浅谈越底安控时基电路设计范文

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根据经典式555时基电路的结构特点可知:用经典式555时基电路设计单稳态电路、双稳态电路、无稳态电路、定时电路以及各种电子开关电路等基本典型应用电路是较为方便易行的，[1－7]但如果用经典式555时基电路设计如温度控制可调节之类(超上下限位控制功能)电路时，外围电路复杂难调，成本较高，性价比不能满足用户要求。然而，我们依赖555时基电路这个核心模块或平台为时太久[5－10]!应该自己创新设计一种兼容度更高、通用性更强、用途更广泛的功能模块，作为新时期电子应用设计领域所需的核心器件或基础性新平台，作为555时基电路的升级换代产品。因此，越底安控时基电路(或简称:666时基电路)应需而生。

1电路设计方案

针对555时基电路的缺陷和应用设计新需求，本文笔者特从自己已获得的两件专利(专利号为200810048942.1和201020211450.2)中优选一个实例，再进一步优化，创新设计了一种越底安控时基电路，虚线框内5个模拟集成电压比较器B1~B5(也可用集成运算放大器等效替换)和电阻Rtc(或用正温度系数热敏电阻Ptc替换)、电阻R1~R13简单构成ꎻ所述的电压比较器B1作为底限比较器，电压比较器B2作为上限比较器，电压比较器B3作为下限比较器，电压比较器B4、B5作为电位触发型互补式施密特触发器。

2电路原理功能

2.1越底安控时基电路(666时基电路)工作原理

电路上电后，当信号输入端(VI)电位低于下限VL电位而高于底限Vd电位，即Vd<VI<VL，下限比较器B3输出高电平H(高阻态)，而此时，底限比较器B1输出端BER和上限比较器B2输出端(Vm)早已处于高电位H(高阻态)，让电压比较器B4的反相(－)入端电位高于其正相(＋)入端电位，使电压比较器B4输出端(VZO)输出低电位L，随之电阻R4将回差设置端(FK)电位降为13V＋左右，电压比较器B5输出端(放电端DIS)相反输出高电平H，电压比较器B4输出端VZO＝L，可吸流导通驱动外围小功率负载通电工作ꎻ当信号输入端(VI)电位上升，VL<VI<VH，电压比较器B3输出低电平L，使Vm点电位略低于保显复位端口BER电位的12处，但仍然大于回差设置端(FK)电位(约13V＋)，使电压比较器B4输出端(VZO)继续保持在低电位L状态，可吸流导通驱动外围小功率负载通电工作ꎻ当信号输入端VI电位高于上限VH电位时，即VI>VH，电压比较器B2输出低电平L(小于FK约13V＋电位)，直接触发电压比较器B4、B5工作状态翻转，同相输出端(VZO)输出高电平H，可使外围驱动电路截止，停止工作。同时，同相输出端VZO的高电平H也使回差设置端(FK)电位跃升到(约23V＋)，还使电压比较器B5输出端(放电端DIS)输出低电平L，可让外电路电容放电。

当信号输入端VI电位由高降低，低于上限VH电位时，即VI<VH，电压比较器B2输出端Vm又恢复原有电位(12V＋左右处)，但比电压比较器B4的正相(＋)输入端FK电位(约23V＋)要低，使电压比较器B4输出端(VZO)继续维持高电平H状态，可使外围驱动电路保持截止，停止工作ꎻ当信号输入端VI电位继续下降，即VI<VL时，电压比较器B3输出高电平H，将电压比较器B4反相(－)输入端Vm点电位抬升到接近保显/复位端口BER电位(因电压比较器B4输入阻抗非常大，电阻R6上的压降非常小)，Vm点电位大于电压比较器B4正相(＋)入端的回差设置端(FK)电位(23V＋)，触发电压比较器B4输出端(VZO)翻转为低电平L状态，由于电阻R4的反馈作用将回差设置端(FK)电位降为13V＋，同相输出端(VZO)输出的低电平L，可吸流导通驱动外围小功率负载通电工作。当信号输入端VI发生故障时，使输入电位VI极低，即VI<Vd，底限比较器B1输出端BER输出低电位L，通过串联电阻R6使电压比较器B4的反相(－)输入端(Vm点)电位降低(因为电压比较器B4输入阻抗极高，所以电阻R6上的压降极小，Vm点低电位接近于电压比较器B1输出端BER的低电位L)，Vm点低电位触发施密特电路B4翻转为复位状态(同相输出端VZO输出高电平H)，可使外围驱动电路截止，停止工作，从而实现越底安控，防止失控，保证安全。同时，同相输出端VZO的高电平H也使回差设置端(FK)电位跃升到(约23V＋)，还使电压比较器B5输出端(放电端DIS)输出低电平L，可让外电路电容放电。同时，电压比较器B1输出的低电位L，可直接由保显复位端口BER驱动外围发光二极管LED发光显示故障。

2.2越底安控时基电路(666时基电路)基本功能的真值表

3用于温度控制

3.1应用666时基电路作为核心模块(IC)设计的温度控制电路原理图

3.2温度控制电路工作原理

在电路上电之初，电热负载WR和负温度系数热敏电阻NTC都处在低温时，由于热敏电阻NTC阻值较大，使核心模块(IC)的信号输入端(VI)电位低于下限电位VL而高于底限Vd电位，即Vd<VI<VL，核心模块(IC)的反相放电端DIS输出高电平H，由电阻R9、R10推动三极管T2导通，同时，核心模块(IC)的同相输出端VZO输出低电位L，可直接驱动小功率负载R7，VZO＝L，经电阻R8拉动三极管T1导通，继电器J线圈得电吸合，继电器J的常开触点给大功率电热负载WR通电加热升温，升温后，热敏电阻NTC阻值变少，信号输入端VI电位上升，当VI>VL时，使核心模块(IC)的输出端VZO继续维持在低电位L状态，反相放电端DIS继续保持高电平H，三极管T1、T2同时继续导通，继电器J继续给电热负载WR通电加热升温。当温度上升使信号输入端VI电位高于上限VH电位时，即VI>VH，核心模块(IC)的工作状态翻转，其同相输出端VZO输出高电平H，反相放电端DIS输出低电位L，使三极管T1、T2同时截止，继电器J释放(反向电势由D消除)，关断电热负载WR的交流电源，停止加热。

待电热负载WR温度略降低后，VI<VH，核心模块(IC)继续保持原有工作状态，其同相输出端VZO继续维持高电平H状态，反相放电端DIS继续保持低电位L，电热负载WR继续停电降温，热敏电阻NTC阻值继续增大，信号输入端VI电位继续下降，当VI<VL时，核心模块(IC)工作状态被触发翻转，其同相输出端VZO由高电平H状态翻转为低电平L状态，反相放电端DIS由低电位L状态翻转为高电平H状态，使三极管T1、T2同时导通，继电器J吸合，电热负载WR又通电加热，进入下一个工作循环，使加热的温度稳定在一定的范围内。核心模块(IC)的这种主控循环工作的正常状态，随时受到其内部底限比较器的监控。当信号输入端VI电路发生故障(如热敏电阻NTC断线、或电阻R1短路)时，输入电位VI极低，即VI<Vd，核心模块(IC)内部底限比较器B1输出低电位L，直接由其保显/复位端口BER驱动发光二极管LED发光显示故障(电阻R6是限制发光电流的)ꎻ同时，核心模块(IC)的同相输出端VZO输出高电平H，反相放电端DIS输出低电位L，使三极管T1、T2同时截止，继电器J释放(反向电势由D消除)，关断电热负载WR的交流电源，停止加热，防止失控，保证安全。

由核心模块(IC)的同相输出端VZO和反相放电端DIS分别控制三极管T1、T2，再由两只三极管串控继电器J线圈，这种互补方式进一步增强了电路系统的防失控能力。可变电阻R3，用于调节上限和下限电位及其回差，因而可以调节热敏电阻NTC的控温点的高低以及温差的大小。电阻R2是用于微调热敏电阻NTC的参数离散偏差。电阻R1与热敏电阻NTC串联配匹，用于设定电路控温点的高低。电阻R5是正反馈电阻，在核心模块(IC)的保显复位端口BER输出高电平时，可改善热敏电阻NTC低温高阻不良特性，在保显复位端口BER输出低电平L时，能消除核心模块(IC)在保护动作时的临界振荡现象。当核心模块(IC)的反相放电端DIS处于高电平H状态时，电阻R10对电容C1进行充电ꎻ反相放电端DIS输出低电位L时对电容C1直接放电，因而，电容C1可防止继电器J吸合或释放动作时的抖动现象。

4电路设计总结

根据上述设计的越底安控时基电路(或简称:666时基电路)的结构、原理、功能及其在控温电路中的应用实例可知，越底安控时基电路(或简称:666时基电路)结构简单，通用性强，用途广泛，性能优异，其具体技术优势在于:

(1)在完全兼容经典式555时基电路所有功能之外，还扩展了越底安控功能，使应用电路具有防失控能力，在温度、压力、水位、定时及安全防护等安全控制领域中，具有重要的实用价值和社会效益。而555电路完全没有故障保护控制功能，因而存在失控的缺陷。

(2)由于上限设置端(VH)和下限设置端(VL)都对外开放，因此，即可作为信号输入端口，又可从外部灵活设置或改变其内部固定的上下限电位和回差，方便应用设计，更加扩展了应用范围。而555电路的下限内置固定，不便外调，不利于调节回差，作控温应用时外电路复杂。

(3)只用1个端口(VI)输入传感信号，高低电位触发都有效，因而，可灵活适应不同特性的传感器，并使所接传感电路简化，应用简便。而555时基电路设高、低电平输入2个端口就不方便。

(4)提高了电路复位性能，复位端口(BER)在输入电位小于13V＋就可使电路复位，与数字电路对接方便，还兼有故障保护显示功能。而555电路的复位电平在0.4V~1.0V之间，离散性大，与数字电路的低电平L电位相近，区别不大，不利于对接ꎻ又不能与输入电位作比较ꎻ更无保护显示功能，因而作用不大。

(5)由于电路输出级采用互补式施密特触发器，不用输入脉冲触发，而是用输入电位触发，因而抗脉冲干扰能力更强。而555电路是采用脉冲触发的R－S触发器，抗干扰能力不强。

(6)可使应用设计成本低，性价比高。可见，越底安控时基电路(或简称:666时基电路)不仅弥补了555时基电路的缺陷、保留了555时基电路的优点，而且扩展了功能，增加了用途，简化了结构，降低了成本，提高了性能，超越了555时基电路，是555时基电路的升级换代产品，通用性更强的越底安控时基电路(或简称:666时基电路)替代经典式555时基电路是技术向高标准发展的必然趋势。

参考文献:

[1]阎石.数字电子技术基础[M].第5版.北京:高等教育出版社，2006:489－494.

[2]阎石.数字电子技术基本教程[M].北京:清华大学出版社，2007:241－246.

[3]康华光.电子技术基础(数字部分)[M].第5版.北京:高等教育出版社，2006:414－421.

[4]陈永甫.555集成电路应用800例[M].北京:电子工业出版社，1992:1－8，208.

[5]陈永甫.新编555集成电路应用800例[M].北京:电子工业出版社，2000:140，144，150，157.

[6]陈有卿.555时基电路原理与应用[M].北京:机械工业出版社，2006:1－9，250－252.

[7]陈有卿，叶桂娟.555时基电路原理、设计与应用[M].北京:电子工业出版社，2007:1－12，219.

[8]何香玲.555时基电路的研究与应用[J].电子技术，2009(5):30－31.

[9]陈宜建.基于555时基电路的测温系统设计[J]信息化研究，2009:35－37.

[10]何静.基于555定时器和单片机温度测量电路的设计[J].电子工程师，2008(2):158.

[11]刘圣平.三限位时基电路[P].中国专利.专利号:200810048942.1.

[12]刘圣平.越底反控时基电路[P].中国专利.专利号:201020211450.2.

作者：刘圣平；邹阳；邓绍金 单位：长江大学电子信息学院