利用555定时器实现吊扇电子定时器功能.docx

机电工程学院

电子技术课程设计

题目：用555定时器实现吊扇电子定时器的功能

学校:内蒙古农业大学
学院：机电工程学院
指导老师：郭永
班级：13级农电班
姓名：窦飞飞
学号：130516189

目录

[前言] [关键字] ………………………………… 3
一、 设计任务和目的 ………………………………………………. 3
二、 设计要求 … ……………………………………………………… 4
三、 设计方案
1、 设计思路 及框图 ……………………………………… 4
2、 各具体组成电路分析…………………………………... 5
3、 电路图 …………………………………………………… 7
4、 工作原理 ……………………………………………. 8
5、 电路元器件选择 ……………………………………… 9
6、 相关计算 ………………………………………………… 9
四、 设计结果总结 ……………………………………………………… 11
五、 设计心得 ……………………………………………………………… 12
六、 参考文献 ……………………………………………………………… 12

题目：利用555定时器实现吊扇电子定时器功能

【前言】现在正值炎热的夏季，许多人们都喜欢用吊扇乘凉。由于吊扇只有电源开关而不能定时，接通电源后吊扇会彻夜工作，所以往往容易使人入睡后着凉。
在早期的普通电风扇上安装的定时器大多为机械式，虽然简单，但因其在工作时需要由发条驱动多层齿轮转动，必然会产生难听的机械摩擦噪声，为此，人们试验了一种将电风扇定时器由机械式改为电子式的电路，该电子定时器工作时不产生任何噪声，使用时如同原机械式定时器一样安全、方便。本文介绍了一种简单的定时器加装到吊扇上，可以对小吊扇进行15分钟到75分钟的定时。
本次课程设计在设计时以《数字电子技术基础》、《电路》、《模拟电子技术基础》、《常用电子元件手册》、《实用电子技术基础设计和调试》、《电工技术》等课程知识为基础。由于个人知识能力水平有限，该课题的设计制作中难免会有诸多错误，望老师及同学们能够批评指正。

【关键字】 555定时器 电子式 范围可调的定时功能 整流电路 稳压器 滤波电路 电容器的充放电过程 范围可调的定时功能

一、 设计任务和目的
利用555定时器实现吊扇电子定时器的功能。通过拨动开关和调节变阻器实现对吊扇的定时控制。
二、设计要求: 1.利用555定时器实现可调式定时功能
2、要求该定时器具有定时时间可调的功能
3.利用电子技术和电路等方面基础知识，设计出简单、可靠、安全的电子电路

三、设计方案
1、设计思路及框图
根据555定时器的功能表可知，要想实现吊扇电子开关定时控制功能，则555定时器必须处于输出端V0 =1 、放电管截止的工作状态。因此，555定时器的输入端应满足的条件为：VI1 < 2Vcc/3、VI2< Vcc/3或VI2>Vcc/3 且复位端置1（即4脚置1）。利用555定时器输出端输出的高电平信号控制吊扇工作电路开关晶体闸的通断。而定时控制功能可通过延时控制电路和单稳态触发控制电路[1]控制555定时器的输入端的输入信号实现。
首先将外接220V交流电源通过降压电路RC、整流二极管VD、稳压器VS、滤波电容C2获得低压直流电V1，为后续的延时控制电路、单稳态触发控制电路和555定时器提供电源。该电路的定时原理是低压直流电源通过电阻R4到R7中任一定值电阻和可调电阻R8对电容C4充电过程实现的，在该过程中使电容器正极板端电压满足555定时器输出有效高电平时的输入端电压条件，即可实现延时电路对555定时器的控制功能。

2、各具体组成电路分析

晶体闸【1】：晶体闸流管简称晶体闸，也叫做可控硅，是一种具有三个PN结的功率型半导体器件器件。晶体闸具有可控的单向导电性，即不但具有一般二极管单向导电的整流作用，而且可以对导通电流进行控制。在此设计中，晶体管的作用是：通过接收来自555定时器的信号来控制吊扇的工作与停止，起到开关的作用。
降压电路由降压电容C1和并联电阻R1构成， 主要作用是降低交流电的电压。

延时控制电路由电阻R2、R3，电容器C3和NPN型三极管V组成，连接方式如上图所示。
单稳态触发控制电路【2】：没有触发脉冲时电路处于一种稳定状态，在有触发脉冲作用时，电路由稳态翻转到暂稳态，暂稳态是一种不能长时间保持的状态。由于电路中RC延时环节的作用，电路的暂稳态在维持一段时间后，会自动返回到稳态。该电路由4个定值电阻R4到R7、一个可调电阻器R8、两个电容器C4和C5以及555定时器组成。
总电路图中的核心部件是555定时器，下面是555定时器的电路图和功能表

3、电路图

4、工作原理
该吊扇电子定时器的工作过程是，首先接通220V交流电，经降压电路RC和整流稳压电路VT VS后，转变为低压直流电V1。与此同时，电容器C3迅速充电，当C3充电到使NPN型三极管的b端电压达到BJT的导通电压后，BJT管导通，流过集电极的电流ic近似等于发射极电流ib，7脚端电压大小为VCE，555定时器中的放电管T集电结处于反偏状态。4脚端直接获得高电平V1，处于置1状态。8脚端直接获得电压V1，因此Vcc=V1。而2脚端和6脚端获得的电压为电容器C4的正极板端的电压，低压直流电通过电阻R4到R7之一和R8为电容器C4充电，在C4充电到Vcc/3之前，
555定时器的放电管T截止，输出端V0=1。晶体闸[2]VT导通，吊扇获得220V交流电开始工作。电容器C4充电从Vcc/3到2Vcc/3的过程中，放电管T的状态不变仍截止，输出端的输出不变即仍V0=1，晶体闸VT导通，吊扇开始工作。
当电容器电压大于2Vcc/3后，根据555定时器的功能表可知，放电管T导通，输出端V0=0，晶体闸VT断开，吊扇停止工作。因此，该电子定时器定时时间时长 为电容器电压从0充电到2Vcc/3的时间长度。而电容器充电时间的长短可以通过调节电阻器改变电流的大小来完成。
当需要中断定时时，可通过直接断开电源开关S1完成。

5、 电路元器件选择
R1—R8选用1/4W碳膜电阻器或金属膜电阻器；
C1选用耐压值为400V以上的涤纶电容器或CBB电容器；
C2选用耐压值为25V的铝电解电容器；
C3和C4均选用耐压值为16V的铝电解电容器；
C5选用涤纶电容器或独石电容器；
VD选用1N4004或1N4007型硅整流二极管；
VS选用1N4742或2CW60（1W 12V）型硅稳压二极管；
V选用S9013或3DG6型硅NPN三极管。
VT选用1A、400V的双向晶体闸
S1选用普通交流电源开关，S2选用4档琴键开关

6、相关计算
由于该电路中使用的555定时器的类型为双极型定时器，允许使用的电压范围Vcc为5~16V，最大负载电流为200mA。在该电路中555定时器工作时，令Vcc=12V，I=200mA。
电容器C4充放电时间计算方法为：

如图中内容所示，V0为电容上的初始电压值，V1为电容最终可充到或放到的电压值，Vt为t时刻电容上的电压值。R为所通过的电阻器的阻值，C为电容器的容量值。
则充放电时间计算公式为：

由已知条件可知，R=1.8兆欧姆，C=470微法，V1=12V，V0=0V，Vt=2Vcc/3，

代入公式计算得，t=929.4s约等于15min
若想设定的定时时间为t=1min，则所需的电阻阻值为R’=0.12兆欧姆。

四 设计结果总结
该吊扇电子定时器的左端可直接接在家庭用电220V的交流电源上，右端端口可直接作为吊扇的电源口。
该电子定时器可设定的时间为15min到75min中的任意时间值。例如，若想设定时间为35min，只需将开关S2打到R5且调节R8至三分之一阻值处（即R8=0.6兆欧姆 处）。因此，开关S2打到R4、R5、R6、R7分别为定时15min、30min、45min、60min，该四个电阻再分别与R8串联，相当于在之前定时时间的基础上增加了可调的定时量程且最大可调时间为15min。所以，最长定时时间为75min，最短定时时间为15min。

五 设计心得
在此次课程设计中，我获得了一些心得，也认识到了自己的不足之出。最明显的短处就是关于课程设计报告的撰写上。由于关于撰写报告的经验不足和写前准备工作做的不充分，在编写设计报告的过程中，出现乱用标题、丟落报告内容和各部分内容顺序错乱的现象。为了弥补这些不足，我应该多阅览一些科技报告、毕业论文之类的文章，总结他人撰写论文的经验，培养自身的科学素养。另外，通过这次课程设计，除了发现自己这些短处之外，进一步熟悉了关于555定时器的功能和使用，更深地理解了电子技术方面的知识。

六、参考文献
【1】 知识来源：刘修文 编著.图解电子元器件的检测与选用要诀. 北京：中国电力出版社.2006.第125—126页
【2】知识来源：康华光 编著.《电子技术基础（数字部分）》.高等教育出版社.2005.第388页

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