【文章內(nèi)容簡介】 容 C2 充電和放電的過渡過程總是周而復(fù)始重復(fù)進行的。（1）電容 C2 充電時間，即暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ維持時間 的估算t1電容充電時，時間常數(shù) =（Rp+R4）C2，起始值 (0+)=VCC/3,終了值?1 uC（∞）=VCC、轉(zhuǎn)換值 （ ）=2VDD/3，代入 過渡過程計算公式進uCuCWt 2R?行計算： )(0(ln11ttCW?????2ln32l11???VD (41))4(??（2）電容 C2 放電時間即暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ維持時間 的估算,電容放電時，時間t2常數(shù) ，起始值 （0 +）=2VDD/3，終了值 （∞）=0，轉(zhuǎn)換值 （4CR?uCuCuC）=VDD/3，代入 RC 過渡過程公式進行計算：t2 )()(0ln22tUtC?????VD310l2? (42)?哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ）12（3）電路振蕩頻率 f振蕩周期 ：T )( CRRptT??? (43)振蕩頻率 ： f (44)2)4()4(???? 時鐘脈沖振蕩電路的參數(shù)計算因為時鐘脈沖周期 T=（Rp+2R4 ）C2，是在忽略了 555 定時器⑥腳的輸入電流條件下得到的，而實際上⑥腳約有 10uA 的電流流入。因此，為了減小該電流的影響，應(yīng)使流過 R4，Rp 的電流最小值大于 10uA。又知要求 Cx=999uF 時，Tw=2S ，所以需要時鐘脈沖在 2S 內(nèi)產(chǎn)生 999 個脈沖，即時鐘脈沖周期為 ≈2ms。從圖 43 可知：T (45)mAt21??如果選定脈沖占空比 為 ，可得：q (46) (47)st..?? (48)??從圖 43 可以看出，當(dāng) C2 上電壓達到 2VDD/3 時，流過 R4，Rp 的電流最小，所以 432minRpVDIR??哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ）13 (49))4(3RpVD??取 ,? (410)??? (411))4(???又因為 ??????(412)故 ???Kp156..716取標(biāo)稱值 。,.5K24為了調(diào)整電路方便, 可選用 的電位器。R 控制電路控制電路的主要功能是根據(jù)被測電容 的容量大小與其成正比的控制脈XC沖寬度。實現(xiàn)的方法有多種，如用多諧振蕩器，利用 作為振蕩電容從而影X響振蕩周期，產(chǎn)生出對應(yīng)的控制脈沖；在如采用單穩(wěn)態(tài)電路，由 影響暫穩(wěn)XC態(tài)的時間，從而形成對應(yīng)寬度的控制脈沖。這里著重介紹由單穩(wěn)態(tài)組成的控制電路。圖 44 所示單穩(wěn)態(tài)控制電路的原理圖。該電路工作原理如下：當(dāng)被測電容 接到電路中之后，只要按一下微動開關(guān) S，電源電壓 VDDXC經(jīng)微分電路 C1﹑R2 和反相器送給 555 定時器的觸發(fā)端②一個負(fù)脈沖信號，使單穩(wěn)態(tài)電路由穩(wěn)態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)，其輸出端③由低電平變?yōu)楦唠娖健Ｔ摳唠娖娇刂崎l門電路使時鐘脈沖信號通過，送入計數(shù)器計數(shù)。暫穩(wěn)態(tài)的時間，然后單穩(wěn)態(tài)電路又回到暫穩(wěn)態(tài)，其輸出端③變?yōu)榈碗娖剑瑥腦WRT1.?而封鎖閘門、停止計數(shù)?？梢姡刂泼}沖寬度 與 成正比，如果 R1 固WTXCR1哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ）14定不變，則計數(shù)時鐘脈沖的個數(shù)將與 的容量值成正比。因此，可以達到測XC電容量的要求。單穩(wěn)態(tài)控制電路的工作波形如圖 45 所示，其中反相器采用的是 CC4069 芯片來實現(xiàn)的，詳細(xì)內(nèi)容見 。 圖 44 單穩(wěn)態(tài)控制電路原理圖 圖 45 單穩(wěn)態(tài)控制電路的工作波形 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點第一，它有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)狀態(tài)；第二，在外來觸發(fā)脈沖的作用下，能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)狀態(tài)；第三，暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時間后，將自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)，而暫穩(wěn)狀態(tài)時間的長短，與觸發(fā)脈沖無關(guān)，僅決定R118KR210KR31KC11uFCXSVDDVDD13245687NE555G1CC4069信信信信哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ）15與電路本身的參數(shù)。這種電路在數(shù)字系統(tǒng)和裝置中，一般用于定時（產(chǎn)生一定寬度的方波） 、整形（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、幅度都相等的脈沖）以及延時（將輸入信號延時一定時間之后輸出）等。如圖 44 所示是用 555 定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。RCX 是定時元件； 是輸入觸發(fā)信號，下降沿Iu有效，加在 555 的 端（②腳） ； 是輸出信號（③腳） 。TROu 單穩(wěn)態(tài)控制電路工作原理：無觸發(fā)信號即 為高點平時，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)—— =0， =1，Iu Q為低電平， 飽和導(dǎo)通。若接通電源后， ，555 定時器基本 RS 觸OuDTIHIUu?發(fā)器是處于 0 狀態(tài)，即 =0， = 、 飽和導(dǎo)通，則這種狀態(tài)將QODT保持不變。 若接通電源后， ，555 定時器基本 RS 觸發(fā)器是處于 1 狀態(tài)，即IHIUu?=1， =0、 、 截止，則這種狀態(tài)是不穩(wěn)定的，經(jīng)過一段時間之QODT后，電路會自動地返回到穩(wěn)定狀態(tài)。因為 截止，電源 VDD 會通過 R1 對DT進行充電， 將漸漸升高，到 上升到 2VDD/3 時，比較器 A1 輸出XCCuHC0，將基本 RS 出發(fā)器復(fù)位到 0 狀態(tài)， =0、 = 、 飽和導(dǎo)通，QOLUu?DT電容 通過 迅速放電，使 ,即電路返回到穩(wěn)定。DT?2. 下降沿觸發(fā)uI當(dāng) 下降沿到來時,電路被觸發(fā),立即由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài) = =0、Q、 截止。因為 由高點平跳變到低點平時，比較器 A2 的輸UOH?DUuTRI出跳變?yōu)?0，基本 RS 觸發(fā)器立即被置成 1 狀態(tài)，即暫穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)期間，電路中有一個定時電容 充電的漸變過程，充電回路XC地，時間常數(shù)為 。電容上電壓 上升到?XCRV11??UuTHC?2VDD/3 以前，顯然電路將保持暫穩(wěn)態(tài)不變。（暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束）時間哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ）16隨著 充電過程的進行， 逐漸升高，當(dāng) 上升到 2VDD/3XCTHCu?THCu?時，比較器 A1 輸出 0，立即將基本 RS 觸發(fā)器復(fù)位到 0 狀態(tài)，即 =0、 =Q、 飽和道通，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。OLUu?DT當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，定時電容 將通過飽和導(dǎo)通的晶體三極管 放電，時X DT間常數(shù)為 ,( 是 的飽和導(dǎo)通電阻，很小)，經(jīng) 3～5t 2后，XCESRt2CESDT放電完畢， ，恢復(fù)過程結(jié)束。結(jié)束后，電路返回到穩(wěn)定狀態(tài)，X0?THu單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又可接收新的輸入觸發(fā)信號。 RC 微分電路微分電路是脈沖電路中常用的一種波形變換電路，它能把矩形脈沖波變換成寬度很窄的一對正負(fù)尖峰脈沖波。而在本電路中只需要正尖峰脈沖。1. 電路組成RC 微分電路的組成，如圖 46(a)所示。電路應(yīng)具有如下條件：（1）輸出信號取 RC1 電路的電阻 R2 的兩端。即 uRO?（2）電路的時間常數(shù) 應(yīng)遠(yuǎn)小于輸入的矩形波脈沖寬度 。即? tW tW通常，當(dāng) ≤1 /5 時，可認(rèn)為滿足上述條件。?2. 工作原理圖 46(b)～(d)是微分電路的工作波形圖。 其工作原理如下：設(shè)輸入信號 為矩形波，幅度為 ，脈寬為 。IumVPt（1）當(dāng) ＜ 時， , 。t10?IOu（2） 是的瞬間， 由 0 突變?yōu)?,立即有充電電流通過 C1 和 R2。?從圖 46（a）可知， ,由于電容電壓 不能突變，此時 仍為CI?CuCu0，故有 ，即輸出電壓 由 0 跳變?yōu)?。mIOVum哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ）17（3）在 t1～t2 期間，輸入電壓保持 不變，由于電路時間常數(shù)IumV很?。? ） ，所以,電容 C1 被迅?Pt速充電， 上升很快。而輸出電壓C則迅速下降。在 之前，IO??2t?很快達到 ,而 也迅速下降為umOu0，形成一個負(fù)的尖峰脈沖波。（4）在 時刻， 從 跳變2tImV到 0，由于電容兩端電壓不能突變，仍為 。所以，CumV。Io??（5）在 時刻以后，同樣因為電2t路時間常數(shù) 很小，電容迅速放電，?很快由 上到 0，形成一個負(fù)的Oum尖峰脈沖波。以后當(dāng)?shù)诙€矩形脈沖輸入時，將重復(fù)上述過程。每輸入一個矩形脈沖，在輸出端就得到一對正負(fù)相間的尖峰波。3. 電路的特點RC 微分電路的輸出脈沖反映了輸入脈沖的變化部分，即反映 在 和Iu1t時刻的跳變，此時輸出電壓幅度最大；而在 ～ 期間，輸入電壓保持不變，2t 1t2輸出電壓基本為 0。概括地說，微分電路對輸入脈沖起到“突出變化量，壓低恒定量”的作用。 CC4069 六反相器CC4069 內(nèi)部是由六個獨立的通道輸入、輸出反相器單元電路構(gòu)成的。其邏輯關(guān)系的特點是：當(dāng)輸入端為低電平時，輸出端為高電平；當(dāng)輸入端為高電平時，輸出端為低電平。R210KC1 1uF+ ++ uu uI OC(a)圖 46 微分電路的工作原理與工作波形哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ）181. CC4069 的外引腳圖及邏輯符號圖 47 CC4069 的芯片引腳排列2. 工作條件（見表 42）表 42 CC4069 的工作條件3. 最大決定額定值（見表 43）1Y6335562Y AY341234567 81 41 31 21 11 09V S SD DVAAYYYAAAC C 40 6 914哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ）19表 43 CC4069 的最大絕對額定值注:所有電壓值均以 VSS 管腳為基準(zhǔn)。4. 簡要說明 （1）VDD=10V、傳輸延遲時間為 30ns。（2）標(biāo)準(zhǔn)對稱輸出特性。（3）在全溫度范圍內(nèi)，VDD=18V 時，最大輸入電流為 1uA。（4）VDD=20V 時，對靜態(tài)電流 100%測試。（5）電路參數(shù)分別在 VDD=5V、10V、15V 時測試。（6）所有輸入、輸出、電源端均有保護網(wǎng)絡(luò)。（7）在全溫度范圍內(nèi)噪聲容限：VDD=5V 時，1V； VDD=10V 時，2V； VDD=15V 時。 主要參數(shù)的估算 Wt由工作原理分析知道，輸出脈沖寬度是等于暫穩(wěn)態(tài)時間的，也就是定時電哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ）20容 的充電時間。由圖 45 所示工作波形不難看出： ,XC ??0??Cu, ,代入 RC 電路過度過程計算公式?？傻茫??VDu????VDtuWC32? ??WCtut???0ln1? VDRX32l? (413)式 413 告訴我們，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度 僅決定與定時元件WtR 的取值，與輸入觸發(fā)信號和電源電壓無關(guān)，調(diào)節(jié) 、 即可改變 。XC RXCWt恢復(fù)時間 ，就是暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，定時電容 經(jīng)飽和導(dǎo)通的晶體三極管ret X放電的時間，一般取 ～5 ，即認(rèn)為經(jīng)過 3～5 倍時間常數(shù)電容就放DT3?ret2?電完畢。由于 ，而 很小，所以 極短。XCESR2?CESret maxf若輸入觸發(fā)信號 是周期為 的連續(xù)脈沖時，為了保證單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能IuT夠正常工作，不難理解，應(yīng)滿足下列條件： （414）reWt??即 周期的最小值 應(yīng)為 ，即IuminTret （415）reWt?in因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最高工作頻率應(yīng)為 （416）reWtTf?1minax哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學(xué) 華 德 應(yīng) 用 技 術(shù) 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ）21一個應(yīng)該注意的問題:在圖 44 所示電路中，輸入觸發(fā)信號 的脈沖寬度（ 的時間） ，IuILIUu?必須小于電路輸出