电烙铁调温电路的设计与制作.docx
《电烙铁调温电路的设计与制作.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电烙铁调温电路的设计与制作.docx（20页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
电烙铁调温电路的设计与制作
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
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
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。
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）
4555定时器及其应用…………………………………………………（11）
4.1555定时器的结构…………………………………………………………………（11）
4.1.1电阻分压器………………………………………………………………………（11）
4.1.2电压比较器……………………………………………………………………（11）
4.1.3基本RS触发器……………………………………………………………………（11）
4.1.4放电管T……………………………………………………………………………（11）
4.1.555定时器各引脚的功能…………………………………………………………（12）
4.2555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）
5.1LED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）
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12V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R1﹑W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D2﹑R2﹑W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。
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2×12V）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D2﹑R2﹑W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。
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
R1﹑R2
2支
2
电阻器
57Ω
R3
1支
3
电阻器
120K
R4
1支
6
电源变压器
输入220V输出2*12V
1个
7
桥式整流电流
IN4007
D1～D4
4个
8
电解电容
20pF
C2～C3
2
9
电解电容
4200uF
C4
1
10
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
D5～D6
2支
14
继电器
12V
1个
15
555定时器
1个
16
三端稳压器
TSL7812
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。
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，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=72mA，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
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=1/2πf,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，即二极管的正向导通电阻为零，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D1～D4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,D2,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，D1,D3转为反偏而截止，D2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。
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。
3.5稳压电源
稳压电路的作用（图8）
图8
3.5.1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W78××和负稳压W79××（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。
4555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5～16V，输出最大负载电流可达200mA。
单极型型号为7555（单）和7556（双），电源电压使用范围为3～18V，但输出最大负载电流为4mA。
4．1555定时器的结构（如图9所示）
图（9）
4.1.1电阻分压器
由3个5kΩ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T
T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。
4.1.5555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：
①脚为接地端。
②脚为低电平触发器。
当2端的输入电压高于1/3Vcc时，C2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，C2的输出为低电平，使基本RS触发器置“1”。
③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。
④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。
⑤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的电容接地，以防止引入干扰。
⑥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”。
⑦脚为放电端，当触发器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。
⑧脚为电源端，可在5-18V范围内使用。
4．2555定时器的工作原理
555定时器电路有三个5KΩ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+＝2/3VCC，比较器C2的反相输入端的参考电压为U2-＝1/3VCC。
如果VC端外加控制电压UIc,则U1+=UIc,而U2-=1/2UIc。
对于C1、C2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+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10.2555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）；
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:
T≈0.7（R1+2R2）C
图12555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、R2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uC≥2/3VCC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uc≤1/3Vcc，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。
5指示电路
5.1LED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
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。
这些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《Protel99SE》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
电烙铁调温电路图：
升级会员 