或者对别人研究的不足之外进行补充等等。第三，研究方法。首先，要仔细观察勤于思考记录。其次，要主动进行实验验
3、证，正确推理计算，理论与实践相结合相验证，这些都必不可少。本文系统的论述了调温电烙铁的设计与工作原理，用继电器进行控制其开断，让人可以控制其的加热，恒温与冷却。在能源的节约方面起到了很大的作用。- 4 -目 录1 方案设计与选择（3）2 设备与元器件清单（5）3 电源（6）3.1 电容降压稳压直流电源（6）3.2 桥式整流电路（7）3.2.1 电路组成和工作原理（7）3.3 变压器（8）3.4 滤波原理（9）3.4.1 电容滤波（9）3.4.2 电容滤波电路的特点（9）3.5 稳压电源（10）3.5.1 集成稳压电源（10）4 555 定时器及其应用（11）4.1 555 定时器的结构 （11
4、）4.1.1 电阻分压器（11）4.1.2 电压比较器 - 5 -（11）4.1.3 基本 RS 触发器（11）4.1.4 放电管T（11） 4.1.5 55 定时器各引脚的功能（12）4.2 555 定时器的工作原理（13）4.3 用 555 定时器组成的多谐振荡器 （14）4.3.1 电路的组成及工作原理 （14）5 指示电路（14）5.1 LED 发光原理 （14）6、继电器的工作原理 （14）7 总结与体会（15）8 致谢（16）- 6 -1 方案设计与选择方案 1图（1）如图（1）所示，22OV 电压经过 1U/400V 的电容降压后经半波整流二极管整流，然后通过电容的滤波的到 12
5、V 的电压。它为 555 定时器供电。当多谐震荡器输出高电平时双向可控硅被触发截止，则输出插座没有交流电输出。同时，直流电压经过 R1W 的上半部分 D1 向电容 C 充电。 ，当 C3 两端的电压上升到 2/3Vcc 时，555 被复位 3 角输出低电平，可控硅被导通，输出插座有交流电输出，这时，555 内部的放电管导通，C3 上储存的电荷通过 D2R2W 的下半部分向 7 脚泄放，当 C3 端电压低于 1/3Vcc 时。3 脚又输出高电平，可控硅又截止。以上过程周而复始。所以，改变 W 滑动臂的位置，即改变 555 的 3脚输出脉冲的占空比而不改变脉冲周期。用来改变 3 脚输出高低电平的时
6、间来控制输出插座的导通与截止的时间。从而起到调温的作用。- 7 -方案 2图（2）如图（2）所示，220V 电源经过电源变压器（输入 220V 输出 212V）变压，桥式整流电路整流，三端稳压器（7812）稳压获得+12V 的电压。它为 555 定时器供电。由于经3 号脚输出的电压不足以支持 5V 继电器的工作，所以用一个 PNP 三极管来放大电压。图中继电器接成长闭，插座部分电路闭合发光二极管长亮，表示电路导通。当 3 号脚输出低电平时三极管导通输出 5V 左右电压，从而触发继电器使继电器截止，插座部分电路断开发光二极管熄灭。这时，555 内部的放电管导通，C3 上储存的电荷通过 D2R2W
7、 的下半部分向 7 脚泄放，当 C3 端电压低于 1/3Vcc 时。3 脚又输出高电平，此时 PNP 三极管截止，继电器触发闭合。插座部分电路闭合发光二极管点亮。以上过程周而复始。所以，改变 W 滑动臂的位置，即改变 555 的 3 脚输出脉冲的占空比而不改变脉冲周期。用来改变 3 脚输出高低电平的时间来控制输出插座的导通与截止的时间。从而起到调温的作用。通过实验发现，由于由电容降压构成的电源输出的 12V 电压很不稳定并且双向可控硅承受不了过高的震荡频率从而导致插座部分电路长闭，故选用第二种设计方案。- 8 -2 设备与元器件清单序号 名称 规格型号 位号 数量1 电阻器 1K R1R2 2
8、 支2 电阻器 57 R3 1 支3 电阻器 120K R4 1 支6 电源变压器 输入 220V 输出2*12V1 个7 桥式整流电流 IN 4007 D1D4 4 个8 电解电容 20pF C2C3 29 电解电容 4200uF C4 110 电解电容 1000uF C1 1 支11 电解电容 0.01uF C5 1 支12 发光二极管 绿 LED 1 支13 普通二极管 IN4148 D5D6 2 支14 继电器 12V 1 个15 555 定时器 1 个16 三端稳压器 TSL 7812 1 个17 插头 1 只18 连接导线 若干设备：双踪示波器，数字万用表，数字电压表，信号发生器。
9、- 9 -3 电源3.1 电容降压整流稳压电源根据第一套方案，选择的电源是电容降压整流稳压电源，其又分为半波整流式和桥式整流式。电容降压的工作原理并不复杂。他的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。例如，在 50Hz 的工频条件下，一个 1uF 的电容所产生的容抗约为 3180 欧姆。当 220V 的交流电压加在电容器的两端，则流过电容的最大电流约为 70mA。虽然流过电容的电流有 70mA，但在电容器上并不产生功耗，因为如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。根据这个特点，我们如果在一个 1uF 的电容器上再串联一个阻性元件，
10、则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。例如，我们将一个 110V/8W 的灯泡与一个 1uF 的电容串联，在接到 220V/50Hz 的交流电压上，灯泡被点亮，发出正常的亮度而不会被烧毁。因为 110V/8W 的灯泡所需的电流为 8W/110V=72m A，它与 1uF 电容所产生的限流特性相吻合。同理，我们也可以将 5W/65V 的灯泡与 1uF 电容串联接到 220V/50Hz的交流电上，灯泡同样会被点亮，而不会被烧毁。因为 5W/65V 的灯泡的工作电流也约为70mA。因此，电容降压实际上是利用容抗限流。而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负
11、载两端电压的角色。半波整流式和桥式整流式分别如图：半波整流式 1 半波整流式 2- 10 -桥式整流式如图 1 和图 2，VD2 是电容器 C1 在电源负半周期的放电二极管，图 2 中 VD2 一作为电容器 C1 在电源负半周期是释放电荷的通路，二起稳压作用。两图相比，图 2 中少了只一二极管。电阻 R 的作用，除在工作是对 C1 有一定的放电作用，更主要的是切断电源后向电容器 C1 的剩余电荷释放掉。该电路向负载提供的工作电流较小。图 3，在交流电的正负半周期均有直流电压输出，可向负载提供教大的工作电流。电容降压稳直流负载提供的电流，与降压电容器 C1 的容量有直接关系，根据Xc=1/2f,
12、I=U/Xc,可知电容量越大，容抗 Xc 越小，则流经 C1 的充放电流越大。显然，适当的选取 C1 的容量，便可获得所需的输出电流。但对简易型电容降压整流稳压电源而言，输出电流不能过大，通常不超过 100ma.因此降压整流稳压电源不使用与负载电流要求大的场合。采用电容降压时应注意以下几点： 1 根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容，而不是依据负载的电压和功率。 2 限流电容必须采用无极性电容，绝对不能采用电解电容。而且电容的耐压须在 400V以上。最理想的电容为铁壳油浸电容。 3 电容降压不能用于大功率条件，因为不安全。 4 电容降压不适合动态负载条件。 5 同样，电容降压不适
13、合容性和感性负载。 6 当需要直流工作时，尽量采用半波整流。不建议采用桥式整流。而且要满足恒定负载的条件。在半波整流式电源中，二极管常常烧毁，是由于电流过大，而在此电源中，电容的作用仅仅是起限流的作用，电容大小不影响二极管的工作。而在桥式整流式电源中，其输出的电压达到要求的 12V，但不稳定，无法达到实验目的。于是改换了电源，即第二套方案。3.2 桥式整流电路整流电路是利用二极管的单向导电作用将交流电变换成单方向的直流电的。因此，二极管是构成整流电路的关键元件。常见的小功率整流电路，有半波整流、全波整流、和桥式整流等几种。其中以桥式整流电路最为常用。为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理
14、，即二极管的正向导通电阻为零，- 11 -反向电阻为无穷大3.2.1 电路组成和工作原理图 3图 4单相桥式整流电路如图 3 所示，图中，四个整流二极管 D1D 4接成电桥形式（故名桥式整流电路） ，其输入是来自电源变压器 T 副边的正弦交流电压 u2(=2Usinwt )，其输出加至要求直流供电的负载电阻上。需特别指出的是，整流桥的四个二极管，必须严格按照图 3 所示的方式连接于 A,B,C,D 四点之间，否则，将导致变压器短路。图 4（B）是桥式整流电路的简化画法。由二极管的单向导电性，不难得出桥式整流电路的工作波形。当电源电压处于 u2的正半周时，假如变压器副边电压的极性是上端为正，下端
15、为负，图 3 所示电路中的二极管 D1和 D3处于正向偏置而导通,D 2,D4则因反偏而截止。电源经 D1,D3向负载供电，RL 得到 u2正半周电压，同理，当电源电压处于 u2的负半周时，此时变压器副边电压的极性是上端为负，下端为正，D 1,D3转为反偏而截止，D 2与 D4则因正偏而导通。电源经 D2,D4向负载供电，此时，Rl 得到 u2的负半波周电压。- 12 -可见，在交流电压 u2变化一周时，负载 Rl上得到的却是单方向脉动的电压 u0和电流i0。由于该电路在正弦电压 u2的正，负半周都有输出，故称这种整流方式为全波整流。3.3 变压器变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级
16、线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流） 。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。3.4 滤波原理交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 将电容与负载 RL 并联(或将电感与负载 RL 串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。3.4 电容滤波滤波原理：交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波
17、电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 将电容与负载 RL 并联(或将电感与负载 RL 串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。- 13 -3.5 稳压电源稳压电路的作用（图 8）图 83.5.1 集成稳压电源随着半导体工艺的发展,现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。本节主要介绍常用的 W7800 系列三端集成稳压器，其内部也
18、是串联型晶体管稳压电路。稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。三端集成稳压器分为固定式和可调式。其中固定式分为正稳压 W 78和负稳压 W 79(型号后两位数字代表输出电压值)。W78 系列（输出正电压） ；W79 系列（输出负电压）输出电压额定电压值有：5V、9V、12V、18V 、24V。4 555 定时器及其应用555 定时器根据内部器件类型可分为双极型（TTL 型）和单极型（CMOS 型） ，它们均有单或双定时器电路。双极型型号为 555（单）和 556（双） ，电源电压使用范围在516V，输出最大负载电流可达 200mA。单极型型号为 7555（单）和
19、 7556（双） ，电源电压使用范围为 318V，但输出最大负载电流为 4mA。41 555 定时器的结构（如图 9 所示）- 14 -图（9）4.1.1 电阻分压器由 3 个 5k 的电阻组成，为电压比较器 C1和 C2提供参考电压。若在电压控制端9（引脚 5）上外加控制电压 Uc，则将迫使 C1的同相输入端 U+1=Uc,C2的反相输入端U -2=1/2Uc,于是改变 Uc 就可以改变 C1和 C2的参考电压。 4.1.2 电压比较器C1和 C2的作用是将 6 脚和 2 脚的输入电压与参考电压进行比较，根据输入电压的不同，他们的输出可能是高电平或低电平，从而使基本 RS 触发器置 1 或置
20、 0。4.1.3 基本 RS 触发器其作用是有两个：一是 Q 输出端就是整个电路的输出 Uo，二是 端状态决定了三极管的饱和导通或截止，触发器的复位端平时保持高电平，当在端加上负脉冲，可强迫触发器置 0。4.1.4 放电管 TT 是集电极开路的三极管。相当于一个受控电子开关。 输出为 =0 时，T 导通，输出为=1 时，T 截止。4.1.5 555 定时器各引脚的功能555 定时器有八个引脚，各引脚的功能及注意事项分别如下：脚为接地端。脚为低电平触发器。当 2 端的输入电压高于 1/3Vcc 时，C 2的输出为高电平，基本RS 触发器保持不变；当输入电压低于 1/3Vcc 时，C 2的输出为低
21、电平，使基本 RS 触发器置“1” 。脚为输出端，输出电流可达 200mA，因此可直接驱动继电器、发光二级管、扬声器、指示灯等。输出高电平电压低于电源电压 Vcc 大约 1-3V。脚为基本 RS 触发器的复位端，右此输入负脉冲（或使其低于 0.7V）而使触发器直接复位。脚为电压控制端，在此端可以加一电压，以改变比较器的参考电压，经 0.01uF 的- 15 -电容接地，以防止引入干扰。脚为高电平触发端。当输入电压低于 2/3Vcc 时，C1 的输出为高电平，基本 RS 触发器保持不变；当输入电压高于 2/3Vcc 时，C1 的输出为低电平，使基本 RS 触发器置“0” 。脚为放电端，当触发器
22、Q 端为“0”时，放电三极管 T 导通，常用于给外接电容元件提供放电通路。脚为电源端，可在 5-18V 范围内使用。42 555 定时器的工作原理555 定时器电路有三个 5K 电阻构成分压器，当控制电压输入端 VC 悬空时，比较器C1的同相输入端的参考电压为 U1+2/3V CC，比较器 C2的反相输入端的参考电压为 U2-1/3V CC。如果 VC 端外加控制电压 UIc,则 U1+=UIc,而 U2-=1/2UIc。对于 C1、C 2比较器的输出 Uc 与输入关系取决于同相输入端电压 U+和反相输入端电压U-的比较，即当 U+U-时，输出 Uc 为高电平（1 态）当 U+U-时，输出 U
23、c 为低电平（0 态）对 G1和 G2构成的基本 RS 触发器,若直接复位端为 1,则当 Uc1=0,Uc2=1 时,Q=0;当 Uc1=1,Uc2=0 时,Q=1;当 Uc1=1,Uc2=1 时, Q 维持由上述两种情况中的一种输出过渡过来的状态。根据上述原理，当 VC 端无外加固定电压时，555 定时器可归纳出如表 10 所示四种逻辑功能。表 10.2 555 定时器功能表图 10 复位控制端接至反相输入端，当其大于 UR1 时，UC1 输出低电平，使触发器置 0，故称为高触发端（有效时置 0） ； - 16 -置位控制端接至同相输入端，当其小于 UR2 时，UC2 输出低电平，使触发器置
24、 1，故称为低触发端（有效时置 1） 。 4.3 用 555 定时器组成的多谐振荡器 设计思想：是无稳态电路，两个暂稳态不断地交替。利用放电管 T 作为一个受控电子开关，使电容充电、放电而改变 TH=TR，则交替置0、置 1。多谐振荡器是产生矩形波的自激振荡器。由于矩形波包含基波和高次谐波等较多的谐波成分，因此称为多谐振荡器。另外，这类电路不存在稳态，故又称无稳态电路。振荡器输出脉冲 uO的工作周期为:T0.7(R 1+2R2)C 图 12 555 定时器构成的多谐振荡器（a）电路 （b）工作波形4.3.1 电路的组成及工作原理组成多谐振荡器的电路有很多，用 555 定时器组成的多谐振荡器电路
25、和工作波形分别如图 12(a)、(b)所示，其工作原理简述如下：在接通电源后，Vcc 通过 R1、R 2对电容 C 充电，在 uc未达到 1/3Vcc 和 2/3Vcc 之前，6 号、2 号引脚状态为 0、0 和 0、1，故输出 uo为 1，放电管 T 截止，当电容 C 被充电达到 uC2/3V CC时, 6 号、 2 号引脚状态为 1、1，则输出 uo翻转为 0，放电管 T 导通。此时电容 C 开始通过 R2和 T 放电，使 uc按指数曲线下降。当 uc处于 2/3Vcc 和 1/3Vcc 之间时，6 号、2 号引脚状态为 0、1，输出维持为 0，电容 C 继续放电，直到 uc1/3Vcc，
26、使 6 号、2 号引脚状态为 0、0，输出 uo又翻转为 1 态，放电管 T 截止，电容 C 又开始充电，这样周而复始振荡下去，输出 uo为图 12(b)所示矩形波。- 17 -5 指示电路5.1 LED 发光原理发光二极管（LED）是用半导体材料制作的正向偏置的 PN 结二极管。其发光机理是当在 PN 结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子空穴对）在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过程。按光输出的位置不同，发光二极管可分为面发射型和边发射型。 6、继电器的工作原理电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定
27、的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点- 18 -7 总结体会以上是实习期间所设计的电烙铁调温电路原理图和各部分的原理功能，经过多次的修改和整理。在制作中，对元器件的了解不是很深，在通电调试过程中，直接导致了元器件的烧毁、正负极接反导致该元件不起作用等。经过一段时间的查资料，了解了每个元器件的性质和作用，特别
28、是对桥式整流电路，555 定时器和变压器的认识，及有利于帮助电路的完成。在设计的过程中，由于对某些材料的缺少，不断的琢磨和尝试新的设计方案，使理论与实际能够得到一致。通过对毕业设计的制作，大大的增强了我的思维能力和实际动手操作能力，对毕业后的工作打下了基础。 这次实践活动的时间虽短，但它留给我们的启迪却是深刻而长远的，是我们人生道路上坚实的一步。我通过积极参加社会实践活动，认识了社会，认识到自己的社会位置，明确了自己的历史使命，激发了自己的学习热情，我会不断地调整和完善自己的知识结构，战胜前进道路上的各种挫折，锻炼自己的意志和毅力，为适应今后的工作做好准备。实习工作结束了，但这不是终点，而是另
29、一个新的起点。实习的一些收获和体会，都对于我们今后走上工作岗位，都有很大的帮助。经过这次实习，也提高了我的专业水平。相信在以后的工作上，还会有更大的进步。对于年轻一代的我们，需要为这个社会去拼搏、创新。在这次毕业设计的创作中，我们小组严格要求自己，认真领会指导老师的思想，不厌其烦的对我们设计的电路方案进行推敲，一此失败不气馁，两次失败更努力终于我们的努力得到了收获，红外延时灯开关电路顺利的在小组规定的时间内完成。我带着一种喜悦和感激来写这篇毕业论文，看着我们的研究成果，再想想我们一次又一次的调试，并电阻、串电容、测电压，甚至有手被烙铁烫伤的经历等等，顿时一种成就感涌上心头，我们的设计方案成功了
30、。这些- 19 -都离不开我们小组全体成员的共同努力，特别是指导老师不厌其烦的辅导，我们万分感激今天各个领域日新月异，只要和着时代的脉动，永远都有新的在等待我们期待着下一次的永不言弃。致谢在现已完成毕业设计，感谢校领导对我系毕业设计的大力支持和关注。在这次毕业设计中首先我要感谢我的指导老师卜老师，在我们拿到毕业设计题目一片茫然不知道该如何下手时，及时的给我们指明了方向，在设计过程中不断给我们进行指导。还要感谢江志平教师和张海燕教师在百忙之中为我们提供各种仪器及元器件，还为我们讲解各元器件的属性；感谢小组成员密切地合作！再次忠心的感谢！参考文献周良权 方向乔 编 数字电子技术基础 高等教育出版社 2004 年余家春 编 Protel 99 SE 中国铁路出版社 2004 年陈小虎 编 电工电子技术 高等教育出版社 2000 年杨照 编 家用电子小制作入门 高等教育出版社 2000 年- 20 -电烙铁调温电路图：- 21 -
