摘 要 本文简要分析了连接控制组合集成电路功能，并通过分析555的典型线路，将555时基电路应用在连接控制组合国产化设计中，实现了连接控制组合技术要求中的1 Hz脉冲振荡电路功能。
关键词 连接控制组合;多谐振荡;无稳态多谐振荡;555时基电路
中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0019-03
某型号产品是用户某系统中的重要电气设备。该产品可与用户的整个系统进行同车安装，因而可随车转移，提高了系统的灵活性。目前用户使用的产品是由国外引进，国内尚属空白，因使用年久，又缺乏备件，致使部分设备不能正常工作。针对这种形势，我们主动承担了该产品的维修、改制及零部件的国产化攻关工作，以满足用户需求。
1 产品用途
某型号产品具有完善的监控、显示、保护等功能，使用方便、操作简单，具有国内先进水平，该产品具有起动时间短、控制先进、电源稳定、结构紧凑、体积小、功率大、防护措施合理等优点，广泛应用于国防及石油勘探等领域。
该产品控制系统中的连接控制组合是它的主要电气部件，用于传递控制系统的控制指令及信号;发出前、后舱盖控制程序;控制系统供电电源分配及其过流保护;控制产生发电机组和外部电源接通负载的指令;控制遥控和本地状态下供电方式转换并实现连锁功能，存储及指示设备内故障信号。
2 连接控制组合组成和结构特点
连接控制组合主要由安装在铝合金制成的壳体内直流电磁继电器、接触器和5块功能不同的印制电路板等组成，通过7只电连接器与电源和控制系统相连。
连接控制组合的主要电气功能由其5块印制电路板完成。印制电路板是根据对连接控制组合的空间结构和电气性能要求而设计，其优点为集成度高、安装节省设计空间、可靠性高、安全性强等。
3 连接控制组合集成电路功能分析
由于遥控台上“机组火警”信号、“工况1正在断开”信号、“工况1正在接通”信号的1 Hz脉冲和控制盒“发电机组故障”信号的1Hz脉冲由连接控制组合产生，故连接控制组合内有能产生1 Hz脉冲振荡的电路单元。
分解俄制连接控制组合，其A1板内装有型号为М1006ВИ1的集成块，其单元电路如图1。
图1中A点输入连接控制组合的电源DC27V，测试R123：1端有1 Hz脉冲输出，故1 Hz脉冲由此集成块产生。B点为连接控制组合的输出端并连接“机组火警”信号、“工况1正在断开”信号、“工况1正在接通”信号，与机组的设计要求相符。
因此可以使用通用的时基振荡电路模块替换此部分电路，进行重新设计。
图1
4 连接控制组合时基振荡电路的设计
4.1 设计原则
根据国产化技术要求，连接控制组合时基振荡电路工作电压等级、输出信号指标与原样机相同，安装方式必须与原样机完全一致。综上所述，采取功能仿制的原则进行设计，并保证其输出为产生1 Hz脉冲的振荡电路。
4.2 电路选择
时基电路555是一种将模拟功能和逻辑功能巧妙地结合在同一硅片上的线性集成电路。它是数字电路和模拟电路相结合的电路，能够产生时间延迟和多种脉冲信号。555时基电路具有线路简单、功能灵活和调节方便等特点。因此，选用555时基电路构成的常见的典型多谐振荡器电路替代俄制连接控制组合的脉冲振荡电路。
4.2.1 555时基电路特点
1）定时精度、工作速度和可靠性高。
2）使用电源电压范围宽，为2 V～18 V，能和其他数字电路直接连接。
3）有一定的输出功率，可驱动微电机、指示灯、扬声器、继电器等。
4）结构简单，使用灵活，用途广泛，可由它组成各种波形的脉冲振荡器及定时延时器等电路。
4.2.2 555时基电路类型与选择
555时基电路有双极型（TTL）和互补金属氧化物半导体型（CMOS）集成电路两大类。由于双极型的性能可靠性比互补金属氧化物半导体型的高，故选择双极型555时基电路。
4.2.3 555时基电路基本电路分类与选择
555时基电路构成的常见基本电路有：单稳态触发电路、双稳态触发电路、无稳态工作电路等。
单稳态触发电路有1个稳态和1个暂态;双稳态触发电路有2个稳态;无稳态工作电路有2个暂态。
无稳态电路它的输出状态是不断地在从高到低交替翻转的。它的输出是一个连续的矩形脉冲。因此，它实际上是一种脉冲振荡器。又因为它的输出是矩形脉冲，根据脉冲的电路的理论，一个矩形脉冲可以看成是由这个脉冲的基频的正弦波和许多频率是基频整数倍而幅度不等的正弦波叠加起来合成的。而且它还有不需要外脉冲触发（也称激发）就可以自动启动振荡的特点，所以脉冲振荡器又称多谐自激振荡器，简称多谐振荡器。因此选择无稳态多谐振荡器基本电路。
由555时基电路构成的无稳态多谐振荡器较常见的有：直接反馈型无稳态电路、间接反馈型无稳态电路、占空比可调脉冲振荡电路。
连接控制组合所需的频率低，且占空比不需要可调，因此选择间接反馈型无稳态电路。
4.3 间接反馈型无稳态振荡电路在连接控制组合中应用
4.3.1 间接反馈型无稳态振荡电路特点
间接反馈式555多谐振荡器的电路如图2所示。
图2
由555时基电路的工作原理可以看出，其放电开关端DIS（⑦脚）与其输出端Vo（③脚）间有着相同的逻辑功能，即：当Vo=1，V=0，内部放电开关SA1断开，DIS端开路，相当于高电平“1”;
当Vo=0，V=1，内部放电开关SA1闭合，DIS端接地，相当于低电平“0”。
因此，用放电端DIS代替输出端Vo，从逻辑功能上分析是完全可以的。但为了得到充足的能源，必须要增加一个充电电阻，从而就成为有二个反馈电阻RA和RB的电路（见图2）。经采用上述方法改进以后，就可以将负载电路与充放电电路完全分开。换句话说，就是充放电的电流不再受负载电流的影响。
另外，从电路特性角度分析，双极型的555时基电路放电管的放电电流IDIS比较大，故采用上述方法改进后的电路，所承受的电容充放电能力可以大大提高，电路的工作也会更加安全可靠。因此，实际应用中555多谐振电路选择改进了的间接反馈式电路。
4.3.2 间接反馈式无稳态振荡电路原理分析
包含时基电路555部分内电路的多谐振荡电路见图3。
首先，电容C上电压为0。在接通电源的瞬间，电容C两端电压为0，触发器②脚与⑥脚电压低于VCC，A2输出高电平，使R-S触发器置位，故IC1③脚输出高电平。
其次，电容C上电压升至上阈值电压VT+。随后电源VCC经电阻RA、RB对电容C进行充电，使电容C两端电压UC上升，当UC上升到大于比较器A1的基准电压VCC时，A1输出高电平，使R-S触发器复位，Q端输出低电平，即③脚输出低电平。此时，端输出高电平，故晶体管VTD导通，电容C通过RB及VTD导通的c-e结进行放电，使电容C两端的电压逐渐下降。
图3
然后，电容C上电压降至低于下阈值电压VT-。随着C电容的放电，其端电压逐渐下降，一旦该电压低于VCC时，下比较器A2输出翻转，变为高电平，使R-S触发器置位，Q端为高电平，即③脚输出为高电平;此时端为低电平，放电管VTD截止，电源VCC又通过RA与RB对电容C进行充电。
最后，电容C上电压又升至大于VT+。一旦VTD截止后电容又进行充电，电容电压由VCC开始上升，当上升到大于VCC时，输出又发生翻转。
上述过程循环往复，电容电压UC（t）在VCC与VCC之间周期性地充电和放电，使③脚输出电压VO周期性跳变，形成自激振荡。
根据上述分析，可得到间接反馈式555多谐振荡器在充电时的等效电路及波形如图4所示，图4（a）和图4（b）为等效电路，图4（c）为波形图。
图4
从图4（a）与（b）所示多谐振荡器的充放电等效电路中可看出，电路在充电时有RA、RB两个电阻，放电时只有RB一个电阻（R’02电阻很小可以忽略不计）。从充放电曲线图4（c）中也可以看出，它的两个暂稳态时间t1和t2是不相等的。其中，t1为振荡器输出高电平的持续时间，t2为低电平的持续时间。
t1为电源通过RA、RB给C充电，使电容C端电压UC上升到VCC所用的时间。
t1=0.693（RA+RB）×C，UC（0+）=VCC，UC（∞）= VCC，UC（t）=VCC;
t2为电容C通过电阻RB、放电管VTD放电，并使UC下降到VCC所用的时间。
t2=0.693×RB×C，由此可得振荡周期为： T= t1+ t2=0.693（RA+2RB）×C
振荡频率是振荡周期的倒数，即：f=1/T=1.443/（RA+2RB）×C
5 功能实现
连接控制组合的国产化设计选用NE555时基电路安装在A1板上替代型号为М1006ВИ1的集成块，实现向遥控台上输出“机组火警”信号、“工况1正在断开”信号、“工况1正在接通”信号的1 Hz脉冲和向控制盒输出“发电机组故障”信号的1 Hz脉冲功能，对时基振荡电路模块进行了重新设计。国产化的连接控制组合的时基振荡电路模块原理图见图5。
图5
由于连接控制组合的振荡频率低，所以实际输出的频率值和用公式计算出的数值基本相符。频率的计算公式为
f=1/T=1.443/（R1+2R2）×C2，同时，由于NE555的电源电压为4.5 V～16 V，当A点输入DC27V时，在图5中利用R117进行调整NE555的电源电压;输出端B也要输出DC27V电压，在输出端VO处，增加了电压放大电路单元。
经过测试在A点输入DC27V电压，B点能够产生1Hz振荡频率的脉冲，满足连接控制组合总体的技术要求。
6 解决技术难点
俄制连接控制组合振荡电路的集成块М1006ВИ1为国外型号，既没产品样本，又没技术参数，要保证产品质量，首先要绘制出准确无误的电气原理图，对样机每条指令、传递信号都进行了通电试验、反复测量和校对，并详细分析其在系统中的功能后，对振荡电路进行了重新的设计。查阅了大量的国内有关资料后，优选出了可靠的国产军用替代元器件NE555实现了与俄制集成电路在连接控制组合中相同的功能。
7 结束语
俄制连接控制组合振荡电路的国产化成功，进一步提高了本人的集成电路的设计能力。同时，连接控制组合的1Hz振荡电路已经调试成功，达到了连接控制组合技术要求，保证了国产化连接控制组合的设计完成，奠定了连接控制组合国产化设计的基础。
作者简介
刘钰琼，女，辽宁沈阳人，工程师，工学学士。
