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Get Over It——74系列电路与CMOS系列电路的点滴差异

专家
2009-12-21 14:46:00     打赏
        前不久,需要设计一个延时5秒钟的定时电路,设计思路是定下来了,但是在实验时出现了问题。
    下图就是需要实施的电路。
    电路的工作过程是:利用三极管的开关特性延时控制一个光耦4N25。
    具体原理:平时D点为高电平,C点由于有电阻R3的存在也处于高电平,三极管Q1处于截止状态,当开关S1闭合后,D点为低电平,U1的12脚为高电平,电容C1两端电压瞬间不能突变,U1的11脚也为高电平,10脚为低电平,为三极管Q1导通提供了通路,三极管Q1导通;当电容C1电荷充满后,U1的11脚为低电平,10脚为高电平,从而使三极管Q1截止。这样就实现了延时控制。




    发现问题:电路工作不稳定,甚至有时没有工作。
    分析问题:
首先确定设计思路是否正确,答案肯定后,从元器件上进行分析。所有的器件都通过检验,最后才怀疑是反相器的原因。经分析是由于74LS04的漏电流大,当开关S1闭合后,在如上的电路中U1的10脚不能为低电平,进而导致三极管Q1不能受控。
(由于当时电路板上有一片六反相器74LS04还有多余的两路空闲即上述电路中的两路,于是就用上了,为问题埋下了伏笔。)
    解决问题:
重新取一片CMOS反相器CD4069 替换74LS04,问题迎刃而解。
    总结:
在实际的电路应用中,具体问题需要具体分析,74系列电路和CMOS系列电路实际上有很大差异,尤其在模拟电路中更需要谨慎使用。在这里,把我的点滴感悟与大家一起分享。



关键词: 系列     电路     点滴     差异    

专家
2009-12-24 12:52:59     打赏
2楼
非常感谢你能关注我的帖子,也非常感谢你能提出如此的问题。
在电路图中的二极管是不可缺少的,如果使用普通的二极管具体接法应该是三极管Q1的基极接二极管的阳极,平时由于C点是高电位,从此点看二极管是反向截止的,从而也就使Q1的基极没有电流流过,这是从C点到Q1基极的方向,这也就是此电路设计最精妙的地方,如果想使三极管导通,只有在PNP型的三极管发射结正偏导通时,三极管才会正常工作,也就是基极的电流必须由基极流出经过二极管DW1、R4,然后到U1的10脚(在开关S1闭合时提供的低电平)到U1的地,这样的电流回路使整个电路活了起来。这也就是为什么7404漏电大就不能使电路正常工作的根本原因。
由于三极管工作的时间只有大约5秒,时间很短,所以用普通二极管不会有太大的问题,用稳压二极管可以使三极管流过的电流减小,使三极管的功耗也降低了,电路工作的可靠性增强了。
整个电路用回路电压的概念去理解应该很快就明白了。
说的再明白点就是利用二极管的正向导通反向截止的特性来达到控制三极管的开与关的目的。

很高兴与你共同探讨。

专家
2009-12-25 12:50:15     打赏
3楼

要命!明明已经登陆了,写完回复点击发送却弹出了登陆的界面。白写了那么多。


专家
2009-12-25 15:58:51     打赏
4楼
你好!从内心感谢EEPW为我们技术人员提供了这样一个交流的平台。
也很高兴能与你共同探讨这样一个有见解的技术话题。
中午休息的时候写了很多,不知为什么没有发送成功。
图中的R1和R3在这里只是提供一个高电位,它们的使命只有在S1闭合前起作用,对电解电容充电的是U1的12脚,只要U1的13脚输入为高,那么输出就为低,反之正好相反,反相器不就是用来使电位反相的吗?同样U1的10脚输出也是这样的道理(这里R1和R3的取值是经验值,对于一个反相器而言,100K已经足够了)。我需要的是U1的10脚电位的变化,只有C点电位足够低,才能为Q1提供一个很好的通路。
我们现在讨论的是换芯片以后所带来的结果,我没有换其中的任何器件,结果就截然不同。你能就此做一个更为合理的解释吗?

专家
2009-12-28 08:58:02     打赏
5楼
谢谢!你的这一条算是说到点子上了,让我不能不给你加分。
非常棒!的确不错。
这两天我也始终在考虑这个问题,最后问题归结到了器件本身的特性上,也就是针对于反相器输出阻抗上面,由于7404输出阻抗低,而CD4069的输出阻抗相对于7404高而导致了帖子中现象的发生。顺便再往深探讨一下,这也是不是由于CMOS器件是压控型,而74系列是流控型的器件使然呢?这只是我的偶尔的一种想法,不一定正确。
另外,你说的R5阻值不能过大,它是光控器件输入端的限流电阻,如果阻值过大的话会导致光耦内的发光二极管截止不工作,就无法控制后面的电路了。
其它的我基本同意你的分析。
非常感谢!
望以后继续切磋。

专家
2010-01-05 12:37:35     打赏
6楼
谢谢您能够这么认真的研究这个问题,在新年初能够看到这样的关注和回复,很欣慰。
这个问题讨论到这里基本上已经很深入了,随着问题讨论的深入,我们所处的EEPW平台有了更真实、更深刻的意义。
我就你的问题我们探讨一下。
1、流过R5的电流是由光耦决定的;
2、这里的DW1姑且可以把它换成普通的二极管,但是方向需要接三极管端为正,接R4端为负,这样你就好理解了。当反相器输出的C点为低时,也就是开关刚开始闭合、电解充电的过程中时刻,一定要强调这是个几秒钟很短的时间,由C点的低电位,使得三极管导通;当电解充满电荷时,电解的负极与反相器的11脚连接,将导致10脚输出也就是C点为高电位,此时的高电位将使普通二极管反向截止,三极管也截止了。
3、关于漏电流的概念,同意你的理解和分析。我想补充一点,漏电流相对于反相器的输出而言,如果有外电路的存在应该用回路阻抗的概念进行分析。
4、当开关S1断开后,反相器的12脚变为低电位,电解正端的电荷就会从这个低电位放掉。开关再次接通后开始进行下一个延时控制的过程。

专家
2010-01-06 12:47:05     打赏
7楼
1、先探讨一下光耦器件。
光耦全称是光电耦合器,它内部是由一个发光二极管和一个三极管组成的,并且是密封的。当发光二极管流过一定的电流发光后使三极管导通。在使用中一般都是只要三极管的集电极在电路中呈现低电平,就认为三极管工作了,这就是我们要的果;在导通前三极管的集电极是高电平的(其接一个电阻至电源)。一般光耦起到的作用是输入与输出隔离,保护后面的电路。光耦实现的是通过控制输入端的发光二极管,来控制输出端的三极管,两者通过光的控制达到电的控制,其间的关系是耦合也就是控制与被控制关系的接续。
2、11脚负电压是相对于电解正端而言的,只有5S的时间,对器件而言,不会造成任何损害,对集成电路来说,在5S 钟电解充满后11脚的电压是低电位,接近于GND,不会比GND还低。
3、整个电路的实验调试过程是用数字示波器跟踪测试的。
4、在你的启发下,有个想法,如果用COMS4069,取消DW1也应该是可行的。这样Q1的导通与截止只取决于CMOS4069的10脚输出了,是透明的。由于CMOS4069是MOS管的,它的控制只取决于电压,输入、输出阻抗都很高,不存在漏电流的问题。
5、现在有新的任务正进行,有时间的时候,我会按照上述帮助过我的朋友和你的建议,重新考虑设计并实验。届时我也会把结果告诉你们的。
谢谢你!
如哪里不妥,我们继续探讨,很开心。

专家
2010-01-07 11:09:50     打赏
8楼
松开按键开关,12脚为低电平,近似为0,此时就是电解正端放电的回路,电解会通过这个12脚的低电平非常迅速的把正电荷放掉。这个过程通过示波器可以很清楚的看到。

专家
2010-01-07 13:19:01     打赏
9楼
谢谢!确实应该养成这样的好习惯。

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