导言
在数字体系电路中经常用到多谐振动器。多谐振动器是一种自激振动器，在接通电源今后，不需求外加触发信号便能自行发生必定频率和必定宽度的矩形波，这一输出波形用于电路中的时钟信号源。因为矩形波中含有丰厚的高次谐波重量，所以习惯上又将矩形波振动器称为多谐振动器。依照电路的作业原理，多谐振动器大致分为无稳态多谐振动器和单稳态多谐振动器。
1 无稳态多谐振动器
1．1 选用TTL门电路构成的对称式无稳态多谐振动器
对称式多谐振动器的典型电路如图1所示，它是由两个反相器Gl、G2经耦合电容C1、C2连接起来的正反应振动电路。电路中G1和G2选用SN74LS04N反相器，RFl=RF2=RF，C1=C2=C，振动周期T≈1．3RFC，输出波形的占空比约为50％。RF1、RF2的阻值关于LSTTL为470 Ω～3．9kΩ，关于规范TTL为0．5～1．9kΩ之间。
1．2 选用CMOS门电路构成的非对称式无稳态多谐振动器
假如把对称式多谐振动器电路进一步简化，去掉C1和R2，在反应环路中保存电容C2，电路依然没有安稳状况，只能在两个暂稳态之问往复振动，电路如图2所示。
假定G2输出为1，电容C充电，在充电开端VI1也为1。因而，该电压经Rp力口到G1输入端，Gl输出为O，电路安稳作业，C持续充电。充电电流跟着充电时间延伸而减小，RF两头电压下降，若降到Gl的阈值电压以下，则G1输出变为1，G2输出变为0，C反向充电。跟着充电的进行，VI1到达Gl的阈值电压时，G1输出变为0，G2的输出变为1，该动作重复进行而发生振动。电容C的充放电时间别离为T1=RfC1h3，T2=RfC1n3，振动周期T=T1+T2=2RFC1h3≈2．2 RFC，输出波形的占空比为50％。
在电路的G1输入端串接的维护电阻RP是为了削减电容C充放电进程中CMOS门电路输入维护电路接受较大的电流冲击，且Rp》》RF。
1．3 门电路无稳态环形振动器
运用门电路地传输推迟时间将奇数个反相器首尾相接可构成一个根本环形振动器，电路的振动周期为T=2ntpd，n为串联反相器的个数。作为数字体系的时钟信号源，由CMOS反相器构成的环形振动器具有结构简略、集成度高、功耗低的长处，因而得到了广泛地运用。跟着CMOS集成电路工艺技术的开展，当时，其振动频率已到达数+GHz。可是，这种运用反相器的延时特性构成的环形振动器，只能发生高频信号。为了构成低频和超低频环形振动器，一种解决办法是在此电路的基础上附加RC推迟环节，组成带有RC推迟电路的环形振动器，电路如图3（a）所示。另一种解决办法是依据单稳态触发器的延时效果，运用环形振动器的作业原理，构成低频环形振动器，如图6所示。
当V12处发生负跳变时，经过电容C使v13首先跳变到一个负电平，然后再从这个负电平开端对电容充电，然后增加了V13从开端充电到上升为VTH的时间，等于加大了v12到v13的传输推迟时间。一般RC电路发生的推迟时间远 远大于门电路自身的传输推迟时间，所以在核算振动周期时能够只考虑RC电路的效果而将门电路固有的传输推迟时间忽略不计。关于TTL门电路，假定VOH=3V，VTH=1．4V，则振动周期为T≈2．2RC。假如再电路中选用二极管和电阻组合来改动占空比，调停电位器RP，使电容c的充放电途径的阻值在2~100kΩ之间改动，这样，可使占空比在百分之几至99％这样宽的范围内改动。电路如图3（b）所示。在数电试验中，常用门电路串接为环形振动器的办法丈量门电路的传输推迟时间。因为实践的门电路，输入端加电压，到输出端作为其成果的输出这个传输推迟时间是暂时安稳的，将其状况转移到下一个门电路，运用这个原理可测验出图3电路的传输时间tpd（T=2．3tpd）。因为门电路的传输推迟时间极短，TTL电路只需几十纳秒，CMOS电路也不过一二百纳秒，该试验假如用一般20M的模仿示波器试验效果很差，很难丈量到准确的成果，用60M以上的数字存储示波器才干测得较准确的成果。假如用仿真的办法进行试验，操作便利、成果直观明晰。所以在试验中，对仪器要求较高的或较难做的试验常常用仿真试验的办法来进行。
1．4 选用施密特触发器的无稳态多谐振动器
运用施密特触发器的回差特功能够构成无稳态多谐振动器，电路如图4（a）所示。当接通电源后，因为电容上的初始电压为零，所以输出为高电平，并开端经电阻R向电容C充电。当充电到输入电压为vI=VT+时，输出跳变为低电平，电容C又经过电阻R开端放电。当放电至v1=VT-时，输出电位又跳变为高电平，电容C重新开端充电。如此循环往复，电路便不停地振动。振动周期为
仿真电路如图4（c）所示。
经过调理R和C的巨细，即能够改动振动周期。此外在这个电路的基础上稍加修正就能完成对输出脉冲占空比的调理，电路如图4（b）所示。在这个电路中，因为电容C的充电和放电别离经过两个电阻R2和Rl，所以只需改动R2和R1的比值，就能改动占空比。
1．5 用555守时器组成的无稳态多谐振动器
用555电路能够组成施密特触发器，运用施密特触发器的回差特性，在电路的两个输入端与地之直接入充放电电容C并在输出与输入端之直接入反应电阻Rf，就组成了一个直接反应式多谐振动器，如图5（a）所示。接通电源，电路在每次翻转后的充放电进程便是它的暂稳态时间，两个暂稳态时间别离为电容的充电时间Tl和放电时间T2。T1=O．69RfC，T2=0．69RfC，振动周期T=T1+T2，振动频率f=1／T。
改动R、C的值则可改动充放电时间，即改动电路的振动频率f。
直接反应式多谐振动器的缺陷是：因为经过输出端向电容C充电，以及受负载要素的影响，会构成振动频率的不安稳。直接反应式多谐振动器如图5（b）所示，电路的作业进程不变，但它的作业功能得到很大改善。该电路充电时经R1和R2两只电阻，而放电时只经R2一只电阻，两个暂稳态时间不相等，T1=0．69（R1+R2）C，T2=0．69R2C，振动周期T=Tl+T2=0．69（Rl+2R2）C，振动频率f=1／T。假如将电路进行改善，接入二极管D1和D2，电路如图5（c）所示，电容的充电电流和放电电流流经不同的途径，充电电流只流经R1，放电电流只流经R2，因而电容C的充放电时间别离为T1=0．69R1C，T2=0．69R2C，振动周期T=T1+T2=0．69（R1+R2）C，振动频率f=1／T。若取R1=R2占空比为50％。
555守时器是一种多用途的数字一模仿混合集成电路，运用灵敏、便利，所以555守时器在波形的发生与改换、丈量与操控、家用电器、电子玩具等许多范畴中都得到了运用。
1．6 石英晶体多谐振动器
在某些对数字脉冲安稳度要求较高的电路中，上述几种多谐振动器所发生的脉冲很难满足要求。这是因为上述振动电路中的振动频率是由门电路输入电压上升到转化电平所需求时间来决议的。因为受电源电压、温度改动以及某些搅扰要素的影响，门电路的转化时间不可能非常准确和安稳。石英晶体多谐振动器是一种发生高安稳度的脉冲振动器，它是在原多谐振动器的反应回路中参加石英晶体谐振器而构成。
因为石英晶体有极高的频率安稳性（频率安稳度可达10—10～10—11），并且品质因数又高，因而它有极好的选频特性。当外加电压频率等于石英晶体的固有频率f0时，它的阻抗最小，频率为f0的电压信号最简略经过，并在电路中构成正反应而使电路振动。石英晶体多谐振动器的振动频率只取决于石英晶体的固有频率f0，而与外接的R、C元件无关。
2 单稳态多谐振动器
2．1 门电路构成的单稳态多谐振动器
选用TTL门电路构成的单稳态多谐振动电路如图6所示。在G1的输入端用Rl和R2进行钳位，进步触发灵敏度。
2．2 集成的单稳态多谐振动器
鉴于单稳态多谐振动器的运用非常遍及，在TTL电路和3CMOS电路的产品中，都发生了单片集成的单稳态多谐振动器器材。运用这些器材时只需求很少的外接元件和连线，并且因为器材内部电路一般还附加了上升沿与下降沿触发的操控和置零等功能，运用极为便利。
2．2．1 单稳型环形振动器的电路结构
将各级单稳态触发器的输出脉冲顺次作为下一级触发器的触发输入信号，再将末级的输出信号反应到榜首级，作为榜首级的触发输入信号，则可构成一种新式的环形振动器，即单稳型环形振动器，电路如图7（a）所示。
依据单稳态触发器的延时效果，得到单稳型环形振动器的作业波形，如图7（b）所示。该振动器输出信号的周期是：T=T1+T2+L+Tn，式中，T1（i=l，2，…，n）为各级单稳态触发器的暂稳时间。
当各级的暂稳时间相一起，该电路便是一个典型的次序脉冲发生器，其作业波形与D触发器构成的环形计数器完全相同。不同的是，环形计数器有必要由时钟脉冲驱动，电路输出脉冲宽度与时钟信号的周期相同，有必要经过改动时钟信号的频率来改动输出脉冲的宽度。而单稳型环形振动器能够主动发生脉冲信号，能够经过改动单稳态触发器的守时元件Rc的参数来调整脉冲宽度，因而调理便利。
2．2．2 集成单稳型环形振动器的仿真
选用Multisim8仿真软件，选用集成7412l集成单稳态触发器，其功能表如表1所示。由4片7412l构成的环形振动器如图8所示。图中Al、A2和B端是触发输入端，Q和Q是互补输出端。设各单稳态触发器稳态时输出为低电平，暂稳态输出为高电平，触发输入脉冲为正沿触发。因为74121输入级为窄脉冲构成电路，故触发输入端不用加微分电路。该振动器输出信号的周期是T=T1+T2+T3+T4，TI（i=1、2、3、4）为各级单稳态触发器的暂稳时间。TI由守时元件RiCi（i=l、2、3、4）确认，其工程核算公式是：TI=0．7TICi。电路能够供给4种不同占空比的同频率矩形脉冲信号，其占空比别离为Ti／T（i=1、2、3、4）。改动守时电路的参数，能够调理振动频率和占空比。因为单稳态电路的暂稳时间能够做到分钟级乃至小时级，故单稳型环形振动器能够发生超低频脉冲信号。
2．2．3 集成单稳型环形振动器的特色及运用
因为单稳型环形振动器实践上是一个没有时钟脉冲的次序脉冲发生器，因而它能够广泛地用于异步型次序操控电路。当各级守时元件的参数相一起，输出脉冲宽度相同的次序脉冲。当各级守时元件的参数不一起，输出脉冲宽度各异的次序脉冲。这些次序脉冲能够操控单个目标的各个时段的不同作业状况，也能够作为多个操控目标循环作业方式的操控信号。
7412l单稳态触发器在自暂稳态回来的时间，电路伴跟着激烈正反应的物理进程，构成环形振动器时，起振简略。因为有满足的恢复时间，有利于振动频率的安稳。只需挑选高安稳度的守时元件，单稳电路就具有高安稳度的脉冲宽度。一起，单稳态触发器在级联时，电路不存在前后级相互牵扯的问题，因而，单稳型环形振动器具有比较高的频率安稳度。又因为单稳态触发器简略被触发翻转，构成环形电路后，只需给一个发动操控信号，电路便能够进人振动状况。这种电路具有结构简略、成本低、装置调试便利的特色，作为次序脉冲发生器和超低频多谐振动器有比较宽广的运用远景。
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