【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 個(gè)比較器決定。兩個(gè)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(dāng) 5 腳懸空時(shí)，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(shí) 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(shí)器內(nèi)2部電路圖如圖 21 所示。 圖 21 555 定時(shí)器內(nèi)部電路圖它的各個(gè)引腳功能如下：1 腳：外接電源負(fù)端 或接地，一般情況下接地。SV8 腳：外接電源 ，雙極型時(shí)基電路 的范圍是 ~ 16V，CMOS 型時(shí)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(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論 TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0” ，該端不用時(shí)應(yīng)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?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，COV當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)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(shí)器時(shí)電容的放電。在 1 腳接地，5 腳未外接電壓，兩個(gè)比較器 、 基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，5551C2時(shí)基電路的功能表如表 21 示。表 21 555 時(shí)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(dǎo)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(dǎo)通 清零 555 定時(shí)器構(gòu)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(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)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(duì)電容 C 充電，其電壓 由 0 按指數(shù)規(guī)律上升。CV cu當(dāng) ≥2/3 時(shí)，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(shí)，放電管 導(dǎo)通，電容 C 經(jīng)電QovOLUDT阻 R2 和放電管 放電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。T隨著電容 C 的放電， 隨之下降。當(dāng) 下降到 ≤1/3 時(shí)，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(shí)，因 為 0，放電管 截止，電源 又經(jīng)電阻 RR2 對(duì)OLUOHQDT電容 C 充電。電路又返回前一個(gè)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(shí)間：T=(R1+R2)C （21） 輸出低電平時(shí)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(yīng)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(yīng)的受控裝置時(shí)，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?yàn)槊}動(dòng)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(qū)動(dòng)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(shí)，受控裝置中均有相應(yīng)的紅外光一電轉(zhuǎn)換元件，如紅外接收二極管等。實(shí)用中光電二極管已有紅外發(fā)射和接收配對(duì)的二極管。常見的紅外線發(fā)射二極管實(shí)物圖如圖 23 所示。 圖 23 紅外線二極管實(shí)物圖 紅外線發(fā)射電路紅外線發(fā)射電路由 555 定時(shí)器以及外圍電路、兩個(gè)紅外線發(fā)射二極管、供電電源構(gòu)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(qū)動(dòng)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(hào)接收放大電路設(shè)計(jì) 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(duì)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(shí)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(shí)，接收管收到反射回來的紅外光線才工作。在本設(shè)計(jì)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(hào)放大電路在測(cè)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(hào)的放大電路稱為測(cè)量放大電路，亦稱儀用放大電路。對(duì)于信號(hào)放大電路又有什么要求呢？可以總結(jié)為以下幾個(gè)特點(diǎn)：①輸入阻抗應(yīng)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(zhuǎn)換速率（無畸變的放大瞬態(tài)信號(hào)） ；⑥高輸入共模范圍（如達(dá)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(duì)于這些特點(diǎn)，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(diǎn)是:當(dāng)輸入端 A 為邏輯低電平“0”狀態(tài)時(shí)，輸出端 Y 為邏輯高電平 “1”狀態(tài)；當(dāng)輸入端 A 為邏輯低電平“1”狀態(tài)時(shí)，輸出端 Y 為邏輯高電平“0”狀態(tài)。由于非門只有一個(gè)輸入端，輸入信號(hào)只有兩種信號(hào)，它反映輸出對(duì)輸入否定的邏輯關(guān)系。非門邏輯輸出公式為：Y= （31）A如圖 32 所示為其邏輯符號(hào)及輸出波形。 1Y圖 32 非門的邏輯符號(hào)及輸出波形2. CMOS 門電路典型運(yùn)用時(shí)處理的是二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)， 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(shí)依然是需要時(shí)間的也就是說在“1”和“0”之間變換時(shí)有一個(gè)短暫的過渡過程。通過對(duì)比運(yùn)算放大器、小信號(hào)放大器和 CMOS 非門的轉(zhuǎn)移特性,我們可知: 它們是相當(dāng)相似的。運(yùn)算放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)在零點(diǎn),這是由其本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)與特性所決定的。小信號(hào)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)是通過其外部偏置電路所決定。CMOS 非門的靜態(tài)工作點(diǎn)也可通過其外部偏置電路決定。則用非門也可構(gòu)成交流放大器。如圖 334 所示為其轉(zhuǎn)移特性。 （a）小信號(hào)放大電路轉(zhuǎn)移特性 （b）運(yùn)放轉(zhuǎn)移特性圖 33 小信號(hào)放大電路及運(yùn)放轉(zhuǎn)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(gè)工作區(qū)域可知:CMOS 非門除其開關(guān)功能外,在高低電平的轉(zhuǎn)換過程中,存在一個(gè)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(hào)放大器和運(yùn)算放大器的傳輸特性相似,因此,只要使其的工作點(diǎn)處在線性區(qū),即 1/ 2 處,就能使非門在其工作點(diǎn)附近有小的輸入信號(hào)變化時(shí),輸出一個(gè)DV大的信號(hào)。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(diǎn)的合理設(shè)置,就可使 CMOS 非門構(gòu)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(gè)反饋電阻 R 將非門 D 工作點(diǎn)偏置于轉(zhuǎn)移特性曲線的中間，就構(gòu)成了一個(gè)線性模擬放大器。如圖 35 所示。i1fo圖 35 簡(jiǎn)單的門級(jí)放大器其工作點(diǎn)及輸入、輸出信號(hào)波形如圖 36 所示。圖 36 非門工作點(diǎn)及其信號(hào)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(yán)重。圖 37 是加入了負(fù)反饋的采用單個(gè)非門構(gòu)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(guān)。加入了負(fù)fRi反饋可以改 善放大器的失真，但由于單個(gè)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(fù)反饋的非門放大器一般非門構(gòu)成的放大器如圖 38 所示。 CF圖 38 單極非門構(gòu)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(gè)線性高增益區(qū),從而可對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行線性放大,其放大增益大約為 20～30 倍左右( =10M) 。FR在實(shí)際應(yīng)用中需要更高的增益時(shí),可采用如下圖所示的多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)使用,它是三個(gè)非門通過級(jí)聯(lián)構(gòu)成的一級(jí)線性交流放大器。 是反饋偏置電阻,它構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反FR饋,直流反饋穩(wěn)定了靜態(tài)工作點(diǎn),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(yīng)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(diǎn),可得出如圖所示三級(jí)非門構(gòu)成的交流放大器的電壓增益與運(yùn)放一樣,即 = / ,其中:電容 和 用于耦合信號(hào),同VAFRf 1C2時(shí)也有抑制寄生振蕩的功能。如圖 39 所示多級(jí)放大器的輸出電壓 Upp 值為電源電壓的 1/ 2 時(shí),有良好的線性性能。此放大器的頻率響應(yīng)約 20KHz,信噪比 SNR 約為 50dB。當(dāng)要求非門作為放大器輸出較大功率時(shí),可采用多個(gè)門并聯(lián)使用,以提高輸出功率。 C1RfFVio圖 39 三個(gè)非門級(jí)聯(lián)構(gòu)成的放大器3. 在本設(shè)計(jì)電路中，我們將采用由 CC4069 構(gòu)成的三級(jí)放大器。CC4069 型數(shù)字集成電路內(nèi)部集成了六個(gè)相互獨(dú)立的非門單元，它在非門應(yīng)用中最為廣泛。CC4069 采用標(biāo)準(zhǔn) 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(fù)腳 ，在實(shí)際接線中應(yīng)分別將它們接在電源的正端和負(fù)端。CC4069 中六個(gè)SV非門在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以只用一個(gè)、幾個(gè)或全部。使用時(shí)注意：如只用其中幾個(gè)非門，應(yīng)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(chǎng)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(gè)非門、一個(gè)反饋電阻、一個(gè)輸入電阻和兩個(gè)耦合電容構(gòu)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(hào)加在門級(jí)電路左端，再經(jīng)三個(gè)非門放大到門級(jí)電路右端，此時(shí)得到一個(gè)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)再經(jīng)反饋電阻到門級(jí)電路左端，再經(jīng)過三個(gè)非門放大，在門級(jí)電路右端又得到一個(gè)比之前的信號(hào)又強(qiáng)的信號(hào)，以此來循環(huán)，使原來的信號(hào)放大到一定程度，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大的作用。由上面的放大倍數(shù)公式可知，本設(shè)計(jì)放大倍數(shù)為 100 倍。因?yàn)?，紅外線發(fā)射電路發(fā)射的紅外信號(hào)頻率為 206Hz，所以，由紅外二極管接收的紅外信號(hào)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(gòu)成的三個(gè)非門級(jí)聯(lián)構(gòu)成的放大器第四章 音頻譯碼集成電路譯碼器是一個(gè)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(jìn)行“翻譯” ，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號(hào)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(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示，