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李红亮多路防盗报警器设计报告






一、设计任务与要求 ...................................... 1 1.1、设计一种防盗报警器,适用于仓库、等地防盗报警 ...... 1 1.2、功能要求 ......................................... 1 1.3、设计本报警器所需的直流稳压电源 .....

.............. 1 二、设计方案的选择与论证 ................................ 1 2.1、方案选择与论证 ................................... 1 2.2、报警器的原理框图 ................................. 2 2.3、总体电路图 ....................................... 4 三、电路设计计算与分析 .................................. 4 3.1、电源电路设计及说明 ............................... 4 3.2、控制电路设计及说明 ............................... 5 3.3、报警声产生电路 ................................... 8 3.4 单元电路间的连接方法 ............................. 12 3.5 电源电路参数计算 ................................. 12 3.6 控制电路参数计算 ................................. 12 3.7 报警声产生电路参数 ............................... 13 四、总结与心得 ......................................... 14 五、附录 ............................................... 15 六、参考文献 ........................................... 16

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一、设计任务与要求
1.1、设计一种防盗报警器,适用于仓库、等地防盗报警 1.2、功能要求 (1)防盗路数可根据需要任意设定。 (2)在同一地点(值班室)可监视多处的安全情况,一旦出现偷盗, 用指示灯显示相应的地点,并通过扬声器发出报警声响。 (3) 设置不间断电源, 当电网停电时, 备用直流电源自动转换供电。 (4)本报警器可用于医院住院病人有线“呼叫”。 1.3、设计本报警器所需的直流稳压电源 二、设计方案的选择与论证 2.1、方案选择与论证 防盗报警器的关键部分是报警控制电路,由控制电路控制声、 光报警信号的产生。下面列出两种方案: 方案一:采用运算放大器进行控制。运算放大器可将由传感器获得 的微弱信号进行放大,从而使电路发出声、光等报警信号。正常情 况下,运算放大器不工作,直到有信号时才工作,将信号放大后送 入NE555时基电路和阻容组件组成音调振荡器, 输出音频信号使扬声 器发声报警。传感器可采用压力传感器。实现方法,可将压力传感 器装在门或窗户等处。 此方案需要使用运算放大器,使电路变得复杂。而且,目前市场 上很难买到运算放大器。此外,运算放大器的价格比普通组件都要 贵,这也增加了设计成本。 方案二:采用三极管与可控硅进行控制,无偷盗情况时,使三极管 处在截止状态,则被控器的声、光信号产生电路不工作;一旦有偷 盗情况,立即使三极管导通,被控器的声、光信号产生电路产生声、
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光报警信号,呼叫值班人员采取相应措施。电网正常供电时,通过 电源变压器降压后经整流、滤波及稳压得报警器所需直流电压,为 防止电网停电,在控制器的输入端设置有备用直流电源,保证报警 器在停电时能持续正常工作。 与方案一相比,方案二有着明显的优点。主要在于其电路简单, 更实用,设计成本也比较低。市场上也有好多类似的报警器产品。 此次课程设计,我采用的正是第二种方案。 2.2、报警器的原理框图 如图2-1所示。

图2-1 多路防盗报警器原理框图

(1) 控制电路由三极管2N930、 电阻R1,R2,R3和可控硅SCR1共同组 成,如图2-2所示。电源电压12V通过R2给三极管2N930提供基 极直流偏置,初始状态下,开关S1断开。三极管基极无电流, 三极管发射极没有偏置电压,使三极管处于截止状态。此时, 可控硅的控制极上无信号或者紧有微小的信号,可控硅不能 导通。正常情况下,可控硅的T1、T2极间有正向偏压,但不 导通。一旦开关S1被触碰,将使整个电路导通,由于有电解 电容,三极管导通前,电路先给三极管充电,直到三极管基 极具有足够的电压使三极管发射极正偏,电压应高于0.7V。 可控硅即晶闸管导通后,使报警电路工作,发出声、光报警 信号。

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12V

D S1 DS1 1.2W R2 180 Ω R1 43K

R4 700 Ω W1 22K T1 2N930 SCR1 C1 47u F R3 12K D1

C

图2-2 控制电路

(2) 电网电压通过电源变压器降压后, 经整流桥整流, 电容器滤波, 三端集成稳压器稳压后供给控制电路,同时将备用直流电源通过二 极管并入控制电路的输入端。电网电压正常供电时,二极管截止, 一旦电网停电,二极管导通,备用电源自动供电。 (3)指示灯采用灯泡显示,控制电路输出信号使其发光。显示器可 按不同设防地点进行编号。 采用NE555时基电路和阻容组件组成音调 振荡器,控制器输出信号 v o 控制其工作,NE555的(3)脚输出音频 信号再通过放大电路放大后扬声器发声报警。

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2.3、总体电路图
12V DC

S1 DS1 1.2W R2 180 Ω C R1 43K R5 43K

S2 DS2 1.2W R6 180 Ω R9 43K

S3 DS3 1.2W R10 180 Ω R13 43K

S4 DS4 1.2W R14 180 Ω R17 43K

S5 DS5 1.2W R18 180 Ω R21 43K

S6 DS6 1.2W R22 180 Ω

R4 700 Ω W1 22K T1 2N930 SCR1 C1 47u F R3 12K D1 C2 47u F R7 12K W2 22K T2 2N930

R8 700 Ω W3 22K T3 2N930 SCR2 C3 47u F D2 R11 12K

R12 700 Ω W4 22K T4 2N930 SCR3 C4 47u F D3 R15 12K

R16 700 Ω W5 22K T5 2N930 SCR4 C5 47u F D4 R19 12K

R20 700 Ω W6 22K T6 2N930 SCR5 C6 47u F D5 R23 12K SCR6

R24 700 Ω

D6

K k1 TR B ~22 0V V1 220 V BRIDGE C7 470 nF 78L1 2 C10 47n f C9 100 nF C8 47u F 2 DC 12V R26 24K 5
2

IC1 1 D9 ~15 V IN R25 12K R
V CC 8

R27 180 K V V OUT GND 3 D7 U? 4 Q 3 2CP10 555
G ND

T8 2N390 6 D8 C13 R28 2.4K

TRIG

DIS

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C12 1uF

33n F

Trans CT

CVolt

THR
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T7 2N930 Y

VO C11 22n F C14 22n F

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图2-3 总体电路图
Title Size B Number Rev ision

本多路报警器为6路防盗报警器,每一路有相同的电路结构,控
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27-Dec-2011 Sheet of C:\Docu ments and Settings\Administrato r\桌面\Drawn By : \Sheet1.DDB 李红亮电路 6

制电路也相同,均由可控硅控制。由总体电路图可看出,此6路防盗 报警器电路总共有三个基本组成单元。分别是:电源电路、控制电 路、报警声产生电路。

三、电路设计计算与分析
3.1、电源电路设计及说明
3.1.1 电源电路设计方案

本设计是6路防盗报警器,各路电路结构完全相同,共享一个 直流稳压电源。为了降低设计成本,减少功耗,故采用12V直流稳 压电源供电。 在电网正常供电情况下, 可直接将家庭电路中的220V 交变电压通过变压器降压、整流桥整流、电容滤波和三端集成稳 压器稳压后得到12V直流电压,可充当直流稳压电源使用。在电网 停止供电时,即家庭停电时,备用直流电源直接开始工作,这样 就实现了电源供电的连续性。通过利用二极管的正向导通特性, 将12V直流电源并入电路中,电网供电情况下,二极管没有正向偏
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压,不能导通,由电路直接为报警电路供电。当电网停电时,二 1 2 3 极管便获得正向偏压,因而能够导通。备用12V直流电源或电池组 开始工作。
3.1.2 电源电路图
k1 D TR D9 ~22 0V V1 220 V C7 470 nF Trans CT ~15 V 78L1 2 C10 47n f C9 100 nF C8 47u F 12V DC
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IC1 1 V IN V OUT GND 3 Vo D7

图3-1 电源电路

3.1.3 电源电路相关说明
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除去备用直流电源的电源电路,完成了安装与测试。家庭电路 中的220V经过变压器降压后变为交流15V,再使用由四个相同型号 整流二极管组成的整流电路整流,而后又经电解电容C7与瓷片电 容滤波后得到20V的直流电压。然后再用型号为78L12国际上普遍 使用的12V三端集成稳压块稳压,通过稳压即可得到比较理想的 12V直流电压。三端集成稳压块之后电路上又并联了容量为47nF的 瓷片电容与容量较大的电解电容将低于12V少量电压放大,除此之 外,C10与C8还有保护电路的作用。即当电网断电瞬间,电容上仍 然充满了电荷, 电容开始放电, 等到电容两端的电压小于11.3V时, 二极管D7便开始导通,备用直流电源开始工作。三端稳压块采用 国际上较常用的78L12,可以稳12V的直流电压。 3.2、控制电路设计及说明 3.2.1 控制电路设计方案 本多路报警器要控制的电路有6路。在电路中起到控制声、光
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报警信号产生的作用。控制电路有多种设计方法,也可以用多钟 元件实现,但我选择较简单的三极管与可控硅,使电路简单化, 也使之易于实现。可控硅的导通前提条件是有正向偏压,然后如 果控制极上有一个高于阴极的电压信号,该可控硅便导通。其外, 可控硅的一个重要特点是,一旦导通后,就可以维持导通状态, 与控制极不再有关系。可利用可控硅的这种特性与三极管的导通 条件设计控制电路。可将接触式开关串在三极管的基极上,正常 情况下,开关断开,三极管基极上没有电压,仅有集电极直接与 电源相连。要使三极管能正常工作,应先调节三极管的静态工作 点,使其工作在放大区。这样,三极管导通后才能将基极上微小 的电流放大后送到发射极。在发射极上串联一个较大的电阻,这 样一来,在三极管导通后,发射极上电阻能获得较大的电势差, 然后将其加到可控硅的控制极与阴极上,可控硅就可迅速导通。 另外,考虑到接触式开关防盗应用中,开关不可能合上以后就不 再断开。一般情况下,接触式开关只是短暂的闭合。为了延长电 路的工作时间,可在三极管的基极与地之间并联一个电解电容, 用于延迟电路导通和延续电路的导通状态。

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3.2.2 控制电路图
12V

D S1 DS1 1.2W R2 180 Ω R1 43K

R4 700 Ω W1 22K T1 2N930 SCR1 C1 47u F R3 12K D1

C

图3-2 控制电路图

3.2.3 控制电路相关说明 控制电路是整个多路防盗报警器电路中的核心。 起着控制声、 光报警信号产生的作用。如图3-2,可控硅的右侧是声光报警信号的 输入端,由图可看出,只要可控硅导通,声光报警信号便可发出。 控制电路的右侧是产生报警光信号的电路,其电路也极其简单,只 需将一个较大的电阻与灯泡串联后接到电源上。图中,D1也有重大 的作用,产生报警声信号电路只有通过D1然后再通过可控硅,才能 正常产生报警声信号。要使二极管D1导通,需要其有正向偏压。要 达到此目的,需使 R4阻值较大及使灯泡有一个较大的功率,使二极 管的阴极电位较低。此控制电路中,三极管静态工作点的调试也比 较重要,电路导通时应使三极管工作在放大区。

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3.3、报警声产生电路 3.3.1 报警声产生电路设计方案 首先考虑使用555时基集成电路,不仅是因为其使用广泛,它 也有其独特的作用。使用555时基集成电路之前还需了解其内部结 构与工作过程。 555时基电路的工作过程:当2脚,即比较器A2的反相输入端 加进电位低于?VDD的触发信号时,则VT9、VTll导通,给双稳态触 发器中的VTl4提供一偏流,使VTl4饱和导通,它的饱和压降Vces 使VTl5的基极处于低电平,使VTl5截止,VTl7饱和,从而使 VTl8 截止,VTl9导通,VT20完全饱和导通,VT21截止。因此,输出端3 脚输出高电平。此时,不管6端(阈值电压)为何种电平,由于双稳 态触发器(VTl4-VTl7)中的4.7kΩ 电阻的正反馈作用(VTl5的基极 电流是通过该电阻提供的),3脚输出高电平状态一直保持到6脚出 现高于?VDD 的电平为止。当触发信号消失后,即比较器A2反相输 入端2脚的电位高于?VDD,则VT9、VTll截止,VTl4因无偏流而截 止,此时若6脚无触发输入,则VTl7的Vces饱和压降通过4.7kΩ 电 阻维持VTl3截止,使VTl7饱和稳态不变,故输出端3脚仍维持高电 平。同时,VTl8的截止使 VT6也截止。当触发信号加到6脚时,且 电位高于?VDD时,则VTl、VT2、VT3都导通。此时,若2脚无外加 触发信号使VT9、VTl4截止,则 VT3的集电极电流供给VTl5偏流, 使该级饱和导通,导致VTl7截止,进而VTl8导通,VTl9、VT2都截 止,VT21饱和导通,故3脚输出低电平。当6脚的触发信号消失后, 即该脚电位降至低于?VDD时,则VTl、VT2、VT3皆截止,使VTl5得 不到偏流。此时,若2脚仍无触发信号,则 VTl5通过4.7kΩ 电阻得 到偏流,使VTl5维持饱和导通,VTl7截止的稳态,使3脚输出端维 持在低电平状态。同时,VTl8的导通,使放电级 VT6饱和导通。通 过上面两种状态的分析,可以发现:只要2脚的电位低于?VDD,即 有触发信号加入时, 必使输出端3脚为高电平; 而当6脚的电位高于 ?VDD时,即有触发信号加进时,且同时2脚的电位高于?VDD时,才 能使输出端3脚有低电平输出。 4脚为复位端。 当在该脚加有触发信

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号,即其电位低于导通的饱和压降0.3V时,VT8导通,其发射极电 位低于lV,因有D3接入,VTl7为截止状态,VTl8、VT21饱和导通, 输出端3脚为低电平。此时,不管2脚、6脚为何电位,均不能改变 这种状态。 因VT8的发射极通过D3及VTl7的发射极到地, 故VT8的发 射极电位任何情况下不会比1.4V电压高。因此,当复位端4脚电位 高于1.4V时,VT8处于反偏状态而不起作用,也就是说,此时输出 端3脚的电平只取决于2脚、6脚的电位。 显然,555电路内含两个比较器A1和A2、一个触发器、一个驱 动器和一个放电晶体管。 两个比较器分别被电阻R1、 R2和R3构成的 分压器设定的?VDD和?VDD。参考电压所限定。为进一步理解其电 路功能,并灵活应用555集成块,下面简要说明其作用机理。从图 3-3可见,三个5kΩ 电阻组成的分压器,使内部的两个比较器构成 一个电平触发器,上触发电平为?VDD,下触发电平为?VDD。在5 脚控制端外接一个参考电源Vc,可以改变上、下触发电平值。比较 器Al的输出同或非门l的输入端相接, 比较器A2 的输出端接到或非 门2的输入端。由于由两个或非门组成的RS触发器必须用负极极性 信号触发,因此,加到比较器Al同相端6脚的触发信号,只有当电 位高于反相端5脚的电位时,R—S触发器才翻转;而加到比较器A2 反相端2脚的触发信号,只有当电位低于A2同相端的电位?VDD时, R—S触发器才翻转。 通过上面对等效功能电路和CA555时基电路的内部等效电路的 分析,可得出555各功能端的真值表。

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图3-3 555时基电路接成单稳态触发器

引脚 2 电平 ≤? VDD

6 *

4 1.4V

3 高电平

7 悬空状态

电平 <? VDD ≥? VDD 1.4V 低电平 低电平 电平 <? VDD >? VDD 1.4V 保持电平 保持 电平 * * 0.3V 低电平 低电平 由表可看出,S、R、MR的输入不一定是逻辑电平,可以是模拟 电平。因此,该集成电路兼有模拟和数字电路的特色。 一般的报警声不是连续的声音, 应该是间断的有高有底的声音。 实现方法是用RC振荡电路产生振荡信号,然后送入555时基集成电 路,再由3脚输出振荡信号。考虑到不应有负信号,故需在555集成 电路的3脚上接一个整流二极管。通过整流后还应用电解电容滤掉 直流信号,这样报警声的效果会更好。但是,仅由555时基集成电 路3脚输出在经整流隔直的振荡信号很小,不能直接驱动扬声器发 出报警声。 故需在输出端增加一个放大电路单元。 放大电路选用两 级放大,提高增益,使输出端得到较高的振荡信号,并能驱动扬声 器,产生报警信号。

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3.3.2 报警声产生电路图
VCC 12V

R27 180 K R25 12K R
V CC 8

U? 4 Q 3

D8 C13 2CP10 R28 2.4K

T8 2N390 6

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G ND

555

DIS

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C12 1uF

33n F

R26 24K

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CVolt

THR
1

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T7 2N930 Y

VO C11 22n F C14 22n F

图3-4 报警声产生电路

3.3.3 报警声产生电路图相关说明 图3-4中,有电源输入端,这里用12v电源为整个报警声产生电 路供电。还有接地端,接地端能正常接地,整个报警声产生电路将 接通,振荡信号便能驱动扬声器发出报警声。控制电路正是利用控 制接地端来达到控制整个报警声产生电路的目的。即将接地点输出 信号通过二极管接到可控硅的阳极,这样一来,可控硅就控制了整 个报警声产生电路。在电源输入点与接地点之间,555时基集成电路 与 R25 、 R26 、 C11 共 同 组 成 无 稳 态 多 谐 振 荡 器 。 振 荡 频 率 f=1.44/(R25+2R26)C11,振荡频率为668Hz。在555之后,12V直流电 源保证输出级放大电路能正常工作。 R27用一个较大的电阻使三极管 工作在放大区。T7为硅材料NPN型高频中功率管,T8为锗材料PNP型 低频小功率管。两个晶体三极管构成两级放大电路。

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3.4 单元电路间的连接方法 电源电路主要作用是为整个电路提供持续不断的12V直流电源 供应,以保证有偷盗情况时电路能正常产生报警信号。电源电路输 出端直接连接至控制电路与报警声信号产生电路的输入端。控制电 路通过可控硅连接报警光信号与报警声信号产生电路,并控制报警 声、光信号的产生。报警声信号产生电路与控制电路之间又连一个 二极管,然后才连到可控硅的阳极上。 3.5 电源电路参数计算 组成整流桥的四个整流二极管型号相同。 每个二极管的耐压值 为:
V RM ? 2 ? 15

V=21.2V
1 0 . 4 5? 1 5

平均电流为: I D ? I L ? 由于电路中没有负载电 2 RL 阻,所以正常情况下,二极管中的电流很小。 经
VC 9 ?



2V 2 ? 1 .4V 2

波 后 的 电 ? 1 .4 ? 1 5 =21V( V 2 ? 1 5 V)
? R L C ? (3 ~ 5 ) T 2



路 ,T


1 f 1







时间常数: ? d

?

?

? 0 .0 2 s

50

二极管D7耐压值为:12V 3.6 控制电路参数计算 由于各路电路相同,各路的电路参数也相同。 以第一路为例,取R1=43kΩ ,R2=180Ω ,三极管为高频小功率 管。 三极管静态工作点的计算:
V C C ? V B E ? I B ( R1 ? W 1 ? (1 ? ? ) R 3 )
? IB ? VCC ? V BE R 1 ? W 1 ? (1 ? ? ) R 3

IC ? ? I B VCE ? VCC ? I C ( R 2 ? R3 )
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8?

指 示 灯 泡 的 额 定 电 压为 8V, 额 定 电 流 为 0.15A, 额 定 功 率 为 =1.2W,电阻为: 0 .1 5
R DS1 ? 8?8 1 .2 ?

=53.3Ω
1 2 ? 0 .7 0 .1 5 ? 5 3 .3 ?

则R4阻值为: R 4

=700Ω

可控硅的正向电流大于0.15A 二极管D1阴极的电位为0.7V 3.7 报警声产生电路参数 R25、R26、C11与555构成音调振荡电路,振荡频率为: f=1.44/(R25+2R26)C11,振荡频率为668Hz 三极管T7的静态工作点计算:
IB2 ? VCC ? V BE 2 R 27

IC 2 ? ? I B2

V C E 2 ? V C C ? 1 .4

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四、总结与心得
经过一周左右的课程设计终于要画上一个完美的句号。回味这 个过程,确实充满着酸甜苦辣。设计的过程并非一帆风顺,遇到了 许多困难,但我选择迎难而上,这也正是勇者的姿态。通过一周的 课程设计,我学到了许多,这让我拥有了一次运用我所学数电知识 的机会。 在课程设计开始前, 我总觉得设计多路防盗报警器对我来说是 太难了。我也曾多次以此为借口,推延设计的开始时间。直到我听 说,有人已经快要完成时,我才变得紧张起来。迫于压力与我对自 己的自信,我还是开始设计了。 在课程设计开始阶段,遇到的问题比较多。通过查找资料,我 开始渐渐了解防盗报警器电路的原理,设计方法及应用。防盗报警 器的种类繁多,技术含量与复杂程度也各不相同。我通过了解了各 种类型的报警器电路的原理,然后开始考虑自己应该设计何种类型 的报警器。据课题要求,应该是设计一种开路式报警器。这也是众 多报警器中比较简单的一种。考虑到我所学的知识有限,难以设计 复杂的报警器电路,最终决定设计通过可控硅与三极管控制的报警 器电路。 在设计过程中,我参考了网上的一些报警器电路及其他资料。 通过设计、查找资料,我了解了一些以前未学过的元件。如可控硅、 555时基集成电路与扬声器。在画原理图时,也花了好大的功夫,有 些元件符号是自己设计的。我也收获很多,我更熟练的掌握使用 protel99se绘制原理图的方法。重要的是我初步学会了设计电子电 路的方法与技巧,学会了如何利用网络资源,学会了怎么看电路图, 读电路图,这对我而言,确实是大有裨益的。我相信有这次设计作 基础,我以后会设计出更好的电子电路。 最后,我要感谢我们的指导老师,非常感谢张老师的指 导和帮助。希望以后还能参加这样的课程设计。我想我会做的更好 的。

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五、附录
此6路防盗报警器电路中所用的各种元件信息如下表:
元件名称 元件标号 C1——C6,C8 C7 C12 C10 C11 C13 C14 D1-D8 SCR1—SCR6 DS1——DS6 IC1 IC2 R1、R5、R9、R13 R17、R21、R26 R3、R7、R11、R15 R19、R23、R25 R2、R6、R10、R14 R18、R22 R27 R28 S1——S6 开关 晶体三极管 变压器 电位器 扬声器 直流电源 K、K1 T1——T7 T8 Tr W1——W6 Y DC 180Ω6 只 180K 2.4K 6只 2只 7只 1只 1只 22K6 只 1个 12V 数值 47uF 470uF 1uF 47nF 22nF 33nF 22nF 8只 6只 6只 1只 1只 43K6 只 12K6 只 型号

电解电容

瓷片电容 二极管 可控硅 指示灯 集成块

473 223 333 223 2CP10 KP11 XZ8-0.15 78L12 NE555 色 标 黄橙橙银 色 标 棕红橙银 色 标 棕灰棕银 棕灰橙银 红黄红银 DS-03 KDC-1201 2N930 2N3906

电阻

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电阻均选用碳膜电阻器,电阻的大小及色标在上表中均已注明,可 直接到市场上购买到。6只电位器选用普通的,可用起子直接调节其 阻值。普通电容均选用瓷片电容,在电容表面都标有标号。标号在 上表中也已注明。电解电容容值都已知到,选购时,可选耐压值为 35V的电解电容,也可选择耐压值更高的。二极管型号大多相同,为 N型硅材料小信号管。三极管T1——T7选用硅材料NPN型高频小功率 管。而三极管T8选用锗材料PNP型低频小功率管。可控硅选用普通反 向阻断型,1A耐压100V,正向管压降0.4V-1.2V.指示灯的型号为 XZ8-0.15,额定电压为8V,额定电流为0.15A,寿命为1500小时,既 环保又节能。变压器为15V变压器,有三个短线,较常见。此多路报 警器电路中所用元件在市场都能买到,且价格大多比较便宜。

六、参考文献
[1]康华光.《电子技术基础》模拟部分(第五版) ,高等教育出版社。 [2]王涛.《电工电子工艺实习》实验教程,山东大学出版社。 [3]陈有卿.《555时基集层电路原理与应用》 ,机械工业出版社。 [4] 黄继昌.《电子元器件应用手册》 ,人民邮电出版社。 [5] 杨宝清、宋文贵.《实用电路手册》 ,机械工业出版。

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多路防盗报警器设计
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多路防盗报警器毕业论文
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多路防盗报警器课程设计1
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多路报警器课程设计
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