多諧振蕩器產生的輸出波形類似于對稱或不對稱方波,因此是所有方波發生器中最常用的。多諧振蕩器屬于一個振蕩器家族,通常稱為“弛豫振蕩器”。
一般而言,分立式多諧振蕩器由兩個晶體管交叉耦合的開關電路組成,該電路設計成使其一個或多個輸出作為輸入反饋到另一個晶體管,并 在其兩端連接一個電阻器和電容器( RC)網絡以產生反饋回路電路。
多諧振蕩器具有兩種不同的電氣狀態,根據多諧振蕩器的類型,輸出“高”狀態和輸出“低”狀態使它們處于穩定狀態或準穩定狀態。一種這樣的類型的兩態脈沖發生器配置稱為單穩態多諧振蕩器。
MOSFET單穩態
單穩態多諧振蕩器只有一個穩定狀態(因此其名稱為“單聲道”),并且在外部觸發時會產生一個輸出脈沖。單穩態多諧振蕩器僅在經過RC耦合電路的時間常數確定的時間后,才返回到其最初的原始穩定狀態。
考慮左側的MOSFET電路。電阻器R和電容器C形成RC定時電路。由于電容器兩端的電壓,N溝道增強模式MOSFET被切換為“ ON”,漏極連接的LED也為“ ON”。
當開關閉合時,電容器短路,因此放電,同時MOSFET的柵極接地。MOSFET和LED均被“關閉”。當開關閉合時,電路將始終處于“關閉”狀態且處于“不穩定狀態”。
當開關斷開時,完全放電的電容器開始通過電阻器R充電,其速率由電阻器-電容器網絡的RC時間常數確定。一旦電容器的充電電壓達到MOSFET柵極的下限閾值電壓電平,MOSFET就會接通“ ON”并點亮LED,以使電路恢復到穩定狀態。
然后,使用開關會導致電路進入不穩定狀態,而RC網絡的時間常數會在預設的時序周期后使其返回穩定狀態,從而產生非常簡單的“單觸發”或單穩態多諧振蕩器MOSFET電路。
單穩態多諧振蕩器或也稱為“單發多諧振蕩器”,當施加合適的外部觸發信號或脈沖T時,用于產生指定寬度的單個輸出脈沖,即“高”或“低” 。該觸發信號啟動一個定時周期,該周期導致單穩態的輸出在定時周期開始時改變其狀態,并保持在該第二狀態。
單穩態的定時周期由定時電容器C T和電阻器R T的時間常數確定,直到其復位或使其自身返回到其原始(穩定)狀態。然后,單穩態多諧振蕩器將無限期保持此原始穩定狀態,直到接收到另一個輸入脈沖或觸發信號為止。然后,單穩態多諧振蕩器僅具有一個穩定狀態,并響應單個觸發輸入脈沖而經歷一個完整的周期。
單穩態多諧振蕩器電路
基本的集電極耦合晶體管單穩態多諧振蕩器電路及其相關波形如上所示。首次通電時,晶體管TR2的基極通過偏置電阻R T連接到Vcc,從而將晶體管“完全導通”并進入飽和狀態,同時在此過程中將TR1變為“關斷”。然后,這代表具有零輸出的“穩定狀態”電路。流入的飽和基極端當前TR2因此將等于IB =(VCC - 0.7)/ R ?。
如果現在在輸入端施加一個負觸發脈沖,則該脈沖的快速下降沿將直接通過電容器C1通過隔離二極管將其導通到晶體管TR1的基極TR1。TR1的集電極先前為Vcc,迅速下降至零伏以下,從而有效地使電容器C T跨其極板的負電荷為-0.7v。該動作導致晶體管TR2現在在點X處具有負基極電壓,從而使晶體管完全“截止”。然后,這表示電路的第二狀態,即“不穩定狀態”,輸出電壓等于Vcc。
定時電容器C T開始通過定時電阻R T對此-0.7v放電,試圖充電至電源電壓Vcc。晶體管TR2的基極處的該負電壓開始以由R T C T組合的時間常數確定的速率逐漸減小。當TR2的基極電壓增加回到Vcc時,晶體管開始導通,因此再次將晶體管TR1變為“ OFF”。這導致單穩態多諧振蕩器自動返回其原始穩定狀態,等待第二個負觸發脈沖再次重新啟動該過程。
單穩態多諧振蕩器可以產生非常短的脈沖或更長的矩形波形,其前沿隨外部施加的觸發脈沖而隨時間上升,其后沿取決于所用反饋分量的RC時間常數。此RC時間常數會隨時間以產生一系列具有相對于原始觸發脈沖的受控的固定時間延遲,如下所示的脈沖而變化。
單穩態多諧振蕩器波形
的時間常數單穩多可通過改變電容器的值來改變,? ?電阻器,- [R ?或兩者。單穩態多諧振蕩器通常用于增加脈沖寬度或在電路內產生時間延遲,因為輸出信號的頻率始終與觸發脈沖輸入的頻率相同,唯一的區別是脈沖寬度。
TTL / CMOS單穩態多諧振蕩器除了由單個的分立元件(例如晶體管)生產單穩態多諧振蕩器,我們還可以使用常用的集成電路構造單穩態電路。以下電路顯示了如何僅使用兩個2輸入邏輯“ NOR”門構成基本的單穩態多諧振蕩器電路。
NOR門單穩態
最初,假設觸發輸入為邏輯電平“ 0”為低電平,從而第一或非門U1的輸出為邏輯電平“ 1”為高電平(或非門原理)。電阻R T連接到電源電壓,因此也等于邏輯電平“ 1”,這意味著電容器C T的兩個極板上的電荷相同。因此,結V1等于該電壓,因此第二或非門U2的輸出將在邏輯電平“ 0”下為低電平。然后,這代表具有零輸出的“穩定狀態”電路。
當在時間t 0向輸入施加正觸發脈沖時,第一或非門U1的輸出變為低電平,從而電容器C T的左手板隨之放電。由于電容器的兩個極板現在都處于邏輯電平“ 0”,因此第二或非門U2的輸入也變為邏輯電平“ 1”。然后,這表示電路的第二狀態,即“不穩定狀態”,輸出電壓等于+ Vcc。
第二個或非門U2將保持第二個不穩定狀態,直到定時電容器現在通過電阻Rt充電為止,R T達到U2的最小輸入閾值電壓(約2.0V),使其變為邏輯電平“ 1”價值現在已經出現在其輸入中。這導致輸出被復位為邏輯“ 0”,該邏輯又被反饋(反饋回路)到U2的一個輸入。此動作將使單穩態自動返回其原始穩定狀態,并等待第二個觸發脈沖再次重新啟動計時過程。
或非門單穩態波形
然后,我們得出了電路時間周期的等式:
其中,R以Ω為單位,C以法拉為單位。
我們還可以使用特殊的IC制造單穩態脈沖發生器,并且已經有專用于此的集成電路,例如74LS121標準單發單穩態多諧振蕩器或74LS123或4538B可重新觸發的單穩態多諧振蕩器,其產生的脈沖寬度可低至40僅使用兩個外部RC定時分量,脈沖寬度為:T = 0.69RC(以秒為單位),可在28納秒內達到28秒。
74LS121單穩態發生器
該單穩態脈沖發生器IC可以配置為在上升沿觸發脈沖或下降沿觸發脈沖上產生輸出脈沖。74LS121可以產生大約10ns至大約10ms寬度的脈沖寬度,最大定時電阻為40kΩ,最大定時電容器為1000uF。
單穩態多諧振蕩器概述然后總結一下,單穩態多諧振蕩器電路只有一個穩定狀態,使其成為“單發”脈沖發生器。當由短的外部觸發脈沖觸發時,可以為正或為負。
一旦觸發,單穩態變化狀態并在第二狀態下保持一段時間,該時間由所使用的RC反饋時序組件的預設時間段確定。這個時間周期過去了一個,單穩態自動將其返回到其原始低狀態,等待第二個觸發脈沖。
單穩態多諧振蕩器因此可以被視為觸發脈沖發生器,并且通常用于在電路內產生時間延遲,因為輸出信號的頻率與觸發脈沖輸入的頻率相同,唯一的區別是脈沖寬度。
“單穩態多諧振蕩器”的一個主要缺點是,施加下一個觸發脈沖之間的時間必須大于電路的預設RC時間常數,以使電容器有充放電的時間。
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原文標題:單穩態多諧振蕩器的必須了解的電路特點
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