課題一秒表發(fā)生器的應(yīng)用

1、課題 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、工作原理早數(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(jī)械變形；若在晶片上施加機(jī)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(jī)械變形振動，同時晶片的機(jī)械振動又會發(fā)生交變電場。在一般情況下，晶片的機(jī)械振動的振幅和交變

2、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。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(dá)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，以及作為時間標(biāo)準(zhǔn)和頻率發(fā)生器，如彩色電視機(jī)電子手表對講機(jī)等產(chǎn)品中。在使用石英晶體諧振

3、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(qiáng)時雖容易起振，但頻率老化加大，若激勵太強(qiáng)甚至?xí)鹗⑵扑?。降低激勵可以改變頻率老化，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.圖電路就是使用專用集成電路產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒信號的典型例子。在圖電路中使用的鐘表專用集成電路，型號為BH007，其引腳見圖電路中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

4、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(jìn)電機(jī)用。R為復(fù)位端，高電平有效。 圖秒信號發(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。即圖電路中的R1和VD3組成的低壓穩(wěn)定電源。圖引腳圖 圖4060引腳圖另一類產(chǎn)生秒標(biāo)

5、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(jìn)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(jìn)制串行計數(shù)/分頻/振蕩電路。其引腳圖見圖。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)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(dá)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(dá)690KHZ以上，圖電路就是使用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

6、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(jìn)行24 214級分頻后的各種信號。即輸出頻率為20482HZ信號。圖秒表發(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(jìn)

7、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按圖電路組裝，用示波器或頻率計測量集成電路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 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 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碳膜電阻器R2 100K 1/8W碳膜電阻器R3 1K 1/8W碳膜電阻器LED 發(fā)光二極管秒信號發(fā)生器二：IC1 CD4060 14級二進(jìn)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 51PF 小型瓷片電容器C2 10PF 小型瓷片電容器R1 10M 1/8W碳膜電阻器五、預(yù)習(xí)與作業(yè)