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电路设计->光电电路图->其他光电实用电路图->CMOS多谐振荡器的制作

CMOS多谐振荡器的制作

作者:dolphin时间:2016-09-20

  一、电路及工作原理
  
  电路见下图。74HCOO为四一二输入端与非门。
  
  如果将二输入端与非门的一个输入端接高电平,或者将两个输入羰短接,则其输出便与余下的一个输入端或两个短接的输入端反相,相当于一个反相器。在下图所示电路中,设ICIA的①脚、ICIB的⑤脚为高电平(Kl按下,K2断开),则ICIA可看作②脚输入③脚输出、可看作ICIB④脚输入⑥脚输出的反相器,其传输特性如右图所示。由于Rl的负反馈作用,如果②脚电压较低,③脚输出高电压,则通过Rl把②脚电平拉高;如果②脚电压较高、③脚输出低,则通过Rl把②脚电平拉低,结果折衷停在中心点C。输出100%反馈到输入,相当于把左下三角形部分按照虚线折到右上角。虚线与传输特性的交点C就是反相器的工作点,约等于1/2VCC。C点位于传输特性的陡坡中心。本例中,74HCOO输入变化ImV,输出变化高达1V。
  
  由于IC1③脚和④脚连按,其⑥脚输出的信号与②脚同相但幅度放大。图中Cl起正反馈作用。只要②脚电压有微小的波动,如提高0.1mV,则③脚电压降低lOOmV,再经ICIB反相,⑥脚输出电压升高大于1V,此电压变化通过Cl送回②脚,使②脚电压继续升高,直至VCC+0.7V。这时,IC1内部的保护二极管导通,使输入电压不能高,反相器工作点停在右图的D点。D点位于传输特性的水平线上,输入变化几乎不影响输出。此时,IC1的②脚为高电平,③脚为低电平,⑥脚为高电平。电阻Rl接在②、③脚之间。③脚是输出端,内阻很低,②脚是输入端,内阻极高。②高③低的电位差使得Rl上的电流I的方向如左图所示,放电的起始电压为VCC+0.7V,放电的最终电压为OV。

  实际放电到C点(1/2VCC)附近,就停止了。放电从VCC+O.7V到1/2VCC约需1.1RICl=1.1×(2.2×l0(6))×(0.1×10(-6)≈0.25s。
  
  这时,②脚变低,经过ICIA反相放大→③脚变高→ICIB反相放大→⑥脚快速变低→C1→②脚。正反馈作用持续到②脚电压降至-0.7V。这时IC1内部的保护二极管导通,使输入电压不能低,反相器工作点停在E点。E点在传输特性的水平线上,输入变化几乎不影响输出。此时的状态是②低、③高、⑥低。Rl对Cl充电。充电起始电压为-0.7V,充电最终电压为VCC。
  
  充电从0.7V到1/2VCC约需1.1RICl=0.25s,然后就停止充电,进入正反馈,转向工作点D。实际上,电路工作在D、E状态的时间长,经过C的时间很短,故输出是个方波,一个周期约0.5s。方波比正弦波谐波多,听起来比较悦耳。许多音乐片的输出信号就是由不同频率的等幅方波组成的。如果幅度能随音拍变化,就更好听了。同理,ICIC的(13)脚=高,ICID⑨、⑩并接,也可以看作两个反相器,产生周期为0.5ms的方波振荡。也就是2kHz。因为蜂鸣器的谐振频率在2kHz左右时电一声转换效率最高,听起来最响。
  
  选择电容lOOOpF时电阻约为250kΩ,下图中将500kΩ电位器调到中心位置附近可找音量最大点。R2也可用240kΩ~270kΩ固定电阻试试。
  
  因为蜂鸣器的电阻约40Ω,IC1的输出阻抗约lkΩ,故IC1不能直接驱动蜂鸣器,所以要经过Ql进行电流放大。ICIC⑧脚输出高电平3V,Ql基极导通时电压为0.7V,R3=1Ω,Ql基极电流为(3-0.7)/lk=2.3mA,Ql1放大倍数为50,集电极电流115mA。而40Ω蜂鸣器只需70mA驱动,两端电压达2.8V。那么115-70=45mA的电流又到哪里去呢了?Ql放大倍数为50,是指Q1在线性放大区内Ic/IB,到了饱和区,IG/IBF降,这时Ql的管压降很低。
  
  与非逻辑的控制作用:IClA的①脚平时通过R4接地,③脚输出恒高,④脚=③脚,⑥脚输出恒低。(13)脚=⑥脚=低,⑧脚为低,蜂鸣器不响。整个电路耗电极小。
  
  Kl按下后,(13)脚高电平,IC1D、IClC产生2Hz的方波,控制ICID(13)脚,(13)脚为高电平时,ICID、ICIC产生2kHz方波通过R3、Ql驱动蜂鸣器;当(13)脚为低电平时,ICID、ICIC停振,⑧脚输出低电平,Ql关断。从而使蜂鸣器发出每秒2次的断续嘀一嘀声。IClB⑤脚平时通过R5接高,正常工作,K2按下后,⑤脚为低,ICIA、ICIB停振。(13)脚=⑥脚恒高,蜂鸣器发出持续的嘀声。

CMOS多谐振荡器电路

  二、通用电路板的装配
  
  在装配时不管元件有多少,在往电路板上插元件前要仔细规划一下,应尽量避免连线交错。
  
  如下图所示,IC1的引脚排列时从缺口开始逆时针方向数,下方7只脚依次为①脚~⑦脚,R1靠近①脚~③脚,C1靠近⑥脚,⑦脚为地,⑦脚靠近R4、K2、Ql的E极。上方7只脚为(8)~(14)脚,R2靠近(13)~(11)脚,C2、R3靠近⑧脚,Ql的B极靠近R3,BP靠近Ql的C极……。这样布局后,以IC1为中心,上下用裸铜线或电阻脚在通用电路板平面上放射状连出,连线基本上可以不交错。检查时,也同样以IC1为中心,一个脚一个脚查。
  
  三、调试元件
  
  全部安装完毕后,不忙加电试,先在电源+与试验板VCC之间串一只电流表,正常情况下,电流极小。如电流大于500μA且不稳定,说明有输入端悬空、虚焊的情况。可以这样检查:人体接触改锥金属部分,用改锥头依次碰1C1各脚,若电流变化明显,说明该脚接线有问题。如果电流正常,则将电流表置于100mA(200mA)挡,按下Kl电流有变化而不响的,查R3、Ql、BP;按下Kl电流很小而不响的,查IC1。
  
  1.查BP,用镊子瞬间短路Ql的C、E极,电流有变化,蜂鸣器应有“卡-吧”声。如果没有,说明BP坏或线未连上。2.查晶体管,在R3靠近IC1端用镊子瞬间接VCC或地,来回接,蜂鸣器有应“卡-吧”声。如果没有,说明晶体管坏、接反或线未连上(瞬间短路一般不会损坏lC)。3.查IC1,按下K2,用数字万用表量电压,IC1的(8)~(12)脚都应当不高不低。比如,在3V电池的情况,测量值约1.5V。如果⑧恒低,(9)、(10)、(11)脚恒高,如果(13)脚为高,说明K2按下起作用,(12)脚为低说明R2负反馈不起作用。用红表笔短路(11)、(12)脚,黑笔接地,电压表显示不高不低,R2可能虚焊。如果(13)脚为低,说明K2按下不起作用,查⑥脚、⑤脚。⑤脚高,说明开关K2坏或未接好。⑥脚、⑤脚均低,说明IC坏或焊点短路到地。Kl按下时,⑥脚电压读数不稳定,一会儿大一会儿小,说明2Hz振荡正常;如果恒高或恒低,也可以红表笔短路②、③脚来查故障。Kl按下的检测方法以此类推。

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