越底安控时基电路设计

刘圣平,邹 阳,邓绍金

(长江大学电子信息学院,湖北 荆州 434023)

越底安控时基电路设计

刘圣平,邹 阳,邓绍金*

(长江大学电子信息学院,湖北 荆州 434023)

为弥补经典式555时基电路存在失控的缺陷,特设计越底安控时基电路。设计方案:将上限、下限和底限电位比较电路的信号输入端并联,其3个输出端由两只电阻隔离,再将这两只电阻的串接点连接后级电位触发器的输入端。因而,越底安控时基电路既有限位控制功能,又有越底安控功能,可防负载失控,在控温、控压、定时等应用电路中,能提高安全性能,避免火灾或超压爆炸事故。所以越底安控时基电路具有重要的实用价值和社会效益。

越底安控时基电路;防失控;控温安全;避免火灾

根据经典式555时基电路的结构特点可知:用经典式555时基电路设计单稳态电路、双稳态电路、无稳态电路、定时电路以及各种电子开关电路等基本典型应用电路是较为方便易行的,[1-7]但如果用经典式555时基电路设计如温度控制可调节之类(超上下限位控制功能)电路时,外围电路复杂难调,成本较高,性价比不能满足用户要求。然而,我们依赖555时基电路这个核心模块或平台为时太久[5-10]!应该自己创新设计一种兼容度更高、通用性更强、用途更广泛的功能模块,作为新时期电子应用设计领域所需的核心器件或基础性新平台,作为555时基电路的升级换代产品。因此,越底安控时基电路(或简称:666时基电路)应需而生。

1 电路设计方案

针对555时基电路的缺陷和应用设计新需求,本文笔者特从自己已获得的两件专利(专利号为200810048942.1和201020211450.2)中优选一个实例,再进一步优化,创新设计了一种越底安控时基电路,其电路图如图1所示,其内部结构由图1中虚线框内5个模拟集成电压比较器B1～B5(也可用集成运算放大器等效替换)和电阻Rtc(或用正温度系数热敏电阻Ptc替换)、电阻R1～R13简单构成;所述的电压比较器B1作为底限比较器,电压比较器B2作为上限比较器,电压比较器B3作为下限比较器,电压比较器B4、B5作为电位触发型互补式施密特触发器[11-12]。

图1 越底安控时基电路

越底安控时基电路对外引脚(端口)序号、符号、名称,如表1所述。

表1 越底安控时基电路引脚(端口)说明

2 电路原理功能

2.1 越底安控时基电路(666时基电路)工作原理

2.2 越底安控时基电路(666时基电路)基本功能的真值表

真值表,如表2所示[11-12]。

表2 越底安控时基电路基本功能的真值表

图2 温度控制电路

3 用于温度控制

3.1 应用666时基电路作为核心模块(IC)设计的温度控制电路原理图

原理图,如图2所示。

3.2 图2中温度控制电路工作原理

在电路上电之初,电热负载WR和负温度系数热敏电阻NTC都处在低温时,由于热敏电阻NTC阻值较大,使核心模块(IC)的信号输入端(VI)电位低于下限电位VL而高于底限Vd电位,即VdVL时,使核心模块(IC)的输出端VZO继续维持在低电位L状态,反相放电端DIS继续保持高电平H,三极管T1、T2同时继续导通,继电器J继续给电热负载WR通电加热升温。当温度上升使信号输入端VI电位高于上限VH电位时,即VI>VH,核心模块(IC)的工作状态翻转,其同相输出端VZO输出高电平H,反相放电端DIS输出低电位L,使三极管T1、T2同时截止,继电器J释放(反向电势由D消除),关断电热负载WR的交流电源,停止加热。

待电热负载WR温度略降低后,VI

当信号输入端VI电路发生故障(如热敏电阻NTC断线、或电阻R1短路)时,输入电位VI极低,即VI

由核心模块(IC)的同相输出端VZO和反相放电端DIS分别控制三极管T1、T2,再由两只三极管串控继电器J线圈,这种互补方式进一步增强了电路系统的防失控能力。

可变电阻R3,用于调节上限和下限电位及其回差,因而可以调节热敏电阻NTC的控温点的高低以及温差的大小。电阻R2是用于微调热敏电阻NTC的参数离散偏差。电阻R1与热敏电阻NTC串联配匹,用于设定电路控温点的高低。

电阻R5是正反馈电阻,在核心模块(IC)的保显复位端口BER输出高电平时,可改善热敏电阻NTC低温高阻不良特性,在保显复位端口BER输出低电平L时,能消除核心模块(IC)在保护动作时的临界振荡现象。

当核心模块(IC)的反相放电端DIS处于高电平H状态时,电阻R10对电容C1进行充电;反相放电端DIS输出低电位L时对电容C1直接放电,因而,电容C1可防止继电器J吸合或释放动作时的抖动现象。

4 电路设计总结

根据上述设计的越底安控时基电路(或简称:666时基电路)的结构、原理、功能及其在控温电路中的应用实例可知,越底安控时基电路(或简称:666时基电路)结构简单,通用性强,用途广泛,性能优异,其具体技术优势在于[11-12]:

(1)在完全兼容经典式555时基电路所有功能之外,还扩展了越底安控功能,使应用电路具有防失控能力,在温度、压力、水位、定时及安全防护等安全控制领域中,具有重要的实用价值和社会效益。而555电路完全没有故障保护控制功能,因而存在失控的缺陷。

(2)由于上限设置端(VH)和下限设置端(VL)都对外开放,因此,即可作为信号输入端口,又可从外部灵活设置或改变其内部固定的上下限电位和回差,方便应用设计,更加扩展了应用范围。而555电路的下限内置固定,不便外调,不利于调节回差,作控温应用时外电路复杂。

(3)只用1个端口(VI)输入传感信号,高低电位触发都有效,因而,可灵活适应不同特性的传感器,并使所接传感电路简化,应用简便。而555时基电路设高、低电平输入2个端口就不方便。

(5)由于电路输出级采用互补式施密特触发器,不用输入脉冲触发,而是用输入电位触发,因而抗脉冲干扰能力更强。而555电路是采用脉冲触发的R-S触发器,抗干扰能力不强。

(6)可使应用设计成本低,性价比高。

可见,越底安控时基电路(或简称:666时基电路)不仅弥补了555时基电路的缺陷、保留了555时基电路的优点,而且扩展了功能,增加了用途,简化了结构,降低了成本,提高了性能,超越了555时基电路,是555时基电路的升级换代产品,通用性更强的越底安控时基电路(或简称:666时基电路)替代经典式555时基电路是技术向高标准发展的必然趋势。

[1] 阎石. 数字电子技术基础[M]. 第5版. 北京:高等教育出版社,2006:489-494.

[2] 阎石. 数字电子技术基本教程[M]. 北京:清华大学出版社,2007:241-246.

[3] 康华光. 电子技术基础(数字部分)[M]. 第5版. 北京:高等教育出版社,2006:414-421.

[4] 陈永甫. 555集成电路应用800例[M]. 北京:电子工业出版社,1992:1-8,208.

[5] 陈永甫. 新编555集成电路应用800例[M]. 北京:电子工业出版社,2000:140,144,150,157.

[6] 陈有卿. 555时基电路原理与应用[M]. 北京:机械工业出版社,2006:1-9,250-252.

[7] 陈有卿,叶桂娟. 555时基电路原理、设计与应用[M]. 北京:电子工业出版社,2007:1-12,219.

[8] 何香玲. 555时基电路的研究与应用[J]. 电子技术,2009(5):30-31.

[9] 陈宜建. 基于555时基电路的测温系统设计[J]信息化研究,2009:35-37.

[10] 何静. 基于555定时器和单片机温度测量电路的设计[J]. 电子工程师,2008(2):158.

[11] 刘圣平. 三限位时基电路[P]. 中国专利. 专利号:200810048942.1.

[12] 刘圣平. 越底反控时基电路[P]. 中国专利. 专利号: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