用D触发器制作电子温控器

《电子报》2002年第47期《用电子温控器取代机械温控器》一文，介绍了一种机外型的温控器装置，它实际上不是直接测温后再调控，而是一个可调的定时器开关，间接地通过调整供电和停电来调温。电路用了三只集成电路、五只三极管和几十个其他元件，制作工作量大而且成本较高。
　　现在介绍一种用D触发器制作的该类装置，制作简单经济，效果较好。
　　关于用D触发器产生振荡的原理，读者可以参阅《电子报》2004年第17期上《用D触发器组成的方波发生器》一文，该文与本电路的组成极相似，具备原有特点，也是D触发器应用的一种拓宽。
　　1.主控制器原理电路
见图1（供电部分没画，采用方式可因人而异），通过两个电位器的调整，按D触发器CD4013复位端R1和置位端S1状态变化的条件，以控制输出端Q1处于低电平和高电平的工作时间。当Ql输出高电平时，红色指示灯亮，并且驱动晶体管VT导通，继电器吸合，插座上得到交流电源。Ql开关信号的变化使电器工作获得自动调整。
　　根据电路组成，可以看出RPl对C1的充电回路决定了复位端R1电附裹位上升的时间（即Q1保持为高电平的时间），达到供电工作时间的调节。
　　RP2对C2充电回路则是影响S1的状态，决定Q1在什么时候跳变为高电平，即维持供电开机的时间。电路中两个时间的调节是各自独立有效，互不影响，电容器放电时通过二极管快速完成。当D触发器直流工作电源为+12V，两个电容器Cl和C2都是220μF时，经测试，RP电位器的调节效果见附表所列。
　　如果电容器都用l00μF，定时时间相应地减少为表格中时间的一半。
　　2.延时供电保护电路
为了避免突然停电后又立刻来电造成对压缩机的损坏，应该增加延时供电，同时还可以让双D触发器CD4013的另一半物尽其用，电路见图2。
　　直流上电时，S2置位端为高电平，使Q2=1，强迫主控制电路的R1端为高电平，Q1被复位控制输出为O，VT晶体管截止，同时C4经过R4逐渐充电。 当复位R2端为1时，Q2=0，主控制电路又按照自己的规律进行振荡变化。R4的大小改变了主控制电路开始进入振荡工作的时间，即达到了延时的目的。R4和CA按电路图的参数，其延时时间约5分钟，与表格中的数据效果相同。
　　3.强冷的实现
如果需要电冰箱更长时间通电，比如速冻水饺，在某些机械温控器上有“强冷”功能的一挡，对于本装置可以增加一个开关K，它闭合时迫使置位Sl为高电平，此时主控制器的充电放电过程被停止，而输出Q1长期保持为高电平，插座持续供电。断开K，控制电路照常工作。人工操作进入强冷，不会受延时供电保护部分的影响。
　　4.安装事项工作调节
RP1和停电调节RP2两个电位器，最好采用对数式的，便于分清高阻值区域的调整，使较长时间的“时间刻度”更加准确细化。为了方便不同的使用情况，可以在RP支路串联适当大小的电阻作为起始电阻值，同时也将扩大调节时间的范围。电位器和指示灯、开关K都安装在设备的外部，便于观察和调节操作。电容器的容量不求很准确，但是要求漏电电流小。本电路的工作电源，主要由继电器的参数决定，CMOS集成电路能够在3～15V的电源工作，控制的时间效果有些不同。
　　5.本装置的优点
（1）机械温控器，在冬天环境温度低时，常常要进行温度补偿（例如使电热器工作），否则难以启动压缩机。这里介绍的时间控制方式没有这种现象，也不会带来额外无用的热消耗。（2）温度调节由工作时间以及停电时间相配合进行机外控制。不必打开电冰箱的门来变换。（3）选择合适的定时参数后，可以直接用于其他各种定时控制，如照明、保温、彩灯等。