实验十 ——延时电路

1．了解一种延时电路的原理。2．学会制作干簧管继电器。3．学习制作简单的时间继电器。

实验所需元器件和材料见附表。实验中要用到干簧继电器，它的结构如图1所示。我们知道把磁钢靠近干簧管，管中的两个簧片会受磁力作用而吸合。现在我们把一个线圈套在干簧管外面，当有电流从线圈中流过时，它产生的磁场也会使干簧管簧片接通，干簧继电器就是根据这个道理制成的。

干簧继电器制作方法：找一张3×4厘米大小的牛皮纸，在干簧管上卷成纸筒，重叠处用胶水粘牢。纸筒两端要剪开几个5毫米长的小口，将纸瓣掰开后粘上两个圆形挡板，再在表面涂满胶水，等干了以后就成为坚硬的线圈骨架，见图2。在骨架上用直径0.09毫米左右的漆包线绕大约2400匝。绕制时不必一圈圈地排列整齐，可以乱绕，但不要太松，并注意用软线引出线头。绕好后用万用表测量线圈的直流电阻约为130欧姆。最后把线圈套在干簧管上。

图3电路用来检查干簧管继电器能否工作。接通电源后，调整电阻R，使电流读数慢慢增大，一般在电流达10毫安左右时，干簧管即接通，发光管点亮。断开线圈的电源，簧片因自身的弹力恢复原状，流过发光管的电流也被切断。如果线圈中电流超过30毫安还不能接通，很可能是线圈内有短路的地方，或骨架做得太大，内部磁力太弱。当然干簧管本身质量不好也会造成吸合困难或断电后簧片粘连不放开。

延时电路有很多形式。大多是利用电容器的充放电原理来工作的。这里介绍其中的一种。这种延时电路如图4所示。在实验板上按图5将电路搭好，微调电阻调到最大。

电路接通电源后，还要作简单的调整。通电后发光管会慢慢被点亮（亮度较弱）。逐渐减小微调电阻R\(_{2}\)的阻值，发光管会熄灭，但是随即又自动亮起来。如果它保持稳定发光，就将R2再减小一点，发光管又会熄灭，然后又自动亮起来。这样在R\(_{2}\)调到一个适当值时，发光管亮一下后会立即自动熄灭。等几秒钟以后，它再自动亮一下。以后就这样一闪一闪地发光。

为了做成实用的延时开关，我们还必须为电路加一个“自保持”，使发光管第一次发光后便能够保持在点亮状态，直到关掉电源。图6就是一种自保持的简单方法，它是用干簧继电器来实现的。当电路经过延时，三极管BG\(_{1}\)、BG2导通时，继电器线圈Z就有电流通过，使干簧管G的簧片接通，发光管亮。与此同时，簧片又为线圈Z提供了一条电流通路。这时即使三极管截止，也还有电流经R\(_{4}\)、发光管和G通过线圈，使簧片一直接通，除非切断电源才能解除自保持。这就构成了一个完整的时间继电器电路。

在实际中也常用到另一种时间控制电路，即延时释放时间继电器。它要求电路接通一段时间后自动切断，这可以在图4电路基础上再加一级三极管反相器，具体电路如图7。刚接通电源时BG\(_{1}\)、BG2、BG\(_{3}\)都截止，BG4导通，发光管亮。经延时后BG\(_{1}\)、BG2导通，则在R\(_{4}\)上产生的电压为BG3提供正向偏置使BG\(_{3}\)也导通，干簧管被吸合后，BG4正向偏压消失，管子截止，发光管也熄灭了。这个电路的自保持过程请读者自己分析。

这里简要分析图4电路的工作过程。从图看，电阻R\(_{2}\)、R3组成分压电路。A点电压为U\(_{A}\)=R3R\(_{2}\)+R3·E。又因为电源刚刚接通时，电解电容器C两端的电压U\(_{C}\)≈OV，所以这时BG1的发射极电位比基极低。管子因反向偏置而截止。BG\(_{2}\)由于BG1不导通而没有基极电流也处在截止状态，发光管不亮。随着电源向电容C不断充电，U\(_{C}\)逐渐升高。当UC高于U\(_{A}\)时，BG1变为正向偏置，就由截止变为导通。同时它的集电极电流I\(_{C1}\)就作为BG2的基极电流，使BG\(_{2}\)也随之导通。反过来，BG2的集电极电流又注入BG\(_{1}\)的基极，使IC1增大，这样循环的结果是两只管子都迅速达到饱和，点亮发光管。在这以后，由于三极管饱和时集电极和发射极之间的电压变得很小，这相当于在电容C两端并联的电阻减小，电容器要顺着e\(_{1}\)→c1→b\(_{2}\)→e2→R\(_{4}\)→LED这个回路放电。也就是说在管子导通后，电容由充电过程变为放电过程，它两端电压逐渐降低。当UC值降低接近U\(_{A}\)时，BG1电流减小，导致BG\(_{2}\)电流减小，这一正反馈过程最终使两管都截止，于是发光管熄灭。BG1和BG\(_{2}\)截止后，电容C又由放电变为充电，重复前面的过程。电容器就这样充电、放电、使两只三极管导通，截止交替变化，发光管一闪一闪地发光。

从接通电源到管子第一次导通这段时间，电容两端电压要从零充到高于U\(_{A}\)，所以需要的时间最长，它称为电路的“延时时间”。以后UC值就在U\(_{A}\)上下变化，充放电时间就要短得多。

电路延时时间的长短由电阻R\(_{1}\)与电容C的数值决定，它们的值越大，延时就越长。另外，适当改变R2 和R\(_{3}\)的数值，使UA有所提高或下降，就等于改变了管子导通时的U\(_{C}\)值，也可以使延时时间发生变化。但UA值过高或过低，会影响三极管状态的自动翻转。所以实验时要对R\(_{2}\)的阻值进行调整。A点电压一般为0.5～ 0.9E。

用我们实验过的延时电路，设计一个报警器，使它能够工作一段时间后自动停止。

电子小实验从83年第5期起刊登，至今已有十期，实验内容全部介绍完毕。欢迎读者提出宝贵意见。(陈鹏飞 王友文)