自制触摸定时灯

曹 娟 王 云

(宿迁学院基础部 江苏 宿迁 223800) (宿豫中学 江苏 宿迁 223800 )

1 引言

随着人们的要求及电子技术水平越来越高，新的电子产品层出不穷.遥控无线电话、光控开关等电子产品就是其中的几种.目前用于楼道及洗手间的照明灯多数为声控灯，虽然很方便，但是由于一些干扰声音也会引起它工作，以及在夜晚为开启它而发声有可能扰民.我们针对这些情况，自制了触摸定时灯.它使用方便，安全可靠.该触摸式定时灯，使用方便，只需用手轻轻一碰，灯便会亮起来.其次，节省电能，经济实用,并且易于制作.

2 制作思路

考虑到触摸定时，即由于手触摸引起的触发脉冲及电容充放电的情形便构成了我们思考的出发点.由此想到单稳态触发器的特性适合制作的需要.其显著特点是：在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动返回稳态.单稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关.由于具备这些特点，单稳态触发器被广泛应用于延时和定时等方面.因此，我们采用数字电路中的CD4001或非门电路.

3 制作原理

为了更清楚说明CD4001门电路工作过程，先来阐述CMOS门电路和RC微分电路构成的单稳态触发器.

对于CMOS门电路(图1)，可以近似地认为电势φOH≈φDD，φo1≈0，通常φTH≈0.5φDD，在稳态下φ1=0，φ12=φDD，故φo=0，φo1=φDD.

当触发脉冲φ1加到输入端时，在Rd和Cd组成的微分电路输出端得到很窄的正负脉冲φd.当φd上升到φTH以后，将引发图2的正反馈过程使φo1迅速跳变为低电平.由于电容上的电压不可能发生突跳，所以φ12也同时跳变至低电平，并使φo跳变为低电平，电路进入暂稳态.这时即使φd回到低电平，φo的高电平仍将维持.与此同时，电容C开始充电.随着充电过程的进行φ12逐渐升高，当升至φ12=φTH时，又引发另外一个如图3所示的正反馈过程.如果这时触发脉冲已消失(φd已回到低电平)，则φo1、φl2迅速跳变为高电平，并使输出返回φo=0的状态.同时，电容通过电阻R和门F2的输入保护电路向φDD放电，直至电容上的电压为零，电路恢复稳定.

图1 CMOS门电路

图2 正反馈过程

图3 正反馈过程

CD4001或非门集成电路具体工作过程如图4.或非门F1、F2与外围元件构成单稳态定时电路，平时F2的输出端4脚为低电平，三极管T3、T4截止，继电器不吸合，所以灯泡不亮.当手摸电路的触摸端时，则人体感应的杂波信号使三极管T1、T2导通，F1的1脚变为高电位，3脚输出低电平，这样F2的5、6脚为低电平，4脚变为高电平，电路进入暂稳状态，并使T3、T4饱和，继电器线圈两端得到5V电压后，电磁铁吸力大与弹性力，因而吸引平板衔铁.这样，触头系统中常闭触头断开，而常开触头闭合.灯泡两端加上220V电压，灯泡亮.同时由于电容C2和电阻R2组成的充电电路，使F2的输入端5、6脚电压不断升高，经过一段时间变为高电平，单稳态定时结束，T3、T4截止，电磁铁失去吸力.这样，触头系统中常闭触头闭合，而常开触头断开，灯泡熄灭.

图4 CD4001或非门集成电路工作过程

电源E通过R2向C2充电，到F2的4脚变为低电平这段时间，即为该电路的定时时间.由单稳态电路中充放电时间的计算公式

ln2×RC=0.69×RC

tW大约为155s，此为理论值.实验值大约为180s.而放电时间则由于二极管2AP电阻很小，故时间很短.

4 制作过程

4.1 根据所设计的电路图购买电子元件

集成电路采用CD4001或非门集成电路.三极管T1、T2、T3的型号均为3DG6或9014、9013的普通三极管；T4则选用3DK4型三极管；电阻则选用5kΩ、1MΩ、3kΩ的各一个；电容选用100μF、220μF的各一个；二极管选用2AP型普通二极管；灯泡L采用功率为40W的普通照明灯泡.

4.2 选择电路板

电路板有两种，一种为已制作好的成品，另一种则是要根据电路原理图自己制作.而自制常用的是漆图法.其制作过程为：下料、拓图、打孔、描漆图、腐蚀、去漆膜、清洗、涂助焊剂.用此方法制作的电路板清晰、不容易出错，适合用于复杂电路图的电子制作.而另一种则是实验电路板，它采用单面敷铜板(基本材料是环氧玻璃丝)，元器件可从电路板正面插入，在铜箔面用线连接.我们采用实验电路板.

4.3 按原理图在实验电路板上焊接电子元件

焊接之前，应先在电路板上安排好电子元件，并可反复拆装，直到取得满意效果后，再开始焊接.在焊接CD4001时，另两组不用的或非门输入端8、9两脚及12、13脚均接低电平，以防静电损坏CD4001.将电路板及电源装于有机玻璃盒内.在制作中特别要注意集成块的输入与输出引脚之间出现击穿短路或者与地电源等击穿短路.有的器件是软击穿，一段时间内也能正常工作，但会出现间歇性故障，直至完全击穿.

4.4 集成稳压电路的制作

三项稳压集成电路有三个引脚，它们分别接电压输入、电压输出和公共地，其电路图如图5所示，其中的电解电容都是用于滤除直流中的脉动成分，而另外两个陶瓷电容则是用于滤除其中的高频干扰.那么，为什么电解电容还不能滤除高频干扰呢？这主要是因为电解电容是用两张铝箔中间加纸卷起来做的，而卷起来的铝箔在频率很高的时候就会表现出电感的性质来，所以就不能指望使用电解电容来滤除直流中的高频干扰了.

图5 集成稳压电路

4.5 电路的调试

在调试过程中我们发现由于外界对触摸端的干扰，常使电路不能正常工作，采取和触摸线一起缠绕接地线，对外界干扰进行屏蔽，可使电路正常工作.

4.6 制作中的注意方面

由于CD4001是场效应管，所以在焊接时，最好用变压器降压(隔离)的低压电烙铁，或将普通电烙铁的外壳接地；若无法接地，则将烙铁头加热到焊接温度时，再拔下电源插头进行焊接、拆卸工作.焊接元件时，注意不能焊接时间过长，因为这样可能会损害元件；但也不能过短，因为这样会引起虚焊.

5 改进体会

从上述原理可知,控制定时时间的是RC微分电路中电阻和电容的乘积，而电阻的大小变化可通过调节电位器的阻值来实现，因此可根据对时间的需求选择适当型号的电位器，这样可达到多种定时的功能.此外，日常生活用具如抽油烟机、烘干机等均是可以实现定时的电子产品.因为这样既节省了用户的时间，又节约了电能.可以把此触摸定时电路用于此类电子产品中，让它们达到所需的时间后可自动关闭.由此可以看出此触摸定时电路具有广阔的发展前景.

参考文献

1 薛华，华慧明. 实用电子技术快速入门. 福州：福建科学技术出版社, 1992

2 刘洪涛. 电子制作实用教程. 西安：电子科技大学出版社, 2001

3 郭木森. 电工学. 北京: 高等教育出版社, 2001

4 杨震江.新颖实用电子设计与制作.西安：电子科技大学出版社，2000