【文章內(nèi)容簡介】 個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 的1C同相輸入端的電壓為 2 /3 ， 的反相輸入端的電壓為 若觸發(fā)輸入端 TR 的CV2 CV電壓小于 1/3 ，則比較器 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 =1。C Ov如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2/3 ，同時 TR 端的電壓大于 1/3 ，則 的C C1輸出為 0， 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。555 定時器內(nèi)2部電路圖如圖 21 所示。 圖 21 555 定時器內(nèi)部電路圖它的各個引腳功能如下：1 腳：外接電源負端 或接地，一般情況下接地。SV8 腳：外接電源 ，雙極型時基電路 的范圍是 ~ 16V，CMOS 型時基電路CVCV的范圍為 3 ~ 18V。一般用 5V。CV3 腳：輸出端。2 腳：低觸發(fā)端。6 腳：高觸發(fā)端。4 腳：是直接清零端。當此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論 TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0” ，該端不用時應接高電平。5 腳： 為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準電壓，COV當該端不用時，應將該端串入一只 電容接地，以防引入干擾。7 腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。在 1 腳接地，5 腳未外接電壓，兩個比較器 、 基準電壓分別為的情況下，5551C2時基電路的功能表如表 21 示。表 21 555 時基電路功能表清零端 高觸發(fā)端 TH 低觸發(fā)端 TRQ 放電管 DT功能0 x x 0 導通 直接清零1 ＜2／3 CV＞1／3 Cx 保持上一狀態(tài) 保持上一狀態(tài)1 ＜2／3 ＜1／3 1 截止 置 11 ＞2／3 ＞1／3 0 導通 清零 555 定時器構成多諧振蕩器多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。如圖 22 為多諧振蕩器電路及其工作波形。 圖 22 多諧振蕩器和工作波形接通電源 后， 經(jīng)電阻 R1 和 R2 對電容 C 充電，其電壓 由 0 按指數(shù)規(guī)律上升。CV cu當 ≥2/3 時，電壓比較器 和 的輸出分別為 =0、 =1，基本 RS 觸發(fā)器被cuD 1cv2置 0，Q=0、 為 1，輸出 躍到低電平 .與此同時，放電管 導通，電容 C 經(jīng)電QovOLUDT阻 R2 和放電管 放電，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。T隨著電容 C 的放電， 隨之下降。當 下降到 ≤1/3 時，則電壓比較器 和cucucCV1的輸出為 = =0，基本 RS 觸發(fā)器被置 1，Q= 為 0，輸出 由低電平21cv2 Qov躍到高電平 。同時，因 為 0，放電管 截止，電源 又經(jīng)電阻 RR2 對OLUOHQDT電容 C 充電。電路又返回前一個暫穩(wěn)態(tài)。因此，電容 C 上的電壓 將在 2/3 和 1/3cuCV之間來回 充電和放電，從而使電路產(chǎn)生了振蕩，輸出矩形脈沖。經(jīng)分析可得： V輸出高電平時間：T=(R1+R2)C （21） 輸出低電平時間：T= （22） 振蕩周期：T=(R1+2R2)C （23） 發(fā)光二極管常用的紅外發(fā)光二極管，其外形和發(fā)光二極管 LED 相似，發(fā)出紅外光。管壓降約，工作電流一般小于 20mA。為了適應不同的工作電壓，回路中常常串有限流電阻。 發(fā)射紅外線去控制相應的受控裝置時，其控制的距離與發(fā)射功率成正比。為了增加紅外線的控制距離，紅外發(fā)光二極管工作于脈沖狀態(tài)，因為脈動光（調(diào)制光）的有效傳送距離與脈沖的峰值電壓成正比，只需盡量提高峰值 Ip，就能增加紅外光的發(fā)射距離。提高 Ip 的方法，是減小脈沖占空比，即壓縮脈沖的寬度 T，一些彩電紅外遙控器，其紅外發(fā)光管的工作脈沖占空比約為 1/31/4；一些電器產(chǎn)品紅外遙控器，其占空比是1/10。減小脈沖占空比還可使小功率紅外發(fā)光二極管的發(fā)射距離大大增加。常見的紅外發(fā)光二極管，其功率分為小功率(1mW10mW) 、中功率（ 20mW50mW)和大功率（50mW100mW 以上) 三大類。要使紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生調(diào)制光，只需在驅動管上加上一定頻率的脈沖電壓。 用紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外線去控制受控裝置時，受控裝置中均有相應的紅外光一電轉換元件，如紅外接收二極管等。實用中光電二極管已有紅外發(fā)射和接收配對的二極管。常見的紅外線發(fā)射二極管實物圖如圖 23 所示。 圖 23 紅外線二極管實物圖 紅外線發(fā)射電路紅外線發(fā)射電路由 555 定時器以及外圍電路、兩個紅外線發(fā)射二極管、供電電源構成。電路圖如圖 24 所示。圖 24 紅外線發(fā)射電路按下按鈕 SB，電路起振，振蕩電流由 3 腳輸出驅動兩只紅外發(fā)光二極管VLVL2向外發(fā)射紅外光線。又 RP 為可調(diào)電阻，其最小振蕩頻率為 0，其最大振蕩頻率=1/T=1/(R1+2R2)C=206Hz。f第三章 信號接收放大電路設計 紅外接收方式紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射式指發(fā)光管和接收管相對安放在發(fā)射與受控物的兩端，中間相距一定距離；反射式指發(fā)光管與接收管并列一起，平時接收管始終無光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光線遇到反射物時，接收管收到反射回來的紅外光線才工作。在本設計電路中，我們采用直射式。接收方式如圖 31 所示。 （a）反射式 （b）直射式圖 31 紅外線接收方式 信號放大電路在測量控制系統(tǒng)中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓，電流或電荷信號的放大電路稱為測量放大電路，亦稱儀用放大電路。對于信號放大電路又有什么要求呢？可以總結為以下幾個特點：①輸入阻抗應與傳感器輸出阻抗相匹配；②一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益；③低噪聲；④低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移；⑤足夠的帶寬和轉換速率（無畸變的放大瞬態(tài)信號） ；⑥高輸入共模范圍（如達幾百伏）和高共模抑制比；⑦可調(diào)的閉環(huán)增益；⑧線性好、精度高；⑨成本低。相對于這些特點，我們這里采用 CC4069 六非門數(shù)字集成電路。，它是執(zhí)行邏輯反相功能的電路，其邏輯特點是:當輸入端 A 為邏輯低電平“0”狀態(tài)時，輸出端 Y 為邏輯高電平 “1”狀態(tài)；當輸入端 A 為邏輯低電平“1”狀態(tài)時，輸出端 Y 為邏輯高電平“0”狀態(tài)。由于非門只有一個輸入端，輸入信號只有兩種信號，它反映輸出對輸入否定的邏輯關系。非門邏輯輸出公式為：Y= （31）A如圖 32 所示為其邏輯符號及輸出波形。 1Y圖 32 非門的邏輯符號及輸出波形2. CMOS 門電路典型運用時處理的是二進制數(shù)字信號， 其輸入、 輸出端只有“1”或“0”兩種狀態(tài)。但電路狀態(tài)在兩者之間變換時依然是需要時間的也就是說在“1”和“0”之間變換時有一個短暫的過渡過程。通過對比運算放大器、小信號放大器和 CMOS 非門的轉移特性,我們可知: 它們是相當相似的。運算放大器的靜態(tài)工作點在零點,這是由其本身內(nèi)部結構與特性所決定的。小信號放大器的靜態(tài)工作點是通過其外部偏置電路所決定。CMOS 非門的靜態(tài)工作點也可通過其外部偏置電路決定。則用非門也可構成交流放大器。如圖 334 所示為其轉移特性。 （a）小信號放大電路轉移特性 （b）運放轉移特性圖 33 小信號放大電路及運放轉移特性圖 34 CMOS 非門輸出特性據(jù) CMOS 門的工作原理和其傳輸特性的五個工作區(qū)域可知:CMOS 非門除其開關功能外,在高低電平的轉換過程中,存在一個快速變換的線性過渡區(qū),在過渡區(qū)中間部分基本上呈線性狀態(tài),且與小信號放大器和運算放大器的傳輸特性相似,因此,只要使其的工作點處在線性區(qū),即 1/ 2 處,就能使非門在其工作點附近有小的輸入信號變化時,輸出一個DV大的信號。從而使非門具有良好的線性放大器的性能。為此,通過 CMOS 非門工作點的合理設置,就可使 CMOS 非門構成線性放大器。圖 35 所示，在非門 D 的輸出端與輸入端之間并接一個反饋電阻 R 將非門 D 工作點偏置于轉移特性曲線的中間，就構成了一個線性模擬放大器。如圖 35 所示。i1fo圖 35 簡單的門級放大器其工作點及輸入、輸出信號波形如圖 36 所示。圖 36 非門工作點及其信號波形圖 35 所示放大器工作于開環(huán)狀態(tài)，其放大倍數(shù)等于非門 D 的開環(huán)放大倍數(shù)，但電路失真嚴重。圖 37 是加入了負反饋的采用單個非門構成的放大器，R 為反饋電阻R 為輸入電阻，放大器的放大倍數(shù)與反饋電阻 與輸入電阻 的比值有關。加入了負fRi反饋可以改 善放大器的失真，但由于單個非門的開環(huán)增益有限，所以該放大器的放大倍數(shù)較小。 1V/2o圖 37 加入負反饋的非門放大器一般非門構成的放大器如圖 38 所示。 CF圖 38 單極非門構成的放大器其中 RF 是反饋偏置電阻 ,它是在其輸出端接一高值反饋電阻到輸入端 ,這樣非門就有一個線性高增益區(qū),從而可對交流信號進行線性放大,其放大增益大約為 20～30 倍左右( =10M) 。FR在實際應用中需要更高的增益時,可采用如下圖所示的多級放大器級聯(lián)使用,它是三個非門通過級聯(lián)構成的一級線性交流放大器。 是反饋偏置電阻,它構成電壓并聯(lián)負反FR饋,直流反饋穩(wěn)定了靜態(tài)工作點,交流反饋穩(wěn)定了增益,但降低了放大倍數(shù)。 的選擇規(guī)FR則一般應滿足 100 ≤ ≤(～) ,其中: 是非門的輸出電阻,一般為 8～15K。 ORFiORi 是非門的輸入電阻,一般為 M。 是外接電阻,它作為放大器的輸入電阻,一般可10f取幾十到幾百 K。在此 ,和 均可用于調(diào)節(jié)放大器的增益。f根據(jù)以上分析和已知的 CMOS 非門輸入、輸出特點,可得出如圖所示三級非門構成的交流放大器的電壓增益與運放一樣,即 = / ,其中:電容 和 用于耦合信號,同VAFRf 1C2時也有抑制寄生振蕩的功能。如圖 39 所示多級放大器的輸出電壓 Upp 值為電源電壓的 1/ 2 時,有良好的線性性能。此放大器的頻率響應約 20KHz,信噪比 SNR 約為 50dB。當要求非門作為放大器輸出較大功率時,可采用多個門并聯(lián)使用,以提高輸出功率。 C1RfFVio圖 39 三個非門級聯(lián)構成的放大器3. 在本設計電路中，我們將采用由 CC4069 構成的三級放大器。CC4069 型數(shù)字集成電路內(nèi)部集成了六個相互獨立的非門單元，它在非門應用中最為廣泛。CC4069 采用標準 DIP14 塑料封裝，其引腳排列如圖所示。圖中，第 14 腳為電源正腳 、第 7 腳DV為電源負腳 ，在實際接線中應分別將它們接在電源的正端和負端。CC4069 中六個SV非門在實際應用時可以只用一個、幾個或全部。使用時注意：如只用其中幾個非門，應將不使用的非門的輸入端全部接地或接電源正端，不得懸空，以防受外界電場干擾是邏輯功能混亂。CC4069 內(nèi)部電路圖如圖 310 所示。圖 310 CC4069 內(nèi)部電路圖下圖 311 所示放大器由 CC4069 的三個非門、一個反饋電阻、一個輸入電阻和兩個耦合電容構成，紅外線接收二極管在接收到紅外線發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光線后，經(jīng)電阻和電容耦合的信號加在門級電路左端，再經(jīng)三個非門放大到門級電路右端，此時得到一個信號，這個信號再經(jīng)反饋電阻到門級電路左端，再經(jīng)過三個非門放大，在門級電路右端又得到一個比之前的信號又強的信號，以此來循環(huán)，使原來的信號放大到一定程度，從而實現(xiàn)信號放大的作用。由上面的放大倍數(shù)公式可知，本設計放大倍數(shù)為 100 倍。因為，紅外線發(fā)射電路發(fā)射的紅外信號頻率為 206Hz，所以，由紅外二極管接收的紅外信號經(jīng)放大電路 100 倍放大以后，輸出的頻率為 。如圖 311所示。 圖 311 由 CC4069 構成的三個非門級聯(lián)構成的放大器第四章 音頻譯碼集成電路譯碼器是一個多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的作用是把給定的代碼進行“翻譯” ，變成相應的狀態(tài)，使輸出通道中相應的一路有信號輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉換、終端的數(shù)字顯示，