按鍵控制延時(shí)燈應(yīng)用的數(shù)字電路分析

自激多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)電路，但是有兩個(gè)維持不能長(zhǎng)久的暫穩(wěn)態(tài)，因而能夠不斷地進(jìn)行轉(zhuǎn)化而形成振蕩，如上一篇文章寫的交替閃爍信號(hào)燈電路。而以下要介紹的是與非門構(gòu)成的RC微分型單穩(wěn)態(tài)電路。所謂單穩(wěn)態(tài)電路，即有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)，在輸入信號(hào)的控制下，能夠由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)，經(jīng)過一定時(shí)間后又自動(dòng)返回到穩(wěn)定狀態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間由元件參數(shù)來決定。電路原理圖如下（兩個(gè)圖是等效圖）。

電路由與非門IC1A、IC1B和C2、R4等微分電路組成單穩(wěn)態(tài)電路，由按鈕開關(guān)S1和C1等組成負(fù)脈沖觸發(fā)信號(hào)電路，由LED1、R5組成顯示電路。當(dāng)電源剛接通，且S1尚未閉合時(shí)，電源通過電阻R1和R3向電容C1充電，C1左端為正，R2和R3組成分壓電路，使得IC1A的輸入端第1腳得到電源電壓的1/2,也就是3V左右的電壓，高于IC1A的轉(zhuǎn)換電壓。而此時(shí)IC1B的第6腳接在電源正極上，第6腳為高電平，第5腳由于通過電阻R4接地，所以第5腳為低電平，故IC1B此時(shí)輸出端第4腳為高電平，該高電平同時(shí)加載至IC1A的第2腳，故與非門IC1A的輸出端第3腳為低電平。

當(dāng)按鈕開關(guān)S1閉合時(shí)，在C1上已經(jīng)充滿的電荷通過電阻R3放電，在R3上的放電電流方向是自下而上，與原作為分壓電路的電流方向自上而下相反，因此在IC1A的第1腳得到了一個(gè)負(fù)向尖頂脈沖信號(hào)，此時(shí)IC1A輸出的第3腳將變?yōu)楦唠娖剑摳唠娖酵ㄟ^C2送至IC1B的第5腳，由于電容兩端電壓不能突變，所以IC1B的第5腳也為高電平，第4腳將變?yōu)榈碗娖?，?qū)動(dòng)LED1點(diǎn)亮，電路將從穩(wěn)態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)。

隨著C2不斷充電，IC1B的第5腳電壓將逐漸降低，達(dá)到IC1B的翻轉(zhuǎn)電位后，第4腳將恢復(fù)為高電平，LED1熄滅，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。

這個(gè)微分型的單穩(wěn)態(tài)電路的輸出脈沖寬度為確定值，即IC1A觸發(fā)后持續(xù)輸出高電平的時(shí)間是固定值，而LED1的持續(xù)點(diǎn)亮?xí)r間將由定時(shí)元件C2和R4決定，其延時(shí)時(shí)間的計(jì)算公式為T=0.94×C2×R4;一般來說，R4的取值范圍相對(duì)較小，C2的取值范圍可以大些。

電路中S1是無鎖按鈕開關(guān)，實(shí)驗(yàn)時(shí)先將開關(guān)置于“ON”，閉合狀態(tài)，然后再斷開，以模擬按鈕開關(guān)的工作過程。我們可以通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，S1閉合的時(shí)間長(zhǎng)短，甚至按住不放，對(duì)輸出脈沖的寬度也沒什么影響，LED1的點(diǎn)亮?xí)r間長(zhǎng)短不會(huì)發(fā)生改變。

有條件的話可以用示波器來觀察IC1A的第1腳波形，在S1閉合瞬間，總會(huì)存在或多或少的，或通或斷的毛刺，這是機(jī)械開關(guān)觸點(diǎn)在閉合瞬間普遍存在的現(xiàn)象，一般稱之為“抖動(dòng)”。但是經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)點(diǎn)亮后，就可以輸出一個(gè)波形前后沿陡峭，寬度一定的負(fù)向脈沖信號(hào)，這就是微分型單穩(wěn)態(tài)電路的信號(hào)波形定寬和整形的作用。

4011芯片內(nèi)共有4組二輸入端與非門，這里只用了其中的兩組，其余二組未用到的與非門，它們的輸入端不宜懸空，應(yīng)接在高電平或低電平，以防止因懸空導(dǎo)致輸入端電平處于不定狀態(tài)，導(dǎo)致芯片邏輯發(fā)生錯(cuò)誤，影響電路的穩(wěn)定性。