第1章　电路设计与制作基础

1.1　由一个鱼缸水温自动控制器就能轻松学会多种电路设计

1.1.1　常规基本设计法

设计一个鱼缸水温自动控制器，让家里养的具有观赏价值的热带鱼安全过冬，我们该如何去做呢？下面将以此为例介绍电路设计流程。电路设计以555时基集成电路为核心，进行多种扩展。

（1）考虑鱼缸水温自动控制器的设计目的　对于具有观赏价值的热带鱼，为使它们安全过冬，需要对鱼缸水温进行监测，并实现自动加温，从而使得水温保持在26℃左右。在设计中要求自动加热控制器运行稳定、可靠性好，而且结构尽可能简单。

（2）提出鱼缸水温自动控制器设计任务思路和基本要求并进行元器件选择

① 设计任务思路和基本要求　热带鱼缸水温自动控制器通过使用负温度系数热敏电阻器作为感温探头，将温度变化转换为电压值，然后通过555定时器根据电压参数变化通过加热器对鱼缸内的水自动加热，从而使鱼缸水温保持在26℃左右。

② 主要元器件选择　IC集成块选用NE555时基集成电路；电源需要采用220V整流得到12V直流电压，在这里我们选择IN4001型硅整流二极管用于整流电路；温度感温头Rt选用常温下的470Ω MF51型负温度系数热敏电阻器；控制继电器K选用工作电压12V的JZC-22F小型中功率电磁继电器。计算出各个元件参数。

（3）画出鱼缸水温自动控制器单元设计模块

① 电路设计简单原理构思　220V电压通过二极管整流、电容器滤波后，给电路的控制部分提供了约12V的电压。555时基电路接成单稳态触发器（使用2端）。设控制温度为26℃，通过调节电位器RP使得负温度系数的热敏电阻达到使用要求。当温度低于26℃时，Rt阻值升高，555时基电路输出高电平控制继电器K导通，触点吸合，加热管开始加热，直到温度恢复到26℃时，Rt阻值变小，555时基电路输出低电平，继电器K失电，触点断开，加热停止。

② 画出电路设计原理框图　如图1-1所示。

图1-1　电路设计原理框图

（4）对鱼缸水温自动控制器进行设计

① 查找主要元件NE555资料　NE555芯片引脚功能及引脚图见表1-1和图1-2。

表1-1　NE555芯片各引脚功能

图1-2　NE555内部功能框图

② 设计鱼缸水温自动控制器电路原理图　按照NE555芯片功能，再加上上述的电源电路和感温检测电路、加热执行电路，组成了我们需要设计的鱼缸水温自动控制器电路，如图1-3所示。

图1-3　鱼缸水温自动控制器电路原理图

③ 鱼缸水温自动控制器电路设计工作原理分析　220V电源电压通过二极管VD2～ VD5整流、电容器C2滤波后，给电路的控制部分提供了约12V的电压。555时基电路接成单稳态触发器，暂态为11s。

设控制温度为26℃，通过调节电位器RP使得RP + Rt = 2R₁，Rt为负温度系数的热敏电阻。当温度低于26℃时，Rt阻值升高，555时基电路的2脚为低电平，则3脚由低电平输出变为高电平输出，继电器K导通，触点吸合，加热管开始加热，直到温度恢复到26℃时，Rt阻值变小，555时基电路的2脚处于高电平，3脚输出低电平，继电器K失电，触点断开，加热停止。

④ 电路元件参数计算　电路元件的参数计算是一件很麻烦的事，并且实际计算出的数值在电路中可能不适用，还要根据经验选取。

555时基电路在电子琴、多功能报警器电路设计与制作中的应用可扫第2页二维码学习。

1.1.2　电路设计的秘法——用“拿来主义法”或“移植法”设计多种电路

“移植法”设计开关电源的方法可扫二维码详细学习。

设计一个养鱼用的自动鱼塘水位控制器，当水位低的时候就自动补水，按照常规的设计方法，是不是要自己找各种元件、计算各种元件参数呢？这样设计一个电路需要很多知识，需要很长时间，所以你想过用上面的这个电路吗？把它拿过来，自己改装一下是否可以呢？大家看如图1-4所示电路。

图1-4　鱼塘水位控制器

这里只是把图1-3中更换传感器和负载器件，其他元件并没有改变，这就轻松设计了一个控制电路。至于元件计算就不必了，这个电路已经是成熟的，元件拿来就用好了。

再看一个例子，设计一个自动除湿电路，可用于工业企业自动除湿、计算机房自动除湿，如图1-5所示。

图1-5　除湿自动控制器

这个电路更换为湿度传感器，负载换为风机，用于农业种养殖大棚自动通风或除湿。把负载换成水泵还可以制作成自动灌溉控制器，当土壤干燥缺水时可自动控制灌溉。

同样是555时基电路，可以制作出成百上千种电路，因此要想制作出更多的电路，就要深入掌握一些555时基电路的功能及工作状态，见表1-2。

表1-2　555时基电路的应用