液面报警器的设计毕业设计Word格式.docx
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多谐振荡器是一种自激振荡电路，当电路连接好之后，只要接通电源，在其输出端就可以输出矩形脉冲，且矩形脉冲中除基波外还含有丰富的高次谐波。
555电路构成的多谐振荡器在电路稳定工作之后，电容充电和放电的过度过程总是周而复始。
在本次液面报警器设计中，液面报警器主要运用的是以555集成电路为基础的多谐振荡器，它的结构简单，使用灵活，在生活之中能有广泛的应用。
希望本次的有关液面报警器的设计能得到社会及同行的认可，使报警器的结构得到更精致的改善，来为社会更好的服务。
第1章液面报警器的设计要求
1．1液面报警器的设计的技术指标
水位自动控制在一定的范围之内（如2—6米），当水位低至2米时，电路会产生中断，音响停止发出声音；
当水位在2米与6米之间，电路会导通，连接的电阻值较大，在电路中会产生较小的电流，音响会发出低沉的声音；
当水位达到6米之上，电路同样会导通，连接的电阻值相比前者较小，在电路中会产生较大的电流，音响会发出较响的声音。
1．2液面报警器的方案框图及分析
水位测量是来测量水位的高低情况从而影响电路中电阻电流的大小。
整流电路是利用单相桥式整流电路对电路中的电流进行整流。
555电路在本次设计中是一端固定，另一端输入信号，是一种检测比较器。
1．3液面报警器的电路图及工作原理
1.3.1液面报警器的工作原理：
在本次设计中，液面报警器是用来进行水位报警，运用范围是需要进行有三个水位的报警系统，其中电阻的阻值的范围是几百奥姆，利用的是液体的导电性和三五电路的基本功能共同实现电路的报警功能，每当达到一定的水位都会连接电路，通过电压的分压作用和比较电阻所分的电压的大小，实现电路是否导通，由于所连接的电路中的电阻的阻值不同，从而影响电路中电流的大小，使音响发出低沉与响亮的不同声音。
1.3.2液面报警器的简易电路图：
在设计方案中，所运用的器件有半导体二极管、电容、555集成定时器和直流电源等，具体的设计方案见第四章，以下是简易电路图，电容电阻器件省略。
第2章器件的特性
2．1半导体二极管的特性
半导体二极管是在PN结的外面装上管壳，再引出两个电极就可以。
半导体二极管有正向特性和反向特性。
半导体二极管的正向特性是当正向电压比较小时，正向电流几乎为零；
只有当正向电压超过一定值时，正向电流才开始快速增长。
正向特性上的这一数值通常称为死区电压。
半导体二级管死区电压的大小与二极管的材料以及温度等因素有关。
一般，硅二极管的死区电压为0.5V左右，锗二极管的为0.5V左右。
在此次课程设计中，利用四个二极管的正向特性组成单相桥式整流电路。
2．2电容的特性
电容组件的定义如下：
一个二端组件，如果在任一时刻t，它的电荷q（t）同它的端电压u（t）之间的关系可以用u-q平面上的一条曲线来确定，则此二端组件称为电容组件。
如果u-q平面上的特性曲线（称库伏特性曲线）是一条通过原点的直线，且不随时间而变，则此电容组件称为线性时不变电容组件即：
q（t）=Cu（t），C为正值常数，称为电容。
电容C在某一时刻t的储能只与时刻t的电压有关，即W（t）=1/2Cu^u（t），电容储能与该时刻电压的平方成正比，为非负值，说明电容是一种储能组件，电容的储能是电容电压具有记忆性质的本质。
在本次课程设计中，利用的是电容组件的储能特性。
2．3直流电源的组成
电子设备中所用的直流电源通常是由电网提供的交流电经过整流、滤波和稳压以后得到的。
对于直流电源的主要要求，除了能够输出不同电路所需要的电压和电流以外，还应做到，直流输出电压平滑，脉动成分小；
输出的电压幅值稳定即当电网电压或负载电流波动时能保持基本稳定；
交流电变换成直流电时的转换效率高等。
根据上述要求，直流电源一般是包括四个组成部分，即电源变压器、整流电路、滤波器和稳定电路。
2．4直流电源的各个组成作用
1、电源变压器
电网提供的交流电一般为220V（或380V），而各种电子设备所需要直流电压的幅值却各不相同。
因此，常常需要将电网电压先经过电源变压器，然后将变换以后的二次电压再去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。
2、整流电路
整流电路的作用是利用具有单向导电性能的整流组件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。
但是，这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差的很远。
3、滤波器
滤波器主要由电容、电感等储能组件组成。
它的作用是尽可能地将脉动电压的脉动成分滤掉，是输出电压称为比较平滑的直流电压。
4、稳定电压
稳定电压的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。
2．4．1变压器的简介
理想变压器是一种耦合组件，它是从实际变压器中抽象出来的理想化模型，主要方便分析变压器电路。
理想变压器只有一个参数称为变比，记为n。
理想变压器如图2－2（a）所示：
在图所示的电路的同名端和电压、电流的参考方向下，理想变压器定义为：
u1=nu2，i1=（-1/n）i2
理想变压器可看成时耦合电感的极限情况，也就是变压器要同时满足如下三个理想化条件：
（1）变压器本身无损耗。
这意味着绕制线圈的金属导线无电阻，或者说，绕制线圈的金属导线的电导率为无穷大，其铁芯的磁导率为无穷大
（2）耦合系数k=1即全耦合。
（3）L1、L2和M均为无穷大，但保持n不变，n为匝数比。
2．4．2理想变压器的性质
理想变压器的电压关系：
当u1、u2参考方向的“+”极性端设在同名端时（图示2-4-3（a）原理图中的变压器），u1/u2=N1/N2=n其中N1与N2分别是粗线线圈和次级线圈的匝数；
n为匝数比或变比。
当u1、u2的参考方向为异名端时则u1与u2的比为u1：
u2=-N1：
N2=-n。
理想变压器的电流关系：
当初、次级电流分别从同名端流入或流出时，i1：
i2=-N2：
N1。
如果i1与i2之比等于N2与N1之比。
理想变压器的功率关系；
不论理想变压器的同名端如何，它吸收的瞬时功率恒等于零。
它是一个既不消耗也不储能的无记忆的多端组件。
2．4．3单相桥式整流电路的作用及原理
整流电路是电力电子电路中出现最早一种，可从各角度对整流电路进行分类，主要分类方法有：
按组成器件可分为不可控、半可控、全控三种。
按电路结构可分为桥式电路和零式电路；
按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，在第五章中讲的是按变压器二次侧电流的方法分类的单向整流电路。
但是，这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。
单相桥式整流电路是电路中采用了四个二极管，接成电桥的形式，实现的是在正负各半个周期内电流的流向方向是一致的，具体如图2-4-3（a）所示。
在u2的正半周，二极管VD1、VD2导电，VD3、VD4截止，流经二极管的VD1、VD2的电流流经电阻R，在负载上得到的输出电压的极性为上正下负。
在u2的负半周，二极管VD3、VD4导通，VD1、VD2截止，流经二极管VD3、VD4的电流流经电阻R时产生的电压极性也是上正下负，因此在负载上得到单方向的脉动电压。
桥式整流电路的波形图见图2-2（b）所示。
单相桥式整流电路的原理图如下：
单相桥式整流电路的波形图：
2．4．4单相整流电路的主要参数
整流电路的参数主要有以下几项：
整流电路的输出直流电压即输出电压的平均值Uo（AV）,整流电路输出电压的脉动系数S，整流二极管正向平均电流ID（AV），以及整流二极管承受最大反向峰值电压URM.其中前两项描述整流电路的输出直流电压的技术性能，后两项则是选择整流二极管的主要依据。
单相桥式整流电路的各项参数为：
1、输出直流电压UO（AV）
整流电路的输出直流电压是输出电压瞬时值在一个周期内的平均值。
公式：
UO（AV）=0.9U2
2、脉动系数S
整流电路输出电压的脉动系数S定义为输出电压基波的最大值与其平均值之比。
S=0.67
3、二极管正向平均电流ID（AV）
每个整流二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半。
ID（AV）=1/2IO（AV）
4、二极管最大反向峰值电压URM
每个整流二极管最大反向峰值电压URM是指整流管不导电时，在它两端出项的最大反向电压。
整流二极管的承受的最大反向电压就是变压器二次电压的最大值即URM
=u2
第3章555集成电路及应用
3．1555集成定时器的简介
555集成定时器由基本RS触发器、比较强、分压器、晶体开关和输出缓冲器五部分组成。
555集成定时器是一种模拟和数字电路相混合的集成电路。
它结构简单，使用灵活，用途十分广泛，可以组成多种波形发生器、多谐振荡器、定时延时电路、双稳触发电路、报警电路、检测电路、频率变换电路等。
在工业控制定时、仿生、电子乐器及防盗报警等方面广泛应用。
3．2555集成定时器的电路组成及基本功能
555集成定时器的电路组成：
（1）基本RS触发器
由两个与非门组成，R是专门设置的可从外部进行置0的复位端，当R的非等于0时，使Q=0
（2）比较器
C1、C2是两个电压比较器。
比较器有两个输入端，在下列图中这两个输入端分别是标有正号和负号的两端，当正号的一端电压大于负号的一端电压时输出高电平，否则输出低电平。
（3）分压器
在下列图中，有三个电阻，电阻值均为5千奥姆，串联起来起分压作用。
（4）晶体管开关和输出缓冲器
晶体管TD构成开关，其状态受Q的非影响。
输出缓冲器就是接在输出端反相器G3，其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。
555集成定时器的电路组成图具体如下：
555集成定时器的基本功能：
U（TH）
U（TR的非）
R的非
uo
TD的状态
×
U（OL）
导通
>
2VCC/3
VCC/3
1
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