电工报告555定时器构成的警笛.docx
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电工报告555定时器构成的警笛
新疆大学
课程设计报告
所属院系:
生命科学与技术学院
专业:
生物工程
课程名称:
电工实习
设计题目:
555定时器构成的警笛
班级:
生工13-1
学生姓名:
张锦玉
学生学号:
20131106004
指导老师:
玛依拉
完成日期:
2015.5.24
555定时器构成的警笛
一、实验准备
1、电烙铁简介
1、常用电烙铁的种类和功率
常用电烙铁分内热式和外热式2种。
内热式电烙铁的烙铁头在电热丝的外面,这种电烙铁加热快且重量轻。
外热式电烙铁的烙铁头是插在电热丝里面,它加热虽然较慢,但相对讲比较牢固。
电烙铁直接用220V交流电源加热。
电源线和外壳之间应是绝缘的,电源线和外壳之间的电阻应是大于200M欧姆.
电子爱好者通常使用30W、35W、40W、45W、50W的烙铁。
功率较大的电烙铁,其电热丝电阻较小。
欧姆定律导出公式:
R=U/I=U/I*U/U=U^2/P
2、电烙铁的使用注意事项
(1)新买的烙铁在使用之前必须先给它蘸上一层锡(给烙铁通电,然后在烙铁加热到一定的时候就用锡条靠近烙铁头),使用久了的烙铁将烙铁头部锉亮,然后通电加热升温,并将烙铁头蘸上一点松香,待松香冒烟时在上锡,使在烙铁头表面先镀上一层锡。
(2)电烙铁通电后温度高达250摄氏度以上,不用时应放在烙铁架上,但较长时间不用时应切断电源,防止高温“烧死”烙铁头(被氧化)。
要防止电烙铁烫坏其他元器件,尤其是电源线,若其绝缘层被烙铁烧坏而不注意便容易引发安全事故。
(3)不要把电烙铁猛力敲打,以免震断电烙铁内部电热丝或引线而产生故障。
(4)电烙铁使用一段时间后,可能在烙铁头部留有锡垢,在烙铁加热的条件下,我们可以用湿布轻檫。
如有出现凹坑或氧化块,应用细纹锉刀修复或者直接更换烙铁头。
2、焊接操作姿势与卫生
焊剂加热挥发出的化学物质对人体是有害的,如果操作时鼻子距离烙铁头太近,则很容易将有害气体吸入。
一般烙铁离开鼻子的距离应至少不小于30cm,通常以40cm时为宜。
电烙铁拿法有三种,如图一所示。
反握法动作稳定,长时间操作不宜疲劳,适于大功率烙铁的操作。
正握法适于中等功率烙铁或带弯头电烙铁的操作。
一般在操作台上焊印制板等焊件时多采用握笔法。
焊锡丝一般有两种拿法,如图二所示。
由于焊丝成分中,铅占一定比例,众所周知铅是对人体有害的重金属,因此操作时应戴手套或操作后洗手,避免食入。
使用电烙铁要配置烙铁架,一般放置在工作台右前方,电烙铁用后一定要稳妥放置在烙铁架上,并注意导线等物不要碰烙铁头,以免被烙铁烫坏绝缘后发生短路。
3、五步法训练
作为一种初学者掌握手工锡焊技术的训练方法,五步法是卓有成效的,值得单独作为一节来讨论。
不少电子爱好者重通行一种焊接操作法,即先用烙铁头沾上一些焊锡,然后将烙铁放道焊点上停留等待加热后焊锡润湿焊件。
这种方法,不是正确的操作方法。
虽然这样也可以将焊件焊起来,但却不能保证质量。
从我们所了解的锡焊机理不难理解这一点。
如图三所示,当我们把焊锡融化到电烙铁头上时,焊锡丝中的焊剂伏在焊料表面,由于烙铁头温度一般都再250℃-350℃以上,当烙铁放道焊点上之前,松香焊剂将不断挥发,而当烙铁放到焊点上时由于焊件温度低,加热还需一段时间,在此期间焊剂很可能挥发大半甚至完全挥发,因而在润湿过程中由于缺少焊剂而润湿不良。
同时由于焊料和焊件温度差很多,结合层不容易形成,很难避免虚焊。
更由于焊剂的保护作用丧生后焊料容易氧化,质量得不到保证就在所难免了。
正确的方法应该是五步法:
1.准备施焊
准备好焊锡丝和烙铁。
此时特别强调的施烙铁头部要保持干净,即可以沾上焊锡(俗称吃锡)。
.加热焊件
将烙铁接触焊接点,注意首先要保持烙铁加热焊件各部分,例如印制板上引线和焊盘都使之受热,其次要注意让烙铁头的扁平部分(较大部分)接触热容量较大的焊件,烙铁头的侧面或边缘部分接触热容量较小的焊件,以保持焊件均匀受热。
.熔化焊料
当焊件加热到能熔化焊料的温度后将焊丝置于焊点,焊料开始熔化并润湿焊点。
.移开焊锡
当熔化一定量的焊锡后将焊锡丝移开。
.移开烙铁
当焊锡完全润湿焊点后移开烙铁,注意移开烙铁的方向应该是大致45°的方向。
上述过程,对一般焊点而言大约二,三秒钟。
对于热容量较小的焊点,例如印制电路板上的小焊盘,有时用三步法概括操作方法,即将上述步骤2,3合为一步,4,5合为一步。
实际上细微区分还是五步,所以五步法有普遍性,是掌握手工烙铁焊接的基本方法。
特别是各步骤之间停留的时间,对保证焊接质量至关重要,只有通过实践才能逐步掌握
4、焊接技术
这里讲的焊接技术是指电子电路制作中常用的金属导体与焊锡之间的熔合。
焊锡是用熔点约为183度的铅锡合金。
市售焊锡常制成条状或丝状,有的焊锡还含有松香,使用起来更为方便。
1、握持电烙铁的方法
通常握持电烙铁的方法有握笔法和握拳法两种。
(1)、握笔法。
适用于轻巧型的烙铁如30W的内热式。
它的烙铁头是直的,头端锉成一个斜面或圆锥状的,适宜焊接面积较小的焊盘。
(2)、握拳法。
适用于功率较大的烙铁,我们做电子制作的一般不使用大功率的烙铁(这里不介绍)。
2、在印刷电路板上焊接引线的几种方法。
印刷电路板分单面和双面2种。
在它上面的通孔,一般是非金属化的,但为了使元器件焊接在电路板上更牢固可靠,现在电子产品的印刷电路板的通孔大都采取金属化。
将引线焊接在普通单面板上的方法:
(1)、直通剪头。
引线直接穿过通孔,焊接时使适量的熔化焊锡在焊盘上方均匀地包围沾锡的引线,形成一个圆锥体模样,待其冷却凝固后,把多余部分的引线剪去。
(具体的方法见板书)
(2)、直接埋头。
穿过通孔的引线只露出适当长度,熔化的焊锡把引线头埋在焊点里面。
这种焊点近似半球形,虽然美观,但要特别注意防止虚焊。
3、防止焊接不良
焊接技术是一项无线电爱好者必须掌握的基本技术,需要多多练习才能熟练掌握。
1、选用合适的焊锡,应选用焊接电子元件用的低熔点焊锡丝。
2、助焊剂,用25%的松香溶解在75%的酒精(重量比)中作为助焊剂。
3、电烙铁使用前要上锡,具体方法是:
将电烙铁烧热,待刚刚能熔化焊锡时,涂上助焊剂,再用焊锡均匀地涂在烙铁头上,使烙铁头均匀的吃上一层锡。
4、焊接方法,把焊盘和元件的引脚用细砂纸打磨干净,涂上助焊剂。
用烙铁头沾取适量焊锡,接触焊点,待焊点上的焊锡全部熔化并浸没元件引线头后,电烙铁头沿着元器件的引脚轻轻往上一挑,离开焊点。
5、焊接时间不宜过长,否则容易烫坏元件,必要时可用镊子夹住管脚帮助散热。
6、焊点应呈正弦波峰形状,表面应光亮圆滑,无锡刺,锡量适中。
7、焊接完成后,要用酒精把线路板上残余的助焊剂清洗干净,以防炭化后的助焊剂影响电路正常工作。
8、集成电路应最后焊接,电烙铁要可靠接地,或断电后利用余热焊接。
或者使用集成电路专用插座,焊好插座后再把集成电路插上去。
9、电烙铁应放在烙铁架上。
二、实验设计
1.电路整体设计方框图:
2.工作原理
如图,U2与R4、R6及C3组成多谐振荡器,产生高频率的矩形脉冲信号,电位器R6用来调节振荡器的振荡频率,使其在一定范围内变化,以便将模拟声响调节到最逼真的状态。
U1与R1、R5和C1组成一个低频率的多谐振荡器,其频率f1=0.7-14.4Hz,具体值由电位器R5调节。
晶体管Q1组成射极跟随器。
Q1的基极连接在电容C1的上端,使射极跟随器的工作状态跟着C1的充、放电过程而变化。
C1的充、放电过程正是三角波形成的过程,而多谐振荡器起着开、关控制作用,多谐振荡器所产生的矩形波脉冲的周期也正是三角波的周期。
多谐振荡器与射极跟随器配合工作,在射极跟随器的输出端就会输出三角波。
将三角波输出后经过R3加至U2的控制端
脚,多谐振荡器的输出脉冲频率就会随着三角波的变化,由低到高再由高到低。
表现在音响上就会是连续的“呜、呜”声,也就是人们所熟悉的警笛声。
3.总体设计
印刷电路图(顶部图)
印刷电路图(底部图)
三、器件选择
器件明细表
器件
数量
器件
数量
555定时器
2
发光二极管(红)
1
电容器0.047微法/16v
2
管座(八角)
2
电容器2200微法/16v
1
喇叭/4欧
1
电容器220微法/16v
1
导线单股0.5米
电阻10千欧
2
电阻680欧
3
电阻12千欧
1
电阻300欧
1
3.1二极管
二极管又称晶体二极管,简称二极管。
在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子,这种电子器件按照外加电压的方向,具备单向电流的转导性。
大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为“整流”功能。
二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过,反向时阻断。
晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。
在其界面的两侧形成空间电荷层,构成自建电场。
当外加电压等于零时,由于p-n结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态,这也是常态下的二极管特性。
3.2电容
电容(或称电容量)是表现电容器容纳电荷本领的物理量。
我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量,叫做电容器的电容。
电容器从物理学上讲,它是一种静态电荷存储介质(就像一只水桶一样,你可以把电荷充存进去,在没有放电回路的情况下,刨除介质漏电自放电效应(电解电容比较明显),可能电荷会永久存在,这是它的特征,它的用途较广,它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。
主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振,滤波,补偿,充放电,储能、隔直流等电路中。
特点为隔直流通交流,阻低频通高频。
在国际单位制里,电容的单位是法拉,简称法,符号是F,由于法拉这个单位太大,所以常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等,换算关系是:
1法拉(F)=1000毫法(mF)=1000000微法(μF) 1微法(μF)=1000纳法(nF)=1000000皮法(pF)。
电容器的基本作用就是充电与放电,但由这种基本充放电作用所延伸出来的许多电路现象,使得电容器有着种种不同的用途,例如在电动马达中,我们用它来产生相移;在照相闪光灯中,用它来产生高能量的瞬间放电等等;而在电子电路中,电容器不同性质的用途尤多,这许多不同的用途,虽然也有截然不同之处,但因其作用均来自充电与放电。
电容有很丰富的种类。
3.3电阻
电阻(Resistance,通常用“R”表示)是所有电路中使用最多的元件之一。
在物理学中,用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。
导体的电阻越大,表示导体对电流的阻碍作用越大。
不同的导体,电阻一般不同,电阻是导体本身的一种特性。
电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件。
因为物质对电流产生的阻碍作用,所以称其该作用下的电阻物质。
电阻将会导致电子流通量的变化,电阻越小,电子流通量越大,反之亦然。
3.4555定时器
NE555是一种广泛作用很大的集成电路,属于小规模集成电路,在很多电子产品中都有应用。
NE555时基电路有两种封装形式,一是dip双列直插8脚封装,另一种是sop-8小型(smd)封装形式。
其他ha17555、im555、ca555分属不同的公司生产的产品。
内部结构和工作原理都相同。
3.4.1NE555的结构
NE555的内部结构可等效成23个晶体三极管、17个电阻、两个二极管组成了比较器,RS触发器等多组单元特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器。
为上、下比较器提供基准电压,所以称之为555.
3.4.2NE555的作用
NE555的作用是内部的定时器来构成时基电路,给其他的电路提供时序脉冲。
3.4.3NE555的原理
555定时器是一种中规模集成电路,只要在在外部配上几个阻容元件,则可以很方便的构成施密特触发器、单稳态触发器及多谐振荡器。
555的电源电压为4.5V~18V,驱动电流比较大,一般在200mA,能与TTL、CMOS逻辑电平兼容。
在本文的应用中,555电路主要是用来实现定时功能,它组成了时基脉冲发生电路。
555芯片的引脚图如图3.2所示:
图3.2
下面简单介绍一下555电路组成时基脉冲发生器电路的工作原理:
555电路构成多谐振荡器的电路图如图3.3所示:
图3.3:
与单稳态触发器比较,它是利用电容器的充放电来代替外加触发信号,所以,电容器上的电压信号应该在两个阈值之间按指数规律转换。
充电回路是RA、RB和C,此时相当输入是低电平,输出是高电平;当电容器充电达到2VCC/3时,即输入达到高电平时,电路的状态发生翻转,输出为低电平,电容器开始放电。
当电容器放电达到2VCC/3时,电路的状态又开始翻转。
如此不断循环。
电容器之所以能够放电,是由于有放电端7脚的作用,因7脚的状态与输出端一致,7脚为低电平电容器即放电。
多谐振荡器中电压
随时间变化的情况如图3,4所示:
图3.4
可以确定振荡周期为:
1.求
,
对应充电,时间常数为:
初始值为
,无穷大值
,当
时,
,代入过渡过程公式,可得:
2.求
,
对应放电,时间常数
,初始值为
,无穷大值
,当
时,
,代入过渡过程公式,可得:
振荡周期:
所以振荡频率为:
占空比:
通过调节
和
的值可以调节占空比的大小,设计的电路中通过把
设为一个滑动变阻器而调节震荡周期和占空比。
四、电路连接及测试
4.1实验准备过程
依据我们整理的课上所学到的知识和上网查阅的资料,到实验室跟老师领取实验所需的元件,根据电路图连接电路。
4.2电路的组装
第一步:
把实验所需的电路图准备好;
第二步:
选择元器件;
第三步:
把选择的元器件进行检测看有无损坏现象;
第四步:
摆放元器件,调整位置;
第五步:
把摆放好的元器件连接到电路板上,进行测试。
五、实焊电路板
六、收获与体会
两周的时间在我们不经意间已经悄然逝去,在这两周的时间里我们每一个人都执著于自己的课程设计中。
在课程设计中也遇到了许多问题,首先就是在连接二极管和电容时插口插错了位置,最为重要的就是虚焊的问题,我们小组几经测试都没有成功,主要就是很多焊点都不合格,反复的焊接后才成功,还有就是有时会把电路短接,但最后在老师的悉心指导和同学们的反复交流下我们都有了属于自己的小成就。
此次课程设计的顺利完成与老师的指导和同学的帮助是密不可分的,在这里我要特别感谢本次课程设计的指导老师的悉心指导,正因为老师的及时指导,更正了我的许多错误,让我少走了许多弯路,节省了更多的时间。
做课程设计是一次更系统的学习,从中学到了许多,也懂得了合作的重要性,默契的合作可以提高效率和效果。
同时也要感谢学校为我们提供了这么好的学习机会还有独立的实验室,在实验过程中仍然存在很多不足的地方,还请老师多多批评指导。
在此,我衷心的感谢老师们的帮助以及和我一起搭档同学的支持与鼓励!
这个过程中我们都学到了很多,对书本上知识的深刻理解和动手实践能力的提升。
总之这些经验会让我一生受用的。
指导教师评语:
评定成绩为:
指导教师签名:
年月日
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