秒表發(fā)生器的裝接與測試

1、秒表發(fā)生器的裝接與測試一、目的 1了解石英晶體振蕩器的性質(zhì)和功能 2掌握用石英晶體和分頻器來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒信號的兩種方法 二、內(nèi)容與說明 早數(shù)字鐘表和某些電子儀器中，經(jīng)常需要秒信號作為時間基準(zhǔn)。而作為時間基準(zhǔn)振蕩信號的頻率必須是高度穩(wěn)定的。人們發(fā)現(xiàn)用石英晶體所組成的石英振蕩器，具有很高的頻率穩(wěn)定性。 石英晶體是一種具有壓電效應(yīng)的壓電晶體。若在石英晶體兩極加一電場，晶片會產(chǎn)生機械變形；若在晶片上施加機械壓力，則在晶片相應(yīng)的 方向上會產(chǎn)生一定的電場。這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。因此，當(dāng)晶片的兩極加上變壓電壓時，晶片回發(fā)生機械變形振動，同時晶片的機械振動又

2、會發(fā)生交變電場。在一般情況下，晶片的機械振動的振幅和交變電場的振幅都非常小，只有在外加交變電場的頻率為某一特定頻率時，振幅才會突然變大，這時的振幅將比一般情況下的振幅大的多，這種現(xiàn)象稱為壓電振諧。這與lc回路的諧振現(xiàn)象十分相似。因此，石英晶體又成為石英諧振器。上述特定頻率稱為石英晶體的固有頻率或諧振頻率，諧振頻率的值由振子的切割方向和幾何尺寸決定。 石英晶體的電氣符號及外型見圖2.3.9。制作時，通常將晶體封裝在玻殼或金屬殼內(nèi)。石英諧振器是一個高q值的等效諧振回路，它的q值可高達近百萬，頻率穩(wěn)定性好，受溫度和濕度的影響極小，它廣泛應(yīng)用于通信、導(dǎo)航、廣播等要求頻率穩(wěn)定度高的場合，以及作

3、為時間標(biāo)準(zhǔn)和頻率發(fā)生器，如彩色電視機電子手表對講機等產(chǎn)品中。 圖2.3.9? 石英諧振器的符號及外形 在使用石英晶體諧振器組成自激振蕩器時，因注意對其施加適當(dāng)?shù)募铍娖?，否則，在激勵強時雖容易起振，但頻率老化加大，若激勵太強甚至?xí)鹗⑵扑椤＝档图羁梢愿淖冾l率老化，但激勵臺太弱時頻率穩(wěn)定度差，甚至不起振，因此在使用時要適當(dāng)調(diào)整激勵電平。 鐘表用石英諧振器常用型號有iu1-308或iu2-206型，它的 諧振頻率為32.768khz，由于它體積小、重量輕，除在鐘表上被大量采用外，還廣泛用于其他電子設(shè)備中.圖2.3.10電路就是使用專用集成電路產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒信號的典

4、型例子。 在圖2.3.10電路中使用的鐘表專用集成電路，型號為bh007，其引腳見圖2.3.11.電路中ii和io外接石英諧振器，其頻率為32.768khz，與電容器c1，c2組成自記激多諧振蕩器.。電容器c1取47pf，c2采用半可調(diào)電容器，容量為5pf20uf，作為頻率微調(diào)用，o1和o2為驅(qū)動級輸出端，它產(chǎn)生脈沖寬度為7.8us、相位差180度、周期為2s的負(fù)脈沖信號，經(jīng)vd1、vd2及r2組成的二極管與門后獲得秒信號。它們在電子手表里外接步進電機用。r為復(fù)位端，高電平有效。 圖2.3.10? 秒信號發(fā)生器電路 m為測試端，正常工作時，該端產(chǎn)生64hz的脈沖信

5、號，供檢測用。bh007的電源vdd=1.5v，當(dāng)和高電源電壓的coms電路連接時，為了不另加一電源，可直接從10v電源上經(jīng)降壓取得1.5v電壓。即圖2.3.10電路中的r1和vd3組成的低壓穩(wěn)定電源。 圖2.3.11? bh007引腳圖  圖2.3.12 cd4060引腳圖 另一類產(chǎn)生秒標(biāo)準(zhǔn)信號的方法是使用通用型集成電路，這類電路內(nèi)含有多級二分頻器和振蕩單元，可對基準(zhǔn)信號進行任意分頻，使用十分方便。集成電路cd4060就是常用電路之一。它是一片14級二進制串行計數(shù)/分頻/振蕩電路。其引腳圖見圖2.3.12。它主要由兩部分組成，一部分是14級二分頻器，其最高分頻數(shù)

6、為16384（214），且從第四級開始到十四級，除無q11端外，每級都有輸出端子（見圖中q4q14），典型計數(shù)時鐘頻率可達12mhz。另一部分是振蕩器，外接不同的元件可組成rc振蕩器或石英晶體振蕩器，振蕩器的最高工作頻率可達690khz以上，圖2.3.13電路就是使用cd4060，外接鐘表用石英晶體及電阻、電容器與振蕩電路產(chǎn)生32.768khz方波信號。經(jīng)cd4060內(nèi)部的分頻器，可獲得對32.768khz方波信號進行24 214級分頻后的各種信號。即輸出頻率為20482hz信號。 圖 2.3.13秒表發(fā)生器 由于cd4060的內(nèi)部分頻器最高分頻數(shù)為214，所以最后只能得到

7、二分之一秒信號，如果需要標(biāo)準(zhǔn)秒信號，可以使用一級二分頻來完成，這在集成電路中是很容易實現(xiàn)的。 三、組裝與調(diào)試 1 按圖2.3.10電路組裝。其中1.5v穩(wěn)壓管vd3可使用兩只普通硅振流用二極管（如2cp10或1n4148等）正向串聯(lián)來代替。c2可使用固定電容器（10uf）來代替。安裝正確無誤，即可通電實驗，其方法是在電路的輸出端o1和o2與地之間接入一個發(fā)光二極管led，即可觀察到秒信號的輸出。進一步檢測，可以用示波器或頻率計來測量bh007的12腳輸出，其頻率應(yīng)為64hz，否則應(yīng)微調(diào)電容器c2的容量，使之準(zhǔn)確工作。 2按圖2.3.13電路組裝，用示波器或頻率計測

8、量集成電路cd4060第9 腳，應(yīng)有32.768khz的振蕩信號，對應(yīng)q4q14各端有分頻信號的方波輸出。 四、元件清單 秒信號發(fā)生器一： ic         bh007        鐘表用集成電路 石英晶體   32.768khz    iu1-308或iu2-206型鐘表用石英諧振器 vd1、vd2    1n4148 

9、    二極管 vd3         1.5v       穩(wěn)壓二極管（可用兩支1n4148正向串聯(lián)代替） vt          3dg6        npn小功率三極管 c1      

10、60;    47uf       小型瓷片電容器 c2          5/20pf      半可調(diào)瓷介電容器（可用10pf小型瓷介電容器代替） r1          10k        1/8w碳膜

11、電阻器 r2          100k       1/8w碳膜電阻器 r3          1k         1/8w碳膜電阻器 led         

12、60;           發(fā)光二極管 秒信號發(fā)生器二： ic1         cd4060       14級二進制串行計數(shù)/分頻/振蕩器 石英晶體     32.768khz     iu1-308或iu2-206型鐘表用石英諧振器 c1 &#

13、160;          51pf         小型瓷片電容器 c2            10pf          小型瓷片電容器 r1            10m   &#