多諧振蕩器是連續(xù)邏輯電路，可在兩種不同的HIGH和LOW狀態(tài)之間連續(xù)工作

單個(gè)順序邏輯電路可用于構(gòu)建更復(fù)雜的電路，如多諧振蕩器，計(jì)數(shù)器，移位寄存器，鎖存器和存儲(chǔ)器。

但是對(duì)于這些類型的電路以“順序”方式工作，它們需要添加時(shí)鐘脈沖或定時(shí)信號(hào)以使它們改變它們的狀態(tài)。州。時(shí)鐘脈沖通常是連續(xù)的方形或矩形波形，由單個(gè)脈沖發(fā)生器電路（如多諧振蕩器）產(chǎn)生。

A 多諧振蕩器電路之間振蕩“高”狀態(tài)和“低”狀態(tài)產(chǎn)生連續(xù)輸出。穩(wěn)定的多諧振蕩器通常具有甚至50％的占空比，即輸出為“高”的循環(huán)時(shí)間的50％和輸出為“關(guān)閉”的剩余50％的循環(huán)時(shí)間。換句話說，非穩(wěn)態(tài)定時(shí)脈沖的占空比為1：1。

使用時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行同步的順序邏輯電路取決于頻率和時(shí)鐘脈沖寬度，以激活切換動(dòng)作。順序電路也可以在上升沿或下降沿或兩個(gè)實(shí)際時(shí)鐘信號(hào)上改變它們的狀態(tài)，正如我們之前在基本觸發(fā)器電路中看到的那樣。以下列表是與定時(shí)脈沖或波形相關(guān)的術(shù)語。

時(shí)鐘信號(hào)波形

高電平有效 - 如果狀態(tài)在時(shí)鐘的脈沖上升沿或時(shí)鐘寬度從“低電平”變?yōu)椤案唠娖健薄?/p>

低電平有效 - 如果狀態(tài)變化在時(shí)鐘的脈沖下降沿從“高”變?yōu)椤暗汀薄?/p>

占空比 - 這是時(shí)鐘寬度與時(shí)鐘周期的比率。

時(shí)鐘寬度 - 這是時(shí)間在此期間，時(shí)鐘信號(hào)的值等于邏輯“1”或HIGH。

時(shí)鐘周期 - 這是連續(xù)轉(zhuǎn)換之間的時(shí)間。相同的方向，即兩個(gè)上升沿或兩個(gè)下降沿之間。

時(shí)鐘頻率 - 時(shí)鐘頻率是時(shí)鐘周期的倒數(shù)，頻率= 1 /時(shí)鐘pe荒漠化問題。 （?= 1 / T）

時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路可以是模擬和數(shù)字電路的組合，產(chǎn)生連續(xù)的脈沖序列（這些稱為非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器）或脈沖具體持續(xù)時(shí)間（這些被稱為單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器）。組合兩個(gè)或多個(gè)多諧振蕩器可產(chǎn)生所需的脈沖模式（包括脈沖寬度，脈沖之間的時(shí)間和脈沖頻率）。

基本上有三種類型的時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路：

Astable -A 自由運(yùn)行多諧振蕩器NO穩(wěn)定狀態(tài)但是在兩個(gè)狀態(tài)之間連續(xù)切換，此動(dòng)作以固定頻率產(chǎn)生一系列方波脈沖。

單穩(wěn)態(tài) -A 單次多諧振蕩器

只有 ONE 穩(wěn)定狀態(tài)，并在外部觸發(fā)，返回其第一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。

雙穩(wěn)態(tài) - 觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生單個(gè)脈沖的正值或負(fù)值。

一種生產(chǎn)方式一個(gè)非常簡單的時(shí)鐘信號(hào)是通過邏輯門的互連。由于 NAND 門包含放大，它們還可以借助單個(gè)電容和單個(gè)電阻提供時(shí)鐘信號(hào)或定時(shí)脈沖，以提供反饋和定時(shí)功能。

這些定時(shí)電路經(jīng)常被使用，因?yàn)樗芎唵危⑶胰绻壿嬰娐繁辉O(shè)計(jì)成具有未使用的門，可用于產(chǎn)生單穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)振蕩器，也是有用的。這種簡單類型的 RC 振蕩器網(wǎng)絡(luò)有時(shí)稱為“弛豫振蕩器”。

單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路

單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器或“單次”脈沖發(fā)生器通常用于將短尖脈沖轉(zhuǎn)換為更寬的脈沖以用于定時(shí)應(yīng)用。當(dāng)施加合適的外部觸發(fā)信號(hào)或脈沖 T 時(shí)，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器產(chǎn)生單個(gè)輸出脈沖，“高”或“低”。

此觸發(fā)脈沖信號(hào)啟動(dòng)定時(shí)循環(huán)導(dǎo)致單穩(wěn)態(tài)的輸出在定時(shí)周期開始時(shí)改變狀態(tài)（ t 1 ）并保持在第二狀態(tài)，直到定時(shí)周期結(jié)束，（ t 2 ）由定時(shí)電容的時(shí)間常數(shù) C T 和電阻確定， R T

單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器現(xiàn)在保持在第二個(gè)定時(shí)狀態(tài)，直到RC時(shí)間常數(shù)結(jié)束并自動(dòng)復(fù)位或返回自身到其原始（穩(wěn)定）狀態(tài)。然后，單穩(wěn)態(tài)電路僅具有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。這種類型電路的一個(gè)更常見的名稱就是“觸發(fā)器”，因?yàn)樗梢杂蓛蓚€(gè)交叉耦合的 NAND 門（或 NOR 門）制成，因?yàn)槲覀円郧耙娺^。考慮下面的電路。

簡單的NAND門單穩(wěn)電路

假設(shè)最初是觸發(fā)輸入 T 通過電阻 R 1 保持在邏輯電平“1”為高電平，以便第一個(gè) NAND <的輸出/ span> gate U1 在邏輯電平“0”為低電平時(shí)，（與非門控原理）。定時(shí)電阻 R T 連接到等于邏輯電平“0”的電壓電平，這將導(dǎo)致電容 C T 待出院。 U1 的輸出為低電平，定時(shí)電容 C T 完全放電，因此結(jié) V1 也等于“ 0“導(dǎo)致第二個(gè) NAND 門 U2 的輸出，它作為反相 NOT 門連接，因此將為高電平。

第二個(gè) NAND 門的輸出（ U2 ）反饋到 U1 的一個(gè)輸入，以提供必要的正反饋。由于結(jié) V1 且 U1 的輸出均為邏輯“0”，因此電容器中沒有電流流過 C T 。這導(dǎo)致電路穩(wěn)定并且它將保持此狀態(tài)，直到觸發(fā)輸入 T 發(fā)生變化。

如果現(xiàn)在施加負(fù)脈沖在外部或通過按鈕對(duì) NAND 門 U1 的觸發(fā)輸入的操作， U1 的輸出將變?yōu)镠IGH到邏輯“1”（與非門原理）。

由于電容兩端的電壓不能瞬間改變（電容充電原理），這將導(dǎo)致 V1 處的結(jié)點(diǎn)以及 U2 也變?yōu)楦唠娖剑@反過來將使 NAND 門 U2 的輸出變?yōu)榈碗娖綖檫壿嫛?”電路現(xiàn)在將保持不變即使觸發(fā)輸入脈沖 T 被移除，也處于第二狀態(tài)。這被稱為元穩(wěn)定狀態(tài)。

當(dāng)電容 C T 從電阻/電容組合確定的時(shí)間常數(shù)開始從 U1 的輸出充電。此充電過程一直持續(xù)到充電電流無法保持輸入 U2 ，因此結(jié) V1 HIGH。

當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，輸出 U2 再次變?yōu)楦唠娖剑壿嫛?”，進(jìn)而導(dǎo)致 U1 的輸出變?yōu)榈碗娖剑娙莘烹姷?U1 在電阻 R T 的影響下。該電路現(xiàn)已切換回其原始穩(wěn)定狀態(tài)。

因此，對(duì)于每個(gè)負(fù)向觸發(fā)脈沖，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路產(chǎn)生低電平輸出脈沖。輸出時(shí)間周期的長度由電容器/電阻器組合（RC網(wǎng)絡(luò)）決定，并以秒為單位給出電路的時(shí)間常數(shù)T = 0.69RC 。由于 NAND 門的輸入阻抗非常高，因此可以實(shí)現(xiàn)大的時(shí)序周期。

以及上面的 NAND 門單穩(wěn)態(tài)電路，還可以構(gòu)建簡單的單穩(wěn)態(tài)定時(shí)電路，使用 NOT 門， NAND 門和 NOR從觸發(fā)脈沖的上升沿開始其時(shí)序門連接為逆變器，如下所示。

NOT門單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器

與上面的 NAND 門電路一樣，最初觸發(fā)輸入 T 在邏輯電平“1”時(shí)為高電平，因此第一個(gè) NOT <的輸出/ span> gate U1 在邏輯電平“0”時(shí)為低電平。定時(shí)電阻 R T 和電容 C T 并聯(lián)連接在一起，也連接到輸入端第二個(gè) NOT 門 U2 。由于 U2 的輸入在邏輯“0”為低電平時(shí)， Q 的輸出在邏輯“1”時(shí)為高電平。

當(dāng)邏輯電平為“ 0“脈沖施加到第一個(gè) NOT 門的觸發(fā)輸入 T ，它改變狀態(tài)并產(chǎn)生邏輯電平”1“輸出。二極管 D1 將此邏輯“1”電壓電平傳遞給 RC 時(shí)序網(wǎng)絡(luò)。電容兩端的電壓 C T 迅速增加到這個(gè)新的電壓電平，該電壓電平也連接到第二個(gè) NOT 門的輸入端。這反過來在 Q 處輸出邏輯“0”，并且只要應(yīng)用了觸發(fā)輸入 T ，電路就會(huì)保持在Meta-stable狀態(tài)電路保持低電平。

當(dāng)觸發(fā)信號(hào)返回高電平時(shí)，第一個(gè) NOT 門的輸出變?yōu)榈碗娖綖檫壿嫛?”（非門控原理）并且充滿電電容， C T 開始通過并聯(lián)電阻放電， R T 連接在它上面。當(dāng)電容兩端的電壓降至低于第二個(gè) NOT 門輸入的下限閾值時(shí)，其輸出再次切換回來，在 Q 處產(chǎn)生邏輯電平“1”。二極管 D1 可防止定時(shí)電容通過第一個(gè) NOT 門輸出自行放電。

然后，時(shí)間常數(shù)對(duì)于 NOT 門單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器以秒為單位給出 T = 0.8RC +觸發(fā)。

一個(gè)主要缺點(diǎn)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的意思是，施加下一個(gè)觸發(fā)脈沖 T 之間的時(shí)間必須大于電路的 RC 時(shí)間常數(shù)。

Astable多諧振蕩器電路

Astable Multivibrators是最常用的多諧振蕩器電路類型。非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器是一種自由運(yùn)行的振蕩器，它沒有永久的“元”或“穩(wěn)定”狀態(tài)，但不斷地將輸出從一個(gè)狀態(tài)（低）改變到另一個(gè)狀態(tài)（高），然后再返回。這種從“高”到“低”和“低”到“高”的連續(xù)切換動(dòng)作產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定的方波輸出，在兩個(gè)邏輯電平之間突然切換，使其成為時(shí)序和時(shí)鐘脈沖應(yīng)用的理想選擇。

與上述單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路一樣，時(shí)序周期由電阻 - 電容RC網(wǎng)絡(luò)的RC時(shí)間常數(shù)決定。然后可以通過改變電路中電阻器和電容器的值來改變輸出頻率。

NAND門穩(wěn)壓多諧振蕩器

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非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路使用兩個(gè)CMOS NOT 門，例如CD4069或74HC04十六進(jìn)制反相器IC，或者像我們的簡單電路中的一對(duì)CMOS NAND ，例如CD4011或74LS132和 RC 時(shí)序網(wǎng)絡(luò)。兩個(gè) NAND 門連接為反相 NOT 門。

假設(shè)最初 NAND 門的輸出 U2 在邏輯電平“1”時(shí)為高電平，因此輸入必須為邏輯電平“0”（與非門原理）的低電平，因?yàn)榈谝粋€(gè) NAND 門的輸出<跨度> U1 。電容 C 連接在第二個(gè) NAND 門 U2 的輸出端，其輸入端通過定時(shí)電阻 R 連接2 。電容現(xiàn)在以 R 2 和 C 的時(shí)間常數(shù)確定的速率充電。

作為電容器， C 充電，電阻 R 2 與電容 C 之間的連接，也連接通過穩(wěn)定電阻到 NAND 門 U1 的輸入端， R 2 減小，直至下限閾值為到達(dá) U1 此時(shí) U1 改變狀態(tài)， U1 的輸出現(xiàn)在變?yōu)镠IGH。這導(dǎo)致 NAND 門 U2 也改變狀態(tài)，因?yàn)槠漭斎氍F(xiàn)在已從邏輯“0”變?yōu)檫壿嫛?”，從而導(dǎo)致 NAND的輸出 gate U2 變?yōu)榈碗娖剑壿嬰娖綖椤?”。

電容 C 現(xiàn)在反向偏置，并通過的輸入放電NAND 門 U1 。電容， C 再次向相反方向充電，由 R 2 和 C 的時(shí)間常數(shù)確定為之前，直到達(dá)到 NAND 門 U1 的上限閾值。這會(huì)導(dǎo)致 U1 改變狀態(tài)，并且循環(huán)重復(fù)自身。

然后， NAND 門的時(shí)間常數(shù)Astable Multivibrator以秒為單位給出 T = 2.2RC ，輸出頻率為?= 1 / T 。

例如：如果電阻 R 2 =10kΩ且電容 C = 45nF ，電路的振蕩頻率如下：

然后輸出頻率計(jì)算為 1kHz ，相當(dāng)于的時(shí)間常數(shù)1ms 所以輸出波形看起來像：

雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路

雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路基本上是一個(gè)SR觸發(fā)器，我們在之前的教程中看到了增加一個(gè)逆變器或 NOT 門提供必要的切換功能。與觸發(fā)器一樣，雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的兩種狀態(tài)都是穩(wěn)定的，并且電路將無限期地保持在任一狀態(tài)。當(dāng)施加合適的外部觸發(fā)脈沖 T 并且經(jīng)過完整的“SET-RESET”循環(huán)時(shí)，這種類型的多諧振蕩器電路從“僅”狀態(tài)傳遞到另一個(gè)狀態(tài)2需要觸發(fā)脈沖。這種類型的電路也稱為“雙穩(wěn)態(tài)鎖存器”，“切換鎖存器”或簡稱為“T鎖存器”。

NAND門雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器

制作雙穩(wěn)態(tài)鎖存器的最簡單方法是將一對(duì)施密特 NAND 門連接在一起形成SR鎖存器如上圖所示。兩個(gè) NAND 門， U2 和 U3 構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)，由輸入 NAND 門觸發(fā)， U1 。這個(gè) U1 NAND 門可以省略，并用一個(gè)切換開關(guān)代替，以制作一個(gè)開關(guān)去抖電路，如之前在SR觸發(fā)器教程中所見。

當(dāng)輸入脈沖變?yōu)椤暗汀睍r(shí)，雙穩(wěn)態(tài)鎖存到其“SET”狀態(tài)，其輸出處于邏輯電平“1”，直到輸入變?yōu)椤案摺保瑢?dǎo)致雙穩(wěn)態(tài)鎖存到其“復(fù)位”狀態(tài)，其輸出為邏輯電平“0”。雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的輸出將保持在“RESET”狀態(tài)，直到施加另一個(gè)輸入脈沖并且整個(gè)序列將再次開始。

然后雙穩(wěn)態(tài)鎖存器或“切換鎖存器” “是一種雙態(tài)器件，其中正狀態(tài)或負(fù)狀態(tài)（邏輯”1“或邏輯”0“）都是穩(wěn)定的。

雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器有許多應(yīng)用，如作為分頻器，計(jì)數(shù)器或計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)設(shè)備，但它們最適用于鎖存器和計(jì)數(shù)器等電路。

555定時(shí)器電路。

現(xiàn)在可以使用標(biāo)準(zhǔn)常用波形發(fā)生器IC專門設(shè)計(jì)簡單的單穩(wěn)態(tài)或穩(wěn)定多諧振蕩器，以創(chuàng)建定時(shí)和振蕩器電路。松弛振蕩器可以簡單地通過將幾個(gè)無源元件連接到它們的輸入引腳來構(gòu)建，最常用的波形發(fā)生器類型IC是經(jīng)典的555定時(shí)器。

555定時(shí)器是一個(gè)非常通用的低成本定時(shí)IC，可以產(chǎn)生非常精確的定時(shí)周期，具有約1％的良好穩(wěn)定性，并且具有從幾微秒到幾小時(shí)之間的可變定時(shí)周期，定時(shí)周期由連接的單個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)控制單個(gè)正電源電壓介于4.5和16伏之間。

NE555定時(shí)器及其后繼產(chǎn)品ICM7555，CMOS LM1455，DUAL NE556等都包含在555振蕩器教程和其他基于電子設(shè)備的好網(wǎng)站中，所以這里僅包括作為時(shí)鐘脈沖發(fā)生器的參考。作為Astable Multivibrator連接的555如下所示。

NE555 Astable Multivibrator

這里555定時(shí)器作為基本的Astable Multivibrator連接，產(chǎn)生連續(xù)的輸出波形。引腳2和6連接在一起，以便它在每個(gè)定時(shí)周期重新觸發(fā)，從而起到Astable振蕩器的作用。電容， C1 通過電阻器充電， R1 和電阻器 R2 ，但僅通過電阻器 R2 放電 R2 的另一端連接到 discharge 端子，引腳7.然后 t 1 的定時(shí)周期和 t 2 的給出如下：

t 1 = 0.693（ [R <子> 1 + R <子> 2 ）C <子> 1

<跨度>噸<子> 2 = 0.693（R <子> 2 ）C <子> 1

<跨度> T =噸<子> 1 + t 2 = 0.693（R 1 + 2R 2 ）C 1

電容兩端的電壓 C1 的范圍為1/3 Vcc至約2/3 Vcc，具體取決于RC定時(shí)周期。這種類型的電路非常穩(wěn)定，因?yàn)樗捎脝坞娫垂╇姡瑢?dǎo)致振蕩頻率與電源電壓Vcc無關(guān)。

在下一篇關(guān)于時(shí)序邏輯電路的教程中，我們將看另一種稱為數(shù)據(jù)鎖存器的時(shí)鐘控制觸發(fā)器。數(shù)據(jù)鎖存器是非常有用的時(shí)序電路，可以由任何標(biāo)準(zhǔn)門控SR觸發(fā)器制成，并用于分頻，以產(chǎn)生各種紋波計(jì)數(shù)器，分頻器和鎖存器。