第1章　電路設計與制作基礎

1.1　由一個魚缸水溫自動控制器就能輕松學會多種電路設計

1.1.1　常規基本設計法

設計一個魚缸水溫自動控制器，讓家里養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計流程。電路設計以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測，并實現自動加溫，從而使得水溫保持在26℃左右。在設計中要求自動加熱控制器運行穩定、可靠性好，而且結構盡可能簡單。

（2）提出魚缸水溫自動控制器設計任務思路和基本要求并進行元器件選擇

① 設計任務思路和基本要求　熱帶魚缸水溫自動控制器通過使用負溫度系數熱敏電阻器作為感溫探頭，將溫度變化轉換為電壓值，然后通過555定時器根據電壓參數變化通過加熱器對魚缸內的水自動加熱，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。

（3）畫出魚缸水溫自動控制器單元設計模塊

① 電路設計簡單原理構思　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時基電路接成單穩態觸發器（使用2端）。設控制溫度為26℃，通過調節電位器RP使得負溫度系數的熱敏電阻達到使用要求。當溫度低于26℃時，Rt阻值升高，555時基電路輸出高電平控制繼電器K導通，觸點吸合，加熱管開始加熱，直到溫度恢復到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 畫出電路設計原理框圖　如圖1-1所示。

圖1-1　電路設計原理框圖

（4）對魚缸水溫自動控制器進行設計

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內部功能框圖

② 設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、加熱執行電路，組成了我們需要設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時基電路接成單穩態觸發器，暫態為11s。

設控制溫度為26℃，通過調節電位器RP使得RP + Rt = 2R₁，Rt為負溫度系數的熱敏電阻。當溫度低于26℃時，Rt阻值升高，555時基電路的2腳為低電平，則3腳由低電平輸出變為高電平輸出，繼電器K導通，觸點吸合，加熱管開始加熱，直到溫度恢復到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 電路元件參數計算　電路元件的參數計算是一件很麻煩的事，并且實際計算出的數值在電路中可能不適用，還要根據經驗選取。

555時基電路在電子琴、多功能報警器電路設計與制作中的應用可掃第2頁二維碼學習。

1.1.2　電路設計的秘法——用“拿來主義法”或“移植法”設計多種電路

“移植法”設計開關電源的方法可掃二維碼詳細學習。

設計一個養魚用的自動魚塘水位控制器，當水位低的時候就自動補水，按照常規的設計方法，是不是要自己找各種元件、計算各種元件參數呢？這樣設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，這就輕松設計了一個控制電路。至于元件計算就不必了，這個電路已經是成熟的，元件拿來就用好了。

再看一個例子，設計一個自動除濕電路，可用于工業企業自動除濕、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，負載換為風機，用于農業種養殖大棚自動通風或除濕。把負載換成水泵還可以制作成自動灌溉控制器，當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，見表1-2。

表1-2　555時基電路的應用