简易水塔水位控制电路电子技术课程设计

简易水塔水位控制电路电子技术课程设计内容摘要：

水泵开关电路时由三极管电路和继电器电路构成的。 由于水泵中通过的都是大电流，产生大功率，而直流电源无法提供大电流和大功率，因此水泵需要交流供电，这样 一来，电路中的开关必须采用继电器电路。 而一般运算放大器的输出电流无法驱动继电器，因此需要加入电流放大电路。 三极管接为共射极电路，当输入电压为高电平时，三机管导通饱和，可以将输入电流放大β倍；当输入电压为低电平时，三极管截止，无电流通过。 继电器连接三极管的集电极，当有电流驱动时，开关吸合，对应的水泵通电；当无电流启动时，开关断开，对应的水泵不通电，同时在继电器两端并联入二极管进行保护。 显示电路由发光二极管构成。 通过发光二极管亮灭来表示水泵是否通电，同时由于继电器的驱动电流过大，需要加入限流电阻。 简易水塔水位控制电路 7 2 本实验 所用器件清单及说明 水压传感器 本电路采用的电阻型水压传感器型号为 PT500501，是水压传感器，即传感器的阻抗随水压的增加而增加。 如图： 图 21 水压传感器 产品基本特性： PT500500 系列压力变送器采用高精度高稳定性电阻应变计 /扩散硅晶体 /陶瓷晶体等作 为变 压 器的感压芯片，选进的贴片工艺，配套带有零点、满量程补偿，温度补偿的高精度和高稳定性放大集成电路，将被测量介质的压力转换成4～ 20mA、 0～ 5VDC、 0～ 10VDC、 ～ 等标准电信号。 产品结构采用全封焊结构，使之产品 的抗冲击能力、过载能力、产品密封性等性能有了较大提高，产品最高压力可达 150MPa。 产品过程连接部分和电气连接部分有多种方式，能够最大限度的满足用户的需求。 迟滞 比较器 （ LM239） 电路组成 迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器。 在反相输入单门限电压比较器的基础上引入正反馈网络，就组成了具有双门限值的反相输入迟滞比较器。 由于反简易水塔水位控制电路 8 馈的作用这种比较器的门限电压是随输出电压的变化而变化的。 它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高。 图 22 LM239引脚图 图 23 迟滞比较器电路 图 24 传输特性 简易水塔水位控制电路 9 门限电压的估算 由于比较器中的运放处于开环状态或正反馈状态，因此一般情况下，输出电压vO与输入电压 vI不成线性关系，只有在输出电压发生跳变瞬间，集成运放两个输入端之间的电压才可近似认为等于零，即 或 （ 1） 设运放是理想的并利用叠加原理，则有 （ 2） 根据输出电压 vO的不同值（ VOH或 VOL），可求出上门限电压 VT+和下门限电压 VT– 分别为 （ 3） （ 4） 门限宽度或回差电压为 （ 5） 设电路参数如图 XX_02a 所示，且 ， 则由式 (3)~(5)可求得 ， 图 25 Vi及 Vo波形图 简易水塔水位控制电路 10 和。 传输特性 设从 ， 和 开始讨论。 当 vI由零向正方向增加到接近 前， vO一直保持 不变。 当 vI增加到略大于 ，则 vO由 VOH下跳到 VOL，同时使 vP下跳到。 VI再增加， vO保持 不变。 若减小 vI，只要 ，则 vo将始终保持 不变，只有当 时， 才由 跳到 VOH。 其传输特性如图 XX_02b 所示。 由以上分析可以看出，迟滞比较器的门限电压是随输出电压 vo的变化而改变的。 它的灵敏度低一些，但抗 干扰能力却大大提高了。 稳压 二极管 二极管为一个由 p 型半导体和 n 型半导体形成的 pn 结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。 当不存在外加电压时，由于 pn 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。 当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。 当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流 I0。 当外加的反向电压高到一定程度时， pn结空间电荷 层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。 pn结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之 分。 稳压管也是一种晶体二极管，它是利用 PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作的。 稳压管在稳压设备和一些电子电路中获得广泛的应用。 我们把这种类型的二极管称为稳压管，以区别用在整流、检波和其他单向导电场合的二极管。 稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。 这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动 时，负载两端的电压将基简易水塔水位控制电路 11 本保持不变。 如图画出了稳压管的伏安特性及其符号。 输入电压为整流滤波后的电压， 稳压管 与负载并联，稳压管反向工作，使流过稳压管的电流不超过最大极限，同时当电网电压波动时，通过 R 上的压将调节，使输出电压基 本不变。 图 26稳压管的特性曲线 发光 二极管 发光 二极管 简 称为 LED。 由镓（ Ga）与砷（ AS）、磷（ P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。 磷砷化镓二极管发红光， 磷化钾 二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。 它是 半导体二极管 的一种，可以把电能转化成 光能 ；常简写为 LED。 发光二极管与普通二极管一样是由一个 PN 结组成，也具有单向导电性。 当给发光二极管加上正向电压后，从 P 区注入到 N区的空穴和由 N 区注入到 P区的电子，在 PN 结附近数微米内分别与 N 区的电子和 P 区的空穴复合，产生自发辐 射的荧光。 不同的 半导体材料 中电子和空穴所处的能量状态不同。 当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。 常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。 发光二极管的核心部分是由 P 型半导体 和 N 型半导体组成的晶片，在 P 型半导体和 N 半导体之间有一个过渡层，称为 PN 结。 在某些半导体材料的 PN 结中，注入的少简易水塔水位控制电路 12 数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。 PN 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。 这种利用 注入式电致发光 原理制作的二极管叫发光二极管，通 称 LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从 LED 阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。 图 27 发光二极管的实物图。