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可感測並回應某個被測負載的自動脈衝產生器

2013年05月01日  | Raju Baddi, Tata Institute of Fundamental Research, Pune, India

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圖 1
圖1 採用NE555的電路易於工作,但元件數量卻會增加。



這個自動脈衝產生器圖1 圖2 )是一種測試設備,它可感測一對待測端子的接觸情況,一旦完成了正確的接觸,就會朝它們發出一個短暫的電源脈衝。這些端子可以是一個邏輯閘的輸入端,電路板上的一個LED,一個變壓器,或繼電器線圈(relay coil)等。對於每天例行的實驗和測試工程而言,對這種脈衝的需求是常有的事。

圖 2
圖2 圖中電路省去了NE555,但切換閾值的G4輸入變化可能會影響到脈衝的週期。



該設備以一顆小型的3.6V可充電NiCd電池來供電。可以很容易地將其裝在一個膠棒管內(圖3 ),圖中給出了探針的特殊安排法。也可以採用常規的獨立探針結構。該電路也以5V電源測試過。


 


圖3自動脈衝產生器可以做在一個舊的膠棒管內。



這裡給出了兩個版本:圖1 用一顆NE555定時器(timer)IC作單穩觸發器,是最簡單的方法。圖2 為減少元件數量,省去了NE555,取而代之的是CD4069 CMOS六反相器,但後者的參數差異以及不同製造商的區別,都可能對電路產生影響。

電晶體Q1和Q2是開關管,當由CD4069和NE555驅動導通時,這些開關管可將+ ve和- ve探針連接到3.6V電源和地上。R3和R4將閘G1的輸入端偏置在低於開關閾值的電平,使其輸出保持為高,從而使閘G2的輸出保持為低。由C1構成的時間常數提供了某種程度的雜訊抗擾性,並決定了測試電路應連接在兩個探針之間的最短時間。100-kΩ電阻與G1輸入端串連,可在探針意外接到帶電電路時,用來限制輸入電流。

R1經由一個逆偏壓二極體(reverse-biased diode)D1,連接到R3和R4的結點處。它一般沒有作用,除非探針未經由負載連接,因為與12 MΩ的R3相比,R1、D1、R2和D2組成的連接串是一個高電阻電路。但一旦連接了一個被動的測試電路(如電阻/電感/LED),則D1和R2就與之並聯了。因此,與R3並聯的分支有較低的電阻,而G1的輸入電壓升高,以致於它現在被認為是邏輯1,從而使G1的輸出端為低。

R5與C2構成一個去除抖動-延時的網路(debounceand-delay network),以確保探針與待測電路在連接後,再發出電源脈衝。當G1的輸出端為低時,電容C2開始通過R5放電。G2的邏輯輸入電壓在R5C2量級的時間內產生變化。

圖1中,G2輸出的上升通過G3以及由C3與R6構成的微分器,立即觸發NE555單穩振盪器。一旦C3完成通過R6的充電,G3的輸入端回到地,其輸出端回到高電平,使NE555完成其計時週期(timing cycle),持續時間則由R和C值決定(參考文獻1)。NE555的定時邏輯輸出端1使Q3導通,點亮“發出脈衝”LED,並通過G4、G5和G6,使Q1和Q2導通,讓電源脈衝到達待測電路。

每次接觸只產生一個脈衝;拿開探針,再重新連接,就會發出一個新的脈衝。如果待測電路為感性,在脈衝結束時電感大於20 mH,則如果探針仍然連接著,感性返回EMF會使LED D1閃爍。

圖2中,NE555被由G3以及G4、D4和RF所組成的單穩振盪器所取代。R6已經變為1 MΩ,而二極體D3已加到G3的輸入端。電阻R將G4的輸入保持為高,在靜態下使G4的輸出將G3的輸入保持為低。來自G2的上升沿產生一個低電平,通過已初始放電的電容C耦合到G4,後者的上升輸出饋回到G3,作為正回饋,並且即使移去探針,也可以將G3的輸入保持為高。如果出現這種情況,D3成為反向偏置(reverse biased),從而防止G2的下降沿影響到單穩的運行。

然後,電容C緩慢地通過電阻R充電,直到G4的輸入端上升到其開關閾值以上,正回饋過程反轉。脈衝的延續時間由R× C時間常數決定,大約為0.7至1.1 RC,具體取決於G4的閾值電壓,此電壓可以在電源電壓的0.33至0.67之間變化。筆者建議R選1 MΩ,C選40 nF,但R也可以是可變的。D4可用來確保當G3的輸出回到高時,C可以快速地放電。

圖1圖2這兩種情況下,單穩觸發器的暫態高輸出使Q3導通,脈衝指示燈LED閃爍。它亦使Q1和Q2導通,為探針供電。D2用於將-ve探針與G1處的電路初級輸入端隔離開來,以避免立即的自我抑制。



參考文獻

1 NE555 data sheet, Figure 11, Texas Instruments, June 2010, http://bit.ly/127p7kq.




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