我最初打算使用配置為單穩(wěn)態(tài)的555 定時(shí)器，但我沒有任何可用的定時(shí)器，并且我需要盡快進(jìn)行此設(shè)計(jì)。我所需要的只是一個(gè)單電源（9V 電池）和一些運(yùn)算放大器，但我不想將它們用作比較器。我開始思考如何使用廉價(jià)的運(yùn)算放大器創(chuàng)建軌到軌一次性，并提出了這個(gè)想法。

　　圖 1顯示了該電路的理想化版本。
　　軌到軌一次性電路設(shè)計(jì)圖 1該電路使用理想運(yùn)算放大器，將產(chǎn)生一個(gè)軌到軌運(yùn)行的單觸發(fā)脈沖。
　　工作原理很簡單。按下按鈕 PB1（對應(yīng)于檢測到動(dòng)物的紅外傳感器），通過 R1 以短時(shí)間常數(shù)將電容器 C 充電至 VCC。釋放按鈕允許電容器通過 R 放電。運(yùn)算放大器 U1 緩沖這種指數(shù)放電，U1 的輸出電壓進(jìn)入同相施密特觸發(fā)器，參考電壓為 VCC/2。當(dāng)電容器電壓超過 3/4 VCC（由于選擇的 R1*C 時(shí)間常數(shù)非常短，一旦按下按鈕，電容器電壓將很快達(dá)到），U2 的輸出變?yōu)?VCC。由于 U2 的遲滯作用，僅當(dāng)電容器電壓放電至 1/4 VCC 時(shí)，輸出電壓才會(huì)接地。輸出脈沖持續(xù)時(shí)間為：
　　T = ln(4) RC ≈ 1.38 RC 秒 (1)
　　請注意，該時(shí)間與電源電壓無關(guān)。
　　理想電路的仿真　　是時(shí)候通過仿真來嘗試設(shè)計(jì)了。假設(shè)我們想要 10 秒左右的脈沖寬度。使用公式 1，如果我們選擇 C= 50μF，則 R 應(yīng)為 144kΩ，因此，如果我們使用 5% 電阻，則實(shí)際 R = 150kΩ。根據(jù)這些值，T = 10.40 秒，如圖2所示。我們使用理想的運(yùn)算放大器，并通過 R1 的時(shí)變值來模擬按鈕的激活，得到如圖 3所示的結(jié)果。

　

　具有真實(shí)元件值的電路設(shè)計(jì)圖 2我們可以使用真實(shí)元件值和理想運(yùn)算放大器來模擬電路。

　　電路仿真圖圖 3圖 2 中的設(shè)計(jì)仿真（假定運(yùn)算放大器為理想狀態(tài)）顯示了我們預(yù)期的行為?！　》抡姹砻?，使用理想運(yùn)算放大器時(shí)，電路的行為符合預(yù)期，因此下一步是使用真實(shí)的運(yùn)算放大器（例如不具有軌到軌功能的LM358 ）對其進(jìn)行仿真，如圖 4所示。鑒于其他組件保持不變，我們期望得到相同的結(jié)果，但這并不是模擬結(jié)果所說的。

　　使用真實(shí)運(yùn)算放大器的電路設(shè)計(jì)圖 4圖 2 中使用實(shí)際運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)也應(yīng)該顯示出我們期望的行為?！　∈褂貌痪哂熊壍杰壒δ艿倪\(yùn)算放大器會(huì)產(chǎn)生不為 T ≈ 1.38RC 的脈沖持續(xù)時(shí)間（圖 5）。這是為什么？那么，由于U2的輸出無法達(dá)到VCC，因此U2的同相輸入也以低于VCC的電壓啟動(dòng)。但將施密特觸發(fā)器設(shè)置為接地所需的閾值電壓仍設(shè)置為 VCC/2，該電壓現(xiàn)在大于預(yù)期輸出電壓的一半。因此，電路會(huì)提前觸發(fā)。

　　使用 LM358 運(yùn)算放大器的電路仿真圖圖 5使用 LM358 運(yùn)算放大器（而不是理想運(yùn)算放大器）進(jìn)行的仿真會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。
　　我們怎樣才能解決這個(gè)問題呢？起初我考慮在U2的反相輸入端使用微調(diào)器來正確設(shè)置觸發(fā)閾值。我們可以測量U2的最大輸出電壓，然后將反相輸入調(diào)整到0.5Vo U2MAX。這是一種簡單的方法并且效果很好（正如您將在測試部分看到的）。然而，該方法并非“萬無一失”，并且不適用于不同的電源電壓；您必須針對每個(gè)不同的電源電壓調(diào)整電路?！　〉牵绻兴穆愤\(yùn)算放大器 IC，如LM324（四路 LM358），或者在最壞的情況下還有您已經(jīng)用于 U1 和 U2 的另一類型運(yùn)算放大器，則可以采用所示配置如圖6所示。

　　使用四運(yùn)放的電路設(shè)計(jì)圖 6重新配置設(shè)計(jì)以使用四運(yùn)放（例如 LM324）可以幫助彌補(bǔ)軌到軌性能的不足。
　　讓我們使用 R = 100 kΩ 和 C = 47 μF 進(jìn)行測試，因此 T = 6.51 秒。我們得到的結(jié)果如圖7所示。對于幾種不同的電源電壓，我們看到脈沖寬度約為 6.60 秒。這已經(jīng)足夠接近我們的愿望了，所以讓我們進(jìn)入現(xiàn)實(shí)世界?！　‰娐贩抡骘@示出一致的脈沖寬度，與電源電壓無關(guān)

     圖 7模擬圖 6 的配置顯示了與電源電壓無關(guān)的一致脈沖寬度。

　　真實(shí)世界測試
　　構(gòu)建帶有微調(diào)器的圖 4 電路（圖 8）并測試性能，結(jié)果如圖 9所示。將 LM358 的輸入調(diào)整為 9V 后，我們可以看到電路工作良好。然而，每個(gè)電源電壓都需要進(jìn)行不同的調(diào)整。
　　使用 LM358 和微調(diào)器的測試電路照片的測試版本使用一個(gè) LM358 和一個(gè)微調(diào)器?！　∈褂?LM358 和 100 k 微調(diào)器時(shí)的測試結(jié)果圖

圖 9使用一個(gè) LM358 和一個(gè) 100 k 微調(diào)器（C = 47 μF，R = 100k，R1= 100，T = 6.51 秒）時(shí)的測試結(jié)果表明實(shí)際電路按預(yù)期工作。

　　通過實(shí)現(xiàn)圖 6 的電路，我們可以測試設(shè)計(jì)是否能夠在缺乏軌到軌性能的情況下生成目標(biāo)脈沖寬度（圖 10）。輸出脈沖的預(yù)期值為 6.51 秒。 

（圖11）。實(shí)際脈沖測量為 6.767 秒，考慮到組件的公差，該值足夠接近。

　　使用 LM324 的測試電路照片圖 10在圖 6 的設(shè)計(jì)中使用一個(gè) LM324 允許單穩(wěn)態(tài)電路輸出耐電源脈沖。
　　顯示輸出脈沖寬度的電路仿真圖圖 11使用一個(gè) LM324（C = 47 μF，R = 100 k，R1= 100，T = 6.51 秒）對電路進(jìn)行的測試顯示了預(yù)期的輸出脈沖寬度。
　　實(shí)施這種方法時(shí)需要考慮幾個(gè)因素。首先，C 最好選擇較大（即使有漏電）的電容，而 R 則不要選擇較大的電阻。如果電阻 R 太大，C 的固有并聯(lián)電阻將與 R 并聯(lián)，其組合將小于兩者中較小的一個(gè)，因此電路將以基于 C 的寄生電阻而不是 R 的寄生電阻的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行放電。
    其次，選擇時(shí)間常數(shù) τ = R1C，使其小于按鈕的脈沖寬度（或任何用作按鈕的脈沖寬度）。對于機(jī)械按鈕，我會(huì)使用 10 毫秒；對于運(yùn)動(dòng)傳感器 10 毫秒也不錯(cuò)。 （如果動(dòng)物能夠以超過 10 毫秒的速度通過傳感器，我會(huì)印象深刻。）