【文章內(nèi)容簡介】 秒。 555 定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 外部元件的穩(wěn)定性決定了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的穩(wěn)定性， 555 定時(shí)器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。因此，這種形式的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用很廣。 本文的電路設(shè)計(jì)就是選用 555 定時(shí)器來構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 下文將詳細(xì)介紹 。 繼電器 及驅(qū)動(dòng)電路 繼電器是一種當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光、熱）達(dá)到一定值時(shí)，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動(dòng)控制器件。 當(dāng)輸入量 （ 如電壓、電流、溫度等 ） 達(dá)到規(guī)定值時(shí)，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的電器?？煞譃殡姎饬?（ 如電流、電壓、頻率、功率等 ） 繼電器及非電氣量 （ 如溫度、壓力、速度等 ） 繼電器兩大類。具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點(diǎn)。 繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測、通訊、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。 作為控制元件，概括起來， 繼電器有如下幾種作用： (1)擴(kuò)大控制范圍。例如，多觸點(diǎn)繼電器控制信號(hào)達(dá)到某一定值時(shí)，可以按觸點(diǎn)組的不同形式，同時(shí)換接、開斷、接通多路電路。 (2) 放大。例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個(gè)很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。 (3) 綜合信號(hào)。例如，當(dāng)多個(gè)控制信號(hào)按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時(shí)，經(jīng)過比較綜合，達(dá)到預(yù)定的控制效果。 (4)自動(dòng)、遙控、監(jiān)測。例如，自動(dòng)裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行 [5]。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁 多 諧 振蕩 電路 一種阻容耦合式的矩 形波發(fā)生器，簡稱多諧振蕩器。它因振蕩波形中含有豐富的諧波而得名。在習(xí)慣上，人們只將阻容耦合式的矩形波發(fā)生器稱為多諧振蕩器，而把采用變壓器耦合的強(qiáng)反饋振蕩器稱為間歇振蕩器。 多諧振蕩器無須外界觸發(fā)即能直接產(chǎn)生矩形波，電路也較簡單，所以在脈沖和數(shù)字系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。這種振蕩電路之所以能產(chǎn)生矩形波，主要是因?yàn)椋?① 電路中有很強(qiáng)的正反饋，各極電壓能快速變化并使晶體管進(jìn)入較深的截止或飽和狀態(tài)； ② 電路中一般沒有選擇性很強(qiáng)的諧波濾除電路（或至少在輸出端上沒有），輸出信號(hào)中諧波成分十分豐富。 傳統(tǒng)的多諧振蕩器是由兩級(jí)倒相 放大器經(jīng)電阻電容耦合并連接成正反饋環(huán)路構(gòu)成。它的工作過程與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器相似，所不同的是多諧振蕩器的兩個(gè)狀態(tài)都是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，因而不需要任何外加觸發(fā)脈沖便能不停地產(chǎn)生矩形波。無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器是一種簡單的振蕩電路。它不需要外加激勵(lì)信號(hào)就便能連續(xù)地、周期性地自行產(chǎn)生矩形脈沖 。 該脈沖是由基波和多次諧波構(gòu)成，因此稱為多諧振蕩器電路。多諧振蕩器可以由三極管構(gòu)成，也可以用 555 定 時(shí)器 或者通用門電路等來構(gòu)成 [6]。 計(jì)數(shù)器及 顯示電路 CD4017 是 5 位 Johnson 計(jì)數(shù)器，具有 10 個(gè)譯碼輸出端， 3 個(gè) 輸入端。時(shí)鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖上升和下降時(shí)間無限制。 Disable 為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)；反之，計(jì)數(shù)功能無效。 Reset 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。 Johnson 計(jì)數(shù)器，提供了快速操作、 2 輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出。防鎖選通，保證了正確的計(jì)數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對(duì)應(yīng)時(shí)鐘周期內(nèi)保持高電平。每 10 個(gè)時(shí)鐘 完成一次進(jìn)位，并用作多級(jí)計(jì)數(shù)鏈的下級(jí)脈動(dòng)時(shí)鐘。 CD4017 提供了 16 引線多層陶瓷雙列直插 (D)、熔封陶瓷雙列直插 (J)、塑料雙列直插 (P)和陶瓷片狀載體 (C)4 種封裝形式。 實(shí)物圖 如圖 (a)。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 （ａ） 實(shí)物圖 （ｂ） 管腳圖 圖 CD4017 實(shí)物圖及管腳圖 CD4017 內(nèi)部是除 10 的計(jì)數(shù)器及二進(jìn)制對(duì) 10 進(jìn)制譯碼電路。 CD4017 有 16 支腳，引腳功能圖如 圖 (b)所 示 ， 除電源腳 VDD 及 VSS 為電源接腳，輸入電壓范圍為 3–15V之外， 1 腳：第 5 輸出端 2 腳：第 1 輸出端 3 腳：第 0 輸出端，電路清零時(shí)，該端為高電平 4 腳：第 2 輸出端 5 腳：第 6 輸出端 6 腳：第 7 輸出端 7 腳：第 3 輸出端 8 腳：電源負(fù)極 9 腳：第 8 輸出端 10 腳：第 4 輸出端 11 腳：第 9 輸出端 12 腳：級(jí)聯(lián)進(jìn)位輸出端，每輸入 10 個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，就可以得到一個(gè)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào) 13 腳：時(shí)鐘輸入端，脈沖輸入端，脈沖下降沿有效 14 腳 ：時(shí)鐘輸入端，脈沖上升沿有效 15 腳：清零輸入端，在該管腳加高電平或正脈沖時(shí)， CD4017 計(jì)數(shù)器中，各計(jì)數(shù)單元輸出低電平 “0”，在譯碼器中，只有對(duì)應(yīng) “0”狀態(tài)的輸出端 3 腳為高電平 16 腳：電源正極，可以使用 3～ 18V直流電源供電 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 3 電路設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)方案分析后的方框圖，分別對(duì)方框圖中各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 555 定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 [1] 。 (a) 555 構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (b)輸出波形 圖 555 構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 及其波形 圖 (a)為由 555 定時(shí)器和外接定時(shí)元件 R、 C 構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 D 為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時(shí) 555 電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開關(guān)管 T 導(dǎo)通，輸出端 Vo 輸出低電平，當(dāng)有一個(gè)外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號(hào)加到 Vi 端。并使 2 端電位瞬時(shí)低于 1/3VCC，低電平比較器動(dòng)作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個(gè)穩(wěn)態(tài)過程，電容 C 開始充電， Vc 按指數(shù)規(guī)律增長。當(dāng) Vc 充電到 2/3VCC時(shí)，高電平比較器動(dòng)作，比較器 A1 翻轉(zhuǎn)，輸出 Vo 從高電平返回低電平，放電開關(guān)管 T 重新導(dǎo)通，電容 C 上的電荷很 快經(jīng)放電開關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)定，為下個(gè)觸發(fā)脈沖的來到作好準(zhǔn)備。波形圖 如 見 圖 (b)所示 。 暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間 Tw（即為延時(shí)時(shí)間）決定于外接元件 R、 C 的大小。 RC? 通過改變 R、 C 的大小，可使延時(shí)時(shí)間在幾個(gè)微秒和幾十分鐘之間變化。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計(jì)時(shí)器時(shí)，可直接驅(qū)動(dòng)小型繼電器，并可采用復(fù)位端接地的方法來終止暫態(tài)，重新計(jì)時(shí)。此外需用一個(gè)續(xù)流二極管與繼電器線圈并接，以防繼電器線圈反電勢損 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 9 頁 壞內(nèi)部功率管。 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 繼電器驅(qū)動(dòng)用 NPN 晶體 管驅(qū)動(dòng) 如 圖 所示 ，當(dāng)晶體管 T1基極被輸入高電平時(shí)，晶體管飽和導(dǎo)通，集電極變?yōu)榈碗娖?，因此繼電器線圈導(dǎo)通，觸點(diǎn) RL1吸合。當(dāng)晶體管T1基極被輸入低電平時(shí)，晶體管截止，集電極變?yōu)楦唠娖?，因此繼電器線圈斷電，觸點(diǎn)RL1斷開。 圖 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 電路中各元件作用如下： 晶體管 T1可視為控制開關(guān)，一般選取 Vce 大于 2 到 3 倍繼電器線圈驅(qū)動(dòng)電壓， Ice大于 2 到 3 倍繼電器線圈驅(qū)動(dòng)電流。 R1為三極管限流電阻， R1阻值根據(jù)加在 R1上電壓、β、 Ice 來決定。 電阻 R2保證晶體管 T1可靠截止，因?yàn)榕c R1構(gòu)成分壓 ，應(yīng)保證積極電壓使三極管飽和導(dǎo)通。 D1為繼電器線圈斷開時(shí)的續(xù)流二極管，抑制浪涌，一般選用 IN400X、 IN4148均可 [3]。 多諧振蕩電路 多諧振蕩器可以由三極管構(gòu)成，也可以用 555 定時(shí)器 或者通用門電路等來構(gòu)成。用兩只三極管組成的多諧振蕩器，通常叫做三極管無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 [10]。 自激多諧振蕩器也叫無穩(wěn)態(tài)電路 。 兩管的集電極各有一個(gè)電容分別接到另一管子的基極 ， 起到交流耦合作用 ， 形成正反饋電路 ， 當(dāng)接通電源的瞬間 ， 某個(gè)管子先通 ， 另一 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 只管子截止 ,這時(shí) ， 導(dǎo)通管子的集電集有輸出 ， 集電極的電容將脈沖信號(hào)耦合 到另一只管子的基極使另一只管子導(dǎo)通 。 這時(shí)原來導(dǎo)通的管子截止 .這樣兩只管子輪流導(dǎo)通和截止 ,就產(chǎn)生了震蕩電流 。 無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器是一種簡單的振蕩電路。它不需要外加激勵(lì)信號(hào)就便能連續(xù)地、周期性地自行產(chǎn)生矩形脈沖 。 該脈沖是由基波和多次諧波構(gòu)成，因此稱為多諧振蕩器電路。 圖 三極管多諧振蕩電路 下面我們將簡要分析該電路的工作原理： 圖 所示為結(jié)型晶體管自激或稱無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路。它基本上是由兩級(jí) RC藕合放大器組成，其中每一級(jí)的輸出藕合到另一級(jí)的輸入。各級(jí)交替地導(dǎo)通和