1.2　定时器电路

定时器电路是一种实用电路，包括固定时间定时器、时间可变定时器、倒计时定时器等。定时器启动后即自动运行，定时时间结束时会发出声、光提示，也可控制负载的动作。

1.2.1　简单定时电路

图1-56所示为最简单的定时器电路，以单向晶闸管VS为核心组成，R₁为定时电阻，C₁为定时电容，HA为自带音源的电磁讯响器，S为电源开关。定时时间由R₁和C₁确定，R₁和C₁越大，定时时间越长。

图1-56　简单定时器电路

打开电源开关S后，电源+V_CC开始经R₁向C₁充电。由于电容器两端电压不能突变，C₁上电压仍为“0”，单向晶闸管VS无触发电压而截止，自带音源讯响器HA无声。

随着时间的推移，C₁上所充电压越来越高。当C₁上电压达到单向晶闸管VS的触发电压时，VS被触发而导通，自带音源讯响器HA发声，提示定时时间结束。

晶体二极管VD₁、VD₂串联后接在单向晶闸管VS的控制极回路中，作用是提高晶闸管控制极的触发电压。因为C₁上电压必须超过两个二极管的管压降才能触发晶闸管，从而在同样大小的定时电阻与电容的情况下，获得更长的定时时间。R₂为C₁的泄放电阻，定时结束切断电源开关S后，可以迅速将C₁上电压放掉，以利再次启动定时器。

电磁讯响器是一种微型的电声转换器件，应用在一些特定的场合，外形如图1-57所示。

图1-57　电磁讯响器

1. 电磁讯响器的种类

电磁讯响器可分为不带音源和自带音源两大类。

（1）不带音源讯响器相当于一个微型扬声器，工作时需要接入音频驱动信号才能发声。

（2）自带音源讯响器内部包含有音源集成电路，可以自行产生音频驱动信号，工作时不需要外加音频信号，接上规定的直流电压即可发声。按照所发声音的不同，自带音源讯响器又分为连续长音和断续声音两种。

2. 电磁讯响器的符号

电磁讯响器的文字符号是“HA”，图形符号如图1-58所示。

图1-58　电磁讯响器的符号

3. 电磁讯响器的参数

电磁讯响器的参数主要有标称阻抗和工作电压等。

（1）标称阻抗

不带音源讯响器的标称阻抗有16Ω、32Ω、50Ω等，应根据需要选用。

（2）工作电压

自带音源讯响器的额定直流工作电压有1.5V、3V、6V、9V、12V等规格，可根据电路电源电压进行选用。

4. 电磁讯响器工作原理

电磁讯响器的频响范围较窄、低频响应较差，一般不宜作还音系统的扬声器用。但电磁讯响器具有体积小、重量轻和灵敏度高的特点，广泛应用在家用电器、仪器仪表、报警器、电子时钟和电子玩具等领域。

（1）不带音源讯响器的工作原理

电磁讯响器是运用电磁原理工作的，其内部结构如图1-59所示，由线圈、磁铁、振动膜片等部分组成。当给线圈通以音频电流时将产生交变磁场，振动膜片在交变磁场的吸引力作用下振动而发声。电磁讯响器的外壳形成一共鸣腔，使其发声更加响亮。

图1-59　不带音源讯响器结构原理

（2）自带音源讯响器的工作原理

自带音源讯响器结构如图1-60所示，内部包含有音源集成电路IC。接上规定的直流工作电压后，音源集成电路IC产生音频信号（连续长音或断续声音）并驱动电磁讯响器发声。

图1-60　自带音源讯响器结构原理

5. 电磁讯响器的用途

电磁讯响器的用途是发出保真度要求不高的声音。由于电磁讯响器体积较小，有利于设备的小型化。

1.2.2　单稳型定时电路

单稳态触发器本身就是一个定时电路。时基电路构成的单稳态定时器电路如图1-61所示。RC组成定时网络，时基电路IC的置“0”端（第6脚）和放电端（第7脚）并接于定时电容C上端。触发脉冲U_i从时基电路的置“1”端（第2脚）输入，输出信号U_o由第3脚输出。时基电路构成的单稳态触发器由负脉冲触发，输出一个脉宽为T_W的正矩形脉冲。

图1-61　单稳型定时电路

电路工作过程分析如下。

① 电路处于稳态时，U_o＝0，放电端（第7脚）导通到地，电容C上无电压。

② 当负触发脉冲U_i加到时基电路IC第2脚时，电路翻转为暂稳态，U_o＝1，放电端（第7脚）截止，电源+V_CC开始经R向C充电。

③ 由于C上电压直接接到时基电路IC的置“0”端（第6脚），当C上的充电电压达到（置“0”端阈值）时，电路再次翻转回复稳态。U_o的输出脉宽T_W＝1.1RC。

1.2.3　声光提示定时器

声光提示定时器具有定时工作指示灯，在定时结束时同时发出声、光提示。声光提示定时器电路如图1-62所示，由单向晶闸管VS和晶体管VT₁～VT₃等组成，VD₂和VD₃是发光二极管，HA是自带音源讯响器，S是电源开关，SB是启动按钮。

图1-62　声光提示定时器电路图

晶体管VT₁、VT₂等构成单稳态触发器，定时时间取决于单稳态触发器的输出脉宽T_W，由C₁经R₂的放电时间决定，T_W＝0.7R₂C₁。

晶体管VT₃、单向晶闸管VS等构成指示和提示电路。绿色发光二极管VD₂为定时器工作指示灯，由晶体管VT₃控制，R₈为其限流电阻。红色发光二极管VD₃为定时结束提示灯，R₉为其限流电阻。VD₃与自带音源讯响器HA均由晶闸管VS控制。

应用定时器时，按一下启动按钮SB，触发单稳态触发器翻转至暂稳态，VT₂集电极输出高电平，使晶体管VT₃导通，VD₂发光（绿色）表示定时器已工作。此时晶闸管VS因控制极无触发电压而截止，VD₃不发光，HA不发声。

定时结束时，单稳态触发器自动回复稳态，VT₂集电极输出为“0”，使晶体管VT₃截止，VD₂熄灭。同时VT₃的集电极电压加至晶闸管VS控制极，触发VS导通，使VD₃发光（红色）、HA发声，提示定时已结束。切断电源开关S后，提示声光停止。

1.2.4　时间可变的定时器

时间可变定时器的定时时间可根据需要设定，最短为1s，最长为1000s。在定时时间内，发光二极管点亮指示。定时时间终了，发出6s左右的提示音。

图1-63所示为时间可变定时器电路。电路采用了两个集成单稳态触发器，第一个单稳态触发器IC₁构成定时器主体电路，第二个单稳态触发器IC₂构成提示音电路。SB为定时启动按钮，S₂为电源开关。

图1-63　时间可变定时器

（1）定时控制电路

定时控制电路由集成单稳态触发器IC₁等构成，采用TR₊输入端触发，当按下启动按钮SB时，正触发脉冲加至TR₊端，IC₁被触发，其输出端Q便输出一个宽度为T_w的高电平信号。

输出脉宽T_w由定时电阻R和定时电容C决定，T_w＝0.7RC，改变定时元件R和C的大小即可改变定时时间。电路中，定时电阻R等于RP与R₂之和，定时电容C等于C₁、C₂、C₃中被选中的一个。

S₁为定时时间设定波段开关，S₁指向C₁时定时时间为1～10s（由RP调节，下同），S₁指向C₂时定时时间为10～100s，S₁指向C₃时定时时间为100～1000秒。RP为定时时间调节电位器，因为定时电阻R＝RP+R₂，调节RP，可使R最小为330kΩ、最大为3.33MΩ，调节率达10倍。

（2）发光指示电路

发光指示电路由晶体管VT₁和发光二极管VD等构成。当集成单稳态触发器IC₁输出端Q为高电平时，晶体管VT₁导通使发光二极管VD发光。R₄为VD的限流电阻，改变R₄可调节VD的发光亮度。

（3）提示音电路

提示音控制电路由集成单稳态触发器IC₂等构成，定时时间由R₆、C₅确定，约为6s。当IC₁定时结束时，其端由低电平变为高电平，上升沿加至IC₂的TR₊端，IC₂被触发，IC₂的Q端便输出一个宽度为6s左右的高电平信号，使发声提示电路工作。

当集成单稳态触发器IC₂输出端Q变为高电平时，其上升沿经C₆、R₇微分电路产生正脉冲触发可关断晶闸管VS导通，使自带音源讯响器HA发出提示音。当IC₂暂稳态结束、输出端Q回复低电平时，其下降沿经C₆、R₇微分电路产生负脉冲触发可关断晶闸管VS截止，使HA停止发声。

（4）开机清零电路

为了防止开机时定时器被误触发，电路中设计了开机清零电路，由R₅、C₄等构成。在接通电源开关S₂的瞬间，因C₄上电压不能突变，U_C4＝0，加至两个单稳态触发器的端使其清零。

单稳态触发器是具有一个稳态和一个暂稳态的触发器。单稳态触发器符号如图1-64所示，一般具有两个触发端：上升沿触发端TR₊和下降沿触发端。具有两个输出端：Q端和端，Q和端的输出信号互为反相。另外还具有清零端、外接电阻端R_e和外接电容端C_e。

图1-64　单稳态触发器符号

1. 单稳态触发器的特点

单稳态触发器的特点是触发后能够自动从暂稳态回复到稳态。稳态时输出端Q＝0，在触发脉冲的触发下，电路翻转为暂稳态（Q＝1），经过一定时间后又自动回复到稳态（Q＝0）。

单稳态触发器被触发后即输出一个恒定宽度的矩形脉冲，该矩形脉冲的宽度由外接定时元件R_e和C_e决定，而与触发脉冲的宽度无关。表1-1为单稳态触发器真值表。

表1-1　单稳态触发器真值表

2. 单稳态触发器的用途

单稳态触发器主要应用于脉冲信号展宽、整形、延迟电路，以及定时器、振荡器、数字滤波器、频率-电压变换器等。