基于555定时器电源延时电路
云红峰
摘 要：随着科学技术发展，矿用开关逐步趋向智能化、网络化，老式开关已经满足不了现代矿井生产需要，因此我厂开展对智能开关保护器维修业务，着重对矿用隔爆型起动器内PIB-80保护器中水位控制电路的原理、检修过程及常见故障处理进行分析。
关键词：水位控制电路；555定制器；常见故障
中图分类号：TN46 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）12-0041-02
在市场经济的今天，经济环境发生了翻天覆地的变化，煤炭行业的竞争也变得非常激烈，如何增强检修能力，降低维修成本，已成为相关单位亟待解决的难题。
1 水位控制电路内元件
1.1 电阻
电阻元件的电阻值大小一般与温度、材料、长度及横截面积有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压、分流的作用。对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。
1.2 电容
电容是由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成。当在两金属电极间加上电压时，电极上就会存储电荷，所以电容器是储能元件。任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，组成一个电容器。平行板电容器由电容器的极板和电介质组成。电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于电路中的隔直通交，耦合，旁路，滤波，调谐回路，能量转换，控制等方面。
1.3 电感
电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器的结构类似于变压器，但只有一个绕组。电感器具有一定的电感，它只阻碍电流的变化。如果电感器在没有电流通过的状态下，电路接通时它将试图阻碍电流流过它；如果电感器在有电流通过的状态下，电路断开时它将试图维持电流不变。
1.4 二极管
晶体二极管为一个由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。
1.5 三极管
晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。
1.6 555定时器（图1）
555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定时器的内部电路有分压器、电压比较器C1和C2、简单SR锁存器、放电三极管T以及缓存器G组成，其内部电路图所示。三个5KΩ的电阻串联组成分压器，为比较器C1和C2提供参考电压。当控制电压端悬空时，电压比较器C1和C2、的基准电压分别为和。THR是比较器C1的信号输入端，称为阈值输入端。TRJG是比较器C2的信号输入端，称为触发输入端，比较器C1和C2的输出控制SR锁存器和放电三极管T的状态。放点三极管T的外接电路提供放电通路，在使用定时器时，该三极管的DIS一般都要外接上拉电阻。
R为直接复位输入端，当R为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出端Q即为低电平。
当THE任意状态，THIG<时，比较器C1输出低电平，C2输出低电平，简单SR锁存器置1，放电三极管截止，输出端Q为高电平。
当THE>，THIG>时，比较器C1输出低电平，C2输出高电平，简单SR锁存器置0，放电三极管T导通，输出端Q为低电平。
当THE<，THIG>时，简单SR锁存器R=1，S=1，锁存器状态不变，电路保持原状态不变。如表1。
1.7 直流继电器
用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量。它用于在控制电路中传递中间信号。中间继电器的结构和原理与交流接触器基本相同，与接触器的主要区别在于：接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。所以，它只能用于控制电路中。它一般是没有主触点的，因为过载能力比较小。所以它用的全部都是辅助触头，数量比较多。新国标对中间继电器的定义是K，老国标是KA。一般是直流電源供电。少数使用交流供电。
2 位控制电路原理（图2、图3）
水位控制电路上有三个控制输入端THE端（低水位输入端）、THIG（高水位输入端）、GND（接地端）从上到下为高水位端、低水位端、接地端，高低水位高度根据排水高度决定。
状态1：当水位低于低水位探头时，低水位探头和高水位探头未与接地探头导通，THE端（低水位输入端）、THIG端（高水位输入端）输入高电平，按照555定时器功能表可知Q（输出端）为低电平，9013三极管b端也为低电平，所以9013三极管截止，继电器线圈K未得电，开关不动作，水泵不能启动。
状态2：当水位高于低水位探头，低于高水位探头时，低水位探头与接地探头导通，THE端（低水位输入端）输入低电平、THIG端（高水位输入端）输入高电平，输出状态不变（按照上次状态执行）所以Q（输出端）为低电平，9013三极管b端也为低电平，所以9013三极管截止，继电器线圈K未得电，开关不动作，水泵不能启动。
狀态3：当水位高于高水位探头时，低水位探头和高水位探头与接地探头导通，THE端（低水位输入端）输入低电平、THIG端（高水位输入端）输入低电平，按照555定时器功能表可知Q（输出端）为高电平，9013三极管b端也为高电平，所以9013三极管导通，继电器线圈K得电，开关闭合，水泵启动。
状态4：当水位高于低水位探头，低于高水位探头时，低水位探头与接地探头导通，THE端（低水位输入端）输入低电平、THIG端（高水位输入端）输入高电平，输出状态不变（按照上次状态执行）所以Q（输出端）为高电平，9013三极管b端也为高电平，所以9013三极管导通，继电器线圈K得电，开关闭合，水泵启动。
3 水位控制电路检修过程及步骤
（1）将PIB-80保护器接通电源，保护器内电源指示灯亮。（2）将PIB-80保护器控制开关打到水控位置，将用拨钮开关1、2模拟低水位探头和高水位探头。（3）当拨钮开关1打开、拨钮开关2打开，继电器K打开，说明正常。反之水位控制电路损坏（模拟状态1）。（4）当拨钮开关1闭合、拨钮开关2打开，继电器K打开，说明正常。反之水位控制电路损坏（模拟状态2）。（5）当拨钮开关1闭合、拨钮开关2闭合，继电器K闭合，说明正常。反之水位控制电路损坏（模拟状态3）。（6）当拨钮开关1闭合、拨钮开关2打开，继电器K闭合，说明正常。反之水位控制电路损坏（模拟状态4）。
4 水位控制电路常见故障
（1）水位控制电路电源电路不正常，无法输出准确电压。（2）保护器控制开关接触不良。（3）555定时器损坏。（4）三极管9013损坏。（5）高低水位输入端输入电阻R7、R5损坏或阻值异常。（6）继电器线圈损坏或触点接触不良。（7）继电器驱动电阻损坏或阻值异常。（8）三极管9013基极电阻损坏或阻值异常。（9）接地探头未可靠接地。
5 故障诊断
将保护器控制开关打到水控位置。
（1）用万用表检测Vcc是否是12V，GND是否为0V，如有不同说明电源电路有问题。（2）检查控制开关，将开关两侧用万用表是否通断，接触电阻小于10Ω，如果接触电阻大于10Ω应将控制开关换掉。（3）检查555定时器是否完好，模拟状态1、2、3、4时输出端Q是否有信号输出，如有信号始终为高电平或低电平时，说明555定时器损坏。（4）当555定时器输出端Q为高电平时，其他元器件正常时，说明三极管9013损坏。（5）当555定时器正常输入信号始终为低电平输出端Q有信号输出但输出信号不正常时，说明高低水位输入端输入电阻R7、R5损坏。（6）当555定时器输出端Q为高电平时，三极管工作正常，但是继电器不吸合，说明继电器K损坏。（7）当电源电路正常555定时器输出端Q为高电平，三极管工作正常，继电器两端有电阻时说明继电器驱动电阻R3损坏。（8）当555定时器输出端Q为高电平，三极管9013基极b和Q之间有电压约等于12V时，说明三极管9013基极电阻损坏。（9）当高低水位输入端入电阻R7、R5正常，模拟过程中高低水位无输入或时好时坏，说明接地探头未可靠接地。
参考文献
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