CD4060多彩灯

CD4060多彩灯 1 项目三 CD4060多彩灯 一、教学目标 ? 掌握电容降压供电电路的结构和特点～了解它的用途和负载能力。 ? 熟悉CD4060内部功能框图～掌握CD4060的逻辑功能。 ? 掌握带控制门的时钟振荡器电路的结构和特点。 ? 掌握CD4060分频的工作原理。 ? 了解LED驱动电路的结构特点～掌握它的工作原理。 二、电路结构 本电路可分为几大部分，它们分别是电源变换电路、稳压滤波电路、时钟振荡电路、复位电路和分频驱动电路。 1(电源变换电路:由高压电容C1和D1,D4，R7、D5和C2等组成; C1 2(时钟振荡电路:由C3、R9、R10与CD4060组成; 3(复位电路:由C4、R8与CD4060组成; 4(分频驱动电路:由CD4060输出(Q4,Q14)与三极管Q1~Q4及多只发光管组成。 三、认识特殊器件 1. CD4060 CD4060是十四阶递进累计二进制计数器，是双列直插式脚塑封，引脚和特征参数如图3.1。 图3.1 CD4060引脚图和特征参数 2.高压电容 薄膜电容器是电容器的一大类，市场上对其型号的叫法非常不统一。 CBB(聚丙烯电容)电容是对CBB18、CBB21、CBB22电容的统称，人们常说的CBB电容主要是指CBB21是内部串式高压金属化聚丙烯电容。 电容CBB的优点是抗电流电压能力强、损耗小(是大多数工程师最保险的选择)。 电容CBB的缺点是价格贵、体积大、脚距一般在15-20mm。 思考题: 你能说出图3.2两个电容上标示的字符的具体含意吗, 1 2 图3.2 CBB电容实物图 3.稳压二极管 稳压二极管又称齐纳二极管(Zener Diode)或电压调整二极管，简称稳压管。当反向电压加到某一定值时，反向电流急增，产生反向击穿，其特性如图3.3。图中的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示反向击穿Uz电压，即稳压管的稳定电压。 稳压管的稳压作用原理在于电流有很大增量时，只引起很小的电压变化。 a)稳压二极管应用电路 b)稳压二极管特性曲线 图3.3 稳压二极管特性曲线及应用电路 四、工作原理 1(电源变换电路 如图3.4，JP1是接市电插头，其中一路由高压电容C1降压、另一路经保险电阻R5(也叫熔断电阻～兼具电阻和保险丝的双重功能～后级短路时烧毁～从而保护其它元器件)，两路进线加到D1,D4组成的桥式整流电路上。整流后的脉动直流电压分成两路:一路去LED供电电路，另一路经R7限流(思考:如何确定R7参数的大小,)，二极管稳压和电容C2滤波，做为集成电路C4060稳定的电压源。 实测脉动直流电压的平均值大约25V,30V。 图3.4 电源变换电路 2 3 这种电路是非隔离式电容降压电路，电路中的GND只是参考电平，并不是真正的大地，对人体而言它是危险电压。R6是C1的放电电阻，对正常工作的电路来说，并没有什么作用。但是断电后C1上可能残存较高电压，若没有电阻泄放掉，人接触时会有触电的危险～ 整流输出电流的大小与高压电容C1的容量有关。跟据经验:1uF的电容在全波整流时大约1能输出电流60mA,80mA，半波整流时大约输出40mA。 R7和D5组成二极管稳压电路，C2是滤波电容滤除杂波电源的纹波，提高电压的稳定度。 2(时钟振荡电路 CD4060内含逻辑门电路，可以与外接阻容元件组成多谐振荡电路，如图3.5。 ?(当RESET=1，第一个非门输出“0”，与非门输出恒为“1”振荡电路不工作，此时振荡电路处于封锁状态。 ?(当RESET=0，第一个非门输出“1”，此时与非门输出状态由?端的状态决定，分析发现此时的与非门相当于非门。观察图2.3，看看它们的电路结构是不是一样,～ 图3.5 RC振荡电路示意图图 图3.6 CH1、CH2是CD4060的?、?端 3(振荡电路波形 图3.7 CH1是R1、R2和C节点，CH2是CD4060的?端 注:电阻R1、R2和电容C节点电压波形类似于图2.4之点。 A 当然，CD4060也可以和晶体及电容组成振荡电路，如图3.8。一般来说，由电阻、电容组成的RC振荡电路结构简单、成本低、振荡频率精度低;晶体振荡电路电路复杂、成本高、振荡频率精度高。 1, 由欧姆定律得，电容同样有类似的情形。电容的容抗用表示，，是通过电容的Z,1/,,CI,U/RZCC ,,2,f交流信号的角频率。因此，流过电容的电流。 I,U/Z,U,,,C,2,f,C,UCC 3 4 图3.8 晶体振荡电路示意图 3(复位电路 已知CD4060复位端RESET=0，第一非门输出“1”，电路正常振荡系统随之正常工作。 RESET=1时，第一非门非门输出“0”，振荡电路的与非门被封死，输出恒为“1”，电路不能正常振荡，则整个系统也不能正常工作。 系统复位。初始上电时，电容C4瞬间短路(电容两端电压不能突变)，Vcc直接加到RST端电容C4充电满了以后，RST由R8接电源地，系统进入工作模式。 4(分频驱动电路 CD4060是十四阶递增二进制计数器，它具有十个输出Q4,Q14，其中Q4是最低位，Q1是最高位。分频驱动电路由CD4060输出(Q4,Q14)与三极管Q1,Q4及多只发光二极管组成。 图3.9显示CD4060的Q4信号频率约为34.5Hz，在Q4一个周期内?端经历十六个周期，因此把Q4定义为基本时钟信号的四分频。实际测量基本时钟信号f,555Hz，四分频乃 442除以之意，即555Hz/(测量有误差)。 2,34.68Hz 同样道理，Q5是Q4分频信号，在Q5的一个周期内Q4经历2个周期;Q6是Q5分频信号，在Q6的一个周期内，Q5经历2个周期……Q14是Q13分频信号，在Q14的一个周期内，Q13经历2个周期。 图3.9 CH1 、CH2是4060的?(Q4)、?端 图3.10 CH1 、CH2是Q4、Q5 f,f,因为，Q4的信号频为34.5Hz，由上图容易得出Q5信号频为17.25Hz。 Q4Q5 f,f,根据同样的理由，Q6的信号频为8.6Hz，Q7的信号频为4.3Hz„„以此类Q6Q7 推，可以想象Q8、Q9、Q10、Q12、Q13、Q14输出信号的频率梯次降低，且Q14的频率 4 5 最低，如图3.11。 五、焊接测试 由于CD4060的输出Q4,Q14不是按顺序分布的，为了观察的方便、有意安排原理图Q4,Q14集中在一起。 如图3.12是Q4,Q14引线分布图，三极管Q1,Q4的基极电阻R11,R14没有和CD4060的任何一只输出端直接连接，把CD4060输出Q4,Q14设计可供选择的焊盘形式，学生可根据个人喜好选择不同控制输出方式，以期观察不同的设计效果。 根据理论分析得知CD4060的最低位输出(Q4)频率最高，最高位输出(Q14)频率最低，因此最低位(Q4)控制的发光二极管亮/灭速率最快，最高位(Q14)输出控制的发光二极管亮/灭速率最慢。 图3.12 思考计算: f,?f,?f,32.7681(若电路采用图3.8结构～晶体振荡频Hz～计算和 Q4Q14 2(估算电容降压电路提供给负载的电流为多少, 3(电阻R3的参数的选择依据是什么, 5 6 1234C10.47uF/400VR4R1R2R31k1k1k1k去 LED 电路供电DDJP1D3R62PIN1N4007VCC470kR723KD4D61N4007D15D9D12LEDLED1LEDLEDD55.6VC2D1保险电阻47uF/35V1N4007 R5D210R/1W1N4007D16D7D10D13LEDLEDLEDLEDCC D17D8D11D14Q497C3104LEDLEDLEDLEDCOUTQ4Q55GNDVCCQ516R1010KQ61048COUTQ6Q76Q7R9100KQ81114CINQ8Q913Q9Q10D181215D21D19D20RSTQ10Q12LED1C4LEDLEDLEDQ12Q13210uF/16VBBQ13Q143R8Q1410K U1CD4060 Q4R11R12R14Q3Q1R13Q280503.3K3.3K3.3K805080503.3K8050 AA Q4Q6Q101234 6 Q8 7 7