二例较有难度的硬件电路设计及电路解析之二

本文列举的二例电路设计，都是从网上看到的求助帖，现作以文字修改。一例是用继电器、时间定时器等低压控制元件设计的低压电器控制电路，另一例是用集成电路、晶体管等元件设计的电子线路。并对电路工作原理作一解析。望能对电路设计者，特别是初学者有所启示与帮助。如有不妥之处请给予指正，本人深表感谢。

一、            用继电器等硬件设计电路。具体流程图是这样的：

按下启动按钮【双启动按钮】－－－－－－－－-（面板上的时间继电器开始计时）下150行程长气缸将底模推进－－－－－－-下150长气缸到位后上75行程气缸下压－－－－－－－－-上75行程气缸下压到位后延时0.5-1秒底下30行程小气缸上升－－－－－－－－底下30行程气缸上升延时0.5-1秒后与75行程气缸同时退回（底下30行程小气缸下降上75行程气缸上升）－－－－－－－－上75行程气缸上升到位后下150行程长气缸将底模退出（这时面板上的时间继电器断电）整个动作完成。

     工作中按下急停按钮（急停开关），上75行程气缸要先回到上升状态（初始状态),下150长气缸才能退出。

      按下急停按钮（急停开关）后，启动开关是不能工作的。

现已已经设计出了最简洁最成熟的控制方式，控制元件有，一个总电源开关，4个磁性开关，150长气缸一个，75气缸2个，30小气缸一个，三个中间继电器，两个时间继电器，一个面板计时器，三个两位五通气动电磁阀，两个启动按钮，一个急停按钮，一个电源，输出=24V.

请画出这最简洁最成熟的控制电路

      根据题目要求画出如下电路图，可否与原已设计出了最简洁最成熟的控制电路相似：

动作原理：

1、4个磁开关的动作说明：当下150行程长气缸（DF1）位于或退回到原始位时，磁开关CK4常开触点闭合，当下150行程长气缸（DF1）推进到位时，磁开关CK1常开触点闭合。当上75行程气缸（DF2）下压到位时，磁开关CK2常开触点闭合。）、当上75行程气缸（DF2）上升到原始位时使磁开关CK3的常闭触点关开。

2、按一下启动按钮K1，由于此时的K2、J2、CK4这3个开关触点均处于闭合状态，虽然CK3出点处于断开，但继电器J0仍可得电自锁，其触点闭合使下150行程长气缸（DF1）得电，将底模推进，CK4触点断开，同时面板上的时间继电器开始计时。下150长气缸到位后使磁开关CK1闭合，使继电器J1得电吸合，J1触点闭合使上75行程气缸（DF2）得电动作（下压），由于DE2离开原始位置，使CK3触点闭合。上75行程气缸下压到位后使磁开关CK2闭合，使时间继电器T1得电开始延时，延时时间到，使J2得电动作，使底下30行程小气缸（DF3）上升，同时使时间继电器T2得电开始延时，延时时间到，T2动作，其常闭触点断开，使JI失电，J2仍保持吸合。30行程小气缸（DF3）与上75行程气缸（DF2）断电，使二者同时退回（即底下30行程小气缸下降、上75行程气缸上升）。当上75行程气缸上升到原始位时，磁开关CK3动作，CK3触点断开，使J0、J2同时失电，J0的常开触点开在先，J2的常闭触点闭合在后，故使J0 可靠断开。J0的断开使下150行程长气缸（DF1）断电，使其将底模退出（这时面板上的时间继电器断电）当DF1退回原始位时，磁开关CK4闭合，整个动作完成。

3、工作中按下急停按钮（K2），使JI断电，其触点断开使DF2、DF3失电回原位，当上75行程气缸（DF2）上升回到原位使磁开关CK3动作，CK3触点断开，使J0、J2失电断开。J0触点断开使下150行程长气缸（DF1）断电，使其将底模退出（这时面板上的时间继电器断电）整个动作完成。

      4、按下急停按钮（K2）使整个动作结束后，如K2不抬起，再按启动开关K1是不能工作的。必须抬起急停按钮（K2），再按启动开关K1，方可重新启动运行。

  二、设计一个电路，要求具有如下功能：将该电路的输入端接在一个4~20ma的电流源的输出端。该电路有一控制信号端Kin，Kin端输入信号 =0时，该电路输出与输入电流（原4~20ma的电流源的输出电流）相同，Kin端输入信号 =1（高电平）时，该电路输出电流将由断开前的电流值线性的自动衰减为0.

该电路的输入信号Iin为正常的4～20ma电流源，流经25Ω标准电阻R0，R0的下端接PNP型晶体管G0的发射极，G0的基极接+15V电压，G0的集电极与G2管的集电极相连作为本电路的输出端。如4～20ma电流源当输出电流=20ma,其输出端的最大极限电压>18V。故G0管处于跟随器的工作状态：集电极电流与Iin(即发射极电流)相等。R0=25Ω,R0的电压降=0.02×25=0.5V。G0发射结电压降约=0.7V，故B点对地电压=15+0.7=15.7V，A点对地电压=15+0.7+0.5=16.5V，B点比A点电压低UAB(=Iin· R0)。从中可知A点电压<18V,故当输入电流在4～20ma 变化时，R0的电压降（UAB）与输入电流Iin呈线性变化。党外负载=500Ω,输出电流=20ma时，负载电压=10V,而G0管最高可输出15V，有5V压降，足够沿途导线的压降，故仍可远距离输送电流。

运放器U1B与晶体管G1构成电压跟随器，故C点电压Uc≡A点电压UA, 运放器U1A与晶体管G2构成电压跟随器，故D点电压UD≡B点电压UB, ,由此可知：R0的电压≡R1的电压。

运放器U2A与晶体管G2构成电压跟随器，故F点对-15V的电压UF≡E点对-15V的电压UE,由此可知：R3的电压≡R4的电压。由于R2=R3(先不考虑G3管与电容C1的存在)而R2与R3的电流相等（晶体管的集电极电流与发射极电流相等）又可知：R2的电压≡R3的电压。故可推出：R3的电压≡R0的电压. 由于R0=R4，故可知R4的电流≡R0的电流.

R0的电流实为4～20ma即外输入电流（I1），而R4的电流又为G2管的发射极电流，故G2管的集电极电流(I2)与外输入电流（I1）相等。由图推知：电流I2与I1数值相等。但电流方向相反：I1从输出点Iot流出，I2从输出点Iot流入，故输出电流（即I1与I2的和电流）I=0.

上面推出的结论是在没有管G0与电容C1存在的情况下得出的结论，加上这二个元件，电路的输出状态就不是这样了：