第1章　電路設(shè)計與制作基礎(chǔ)

1.1　由一個魚缸水溫自動控制器就能輕松學(xué)會多種電路設(shè)計

1.1.1　常規(guī)基本設(shè)計法

設(shè)計一個魚缸水溫自動控制器，讓家里養(yǎng)的具有觀賞價值的熱帶魚安全過冬，我們該如何去做呢？下面將以此為例介紹電路設(shè)計流程。電路設(shè)計以555時基集成電路為核心，進行多種擴展。

（1）考慮魚缸水溫自動控制器的設(shè)計目的　對于具有觀賞價值的熱帶魚，為使它們安全過冬，需要對魚缸水溫進行監(jiān)測，并實現(xiàn)自動加溫，從而使得水溫保持在26℃左右。在設(shè)計中要求自動加熱控制器運行穩(wěn)定、可靠性好，而且結(jié)構(gòu)盡可能簡單。

（2）提出魚缸水溫自動控制器設(shè)計任務(wù)思路和基本要求并進行元器件選擇

① 設(shè)計任務(wù)思路和基本要求　熱帶魚缸水溫自動控制器通過使用負溫度系數(shù)熱敏電阻器作為感溫探頭，將溫度變化轉(zhuǎn)換為電壓值，然后通過555定時器根據(jù)電壓參數(shù)變化通過加熱器對魚缸內(nèi)的水自動加熱，從而使魚缸水溫保持在26℃左右。

② 主要元器件選擇　IC集成塊選用NE555時基集成電路；電源需要采用220V整流得到12V直流電壓，在這里我們選擇IN4001型硅整流二極管用于整流電路；溫度感溫頭Rt選用常溫下的470Ω MF51型負溫度系數(shù)熱敏電阻器；控制繼電器K選用工作電壓12V的JZC-22F小型中功率電磁繼電器。計算出各個元件參數(shù)。

（3）畫出魚缸水溫自動控制器單元設(shè)計模塊

① 電路設(shè)計簡單原理構(gòu)思　220V電壓通過二極管整流、電容器濾波后，給電路的控制部分提供了約12V的電壓。555時基電路接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（使用2端）。設(shè)控制溫度為26℃，通過調(diào)節(jié)電位器RP使得負溫度系數(shù)的熱敏電阻達到使用要求。當(dāng)溫度低于26℃時，Rt阻值升高，555時基電路輸出高電平控制繼電器K導(dǎo)通，觸點吸合，加熱管開始加熱，直到溫度恢復(fù)到26℃時，Rt阻值變小，555時基電路輸出低電平，繼電器K失電，觸點斷開，加熱停止。

② 畫出電路設(shè)計原理框圖　如圖1-1所示。

圖1-1　電路設(shè)計原理框圖

（4）對魚缸水溫自動控制器進行設(shè)計

① 查找主要元件NE555資料　NE555芯片引腳功能及引腳圖見表1-1和圖1-2。

表1-1　NE555芯片各引腳功能

圖1-2　NE555內(nèi)部功能框圖

② 設(shè)計魚缸水溫自動控制器電路原理圖　按照NE555芯片功能，再加上上述的電源電路和感溫檢測電路、加熱執(zhí)行電路，組成了我們需要設(shè)計的魚缸水溫自動控制器電路，如圖1-3所示。

圖1-3　魚缸水溫自動控制器電路原理圖

③ 魚缸水溫自動控制器電路設(shè)計工作原理分析　220V電源電壓通過二極管VD2～ VD5整流、電容器C2濾波后，給電路的控制部分提供了約12V的電壓。555時基電路接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，暫態(tài)為11s。

設(shè)控制溫度為26℃，通過調(diào)節(jié)電位器RP使得RP + Rt = 2R₁，Rt為負溫度系數(shù)的熱敏電阻。當(dāng)溫度低于26℃時，Rt阻值升高，555時基電路的2腳為低電平，則3腳由低電平輸出變?yōu)楦唠娖捷敵觯^電器K導(dǎo)通，觸點吸合，加熱管開始加熱，直到溫度恢復(fù)到26℃時，Rt阻值變小，555時基電路的2腳處于高電平，3腳輸出低電平，繼電器K失電，觸點斷開，加熱停止。

④ 電路元件參數(shù)計算　電路元件的參數(shù)計算是一件很麻煩的事，并且實際計算出的數(shù)值在電路中可能不適用，還要根據(jù)經(jīng)驗選取。

555時基電路在電子琴、多功能報警器電路設(shè)計與制作中的應(yīng)用可掃第2頁二維碼學(xué)習(xí)。

1.1.2　電路設(shè)計的秘法——用“拿來主義法”或“移植法”設(shè)計多種電路

“移植法”設(shè)計開關(guān)電源的方法可掃二維碼詳細學(xué)習(xí)。

設(shè)計一個養(yǎng)魚用的自動魚塘水位控制器，當(dāng)水位低的時候就自動補水，按照常規(guī)的設(shè)計方法，是不是要自己找各種元件、計算各種元件參數(shù)呢？這樣設(shè)計一個電路需要很多知識，需要很長時間，所以你想過用上面的這個電路嗎？把它拿過來，自己改裝一下是否可以呢？大家看如圖1-4所示電路。

圖1-4　魚塘水位控制器

這里只是把圖1-3中更換傳感器和負載器件，其他元件并沒有改變，這就輕松設(shè)計了一個控制電路。至于元件計算就不必了，這個電路已經(jīng)是成熟的，元件拿來就用好了。

再看一個例子，設(shè)計一個自動除濕電路，可用于工業(yè)企業(yè)自動除濕、計算機房自動除濕，如圖1-5所示。

圖1-5　除濕自動控制器

這個電路更換為濕度傳感器，負載換為風(fēng)機，用于農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖大棚自動通風(fēng)或除濕。把負載換成水泵還可以制作成自動灌溉控制器，當(dāng)土壤干燥缺水時可自動控制灌溉。

同樣是555時基電路，可以制作出成百上千種電路，因此要想制作出更多的電路，就要深入掌握一些555時基電路的功能及工作狀態(tài)，見表1-2。

表1-2　555時基電路的應(yīng)用