采用逐次電壓比較法實(shí)現(xiàn)脈沖序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，密集的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的安全問題越來越受到人們重視，所以在很多情況下，需要安裝警示燈或標(biāo)志燈，以提醒人們注意。

爆閃式信號(hào)燈與普通信號(hào)燈相比，因其體積小，且能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)出強(qiáng)光，信號(hào)傳遞效果好，因此具有更明顯的警示作用，可廣泛應(yīng)用于特種車輛（工程車、警車、消防車等）、道路交通、航空指示等場合，最大限度地避免了各種事故的發(fā)生。爆閃式信號(hào)燈工作時(shí)的閃亮間隔為0．5～1 s，由于人眼對閃亮間隔時(shí)間的微小變化不太敏感，所以廠家允許有10％～20％的誤差，而人對閃亮次數(shù)的改變卻很敏感，因此要求頻閃次數(shù)與設(shè)定次數(shù)必須一致。這種信號(hào)燈要求能控制不同的閃亮次數(shù)和停閃時(shí)間，因此具有多種工作模式，其控制模式由脈沖序列發(fā)生器來實(shí)現(xiàn)。要求電路簡單、運(yùn)行可靠。

現(xiàn)有的產(chǎn)品利用兩個(gè)定時(shí)電容和兩個(gè)振蕩器構(gòu)成，工作時(shí)把兩個(gè)振蕩器輸出的信號(hào)通過邏輯處理后獲得多種脈沖序列，因此要求兩個(gè)定時(shí)電容具有很高的精度和溫度特性。

由于爆閃式信號(hào)燈工作時(shí)的閃亮間隔為0．5～l s，因此采用的是較大容量的鉭電容或電解電容。由于電容容量的大小對溫度比較敏感，而爆閃式信號(hào)燈工作時(shí)內(nèi)部溫度變化范圍可達(dá)一30～100℃。為了穩(wěn)定工作，就必須保證兩個(gè)電容精度高、溫度特性一致，否則產(chǎn)生的脈沖序列的次數(shù)與設(shè)定值不同，而實(shí)際批量生產(chǎn)中無法做到兩個(gè)電容特性的完全一致，從而給批量生產(chǎn)帶來很多問題。

利用單電容定時(shí)，采用結(jié)構(gòu)特殊的電壓逐次比較的方法產(chǎn)生脈沖序列，可克服上述缺點(diǎn)。

文中提出的脈沖序列發(fā)生器由于采用雙向觸發(fā)二極管，因此電路簡單、無需低壓工作電源、抗干擾能力強(qiáng)、工作模式多、微功耗，特別適合于爆閃式信號(hào)燈。

1、 電壓逐次比較法的脈沖序列發(fā)生器工作原理

脈沖序列發(fā)生器工作原理波形，如圖l所示。利用單電容產(chǎn)生鋸齒波，然后在鋸齒波的不同電壓處用比較方法產(chǎn)生脈沖，因此只要比較電壓穩(wěn)定，輸出脈沖個(gè)數(shù)不變。圖l中可以看出電容變大或變小時(shí)，只改變脈沖間隔，而脈沖次數(shù)不變。

2、 單電容定時(shí)的脈沖序列發(fā)生器

脈沖序列發(fā)生器框圖，如圖2所示，主要由定時(shí)電容、保持電容、2個(gè)雙向觸發(fā)二極管、恒流源等部分組成。具體電路，如圖4所示。

2．1 雙向觸發(fā)二極管工作特性

雙向觸發(fā)二極管的工作特性曲線，如圖3所示。在VB0處被觸發(fā)后，內(nèi)阻迅速減少，如果維持電流《10 mA則自動(dòng)斷開。雙向觸發(fā)二極管DB3的VB0為33 V，回差電壓△V為7 V。利用此特性可組成比較點(diǎn)自動(dòng)改變的脈沖發(fā)生器。

2．2 鋸齒波發(fā)生器工作原理

圖4為整體電路圖，Q2、R5、C3組成恒流充電型鋸齒波發(fā)生器，因此C3為定時(shí)電容，要求精度較高，C2、C4、C5為輔助電容無高精度要求，C2只要求漏電小，可采用小容量獨(dú)石電容。恒流源對C4充電的電流取決于式（1）

R2、R3、R4和R8組成分壓網(wǎng)絡(luò)，通過S1、S2改變分壓比，設(shè)置不同的控制鋸齒波電壓的最大值，從而在2～4的范圍內(nèi)改變脈沖個(gè)數(shù)。C4、Q4、R10、Q5組成鋸齒波電壓的最大值控制器，如果D點(diǎn)的電壓達(dá)到33 V則Q5觸發(fā)導(dǎo)通，可控硅Q4導(dǎo)通，C3、C5的電壓迅速泄放，重新形成鋸齒波。

2．3 比較點(diǎn)自動(dòng)改變的脈沖發(fā)生器工作原理

C2、D1、Q3、R7、組成比較點(diǎn)自動(dòng)改變的脈沖發(fā)生器。開始時(shí)C2的電壓為0 V，因此當(dāng)A點(diǎn)的鋸齒波電壓達(dá)到33 V時(shí)（比較點(diǎn)1）Q3觸發(fā)導(dǎo)通，控制頻閃管的可控硅Q1導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)一次頻閃。此時(shí)由于C3和C5遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于C2（實(shí)驗(yàn)表明取10倍以上即可），因此C2迅速被充上Q3的回差電壓7 V后Q3截止。A點(diǎn)的鋸齒波電壓繼續(xù)上升，電壓達(dá)到33+7=40 V時(shí)（比較點(diǎn)2），Q3觸發(fā)導(dǎo)通C2迅速再充上7 V，此時(shí)C2的電壓為7+7=14 V，依此類推。因此比較點(diǎn)1、2、3、4的電壓分別是33V、40 V、47 V、54 V。A點(diǎn)的鋸齒波電壓達(dá)到設(shè)定的次數(shù)控制電壓時(shí)，Q4導(dǎo)通C3通過D2，C2通過D1迅速放電，重新開始下一個(gè)周期。

改變穩(wěn)壓管D2的穩(wěn)壓值可改變鋸齒波的起始點(diǎn)，從而改變第一個(gè)脈沖到來的時(shí)間T1。

2．4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由于定時(shí)時(shí)間為秒量級(jí)，觸發(fā)脈沖時(shí)間為微秒量級(jí)，因此觸發(fā)脈沖很難觀測到，所以用檢測被觸發(fā)后的頻閃管兩端的波形來代替觸發(fā)脈沖的波形。

圖5中脈沖數(shù)設(shè)定2次，上圖的定時(shí)電容C3為4．7μF，下圖的C3為4．7+2．2=6．9μF，改變量約為50％時(shí)實(shí)際測量的工作波形。

圖6中脈沖數(shù)設(shè)定4次，上圖的C3為4．7μF，下圖的C3為6．9μF時(shí)實(shí)際測量的工作波形。

可見電容C3的容量在50％范圍內(nèi)改變時(shí)，只是觸發(fā)脈沖間隔變化，而設(shè)定的次數(shù)不變，而且由于采用恒流充電方式，觸發(fā)次數(shù)從2～4時(shí)脈沖間隔時(shí)間幾乎一樣，如果改變分壓比可在1～8內(nèi)控制脈沖個(gè)數(shù)。

3 結(jié)束語

用一個(gè)電容和雙向觸發(fā)二極管并采用逐次電壓比較法形成脈沖序列，由于只用了一個(gè)電容，所以克服了傳統(tǒng)的脈沖序列發(fā)生器用2個(gè)電容進(jìn)行定時(shí)所產(chǎn)生的種種問題。

實(shí)驗(yàn)證明，采用雙向觸發(fā)二極管DB3組成的單電容脈沖序列發(fā)生器，無需提供低壓工作電源，直接利用頻閃用300 V高壓，整個(gè)電路在微功耗狀態(tài)下工作。

由于DB3的回差電壓為7 V，因此每一個(gè)比較點(diǎn)的電壓差較大有利于抗干擾。

采用這種電路時(shí)，即使定時(shí)電容C3的容量改變50％時(shí)，發(fā)生器也能準(zhǔn)確地輸出設(shè)定脈沖，只是時(shí)間間隔變大，而C2作為保持電容，其容量改變100％倍時(shí)對定時(shí)時(shí)間幾乎沒有影響。在生產(chǎn)中使用的電容一般誤差為±lO％，因此很容易滿足本電路的要求。

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