多諧振蕩器的研究與仿真

2．2 集成的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器
鑒于單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的應(yīng)用十分普遍，在TTL電路和3CMOS電路的產(chǎn)品中，都產(chǎn)生了單片集成的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器器件。使用這些器件時(shí)只需要很少的外接元件和連線，而且由于器件內(nèi)部電路一般還附加了上升沿與下降沿觸發(fā)的控制和置零等功能，使用極為方便。
2．2．1 單穩(wěn)型環(huán)形振蕩器的電路結(jié)構(gòu)
將各級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖依次作為下一級觸發(fā)器的觸發(fā)輸入信號，再將末級的輸出信號反饋到第一級，作為第一級的觸發(fā)輸入信號，則可構(gòu)成一種新型的環(huán)形振蕩器，即單穩(wěn)型環(huán)形振蕩器，電路如圖7(a)所示。

根據(jù)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的延時(shí)作用，得到單穩(wěn)型環(huán)形振蕩器的工作波形，如圖7(b)所示。該振蕩器輸出信號的周期是：T=T1+T2+L+Tn，式中，T1(i=l，2，…，n)為各級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)時(shí)間。
當(dāng)各級的暫穩(wěn)時(shí)間相同時(shí)，該電路就是一個(gè)典型的順序脈沖發(fā)生器，其工作波形與D觸發(fā)器構(gòu)成的環(huán)形計(jì)數(shù)器完全相同。不同的是，環(huán)形計(jì)數(shù)器必須由時(shí)鐘脈沖驅(qū)動，電路輸出脈沖寬度與時(shí)鐘信號的周期相同，必須通過改變時(shí)鐘信號的頻率來改變輸出脈沖的寬度。而單穩(wěn)型環(huán)形振蕩器可以自動產(chǎn)生脈沖信號，可以通過改變單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時(shí)元件Rc的參數(shù)來調(diào)整脈沖寬度，因此調(diào)節(jié)方便。
2．2．2 集成單穩(wěn)型環(huán)形振蕩器的仿真
采用Multisim8仿真軟件，選用集成7412l集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其功能表如表1所示。由4片7412l構(gòu)成的環(huán)形振蕩器如圖8所示。圖中Al、A2和B端是觸發(fā)輸入端，Q和Q是互補(bǔ)輸出端。設(shè)各單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出為低電平，暫穩(wěn)態(tài)輸出為高電平，觸發(fā)輸入脈沖為正沿觸發(fā)。由于74121輸入級為窄脈沖形成電路，故觸發(fā)輸入端不必加微分電路。該振蕩器輸出信號的周期是T=T1+T2+T3+T4，Ti(i=1、2、3、4)為各級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)時(shí)間。Ti由定時(shí)元件RiCi(i=l、2、3、4)確定，其工程計(jì)算公式是：TI=0．7TiCi。電路可以提供4種不同占空比的同頻率矩形脈沖信號，其占空比分別為Ti／T(i=1、2、3、4)。改變定時(shí)電路的參數(shù)，可以調(diào)節(jié)振蕩頻率和占空比。由于單穩(wěn)態(tài)電路的暫穩(wěn)時(shí)間可以做到分鐘級甚至小時(shí)級，故單穩(wěn)型環(huán)形振蕩器可以產(chǎn)生超低頻脈沖信號。

2．2．3 集成單穩(wěn)型環(huán)形振蕩器的特點(diǎn)及應(yīng)用
由于單穩(wěn)型環(huán)形振蕩器實(shí)際上是一個(gè)沒有時(shí)鐘脈沖的順序脈沖發(fā)生器，因此它可以廣泛地用于異步型順序控制電路。當(dāng)各級定時(shí)元件的參數(shù)相同時(shí)，輸出脈沖寬度相同的順序脈沖。當(dāng)各級定時(shí)元件的參數(shù)不同時(shí)，輸出脈沖寬度各異的順序脈沖。這些順序脈沖可以控制單個(gè)對象的各個(gè)時(shí)段的不同工作狀態(tài)，也可以作為多個(gè)控制對象循環(huán)工作方式的控制信號。
7412l單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在自暫穩(wěn)態(tài)返回的時(shí)刻，電路伴隨著強(qiáng)烈正反饋的物理過程，構(gòu)成環(huán)形振蕩器時(shí)，起振容易。由于有足夠的恢復(fù)時(shí)間，有利于振蕩頻率的穩(wěn)定。只要選擇高穩(wěn)定度的定時(shí)元件，單穩(wěn)電路就具有高穩(wěn)定度的脈沖寬度。同時(shí)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在級聯(lián)時(shí)，電路不存在前后級互相牽扯的問題，因此，單穩(wěn)型環(huán)形振蕩器具有比較高的頻率穩(wěn)定度。又由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器容易被觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，構(gòu)成環(huán)形電路后，只要給一個(gè)啟動控制信號，電路便可以進(jìn)人振蕩狀態(tài)。這種電路具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝調(diào)試方便的特點(diǎn)，作為順序脈沖發(fā)生器和超低頻多諧振蕩器有比較廣闊的應(yīng)用前景。