不同多諧振蕩器電路及信號波形

多諧振蕩器是連續(xù)邏輯電路，可在兩種不同的HIGH和LOW狀態(tài)之間連續(xù)工作

單個順序邏輯電路可用于構建更復雜的電路，如多諧振蕩器，計數(shù)器，移位寄存器，鎖存器和存儲器。

但是對于這些類型的電路以“順序”方式工作，它們需要添加時鐘脈沖或定時信號以使它們改變它們的狀態(tài)。州。時鐘脈沖通常是連續(xù)的方形或矩形波形，由單個脈沖發(fā)生器電路（如多諧振蕩器）產(chǎn)生。

A 多諧振蕩器電路之間振蕩“高”狀態(tài)和“低”狀態(tài)產(chǎn)生連續(xù)輸出。穩(wěn)定的多諧振蕩器通常具有甚至50％的占空比，即輸出為“高”的循環(huán)時間的50％和輸出為“關閉”的剩余50％的循環(huán)時間。換句話說，非穩(wěn)態(tài)定時脈沖的占空比為1：1。

使用時鐘信號進行同步的順序邏輯電路取決于頻率和時鐘脈沖寬度，以激活切換動作。順序電路也可以在上升沿或下降沿或兩個實際時鐘信號上改變它們的狀態(tài)，正如我們之前在基本觸發(fā)器電路中看到的那樣。以下列表是與定時脈沖或波形相關的術語。

時鐘信號波形

高電平有效 - 如果狀態(tài)在時鐘的脈沖上升沿或時鐘寬度從“低電平”變?yōu)椤案唠娖健薄?/p>

低電平有效 - 如果狀態(tài)變化在時鐘的脈沖下降沿從“高”變?yōu)椤暗汀薄?/p>

占空比 - 這是時鐘寬度與時鐘周期的比率。

時鐘寬度 - 這是時間在此期間，時鐘信號的值等于邏輯“1”或HIGH。

時鐘周期 - 這是連續(xù)轉(zhuǎn)換之間的時間。相同的方向，即兩個上升沿或兩個下降沿之間。

時鐘頻率 - 時鐘頻率是時鐘周期的倒數(shù)，頻率= 1 /時鐘pe荒漠化問題。 （?= 1 / T）

時鐘脈沖發(fā)生電路可以是模擬和數(shù)字電路的組合，產(chǎn)生連續(xù)的脈沖序列（這些稱為非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器）或脈沖具體持續(xù)時間（這些被稱為單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器）。組合兩個或多個多諧振蕩器可產(chǎn)生所需的脈沖模式（包括脈沖寬度，脈沖之間的時間和脈沖頻率）。

基本上有三種類型的時鐘脈沖發(fā)生電路：

Astable -A 自由運行多諧振蕩器NO穩(wěn)定狀態(tài)但是在兩個狀態(tài)之間連續(xù)切換，此動作以固定頻率產(chǎn)生一系列方波脈沖。

單穩(wěn)態(tài) -A 單次多諧振蕩器

只有 ONE 穩(wěn)定狀態(tài)，并在外部觸發(fā)，返回其第一個穩(wěn)定狀態(tài)。

雙穩(wěn)態(tài) - 觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生單個脈沖的正值或負值。

一種生產(chǎn)方式一個非常簡單的時鐘信號是通過邏輯門的互連。由于 NAND 門包含放大，它們還可以借助單個電容和單個電阻提供時鐘信號或定時脈沖，以提供反饋和定時功能。

這些定時電路經(jīng)常被使用，因為它很簡單，并且如果邏輯電路被設計成具有未使用的門，可用于產(chǎn)生單穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)振蕩器，也是有用的。這種簡單類型的 RC 振蕩器網(wǎng)絡有時稱為“弛豫振蕩器”。

單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路

單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器或“單次”脈沖發(fā)生器通常用于將短尖脈沖轉(zhuǎn)換為更寬的脈沖以用于定時應用。當施加合適的外部觸發(fā)信號或脈沖 T 時，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器產(chǎn)生單個輸出脈沖，“高”或“低”。

此觸發(fā)脈沖信號啟動定時循環(huán)導致單穩(wěn)態(tài)的輸出在定時周期開始時改變狀態(tài)（ t 1 ）并保持在第二狀態(tài)，直到定時周期結束，（ t 2 ）由定時電容的時間常數(shù) C T 和電阻確定， R T

單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器現(xiàn)在保持在第二個定時狀態(tài)，直到RC時間常數(shù)結束并自動復位或返回自身到其原始（穩(wěn)定）狀態(tài)。然后，單穩(wěn)態(tài)電路僅具有一個穩(wěn)定狀態(tài)。這種類型電路的一個更常見的名稱就是“觸發(fā)器”，因為它可以由兩個交叉耦合的 NAND 門（或 NOR 門）制成，因為我們以前見過?？紤]下面的電路。

簡單的NAND門單穩(wěn)電路

假設最初是觸發(fā)輸入 T 通過電阻 R 1 保持在邏輯電平“1”為高電平，以便第一個 NAND <的輸出/ span> gate U1 在邏輯電平“0”為低電平時，（與非門控原理）。定時電阻 R T 連接到等于邏輯電平“0”的電壓電平，這將導致電容 C T 待出院。 U1 的輸出為低電平，定時電容 C T 完全放電，因此結 V1 也等于“ 0“導致第二個 NAND 門 U2 的輸出，它作為反相 NOT 門連接，因此將為高電平。

第二個 NAND 門的輸出（ U2 ）反饋到 U1 的一個輸入，以提供必要的正反饋。由于結 V1 且 U1 的輸出均為邏輯“0”，因此電容器中沒有電流流過 C T 。這導致電路穩(wěn)定并且它將保持此狀態(tài)，直到觸發(fā)輸入 T 發(fā)生變化。

如果現(xiàn)在施加負脈沖在外部或通過按鈕對 NAND 門 U1 的觸發(fā)輸入的操作， U1 的輸出將變?yōu)镠IGH到邏輯“1”（與非門原理）。

由于電容兩端的電壓不能瞬間改變（電容充電原理），這將導致 V1 處的結點以及 U2 也變?yōu)楦唠娖?，這反過來將使 NAND 門 U2 的輸出變?yōu)榈碗娖綖檫壿嫛?”電路現(xiàn)在將保持不變即使觸發(fā)輸入脈沖 T 被移除，也處于第二狀態(tài)。這被稱為元穩(wěn)定狀態(tài)。

當電容 C T 從電阻/電容組合確定的時間常數(shù)開始從 U1 的輸出充電。此充電過程一直持續(xù)到充電電流無法保持輸入 U2 ，因此結 V1 HIGH。

當發(fā)生這種情況時，輸出 U2 再次變?yōu)楦唠娖?，邏輯?”，進而導致 U1 的輸出變?yōu)榈碗娖?，電容放電?U1 在電阻 R T 的影響下。該電路現(xiàn)已切換回其原始穩(wěn)定狀態(tài)。

因此，對于每個負向觸發(fā)脈沖，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路產(chǎn)生低電平輸出脈沖。輸出時間周期的長度由電容器/電阻器組合（RC網(wǎng)絡）決定，并以秒為單位給出電路的時間常數(shù)T = 0.69RC 。由于 NAND 門的輸入阻抗非常高，因此可以實現(xiàn)大的時序周期。

以及上面的 NAND 門單穩(wěn)態(tài)電路，還可以構建簡單的單穩(wěn)態(tài)定時電路，使用 NOT 門， NAND 門和 NOR從觸發(fā)脈沖的上升沿開始其時序門連接為逆變器，如下所示。

NOT門單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器

與上面的 NAND 門電路一樣，最初觸發(fā)輸入 T 在邏輯電平“1”時為高電平，因此第一個 NOT <的輸出/ span> gate U1 在邏輯電平“0”時為低電平。定時電阻 R T 和電容 C T 并聯(lián)連接在一起，也連接到輸入端第二個 NOT 門 U2 。由于 U2 的輸入在邏輯“0”為低電平時， Q 的輸出在邏輯“1”時為高電平。

當邏輯電平為“ 0“脈沖施加到第一個 NOT 門的觸發(fā)輸入 T ，它改變狀態(tài)并產(chǎn)生邏輯電平”1“輸出。二極管 D1 將此邏輯“1”電壓電平傳遞給 RC 時序網(wǎng)絡。電容兩端的電壓 C T 迅速增加到這個新的電壓電平，該電壓電平也連接到第二個 NOT 門的輸入端。這反過來在 Q 處輸出邏輯“0”，并且只要應用了觸發(fā)輸入 T ，電路就會保持在Meta-stable狀態(tài)電路保持低電平。

當觸發(fā)信號返回高電平時，第一個 NOT 門的輸出變?yōu)榈碗娖綖檫壿嫛?”（非門控原理）并且充滿電電容， C T 開始通過并聯(lián)電阻放電， R T 連接在它上面。當電容兩端的電壓降至低于第二個 NOT 門輸入的下限閾值時，其輸出再次切換回來，在 Q 處產(chǎn)生邏輯電平“1”。二極管 D1 可防止定時電容通過第一個 NOT 門輸出自行放電。

然后，時間常數(shù)對于 NOT 門單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器以秒為單位給出 T = 0.8RC +觸發(fā)。

一個主要缺點單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的意思是，施加下一個觸發(fā)脈沖 T 之間的時間必須大于電路的 RC 時間常數(shù)。

Astable多諧振蕩器電路

Astable Multivibrators是最常用的多諧振蕩器電路類型。非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器是一種自由運行的振蕩器，它沒有永久的“元”或“穩(wěn)定”狀態(tài)，但不斷地將輸出從一個狀態(tài)（低）改變到另一個狀態(tài)（高），然后再返回。這種從“高”到“低”和“低”到“高”的連續(xù)切換動作產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定的方波輸出，在兩個邏輯電平之間突然切換，使其成為時序和時鐘脈沖應用的理想選擇。

與上述單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路一樣，時序周期由電阻 - 電容RC網(wǎng)絡的RC時間常數(shù)決定。然后可以通過改變電路中電阻器和電容器的值來改變輸出頻率。

NAND門穩(wěn)壓多諧振蕩器

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非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路使用兩個CMOS NOT 門，例如CD4069或74HC04十六進制反相器IC，或者像我們的簡單電路中的一對CMOS NAND ，例如CD4011或74LS132和 RC 時序網(wǎng)絡。兩個 NAND 門連接為反相 NOT 門。

假設最初 NAND 門的輸出 U2 在邏輯電平“1”時為高電平，因此輸入必須為邏輯電平“0”（與非門原理）的低電平，因為第一個 NAND 門的輸出<跨度> U1 。電容 C 連接在第二個 NAND 門 U2 的輸出端，其輸入端通過定時電阻 R 連接2 。電容現(xiàn)在以 R 2 和 C 的時間常數(shù)確定的速率充電。

作為電容器， C 充電，電阻 R 2 與電容 C 之間的連接，也連接通過穩(wěn)定電阻到 NAND 門 U1 的輸入端， R 2 減小，直至下限閾值為到達 U1 此時 U1 改變狀態(tài)， U1 的輸出現(xiàn)在變?yōu)镠IGH。這導致 NAND 門 U2 也改變狀態(tài)，因為其輸入現(xiàn)在已從邏輯“0”變?yōu)檫壿嫛?”，從而導致 NAND的輸出 gate U2 變?yōu)榈碗娖?，邏輯電平為?”。

電容 C 現(xiàn)在反向偏置，并通過的輸入放電NAND 門 U1 。電容， C 再次向相反方向充電，由 R 2 和 C 的時間常數(shù)確定為之前，直到達到 NAND 門 U1 的上限閾值。這會導致 U1 改變狀態(tài)，并且循環(huán)重復自身。

然后， NAND 門的時間常數(shù)Astable Multivibrator以秒為單位給出 T = 2.2RC ，輸出頻率為?= 1 / T 。

例如：如果電阻 R 2 =10kΩ且電容 C = 45nF ，電路的振蕩頻率如下：

然后輸出頻率計算為 1kHz ，相當于的時間常數(shù)1ms 所以輸出波形看起來像：

雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路

雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路基本上是一個SR觸發(fā)器，我們在之前的教程中看到了增加一個逆變器或 NOT 門提供必要的切換功能。與觸發(fā)器一樣，雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的兩種狀態(tài)都是穩(wěn)定的，并且電路將無限期地保持在任一狀態(tài)。當施加合適的外部觸發(fā)脈沖 T 并且經(jīng)過完整的“SET-RESET”循環(huán)時，這種類型的多諧振蕩器電路從“僅”狀態(tài)傳遞到另一個狀態(tài)2需要觸發(fā)脈沖。這種類型的電路也稱為“雙穩(wěn)態(tài)鎖存器”，“切換鎖存器”或簡稱為“T鎖存器”。

NAND門雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器

制作雙穩(wěn)態(tài)鎖存器的最簡單方法是將一對施密特 NAND 門連接在一起形成SR鎖存器如上圖所示。兩個 NAND 門， U2 和 U3 構成雙穩(wěn)態(tài)，由輸入 NAND 門觸發(fā)， U1 。這個 U1 NAND 門可以省略，并用一個切換開關代替，以制作一個開關去抖電路，如之前在SR觸發(fā)器教程中所見。

當輸入脈沖變?yōu)椤暗汀睍r，雙穩(wěn)態(tài)鎖存到其“SET”狀態(tài)，其輸出處于邏輯電平“1”，直到輸入變?yōu)椤案摺?，導致雙穩(wěn)態(tài)鎖存到其“復位”狀態(tài)，其輸出為邏輯電平“0”。雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的輸出將保持在“RESET”狀態(tài)，直到施加另一個輸入脈沖并且整個序列將再次開始。

然后雙穩(wěn)態(tài)鎖存器或“切換鎖存器” “是一種雙態(tài)器件，其中正狀態(tài)或負狀態(tài)（邏輯”1“或邏輯”0“）都是穩(wěn)定的。

雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器有許多應用，如作為分頻器，計數(shù)器或計算機存儲器中的存儲設備，但它們最適用于鎖存器和計數(shù)器等電路。

555定時器電路。

現(xiàn)在可以使用標準常用波形發(fā)生器IC專門設計簡單的單穩(wěn)態(tài)或穩(wěn)定多諧振蕩器，以創(chuàng)建定時和振蕩器電路。松弛振蕩器可以簡單地通過將幾個無源元件連接到它們的輸入引腳來構建，最常用的波形發(fā)生器類型IC是經(jīng)典的555定時器。

555定時器是一個非常通用的低成本定時IC，可以產(chǎn)生非常精確的定時周期，具有約1％的良好穩(wěn)定性，并且具有從幾微秒到幾小時之間的可變定時周期，定時周期由連接的單個RC網(wǎng)絡控制單個正電源電壓介于4.5和16伏之間。

NE555定時器及其后繼產(chǎn)品ICM7555，CMOS LM1455，DUAL NE556等都包含在555振蕩器教程和其他基于電子設備的好網(wǎng)站中，所以這里僅包括作為時鐘脈沖發(fā)生器的參考。作為Astable Multivibrator連接的555如下所示。

NE555 Astable Multivibrator

這里555定時器作為基本的Astable Multivibrator連接，產(chǎn)生連續(xù)的輸出波形。引腳2和6連接在一起，以便它在每個定時周期重新觸發(fā)，從而起到Astable振蕩器的作用。電容， C1 通過電阻器充電， R1 和電阻器 R2 ，但僅通過電阻器 R2 放電 R2 的另一端連接到 discharge 端子，引腳7.然后 t 1 的定時周期和 t 2 的給出如下：

t 1 = 0.693（ [R <子> 1 + R <子> 2 ）C <子> 1

<跨度>噸<子> 2 = 0.693（R <子> 2 ）C <子> 1

<跨度> T =噸<子> 1 + t 2 = 0.693（R 1 + 2R 2 ）C 1

電容兩端的電壓 C1 的范圍為1/3 Vcc至約2/3 Vcc，具體取決于RC定時周期。這種類型的電路非常穩(wěn)定，因為它采用單電源供電，導致振蕩頻率與電源電壓Vcc無關。

在下一篇關于時序邏輯電路的教程中，我們將看另一種稱為數(shù)據(jù)鎖存器的時鐘控制觸發(fā)器。數(shù)據(jù)鎖存器是非常有用的時序電路，可以由任何標準門控SR觸發(fā)器制成，并用于分頻，以產(chǎn)生各種紋波計數(shù)器，分頻器和鎖存器。