鎖存繼電器的CMOS電路研究

圖1中電路會(huì)根據(jù)一個(gè)脈沖，切換一個(gè)DPDT（雙刀雙擲）鎖存繼電器的狀態(tài)。它包括一個(gè)瞬動(dòng)開關(guān)至步進(jìn)電壓信號發(fā)生器，一個(gè)差分脈沖轉(zhuǎn)換器，一個(gè)繼電器驅(qū)動(dòng)器，以及一個(gè)繼電器線圈。

　　瞬動(dòng)開關(guān)提供驅(qū)動(dòng)電路的步進(jìn)電壓信號。電路使用一個(gè)簡單的下拉開關(guān)動(dòng)作（按下/釋放），如由RS、CS和S2構(gòu)成，或一個(gè)觸發(fā)器的鎖存動(dòng)作（按下/按起），如由IC1A、IC1B、R1、R2、C1和S1構(gòu)成。對簡單的下拉情況，我們還可以增加一個(gè)去抖動(dòng)電路。在電路連接到其它輸入源以前，可以用按鍵開關(guān)對其作測試。

　　差分脈沖轉(zhuǎn)換器由IC1C、IC1D、IC1E和IC1F組成。CD4069六反相器的最后兩級自偏置在大約VDD/2的線性模式，其中VDD是漏漏電壓，對應(yīng)于IC1F的Pin 14。電路獲得IC1C的一個(gè)上升或下降，將其轉(zhuǎn)換為在IC1E 和 IC1F輸出端的等長相反脈沖。脈沖的次序與IC1C輸入的邊沿方向同步。

　　輸出驅(qū)動(dòng)級緩沖IC1E和IC1F的電壓輸出，用于驅(qū)動(dòng)繼電器線圈。運(yùn)放為負(fù)載提供差分電流轉(zhuǎn)儲(chǔ)，而不致在空閑模式造成大的浪費(fèi)。由R4 和 D1組成的LED指示燈電路給出繼電器開關(guān)的方向。

　　假設(shè)C1未充電時(shí)電路上電， IC1A與IC1B開始工作時(shí)R1兩端為VDD。所有反相級都工作在數(shù)字模式，除了IC1E和IC1F。

　　當(dāng)為電路加電時(shí)，這兩級自偏在約VDD/2，并工作在線性模式。接成跟隨器的運(yùn)算放大器也將輸出偏置在接近VDD/2。這個(gè)動(dòng)作使繼電器線圈有一個(gè)可忽略的偏移/誤差電壓，這是因?yàn)榱聪嗥鱅C中的器件匹配，以及運(yùn)放的高開環(huán)增益。

　　IC1E與IC1F級分別通過電容C5和C3交流耦合。電容從IC1C和IC1D的步進(jìn)輸出，為IC1E與IC1F的輸入端提供一個(gè)脈沖。有損積分器IC1E和IC1F延長了輸出端的反相脈沖。在這些事件后，IC1E和IC1F的輸出端最終返回到自己的均衡狀態(tài)，這有助于防止繼電器線圈內(nèi)形成一個(gè)反向場，并且轉(zhuǎn)換回去。圖2顯示了脈沖的形狀與時(shí)序。

電源的串聯(lián)電阻R5用于降低IC1F的VDD，限制線性偏置級IC1E和IC1F的空閑電流。這只電阻代表著在這兩級所需耗散功率與通過運(yùn)放切換繼電器的可用電壓擺幅之間的一種折衷。

　　 電路運(yùn)行在一個(gè)9V電源下，采用圖1中的元件值時(shí)，IC1F的VDD約為5.5V。切換之間的總電流大約為8 mA。

　　R3/C3和R4/C4建立時(shí)間常數(shù)，并粗略地將這些脈沖尾部的總長度設(shè)為500ms。這個(gè)時(shí)間足以滿足繼電器線圈的保持要求，如松下TQ2-L-5V是3ms或更低。如果繼電器線圈首先在一個(gè)異步位置發(fā)現(xiàn)自己，則必要時(shí)可在按一次開關(guān)后，重新調(diào)整自己。