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单稳态多谐振荡器的必须了解的电路特点

2020-11-25 09:45:23  816 振荡器 发生器 多谐振荡器
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多谐振荡器产生的输出波形类似于对称或不对称方波,因此是所有方波发生器中最常用的。多谐振荡器属于一个振荡器家族,通常称为“弛豫振荡器”。

一般而言,分立式多谐振荡器由两个晶体管交叉合的开关电路组成,该电路设计成使其一个或多个输出作为输入反馈到另一个晶体管,并 在其两端连接一个电阻器和电容器(  RC)网络以产生反馈回路电路。

多谐振荡器具有两种不同的电气状态,根据多谐振荡器的类型,输出“高”状态和输出“低”状态使它们处于稳定状态或准稳定状态。一种这样的类型的两态脉冲发生器配置称为单稳态多谐振荡器
MOSFET单稳态

单稳态多谐振荡器只有一个稳定状态(因此其名称为“单声道”),并且在外部触发时会产生一个输出脉冲。单稳态多谐振荡器仅在经过RC耦合电路的时间常数确定的时间后,才返回到其最初的原始稳定状态。

考虑左侧的MOSFET电路。电阻器R和电容器C形成RC定时电路。由于电容器两端的电压,N沟道增强模式MOSFET被切换为“ ON”,漏极连接的LED也为“ ON”。
当开关闭合时,电容器短路,因此放电,同时MOSFET的栅极接地。MOSFET和LED均被“关闭”。当开关闭合时,电路将始终处于“关闭”状态且处于“不稳定状态”。

当开关断开时,完全放电的电容器开始通过电阻器R充电,其速率由电阻器-电容器网络的RC时间常数确定。一旦电容器的充电电压达到MOSFET栅极的下限阈值电压电平,MOSFET就会接通“ ON”并点亮LED,以使电路恢复到稳定状态。
然后,使用开关会导致电路进入不稳定状态,而RC网络的时间常数会在预设的时序周期后使其返回稳定状态,从而产生非常简单的“单触发”或单稳态多谐振荡器MOSFET电路。

单稳态多谐振荡器或也称为“单发多谐振荡器”,当施加合适的外部触发信号或脉冲T时,用于产生指定宽度的单个输出脉冲,即“高”或“低” 。该触发信号启动一个定时周期,该周期导致单稳态的输出在定时周期开始时改变其状态,并保持在该第二状态。

单稳态的定时周期由定时电容器C T和电阻器R T的时间常数确定,直到其复位或使其自身返回到其原始(稳定)状态。然后,单稳态多谐振荡器将无限期保持此原始稳定状态,直到接收到另一个输入脉冲或触发信号为止。然后,单稳态多谐振荡器仅具有一个稳定状态,并响应单个触发输入脉冲而经历一个完整的周期。
单稳态多谐振荡器电路

基本的集电极耦合晶体管单稳态多谐振荡器电路及其相关波形如上所示。首次通电时,晶体管TR2的基极通过偏置电阻R T连接到Vcc,从而将晶体管“完全导通”并进入饱和状态,同时在此过程中将TR1变为“关断”。然后,这代表具有零输出的“稳定状态”电路。流入的饱和基极端当前TR2因此将等于IB =(VCC - 0.7)/ R Ť。
如果现在在输入端施加一个负触发脉冲,则该脉冲的快速下降沿将直接通过电容器C1通过隔离二极管将其导通到晶体管TR1的基极TR1。TR1的集电极先前为Vcc,迅速下降至零伏以下,从而有效地使电容器C T跨其极板的负电荷为-0.7v。该动作导致晶体管TR2现在在点X处具有负基极电压,从而使晶体管完全“截止”。然后,这表示电路的第二状态,即“不稳定状态”,输出电压等于Vcc。

定时电容器C T开始通过定时电阻R T对此-0.7v放电,试图充电至电源电压Vcc。晶体管TR2的基极处的该负电压开始以由R T C T组合的时间常数确定的速率逐渐减小。当TR2的基极电压增加回到Vcc时,晶体管开始导通,因此再次将晶体管TR1变为“ OFF”。 这导致单稳态多谐振荡器自动返回其原始稳定状态,等待第二个负触发脉冲再次重新启动该过程。

单稳态多谐振荡器可以产生非常短的脉冲或更长的矩形波形,其前沿随外部施加的触发脉冲而随时间上升,其后沿取决于所用反馈分量的RC时间常数。此RC时间常数会随时间以产生一系列具有相对于原始触发脉冲的受控的固定时间延迟,如下所示的脉冲而变化。

单稳态多谐振荡器波形

的时间常数单稳多可通过改变电容器的值来改变,Ç Ť电阻器,- [R Ť或两者。单稳态多谐振荡器通常用于增加脉冲宽度或在电路内产生时间延迟,因为输出信号的频率始终与触发脉冲输入的频率相同,唯一的区别是脉冲宽度。

TTL / CMOS单稳态多谐振荡器除了由单个的分立元件(例如晶体管)生产单稳态多谐振荡器,我们还可以使用常用的集成电路构造单稳态电路。以下电路显示了如何仅使用两个2输入逻辑“ NOR”门构成基本的单稳态多谐振荡器电路。
NOR门单稳态

最初,假设触发输入为逻辑电平“ 0”为低电平,从而第一或非门U1的输出为逻辑电平“ 1”为高电平(或非门原理)。电阻R T连接到电源电压,因此也等于逻辑电平“ 1”,这意味着电容器C T的两个极板上的电荷相同。因此,结V1等于该电压,因此第二或非门U2的输出将在逻辑电平“ 0”下为低电平。然后,这代表具有零输出的“稳定状态”电路。

当在时间t 0向输入施加正触发脉冲时,第一或非门U1的输出变为低电平,从而电容器C T的左手板随之放电。由于电容器的两个极板现在都处于逻辑电平“ 0”,因此第二或非门U2的输入也变为逻辑电平“ 1”。然后,这表示电路的第二状态,即“不稳定状态”,输出电压等于+ Vcc。

第二个或非门U2将保持第二个不稳定状态,直到定时电容器现在通过电阻Rt充电为止,R T达到U2的最小输入阈值电压(约2.0V),使其变为逻辑电平“ 1”价值现在已经出现在其输入中。这导致输出被复位为逻辑“ 0”,该逻辑又被反馈(反馈回路)到U2的一个输入。此动作将使单稳态自动返回其原始稳定状态,并等待第二个触发脉冲再次重新启动计时过程。
或非门单稳态波形

然后,我们得出了电路时间周期的等式:

其中,R以Ω为单位,C以法拉为单位。
我们还可以使用特殊的IC制造单稳态脉冲发生器,并且已经有专用于此的集成电路,例如74LS121标准单发单稳态多谐振荡器或74LS123或4538B可重新触发的单稳态多谐振荡器,其产生的脉冲宽度可低至40仅使用两个外部RC定时分量,脉冲宽度为:T = 0.69RC(以秒为单位),可在28纳秒内达到28秒。
74LS121单稳态发生器

该单稳态脉冲发生器IC可以配置为在上升沿触发脉冲或下降沿触发脉冲上产生输出脉冲。74LS121可以产生大约10ns至大约10ms宽度的脉冲宽度,最大定时电阻为40kΩ,最大定时电容器为1000uF。

单稳态多谐振荡器概述然后总结一下,单稳态多谐振荡器电路只有一个稳定状态,使其成为“单发”脉冲发生器。当由短的外部触发脉冲触发时,可以为正或为负。
一旦触发,单稳态变化状态并在第二状态下保持一段时间,该时间由所使用的RC反馈时序组件的预设时间段确定。这个时间周期过去了一个,单稳态自动将其返回到其原始低状态,等待第二个触发脉冲。

单稳态多谐振荡器因此可以被视为触发脉冲发生器,并且通常用于在电路内产生时间延迟,因为输出信号的频率与触发脉冲输入的频率相同,唯一的区别是脉冲宽度。
“单稳态多谐振荡器”的一个主要缺点是,施加下一个触发脉冲之间的时间必须大于电路的预设RC时间常数,以使电容器有充放电的时间。

熊衣草 2020-11-25 10:09:36
东西很好,非常感谢楼主的分享!!!!!
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熊衣草 2020-11-25 10:10:25
东西很好,非常感谢楼主的分享!!!!!
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王栋春 2020-11-25 12:56:02
复习一下   
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