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电子设计教程43:流水灯电路-非对称式多谐振荡器


  接下来几篇将做一个流水灯电路,本文是流水灯电路的第一节,介绍用反相器产生非对称式多谐振荡器。

  流水灯电路将以一定的速度来“流水”,必然需要周期变化的脉冲信号作为系统的“心跳”。之前学习过的矩形波发生电路,用555定时器产生的多谐振荡器,它们都可以作为脉冲信号。本文再学习一个新的脉冲发生电路:使用反相器产生的非对称式多谐振荡器。

电子设计教程43:流水灯电路-非对称式多谐振荡器_时间常数

  反相器从逻辑上来讲就是个非门。反相器的输出与输入逻辑相反,如果输入“0”,那么就输出“1”,输入“1”则输出“0”。但输入电压可能介于“0”和“1”之间,所以我们假设有个阈值电压为VH(其实有可能从“0”到“1”与从“1”到“0”的阈值电压略有差别,此处为了简便,认为是同一个电压)。

  上图这个电路需要2个反相器,以及1个RC充放电延迟环节(电阻RF与电容C),RP是个保护电阻,限制流入反相器的电流。我们首先假设Vi1>VH,那么Vo1为低,Vo2为高。忽略反相器内部的电阻,则Vo1相当于接GND,Vo2相当于接Vcc,电路可以转化为如下情况(我们称之为暂稳态情况一):

电子设计教程43:流水灯电路-非对称式多谐振荡器_最小值_02

  不难分析出,电容将经由电阻RF放电,随着电容不断放电,Vi1的电压会不断降低,可见Vi1为高电平并非稳定状态。

  当Vi1<VH时,Vo1为高,Vo2为低。如果Vi1进一步减小,则Vo2也进一步减小,且分析瞬间现象,Vo2的减小会经由电容,导致Vi1也减小。这是一个正反馈的过程,结果就是当Vi1<VH之后,Vi1会瞬间变为最小值。电路转化为如下情况(我们称之为暂稳态情况二):

电子设计教程43:流水灯电路-非对称式多谐振荡器_嵌入式_03

  然后VCC经由电阻RF为电容充电,随着电容不断充电,Vi1的电压会逐渐上升,直到大于VH,然后由于正反馈,VH会瞬间变为最大值,变为暂稳态情况一。

  可以看出此电路无需外加触发信号,就能够产生矩形波,如下图,占空比为50%,高电平持续时间T其实也是电容放电的时间,可以推出T大约为1.1倍的RC充放电时间常数。

电子设计教程43:流水灯电路-非对称式多谐振荡器_时间常数_04


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