連接控制組合國產化設計

摘 ?要 ?本文簡要分析了連接控制組合集成電路功能，并通過分析555的典型線路，將555時基電路應用在連接控制組合國產化設計中，實現了連接控制組合技術要求中的1 Hz脈沖振蕩電路功能。

關鍵詞 ?連接控制組合;多諧振蕩;無穩態多諧振蕩;555時基電路

中圖分類號：TN79 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1671-7597（2014）22-0019-03

某型號產品是用戶某系統中的重要電氣設備。該產品可與用戶的整個系統進行同車安裝，因而可隨車轉移，提高了系統的靈活性。目前用戶使用的產品是由國外引進，國內尚屬空白，因使用年久，又缺乏備件，致使部分設備不能正常工作。針對這種形勢，我們主動承擔了該產品的維修、改制及零部件的國產化攻關工作，以滿足用戶需求。

1 ?產品用途

某型號產品具有完善的監控、顯示、保護等功能，使用方便、操作簡單，具有國內先進水平，該產品具有起動時間短、控制先進、電源穩定、結構緊湊、體積小、功率大、防護措施合理等優點，廣泛應用于國防及石油勘探等領域。

該產品控制系統中的連接控制組合是它的主要電氣部件，用于傳遞控制系統的控制指令及信號;發出前、后艙蓋控制程序;控制系統供電電源分配及其過流保護;控制產生發電機組和外部電源接通負載的指令;控制遙控和本地狀態下供電方式轉換并實現連鎖功能，存儲及指示設備內故障信號。

2 ?連接控制組合組成和結構特點

連接控制組合主要由安裝在鋁合金制成的殼體內直流電磁繼電器、接觸器和5塊功能不同的印制電路板等組成，通過7只電連接器與電源和控制系統相連。

連接控制組合的主要電氣功能由其5塊印制電路板完成。印制電路板是根據對連接控制組合的空間結構和電氣性能要求而設計，其優點為集成度高、安裝節省設計空間、可靠性高、安全性強等。

3 ?連接控制組合集成電路功能分析

由于遙控臺上“機組火警”信號、“工況1正在斷開”信號、“工況1正在接通”信號的1 Hz脈沖和控制盒“發電機組故障”信號的1Hz脈沖由連接控制組合產生，故連接控制組合內有能產生1 Hz脈沖振蕩的電路單元。

分解俄制連接控制組合，其A1板內裝有型號為М1006ВИ1的集成塊，其單元電路如圖1。

圖1中A點輸入連接控制組合的電源DC27V，測試R123：1端有1 Hz脈沖輸出，故1 Hz脈沖由此集成塊產生。B點為連接控制組合的輸出端并連接“機組火警”信號、“工況1正在斷開”信號、“工況1正在接通”信號，與機組的設計要求相符。

因此可以使用通用的時基振蕩電路模塊替換此部分電路，進行重新設計。

圖1

4 ?連接控制組合時基振蕩電路的設計

4.1 ?設計原則

根據國產化技術要求，連接控制組合時基振蕩電路工作電壓等級、輸出信號指標與原樣機相同，安裝方式必須與原樣機完全一致。綜上所述，采取功能仿制的原則進行設計，并保證其輸出為產生1 Hz脈沖的振蕩電路。

4.2 ?電路選擇

時基電路555是一種將模擬功能和邏輯功能巧妙地結合在同一硅片上的線性集成電路。它是數字電路和模擬電路相結合的電路，能夠產生時間延遲和多種脈沖信號。555時基電路具有線路簡單、功能靈活和調節方便等特點。因此，選用555時基電路構成的常見的典型多諧振蕩器電路替代俄制連接控制組合的脈沖振蕩電路。

4.2.1 ?555時基電路特點

1）定時精度、工作速度和可靠性高。

2）使用電源電壓范圍寬，為2 V～18 V，能和其他數字電路直接連接。

3）有一定的輸出功率，可驅動微電機、指示燈、揚聲器、繼電器等。

4）結構簡單，使用靈活，用途廣泛，可由它組成各種波形的脈沖振蕩器及定時延時器等電路。

4.2.2 ?555時基電路類型與選擇

555時基電路有雙極型（TTL）和互補金屬氧化物半導體型（CMOS）集成電路兩大類。由于雙極型的性能可靠性比互補金屬氧化物半導體型的高，故選擇雙極型555時基電路。

4.2.3 ?555時基電路基本電路分類與選擇

555時基電路構成的常見基本電路有：單穩態觸發電路、雙穩態觸發電路、無穩態工作電路等。

單穩態觸發電路有1個穩態和1個暫態;雙穩態觸發電路有2個穩態;無穩態工作電路有2個暫態。

無穩態電路它的輸出狀態是不斷地在從高到低交替翻轉的。它的輸出是一個連續的矩形脈沖。因此，它實際上是一種脈沖振蕩器。又因為它的輸出是矩形脈沖，根據脈沖的電路的理論，一個矩形脈沖可以看成是由這個脈沖的基頻的正弦波和許多頻率是基頻整數倍而幅度不等的正弦波疊加起來合成的。而且它還有不需要外脈沖觸發（也稱激發）就可以自動啟動振蕩的特點，所以脈沖振蕩器又稱多諧自激振蕩器，簡稱多諧振蕩器。因此選擇無穩態多諧振蕩器基本電路。

由555時基電路構成的無穩態多諧振蕩器較常見的有：直接反饋型無穩態電路、間接反饋型無穩態電路、占空比可調脈沖振蕩電路。

連接控制組合所需的頻率低，且占空比不需要可調，因此選擇間接反饋型無穩態電路。

4.3 ?間接反饋型無穩態振蕩電路在連接控制組合中應用

4.3.1 ?間接反饋型無穩態振蕩電路特點

間接反饋式555多諧振蕩器的電路如圖2所示。

圖2

由555時基電路的工作原理可以看出，其放電開關端DIS（⑦腳）與其輸出端Vo（③腳）間有著相同的邏輯功能，即：當Vo=1，V=0，內部放電開關SA1斷開，DIS端開路，相當于高電平“1”;endprint

當Vo=0，V=1，內部放電開關SA1閉合，DIS端接地，相當于低電平“0”。

因此，用放電端DIS代替輸出端Vo，從邏輯功能上分析是完全可以的。但為了得到充足的能源，必須要增加一個充電電阻，從而就成為有二個反饋電阻RA和RB的電路（見圖2）。經采用上述方法改進以后，就可以將負載電路與充放電電路完全分開。換句話說，就是充放電的電流不再受負載電流的影響。

另外，從電路特性角度分析，雙極型的555時基電路放電管的放電電流IDIS比較大，故采用上述方法改進后的電路，所承受的電容充放電能力可以大大提高，電路的工作也會更加安全可靠。因此，實際應用中555多諧振電路選擇改進了的間接反饋式電路。

4.3.2 ?間接反饋式無穩態振蕩電路原理分析

包含時基電路555部分內電路的多諧振蕩電路見圖3。

首先，電容C上電壓為0。在接通電源的瞬間，電容C兩端電壓為0，觸發器②腳與⑥腳電壓低于VCC，A2輸出高電平，使R-S觸發器置位，故IC1③腳輸出高電平。

其次，電容C上電壓升至上閾值電壓VT+。隨后電源VCC經電阻RA、RB對電容C進行充電，使電容C兩端電壓UC上升，當UC上升到大于比較器A1的基準電壓VCC時，A1輸出高電平，使R-S觸發器復位，Q端輸出低電平，即③腳輸出低電平。此時，端輸出高電平，故晶體管VTD導通，電容C通過RB及VTD導通的c-e結進行放電，使電容C兩端的電壓逐漸下降。

圖3

然后，電容C上電壓降至低于下閾值電壓VT-。隨著C電容的放電，其端電壓逐漸下降，一旦該電壓低于VCC時，下比較器A2輸出翻轉，變為高電平，使R-S觸發器置位，Q端為高電平，即③腳輸出為高電平;此時端為低電平，放電管VTD截止，電源VCC又通過RA與RB對電容C進行充電。

最后，電容C上電壓又升至大于VT+。一旦VTD截止后電容又進行充電，電容電壓由VCC開始上升，當上升到大于VCC時，輸出又發生翻轉。

上述過程循環往復，電容電壓UC（t）在VCC與VCC之間周期性地充電和放電，使③腳輸出電壓VO周期性跳變，形成自激振蕩。

根據上述分析，可得到間接反饋式555多諧振蕩器在充電時的等效電路及波形如圖4所示，圖4（a）和圖4（b）為等效電路，圖4（c）為波形圖。

圖4

從圖4（a）與（b）所示多諧振蕩器的充放電等效電路中可看出，電路在充電時有RA、RB兩個電阻，放電時只有RB一個電阻（R02電阻很小可以忽略不計）。從充放電曲線圖4（c）中也可以看出，它的兩個暫穩態時間t1和t2是不相等的。其中，t1為振蕩器輸出高電平的持續時間，t2為低電平的持續時間。

t1為電源通過RA、RB給C充電，使電容C端電壓UC上升到VCC所用的時間。

t1=0.693（RA+RB）×C，UC（0+）=VCC，UC（∞）= VCC，UC（t）=VCC;

t2為電容C通過電阻RB、放電管VTD放電，并使UC下降到VCC所用的時間。

t2=0.693×RB×C，由此可得振蕩周期為： T= t1+ t2=0.693（RA+2RB）×C

振蕩頻率是振蕩周期的倒數，即：f=1/T=1.443/（RA+2RB）×C

5 ?功能實現

連接控制組合的國產化設計選用NE555時基電路安裝在A1板上替代型號為М1006ВИ1的集成塊，實現向遙控臺上輸出“機組火警”信號、“工況1正在斷開”信號、“工況1正在接通”信號的1 Hz脈沖和向控制盒輸出“發電機組故障”信號的1 Hz脈沖功能，對時基振蕩電路模塊進行了重新設計。國產化的連接控制組合的時基振蕩電路模塊原理圖見圖5。

圖5

由于連接控制組合的振蕩頻率低，所以實際輸出的頻率值和用公式計算出的數值基本相符。頻率的計算公式為

f=1/T=1.443/（R1+2R2）×C2，同時，由于NE555的電源電壓為4.5 V～16 V，當A點輸入DC27V時，在圖5中利用R117進行調整NE555的電源電壓;輸出端B也要輸出DC27V電壓，在輸出端VO處，增加了電壓放大電路單元。

經過測試在A點輸入DC27V電壓，B點能夠產生1Hz振蕩頻率的脈沖，滿足連接控制組合總體的技術要求。

6 ?解決技術難點

俄制連接控制組合振蕩電路的集成塊М1006ВИ1為國外型號，既沒產品樣本，又沒技術參數，要保證產品質量，首先要繪制出準確無誤的電氣原理圖，對樣機每條指令、傳遞信號都進行了通電試驗、反復測量和校對，并詳細分析其在系統中的功能后，對振蕩電路進行了重新的設計。查閱了大量的國內有關資料后，優選出了可靠的國產軍用替代元器件NE555實現了與俄制集成電路在連接控制組合中相同的功能。

7 ?結束語

俄制連接控制組合振蕩電路的國產化成功，進一步提高了本人的集成電路的設計能力。同時，連接控制組合的1Hz振蕩電路已經調試成功，達到了連接控制組合技術要求，保證了國產化連接控制組合的設計完成，奠定了連接控制組合國產化設計的基礎。

作者簡介

劉鈺瓊，女，遼寧沈陽人，工程師，工學學士。endprint

當Vo=0，V=1，內部放電開關SA1閉合，DIS端接地，相當于低電平“0”。

因此，用放電端DIS代替輸出端Vo，從邏輯功能上分析是完全可以的。但為了得到充足的能源，必須要增加一個充電電阻，從而就成為有二個反饋電阻RA和RB的電路（見圖2）。經采用上述方法改進以后，就可以將負載電路與充放電電路完全分開。換句話說，就是充放電的電流不再受負載電流的影響。

另外，從電路特性角度分析，雙極型的555時基電路放電管的放電電流IDIS比較大，故采用上述方法改進后的電路，所承受的電容充放電能力可以大大提高，電路的工作也會更加安全可靠。因此，實際應用中555多諧振電路選擇改進了的間接反饋式電路。

4.3.2 ?間接反饋式無穩態振蕩電路原理分析

包含時基電路555部分內電路的多諧振蕩電路見圖3。

首先，電容C上電壓為0。在接通電源的瞬間，電容C兩端電壓為0，觸發器②腳與⑥腳電壓低于VCC，A2輸出高電平，使R-S觸發器置位，故IC1③腳輸出高電平。

其次，電容C上電壓升至上閾值電壓VT+。隨后電源VCC經電阻RA、RB對電容C進行充電，使電容C兩端電壓UC上升，當UC上升到大于比較器A1的基準電壓VCC時，A1輸出高電平，使R-S觸發器復位，Q端輸出低電平，即③腳輸出低電平。此時，端輸出高電平，故晶體管VTD導通，電容C通過RB及VTD導通的c-e結進行放電，使電容C兩端的電壓逐漸下降。

圖3

然后，電容C上電壓降至低于下閾值電壓VT-。隨著C電容的放電，其端電壓逐漸下降，一旦該電壓低于VCC時，下比較器A2輸出翻轉，變為高電平，使R-S觸發器置位，Q端為高電平，即③腳輸出為高電平;此時端為低電平，放電管VTD截止，電源VCC又通過RA與RB對電容C進行充電。

最后，電容C上電壓又升至大于VT+。一旦VTD截止后電容又進行充電，電容電壓由VCC開始上升，當上升到大于VCC時，輸出又發生翻轉。

上述過程循環往復，電容電壓UC（t）在VCC與VCC之間周期性地充電和放電，使③腳輸出電壓VO周期性跳變，形成自激振蕩。

根據上述分析，可得到間接反饋式555多諧振蕩器在充電時的等效電路及波形如圖4所示，圖4（a）和圖4（b）為等效電路，圖4（c）為波形圖。

圖4

從圖4（a）與（b）所示多諧振蕩器的充放電等效電路中可看出，電路在充電時有RA、RB兩個電阻，放電時只有RB一個電阻（R02電阻很小可以忽略不計）。從充放電曲線圖4（c）中也可以看出，它的兩個暫穩態時間t1和t2是不相等的。其中，t1為振蕩器輸出高電平的持續時間，t2為低電平的持續時間。

t1為電源通過RA、RB給C充電，使電容C端電壓UC上升到VCC所用的時間。

t1=0.693（RA+RB）×C，UC（0+）=VCC，UC（∞）= VCC，UC（t）=VCC;

t2為電容C通過電阻RB、放電管VTD放電，并使UC下降到VCC所用的時間。

t2=0.693×RB×C，由此可得振蕩周期為： T= t1+ t2=0.693（RA+2RB）×C

振蕩頻率是振蕩周期的倒數，即：f=1/T=1.443/（RA+2RB）×C

5 ?功能實現

連接控制組合的國產化設計選用NE555時基電路安裝在A1板上替代型號為М1006ВИ1的集成塊，實現向遙控臺上輸出“機組火警”信號、“工況1正在斷開”信號、“工況1正在接通”信號的1 Hz脈沖和向控制盒輸出“發電機組故障”信號的1 Hz脈沖功能，對時基振蕩電路模塊進行了重新設計。國產化的連接控制組合的時基振蕩電路模塊原理圖見圖5。

圖5

由于連接控制組合的振蕩頻率低，所以實際輸出的頻率值和用公式計算出的數值基本相符。頻率的計算公式為

f=1/T=1.443/（R1+2R2）×C2，同時，由于NE555的電源電壓為4.5 V～16 V，當A點輸入DC27V時，在圖5中利用R117進行調整NE555的電源電壓;輸出端B也要輸出DC27V電壓，在輸出端VO處，增加了電壓放大電路單元。

經過測試在A點輸入DC27V電壓，B點能夠產生1Hz振蕩頻率的脈沖，滿足連接控制組合總體的技術要求。

6 ?解決技術難點

俄制連接控制組合振蕩電路的集成塊М1006ВИ1為國外型號，既沒產品樣本，又沒技術參數，要保證產品質量，首先要繪制出準確無誤的電氣原理圖，對樣機每條指令、傳遞信號都進行了通電試驗、反復測量和校對，并詳細分析其在系統中的功能后，對振蕩電路進行了重新的設計。查閱了大量的國內有關資料后，優選出了可靠的國產軍用替代元器件NE555實現了與俄制集成電路在連接控制組合中相同的功能。

7 ?結束語

俄制連接控制組合振蕩電路的國產化成功，進一步提高了本人的集成電路的設計能力。同時，連接控制組合的1Hz振蕩電路已經調試成功，達到了連接控制組合技術要求，保證了國產化連接控制組合的設計完成，奠定了連接控制組合國產化設計的基礎。

作者簡介

劉鈺瓊，女，遼寧沈陽人，工程師，工學學士。endprint

當Vo=0，V=1，內部放電開關SA1閉合，DIS端接地，相當于低電平“0”。

因此，用放電端DIS代替輸出端Vo，從邏輯功能上分析是完全可以的。但為了得到充足的能源，必須要增加一個充電電阻，從而就成為有二個反饋電阻RA和RB的電路（見圖2）。經采用上述方法改進以后，就可以將負載電路與充放電電路完全分開。換句話說，就是充放電的電流不再受負載電流的影響。

另外，從電路特性角度分析，雙極型的555時基電路放電管的放電電流IDIS比較大，故采用上述方法改進后的電路，所承受的電容充放電能力可以大大提高，電路的工作也會更加安全可靠。因此，實際應用中555多諧振電路選擇改進了的間接反饋式電路。

4.3.2 ?間接反饋式無穩態振蕩電路原理分析

包含時基電路555部分內電路的多諧振蕩電路見圖3。

首先，電容C上電壓為0。在接通電源的瞬間，電容C兩端電壓為0，觸發器②腳與⑥腳電壓低于VCC，A2輸出高電平，使R-S觸發器置位，故IC1③腳輸出高電平。

其次，電容C上電壓升至上閾值電壓VT+。隨后電源VCC經電阻RA、RB對電容C進行充電，使電容C兩端電壓UC上升，當UC上升到大于比較器A1的基準電壓VCC時，A1輸出高電平，使R-S觸發器復位，Q端輸出低電平，即③腳輸出低電平。此時，端輸出高電平，故晶體管VTD導通，電容C通過RB及VTD導通的c-e結進行放電，使電容C兩端的電壓逐漸下降。

圖3

然后，電容C上電壓降至低于下閾值電壓VT-。隨著C電容的放電，其端電壓逐漸下降，一旦該電壓低于VCC時，下比較器A2輸出翻轉，變為高電平，使R-S觸發器置位，Q端為高電平，即③腳輸出為高電平;此時端為低電平，放電管VTD截止，電源VCC又通過RA與RB對電容C進行充電。

最后，電容C上電壓又升至大于VT+。一旦VTD截止后電容又進行充電，電容電壓由VCC開始上升，當上升到大于VCC時，輸出又發生翻轉。

上述過程循環往復，電容電壓UC（t）在VCC與VCC之間周期性地充電和放電，使③腳輸出電壓VO周期性跳變，形成自激振蕩。

根據上述分析，可得到間接反饋式555多諧振蕩器在充電時的等效電路及波形如圖4所示，圖4（a）和圖4（b）為等效電路，圖4（c）為波形圖。

圖4

從圖4（a）與（b）所示多諧振蕩器的充放電等效電路中可看出，電路在充電時有RA、RB兩個電阻，放電時只有RB一個電阻（R02電阻很小可以忽略不計）。從充放電曲線圖4（c）中也可以看出，它的兩個暫穩態時間t1和t2是不相等的。其中，t1為振蕩器輸出高電平的持續時間，t2為低電平的持續時間。

t1為電源通過RA、RB給C充電，使電容C端電壓UC上升到VCC所用的時間。

t1=0.693（RA+RB）×C，UC（0+）=VCC，UC（∞）= VCC，UC（t）=VCC;

t2為電容C通過電阻RB、放電管VTD放電，并使UC下降到VCC所用的時間。

t2=0.693×RB×C，由此可得振蕩周期為： T= t1+ t2=0.693（RA+2RB）×C

振蕩頻率是振蕩周期的倒數，即：f=1/T=1.443/（RA+2RB）×C

5 ?功能實現

連接控制組合的國產化設計選用NE555時基電路安裝在A1板上替代型號為М1006ВИ1的集成塊，實現向遙控臺上輸出“機組火警”信號、“工況1正在斷開”信號、“工況1正在接通”信號的1 Hz脈沖和向控制盒輸出“發電機組故障”信號的1 Hz脈沖功能，對時基振蕩電路模塊進行了重新設計。國產化的連接控制組合的時基振蕩電路模塊原理圖見圖5。

圖5

由于連接控制組合的振蕩頻率低，所以實際輸出的頻率值和用公式計算出的數值基本相符。頻率的計算公式為

f=1/T=1.443/（R1+2R2）×C2，同時，由于NE555的電源電壓為4.5 V～16 V，當A點輸入DC27V時，在圖5中利用R117進行調整NE555的電源電壓;輸出端B也要輸出DC27V電壓，在輸出端VO處，增加了電壓放大電路單元。

經過測試在A點輸入DC27V電壓，B點能夠產生1Hz振蕩頻率的脈沖，滿足連接控制組合總體的技術要求。

6 ?解決技術難點

俄制連接控制組合振蕩電路的集成塊М1006ВИ1為國外型號，既沒產品樣本，又沒技術參數，要保證產品質量，首先要繪制出準確無誤的電氣原理圖，對樣機每條指令、傳遞信號都進行了通電試驗、反復測量和校對，并詳細分析其在系統中的功能后，對振蕩電路進行了重新的設計。查閱了大量的國內有關資料后，優選出了可靠的國產軍用替代元器件NE555實現了與俄制集成電路在連接控制組合中相同的功能。

7 ?結束語

俄制連接控制組合振蕩電路的國產化成功，進一步提高了本人的集成電路的設計能力。同時，連接控制組合的1Hz振蕩電路已經調試成功，達到了連接控制組合技術要求，保證了國產化連接控制組合的設計完成，奠定了連接控制組合國產化設計的基礎。

作者簡介

劉鈺瓊，女，遼寧沈陽人，工程師，工學學士。endprint