二進制轉十進制數字電路:此電路可以使十的倍數個光源按十進制的自然法則依次交替工作。光源可以按所需要選擇不同顏色的彩燈。該電路元件少、成本低、安裝簡單。
該電路主要由兩個集成塊組成,一個是NE555,產生二進制變化、且頻率可調的方波。另一個是CD4017,將二進制轉換為十進制的數字譯碼器,按滿十進位的自然法則循環。該電路分為四個部分,即電源電路、振蕩電路、譯碼電路和光源電路。
1.電源電路:該電路由四個分離元件構成,即R1、C1、D1、D2、C2組成電容降壓半波整流電路(其中R1、C1為降壓電阻、電容,C2為濾波電容,D2為半波整流二極管,D1為穩壓管),為集成塊提供直流工作電源。
2.振蕩電路:該電路由一塊時基電路集成塊NE555和四個分離C3、C4、R2、R3組成(其中C3為延時充電電容,C4為抗干擾隔離電容,R2、R3為延時充電電阻,而R3又為放電電阻)。通電后,因電容C3兩端的電壓不能突變,第②腳的電壓為低電平,集成塊NE555的內部觸發器被置位,第③腳輸出高電平。同時,由于電源經電阻R2和R3向C3充電,使第⑥腳和②腳的電壓不斷提高,當電位上升到VCC的三分之二時,集成塊NE555的內部觸發器被復位,第③腳的輸出電壓翻轉為低電平。同時集成塊NE555內部的放電管導通,即第⑦腳通過內部的放電管和第①腳相通,C3上儲存的電荷就通過R3第⑦腳放電,使第⑥腳和第②腳的電壓不斷下降,當電位降低到Vcc的三分之一時,集成塊NE555的內部觸發器被置位。同時,集成塊NE555內部的放電管截止,第⑦腳被懸空,電源又通過R3、R2向C3充電,使第⑥腳和第②腳的電壓不斷提高……如此,周而復始,形成振蕩。
其振蕩頻率為:f= 1.44(R2 +2R3)/C3而輸出端的高電平維持時間取決于電容C3的充電時間常數。
其充電時間的常數為:f充=0. 693( R2+R3)C3而輸出端的低電平維持時間取決于電容C3的放電時間常數。
其放電時間常數為:f放=0. 693R3C3由于R3≥R2故可認為f放~f充,目的是減小彩燈熄亮交替的時間間隔的差異。如用作其它情況,可按需要調整R2、R3、C3的參數。
綜上分析,第③腳始終處于高電平和低電平的二進制變化狀態,故此電路又稱為無穩態電路。又由于產生的波形變化在理論上呈方形,故又稱為方波發生器。
3.計碼電路:該電路僅由一塊CD4017集成塊組成。該集成塊有三個輸入端(即兩個時鐘輸入端CP第14腳和EN第①腳與復位端Cr第⑩腳)。有十個輸出端Q0~P9(依次為第③、⑦、④、⑦、⑩、①、⑤、⑥、⑨、11腳)。還有一個進位端00(第12腳)。其功能是:當復位端Cr加上高電平和正脈沖時,輸出端QO為高電平,其余九個輸出端Q1—Q9均為低電平。時鐘輸入端CP對輸入時鐘脈沖的上升沿計數。NE則對時鐘脈沖的下降沿計數。Q0~Q9這十個輸出端的輸出狀態分別與輸入的時鐘個數相對應。如從0開始計數,則輸入第一個時鐘脈沖時,Q1就變成高電平。輸入第二個時鐘脈沖時,Q2變成高電平。…一直到輸入第十個時鐘脈沖,QO變為高電平。同時,進位端00就輸出一個進位脈沖,作為下一級計數的時鐘信號。Cr為復位端,也稱為清零端。當Cr輸入高電平時,電路復位,即輸出端QO為高電平,Q1一Q9為低電平。如此反復,只要集成塊NE555第③腳送來的二進制信號不消失,CD4017將二進制信號轉換成為十進制信號的計碼工作就會反復進行下去。
4.光源電路:該電路主要由光源和可控硅組成。
工作時,可控硅的控制腳由CD4017的十個輸出端控制。當可控硅的控制腳接受到高電平時,可控硅就觸發導通,使光源通電發光。
注1:計碼電路和光源電路之間串按一個1k電阻的目的是,一旦出現電源波動較大的情況,可以防止CD4017輸出端的電壓和電流過大,而造成可控硅損壞。
注2.如果光源發光較暗,可將圖中的單向可控硅改成雙向可控硅。因為交流電在半波工作狀態電壓會降低。
注3:對于初學者,該電路的不足之處是,市電未經過變壓器轉化而采用電阻、電容宣接降低電壓。所以電路安裝好、通電前,一定要檢查線路正確無誤。最好用萬用表檢查電源電路輸入端沒有斷路情況時再通電,且人體不要接觸線路板,以免發生觸電。
注4:其它的拓展使用可以是產品計數器、轉速計數器、循環延時器、順序步進器、循環延時開關等。當然用于追光燈、循環燈彩、多變燈彩、禮花爆炸燈、廣告裝飾變化燈(只限為十個花樣)等才是本文的主要目的。