74HC00多諧振蕩器的制作

一、電路及工作原理
電路見下圖。74HC00為四一二輸入端與非門。

如果將二輸入端與非門的一個輸入端接高電平，或者將兩個輸入端短接，則其輸出便與余下的一個輸入端或兩個短接的輸入端反相，相當(dāng)于一個反相器。在下圖所示電路中，設(shè)IC1A的①腳、IC1B的⑤腳為高電平（K1按下，K2斷開），則IC1A可看作②腳輸入③腳輸出、可看作IC1B④腳輸入⑥腳輸出的反相器，其傳輸特性如右圖所示。由于R1的負(fù)反饋?zhàn)饔茫绻谀_電壓較低，③腳輸出高電壓，則通過R1把②腳電平拉高；如果②腳電壓較高、③腳輸出低，則通過R1把②腳電平拉低，結(jié)果折衷停在中心點(diǎn)C。輸出100%反饋到輸入，相當(dāng)于把左下三角形部分按照虛線折到右上角。虛線與傳輸特性的交點(diǎn)C就是反相器的工作點(diǎn)，約等于1/2VCC。C點(diǎn)位于傳輸特性的陡坡中心。本例中，74HC00輸入變化1mV，輸出變化高達(dá)1V。
由于IC1③腳和④腳連按，其⑥腳輸出的信號與②腳同相但幅度放大。圖中C1起正反饋?zhàn)饔谩Ｖ灰谀_電壓有微小的波動，如提高0.1mV，則③腳電壓降低100mV，再經(jīng)IC1B反相，⑥腳輸出電壓升高大于1V，此電壓變化通過C1送回②腳，使②腳電壓繼續(xù)升高，直至VCC+0.7V。這時，IC1內(nèi)部的保護(hù)二極管導(dǎo)通，使輸入電壓不能高，反相器工作點(diǎn)停在右圖的D點(diǎn)。D點(diǎn)位于傳輸特性的水平線上，輸入變化幾乎不影響輸出。此時，IC1的②腳為高電平，③腳為低電平，⑥腳為高電平。電阻R1接在②、③腳之間。③腳是輸出端，內(nèi)阻很低，②腳是輸入端，內(nèi)阻極高。②高③低的電位差使得R1上的電流I的方向如左圖所示，放電的起始電壓為VCC+0.7V，放電的最終電壓為0V。

實(shí)際放電到C點(diǎn)(1/2VCC)附近，就停止了。放電從VCC+0.7V到1/2VCC約需1.1R1C1=1.1×(2.2×l0(6))×(0.1×10(-6)≈0.25s。
這時，②腳變低，經(jīng)過IC1A反相放大→③腳變高→IC1B反相放大→⑥腳快速變低→C1→②腳。正反饋?zhàn)饔贸掷m(xù)到②腳電壓降至-0.7V。這時IC1內(nèi)部的保護(hù)二極管導(dǎo)通，使輸入電壓不能低，反相器工作點(diǎn)停在E點(diǎn)。E點(diǎn)在傳輸特性的水平線上，輸入變化幾乎不影響輸出。此時的狀態(tài)是②低、③高、⑥低。R1對C1充電。充電起始電壓為-0.7V，充電最終電壓為VCC。
充電從0.7V到1/2VCC約需1.1R1C1=0.25s，然后就停止充電，進(jìn)入正反饋，轉(zhuǎn)向工作點(diǎn)D。實(shí)際上，電路工作在D、E狀態(tài)的時間長，經(jīng)過C的時間很短，故輸出是個方波，一個周期約0.5s。方波比正弦波諧波多，聽起來比較悅耳。許多音樂片的輸出信號就是由不同頻率的等幅方波組成的。如果幅度能隨音拍變化，就更好聽了。同理，IC1C的(13)腳=高，IC1D⑨、⑩并接，也可以看作兩個反相器，產(chǎn)生周期為0.5ms的方波振蕩。也就是2kHz。因?yàn)榉澍Q器的諧振頻率在2kHz左右時電一聲轉(zhuǎn)換效率最高，聽起來最響。
選擇電容1000pF時電阻約為250kΩ，下圖中將500kΩ電位器調(diào)到中心位置附近可找音量最大點(diǎn)。R2也可用240kΩ～270kΩ固定電阻試試。
因?yàn)榉澍Q器的電阻約40Ω，IC1的輸出阻抗約1kΩ，故IC1不能直接驅(qū)動蜂鳴器，所以要經(jīng)過Q1進(jìn)行電流放大。IC1C⑧腳輸出高電平3V，Q1基極導(dǎo)通時電壓為0.7V，R3=1Ω，Q1基極電流為(3-0.7)/1k=2.3mA,Q11放大倍數(shù)為50，集電極電流115mA。而40Ω蜂鳴器只需70mA驅(qū)動，兩端電壓達(dá)2.8V。那么115-70=45mA的電流又到哪里去呢了？Q1放大倍數(shù)為50，是指Q1在線性放大區(qū)內(nèi)Ic/IB，到了飽和區(qū)，IG／IBF降，這時Q1的管壓降很低。

與非邏輯的控制作用：IC1A的①腳平時通過R4接地，③腳輸出恒高，④腳=③腳，⑥腳輸出恒低。(13)腳=⑥腳=低，⑧腳為低，蜂鳴器不響。整個電路耗電極小。
K1按下后，(13)腳高電平，IC1D、IC1C產(chǎn)生2Hz的方波，控制IC1D(13)腳，(13)腳為高電平時，IC1D、IC1C產(chǎn)生2kHz方波通過R3、Q1驅(qū)動蜂鳴器；當(dāng)(13)腳為低電平時，IC1D、IC1C停振，⑧腳輸出低電平，Q1關(guān)斷。從而使蜂鳴器發(fā)出每秒2次的斷續(xù)嘀一嘀聲。IC1B⑤腳平時通過R5接高，正常工作，K2按下后，⑤腳為低，IC1A、IC1B停振。(13)腳=⑥腳恒高，蜂鳴器發(fā)出持續(xù)的嘀聲。

二、通用電路板的裝配
在裝配時不管元件有多少，在往電路板上插元件前要仔細(xì)規(guī)劃一下，應(yīng)盡量避免連線交錯。
如下圖所示，IC1的引腳排列時從缺口開始逆時針方向數(shù)，下方7只腳依次為①腳～⑦腳，R1靠近①腳~③腳，C1靠近⑥腳，⑦腳為地，⑦腳靠近R4、K2、Q1的E極。上方7只腳為(8)~(14)腳，R2靠近(13)～(11)腳，C2、R3靠近⑧腳，Q1的B極靠近R3，BP靠近Q1的C極……。這樣布局后，以IC1為中心，上下用裸銅線或電阻腳在通用電路板平面上放射狀連出，連線基本上可以不交錯。檢查時，也同樣以IC1為中心，一個腳一個腳查。
三、調(diào)試元件
全部安裝完畢后，不忙加電試，先在電源+與試驗(yàn)板VCC之間串一只電流表，正常情況下，電流極小。如電流大于500μA且不穩(wěn)定，說明有輸入端懸空、虛焊的情況。可以這樣檢查：人體接觸改錐金屬部分，用改錐頭依次碰1C1各腳，若電流變化明顯，說明該腳接線有問題。如果電流正常，則將電流表置于100mA(200mA)擋，按下K1電流有變化而不響的，查R3、Q1、BP；按下K1電流很小而不響的，查IC1。
1．查BP，用鑷子瞬間短路Q1的C、E極，電流有變化，蜂鳴器應(yīng)有“卡-吧”聲。如果沒有，說明BP壞或線未連上。2．查晶體管，在R3靠近IC1端用鑷子瞬間接VCC或地，來回接，蜂鳴器有應(yīng)“卡-吧”聲。如果沒有，說明晶體管壞、接反或線未連上（瞬間短路一般不會損壞IC）。3．查IC1，按下K2，用數(shù)字萬用表量電壓，IC1的(8)~(12)腳都應(yīng)當(dāng)不高不低。比如，在3V電池的情況，測量值約1.5V。如果⑧恒低，(9)、(10)、(11)腳恒高，如果(13)腳為高，說明K2按下起作用，(12)腳為低說明R2負(fù)反饋不起作用。用紅表筆短路(11)、(12)腳，黑筆接地，電壓表顯示不高不低，R2可能虛焊。如果(13)腳為低，說明K2按下不起作用，查⑥腳、⑤腳。⑤腳高，說明開關(guān)K2壞或未接好。⑥腳、⑤腳均低，說明IC壞或焊點(diǎn)短路到地。K1按下時，⑥腳電壓讀數(shù)不穩(wěn)定，一會兒大一會兒小，說明2Hz振蕩正常；如果恒高或恒低，也可以紅表筆短路②、③腳來查故障。K1按下的檢測方法以此類推。