基于双向触发二极管的脉冲序列发生器

 随着社会经济的高速发展，密集的工农业生产环境的安全问题越来越受到人们重视，所以在很多情况下，需要安装警示灯或标志灯，以提醒人们注意。
    爆闪式信号灯与普通信号灯相比，因其体积小，且能在短时间内发出强光，信号传递效果好，因此具有更明显的警示作用，可广泛应用于特种车辆(工程车、警车、消防车等)、道路交通、航空指示等场合，最大限度地避免了各种事故的发生。爆闪式信号灯工作时的闪亮间隔为0．5～1 s，由于人眼对闪亮间隔时间的微小变化不太敏感，所以厂家允许有10％～20％的误差，而人对闪亮次数的改变却很敏感，因此要求频闪次数与设定次数必须一致。这种信号灯要求能控制不同的闪亮次数和停闪时间，因此具有多种工作模式，其控制模式由脉冲序列发生器来实现。要求电路简单、运行可靠。
    现有的产品利用两个定时电容和两个振荡器构成，工作时把两个振荡器输出的信号通过逻辑处理后获得多种脉冲序列，因此要求两个定时电容具有很高的精度和温度特性。
    由于爆闪式信号灯工作时的闪亮间隔为0．5～l s，因此采用的是较大容量的钽电容或电解电容。由于电容容量的大小对温度比较敏感，而爆闪式信号灯工作时内部温度变化范围可达一30～100℃。为了稳定工作，就必须保证两个电容精度高、温度特性一致，否则产生的脉冲序列的次数与设定值不同，而实际批量生产中无法做到两个电容特性的完全一致，从而给批量生产带来很多问题。
    利用单电容定时，采用结构特殊的电压逐次比较的方法产生脉冲序列，可克服上述缺点。
    文中提出的脉冲序列发生器由于采用双向触发二极管，因此电路简单、无需低压工作电源、抗干扰能力强、工作模式多、微功耗，特别适合于爆闪式信号灯。

1 电压逐次比较法的脉冲序列发生器工作原理
    脉冲序列发生器工作原理波形，如图l所示。利用单电容产生锯齿波，然后在锯齿波的不同电压处用比较方法产生脉冲，因此只要比较电压稳定，输出脉冲个数不变。图l中可以看出电容变大或变小时，只改变脉冲间隔，而脉冲次数不变。

2 单电容定时的脉冲序列发生器
    脉冲序列发生器框图，如图2所示，主要由定时电容、保持电容、2个双向触发二极管、恒流源等部分组成。具体电路，如图4所示。

2．1 双向触发二极管工作特性
    双向触发二极管的工作特性曲线，如图3所示。在VB0处被触发后，内阻迅速减少，如果维持电流<10 mA则自动断开。双向触发二极管DB3的VB0为33 V，回差电压△V为7 V。利用此特性可组成比较点自动改变的脉冲发生器。

2．2 锯齿波发生器工作原理
    图4为整体电路图，Q2、R5、C3组成恒流充电型锯齿波发生器，因此C3为定时电容，要求精度较高，C2、C4、C5为辅助电容无高精度要求，C2只要求漏电小，可采用小容量独石电容。恒流源对C4充电的电流取决于式(1)

   

    R2、R3、R4和R8组成分压网络，通过S1、S2改变分压比，设置不同的控制锯齿波电压的最大值，从而在2～4的范围内改变脉冲个数。C4、Q4、R10、Q5组成锯齿波电压的最大值控制器，如果D点的电压达到33 V则Q5触发导通，可控硅Q4导通，C3、C5的电压迅速泄放，重新形成锯齿波。
2．3 比较点自动改变的脉冲发生器工作原理
    C2、D1、Q3、R7、组成比较点自动改变的脉冲发生器。开始时C2的电压为0 V，因此当A点的锯齿波电压达到33 V时(比较点1)Q3触发导通，控制频闪管的可控硅Q1导通实现一次频闪。此时由于C3和C5远远大于C2(实验表明取10倍以上即可)，因此C2迅速被充上Q3的回差电压7 V后Q3截止。A点的锯齿波电压继续上升，电压达到33+7=40 V时(比较点2)，Q3触发导通C2迅速再充上7 V，此时C2的电压为7+7=14 V，依此类推。因此比较点1、2、3、4的电压分别是33V、40 V、47 V、54 V。A点的锯齿波电压达到设定的次数控制电压时，Q4导通C3通过D2，C2通过D1迅速放电，重新开始下一个周期。
    改变稳压管D2的稳压值可改变锯齿波的起始点，从而改变第一个脉冲到来的时间T1。
2．3 实验结果
    由于定时时间为秒量级，触发脉冲时间为微秒量级，因此触发脉冲很难观测到，所以用检测被触发后的频闪管两端的波形来代替触发脉冲的波形。
    图5中脉冲数设定2次，上图的定时电容C3为4．7μF，下图的C3为4．7+2．2=6．9μF，改变量约为50％时实际测量的工作波形。

    图6中脉冲数设定4次，上图的C3为4．7μF，下图的C3为6．9μF时实际测量的工作波形。

    可见电容C3的容量在50％范围内改变时，只是触发脉冲间隔变化，而设定的次数不变，而且由于采用恒流充电方式，触发次数从2～4时脉冲间隔时间几乎一样，如果改变分压比可在1～8内控制脉冲个数。

3 结束语
    用一个电容和双向触发二极管并采用逐次电压比较法形成脉冲序列，由于只用了一个电容，所以克服了传统的脉冲序列发生器用2个电容进行定时所产生的种种问题。
    实验证明，采用双向触发二极管DB3组成的单电容脉冲序列发生器，无需提供低压工作电源，直接利用频闪用300 V高压，整个电路在微功耗状态下工作。
    由于DB3的回差电压为7 V，因此每一个比较点的电压差较大有利于抗干扰。
    采用这种电路时，即使定时电容C3的容量改变50％时，发生器也能准确地输出设定脉冲，只是时间间隔变大，而C2作为保持电容，其容量改变100％倍时对定时时间几乎没有影响。在生产中使用的电容一般误差为±lO％，因此很容易满足本电路的要求。