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，新的電子產品層出不窮.遙控無線電話、光控開關等電子產品就是其中的幾種.目前用于樓道及洗手間的照明燈多數為聲控燈，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，節省電能，經濟實用,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脈沖及電容充放電的情形便構成了我們思考的出發點.由此想到單穩態觸發器的特性適合制作的需要.其顯著特點是：在外界觸發脈沖作用下，能從穩態翻到暫穩態，在暫穩態維持一段時間后，再自動返回穩態.單穩態維持時間的長短取決于電路本身的參數，與觸發脈沖的寬度和幅度無關.由于具備這些特點，單穩態觸發器被廣泛應用于延時和定時等方面.因此，我們采用數字電路中的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微分電路構成的單穩態觸發器.

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，在穩態下φ1=0，φ12=φDD，故φo=0，φo1=φDD.

當觸發脈沖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，將引發圖2的正反饋過程使φo1迅速跳變為低電平.由于電容上的電壓不可能發生突跳，所以φ12也同時跳變至低電平，并使φo跳變為低電平，電路進入暫穩態.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，又引發另外一個如圖3所示的正反饋過程.如果這時觸發脈沖已消失(φd已回到低電平)，則φo1、φl2迅速跳變為高電平，并使輸出返回φo=0的狀態.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與外圍元件構成單穩態定時電路，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，F1的1腳變為高電位，3腳輸出低電平，這樣F2的5、6腳為低電平，4腳變為高電平，電路進入暫穩狀態，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，經過一段時間變為高電平，單穩態定時結束，T3、T4截止，電磁鐵失去吸力.這樣，觸頭系統中常閉觸頭閉合，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腳變為低電平這段時間，即為該電路的定時時間.由單穩態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.在制作中特別要注意集成塊的輸入與輸出引腳之間出現擊穿短路或者與地電源等擊穿短路.有的器件是軟擊穿，一段時間內也能正常工作，但會出現間歇性故障，直至完全擊穿.

4.4 集成穩壓電路的制作

三項穩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出電感的性質來，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 集成穩壓電路

4.5 電路的調試

在調試過程中我們發現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，或將普通電烙鐵的外殼接地；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節電位器的阻值來實現，因此可根據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定時的電子產品.因為這樣既節省了用戶的時間，又節約了電能.可以把此觸摸定時電路用于此類電子產品中，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展前景.

參考文獻

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2 劉洪濤. 電子制作實用教程. 西安：電子科技大學出版社, 2001

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