自控式正反轉攪拌器電路設計

宋曉輝

（蘇州科技學院 財務處一卡通中心，蘇州 215009）

0 引言

化學工作者為了得到較純的晶體或要求得到不同大小的晶體顆粒時，往往在實現結晶以后，需沉放一段時間再攪拌一段時間，周而復始，以達到最佳效果。然而目前的一般的攪拌器大都只能完成攪拌、停止一個過程（單次定時）；或者能循環定時但不能做到短時工作、超長時間截止，并按所要求的周期循環正反轉攪拌用于防止由于晶體物質在較冷的溫度下凝固而損壞攪拌鉆頭。本文的設計電路能解決上述問題[1]。

1 電路原理

1.1 設計方案

該電路設計思路是提供一種自動控制時長間歇正反轉攪拌器，來滿足晶體短時正反攪拌，長時間停止的周期循環要求，設計電路框架由電源提供電路、可調短時攪拌電路、長延時電路、電機正反轉電路和清零電路組成，如圖1所示。

1.2 電路分析

具體的設計電路如圖2所示。（電源部分略）

在分析此電路之前先將該電器所運用的集成塊等主要元器件的功能做介紹。

1）IC1為CD4060

圖1 設計方框圖

CD4060由一振蕩器和14級二進制串行計數器組成[2]，CR為高電平時，計數器清零且振蕩器使用無效。根據圖2中的IC1的外圍阻容元器件R1、R2、RP、C1 和 CD4060的 9、10、11腳 內電路組成振蕩器,振蕩周期T=2.2（R2+RP）C1[3]，調節電位器RP可改變振蕩周期。CD4060有10個輸出端（Q4～Q14），12腳為復位端。適當地選擇C1、R2的參數可得到相應的振蕩頻率[4]。

2）IC2為CD4017

CD4017是5位Johnson計算器，具有10個譯碼輸出端。CR為高電平時，計數器清零。在每10個時鐘輸入周期CO信號完成一次進位，并用作多級計數鏈的下級脈動時鐘[4]，如圖3所示。

1.2.1 可調短時攪拌電路

圖2 自動控制時長間歇正反轉攪拌器電路圖

根據電路圖2所示，可調短時攪拌電路由振蕩分頻（IC1）、啟動按鈕（AN1、AN2）、電阻（R1、R2、R3、RP）、電容（C1）、波段開關 W1、晶體管VT1和繼電器K1組成。IC1 采用帶有一個振蕩器部分和14逐位進位二進制計數級的CD4060集成塊。短時攪拌電路原理如下：當按下啟動按鈕（AN1、AN2）后，IC1(CD4060)復位并開始振蕩和分頻，此時IC1輸出為低電平，VT1迅速導通，繼電器K1吸合，K1-1與K1-2分別與觸點A和B接通, IC3和VT3通過觸點B得到電源開始工作。IC3產生振蕩脈沖使VT3導通和截止，從而帶動電機（M）正轉和反轉，攪拌晶體溶液。此時繼電器K2不工作，K2-1接觸點C1 。在振蕩信號的作用下，其內部計數器開始工作。該集成塊其輸出端Q4～Q14構成16～16384分頻系數[5]，根據其特性，攪拌時間T1=1/2×2nT[6]（n是IC1每一個輸出端Q的序號）,根據周期計算公式,振蕩周期T=2.2（R2+RP）C1和調節電位器RP調整，可以在輸出端得到Q8（10分鐘），Q9（20分鐘），Q10（30分鐘）的攪拌時間（Q8、Q9、Q10每一個檔位的輸出時間都可以按照自己的意愿通過調整RP得到）。本電路將攪拌時間分為10分，20分，30分三檔，通過手調波段開關W1可選定需要攪拌的時間。

圖3 CD4017輸出波形

1.2.2 可調長延時電路

可調長延時電路由振蕩分頻（IC1）、計數分頻（IC2）、晶體管VT2、耦合電阻R6、波段開關W2，繼電器K2組成。其中IC2選擇CD4017，該集成塊是由十進制計數／脈沖分配器組成，有10 個譯碼輸出端 Q0～ Q9，可組成一個10擋分頻器[7]。其分頻輸出分別是輸入的（10-90）倍。CD4017的輸出波形如圖4所示。電路原理如下：當IC1（CD4016）定時結束后，在IC1輸出端（Q8、Q9、Q10）輸出高電平[8]，通過波段開關W1，一路經R3使VT1截止，K1釋放， K1-1與K1-2分別接觸點A1、B1，IC3和VT3停止工作，電機（M）停轉，攪拌停止。此時K1-1與A1接通使IC2（CD4017）得到工作電壓。W1另一路連接IC2的輸入端(14腳)，IC1輸出脈沖經IC2的再次分頻，IC2的輸出端得到IC1輸出時間的10倍（即：停止時間T2=10T1）。本電路選擇CD4017中的Q5、Q6、Q7三個輸出擋位,通過手調波段開關W1和W2,選擇。（IC2有Q0—Q10個輸出端可選擇，可根據需要手調波段開關W1和W2得到不同組合的停止時間）。長延時結束后，IC2輸出端（Q5、Q6、Q7）輸出高電平使VT2導通，K2吸合, K2-1與觸點C接通，即IC1得到工作電壓，使VT1導通，K1吸合，K1-1與K1-2又分別重新接通觸點A和B，IC3和VT3通過觸點B得到工作電壓開始工作。IC3產生振蕩脈沖使VT3導通和截止，從而帶動電機（M）正轉和反轉，攪拌晶體溶液。此時IC2和VT2停止工作，K2-1接通觸點C1。下一個周期T=T1+T2重新開始，自動循環。波形如圖3

1.2.3 電機正反轉電路

電機正反轉電路由多諧振蕩IC3、晶體管VT3、電阻（R8、R9、D5、R10）、電容（C4、C5）、繼電器K3和電機（M）組成。其中IC3采用NE555集成塊。NE555與R8、R9、D5、C4構成多諧振蕩器。根據其特性：T（充）=0.693×R8×C4，T（放）=0.693×R9×C4[9]。IC3接通電源瞬間時，C4兩端電壓不能突變，IC3的2腳和6腳電壓低于1/3電源電壓，此時3腳為高電平，VT3導通，繼電器K3吸合，K3-1與K3-2分別接通觸點E和F,此時電流通過K3-1、觸點E、電機（M）、觸點F、K3-2到地，使電機（M）正向旋轉。隨著電源經R8，D5對C4充電，此時IC3的2腳和6腳電壓不斷上升，當C4兩端充電電壓上升至2/3電源時，IC3內電路翻轉，其3腳輸出低電平，VT3截止，K3釋放，K3-1與K3-2分別接通觸點E1和F1，此時電流通過K3-1、觸點E1、電機（M）、觸點F1、K3-2到地，使電機反向旋轉。隨后C4經R9和IC3的7腳內電路放電，使IC3的2腳和6腳電壓不斷下降，當電壓降至低于1/3電源電壓時，內電路翻轉，3腳輸出高電平。在定時攪拌時間內，IC3的3腳不斷輸出高低電平使VT3不斷的導通和截止，控制K3吸合和釋放，實現電機正反旋轉。該電路中，電阻取值R8= R9=10MΩ，C4取值10uF,這樣可以使電機正反轉攪拌時間近似相同（約1分鐘），同時也滿足該振蕩周期小于定時攪拌周期。

1.2.4 清零電路

所述的清零電路由AN1、C2、R7、R4、D4、C3和R5組成，其中AN1、C2和R7為IC1電源清零，C3和R5為IC2電源清零。D4和R4串接后與波段開關W2相連，將IC2輸出高電平反饋至IC1清零端，使其迅速清零，保證精確定時。

2 結論

自動控制時長正反轉攪拌器是一種能根據不同需求選擇不同的攪拌時間，進行液體和小物質固體的定時正反旋轉攪拌的多功能攪拌器，其特征是可按用戶不同需求進行攪拌時間和間歇時間的不同組合，形成多種形式的短時正反轉攪拌，超長時間停止.再按要求的時間周期循環往復。該電器與同類產品比較具有：功能多、價格低，適用范圍廣，電路簡單，操作方便。具有廣泛的推廣和應用價值。

[1] 宋曉輝．一種自動控制時長間歇正反轉攪拌器[J]. 2011,10, (12).

[2] 趙負圖. 數字邏輯集成電路手冊[M]. 化學工業出版社,2005.

[3] 孫余凱,項猗明, 等. 數字集成電路與應用[M].北京: 電子工業出版社, 2006.

[4] ( 2011-08-29) [2011-12-1] http://www.elecfans.com/soft/68/guide/2011/20110829212688.html.[EB/OL].

[5] 姚長安.模擬與數字電路[M]. 四川科學技術出版社,1984.

[6] 胡錦.數字電路與邏輯設計(第三版)[M].高等教育出版社,2010.

[7] 吳云.典型電子電路160例[M].化學工業出版社, 2010.

[8] 陳永甫.新編集成電路應用800例[M]. 電子工業出版社,2000.

[9] 趙光.555時基電路應用280例[M]. 化學工業出版社, 2010.