接下來幾篇將做一個流水燈電路,本文是流水燈電路的第一節,介紹用反相器產生非對稱式多諧振蕩器。
流水燈電路將以一定的速度來“流水”,必然需要周期變化的脈沖信號作為系統的“心跳”。之前學習過的矩形波發生電路,用555定時器產生的多諧振蕩器,它們都可以作為脈沖信號。本文再學習一個新的脈沖發生電路:使用反相器產生的非對稱式多諧振蕩器。
反相器從邏輯上來講就是個非門。反相器的輸出與輸入邏輯相反,如果輸入“0”,那么就輸出“1”,輸入“1”則輸出“0”。但輸入電壓可能介于“0”和“1”之間,所以我們假設有個閾值電壓為VH(其實有可能從“0”到“1”與從“1”到“0”的閾值電壓略有差別,此處為了簡便,認為是同一個電壓)。
上圖這個電路需要2個反相器,以及1個RC充放電延遲環節(電阻RF與電容C),RP是個保護電阻,限制流入反相器的電流。我們首先假設Vi1 > VH,那么Vo1為低,Vo2為高。忽略反相器內部的電阻,則Vo1相當于接GND,Vo2相當于接Vcc,電路可以轉化為如下情況(我們稱之為暫穩態情況一):
不難分析出,電容將經由電阻RF放電,隨著電容不斷放電,Vi1的電壓會不斷降低,可見Vi1為高電平并非穩定狀態。
當Vi1 < VH時,Vo1為高,Vo2為低。如果Vi1進一步減小,則Vo2也進一步減小,且分析瞬間現象,Vo2的減小會經由電容,導致Vi1也減小。這是一個正反饋的過程,結果就是當Vi1 < VH之后,Vi1會瞬間變為最小值。電路轉化為如下情況(我們稱之為暫穩態情況二):
然后VCC經由電阻RF為電容充電,隨著電容不斷充電,Vi1的電壓會逐漸上升,直到大于VH,然后由于正反饋,VH會瞬間變為最大值,變為暫穩態情況一。
可以看出此電路無需外加觸發信號,就能夠產生矩形波,如下圖,占空比為50%,高電平持續時間T其實也是電容放電的時間,可以推出T大約為1.1倍的RC充放電時間常數。
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