门电路振荡器
门电路的应用
门电路的应用1．振荡器振荡器电路如图2所示。
“非”门1和“非”门2组成最简单的脉冲振荡器。
为显示直观，将振荡频率选得较低，并增加三极管驱动发光二极管LED闪光，以准确判断出振荡状态。
图 2电路中的振荡频率 f= 1／ 2RC。
当电阻 R的单位用“欧姆”、电容C 的单位用“法拉”时，所得频率f的单位为“赫兹”。
由此，图2电路的振荡频率f= 0．5HZ。
接在“非”门1 输入端的电阻R S为补偿电阻，主要用于改善由于电源电压变化而引起的振荡频率不稳定。
一般取R S>2R。
改变图2中的R或C的数值，振荡频率会相应地发生变化。
读者可多替换几组RC，以加深印象。
应注意：当振荡频率高于20HZ时，发光二极管LED的闪动就不明显了，这是由于人眼的惰性所致；此时可以用扬声器代替发光二极管，电路如图3所示．改变电阻R的数值，可明显听出扬声器音调的变化．图2、3中的“非”门可使用CD4069，使用其中的任意两个“非”门即可．要注意电源输入V DD、V SS一定要接上，虽然图中未画，但电源是必不可少的．电源可使用各种电池或直流稳压电源，一般选6～9V。
除了利用“非”门组成振荡器之外，利用“与非”门和“或非”门也同样可以组成相同的振荡器。
实际上把“与非”门和“或非”门的各功人端并接在一起就成了“非”门，就可以如图2、3一样组成脉冲振荡器．而且利用其中的某个输入端，还可组成“可控振荡器”，如图4 ．在图4（a）中，两个“与非”门组成振荡器，但仅当“与非”门1的输入A为高电平时，电路才振荡；当A为低电平时，电路停报．所以，A点输入电平的高低可控制振荡器的工作与否．在图4（b）中，两个“或非”门组成振荡器，但只有当“或非”门1的输入A 为低电平时，电路才能振荡；当A为高电平时电路停振，所以也组成一个可控振荡器。
另外，当A点输入的是另外一个频率较低的脉冲振荡信号时，就形成了低频振荡信号对高频振荡信号的调制，如图5（a）所示．波形见图5（b）．图5（a）电路可作为警报声源，听起来是断续的“嘟、嘟、…”声，要比连续的“嘟--”声更易引起人们注意．此外，图5（a）电路还可以用作红外线波发射电路，当然，R、c的数值要改变，高频振荡器振荡频率要在38kHZ左右，低频振荡信号作为数据去调制38kHz振荡信号．利用“非”门的晶体振荡电咱如图6所示．需要着重说明的是，利用CMOS门电路做振荡器或模拟放大器使用时，其工作电压不应低于4．5V，否则电路有停振的可能。
数电知识点汇总
数电知识点汇总一、数制与编码。
1. 数制。
- 二进制：由0和1组成，逢2进1。
在数字电路中，因为晶体管的导通和截止、电平的高和低等都可以很方便地用0和1表示，所以二进制是数字电路的基础数制。
例如，(1011)₂ = 1×2³+0×2² + 1×2¹+1×2⁰ = 8 + 0+2 + 1=(11)₁₀。
- 十进制：人们日常生活中最常用的数制，由0 - 9组成，逢10进1。
- 十六进制：由0 - 9、A - F组成，逢16进1。
十六进制常用于表示二进制数的简化形式，因为4位二进制数可以用1位十六进制数表示。
例如，(1101 1010)₂=(DA)₁₆。
- 数制转换。
- 二进制转十进制：按位权展开相加。
- 十进制转二进制：整数部分采用除2取余法，小数部分采用乘2取整法。
- 二进制与十六进制转换：4位二进制数对应1位十六进制数。
将二进制数从右向左每4位一组，不足4位的在左边补0，然后将每组二进制数转换为对应的十六进制数；反之，将十六进制数的每一位转换为4位二进制数。
2. 编码。
- BCD码（Binary - Coded Decimal）：用4位二进制数来表示1位十进制数。
常见的有8421 BCD码，例如十进制数9的8421 BCD码为(1001)。
- 格雷码（Gray Code）：相邻的两个代码之间只有一位不同。
在数字系统中，当数据按照格雷码的顺序变化时，可以减少电路中的瞬态干扰。
例如，3位格雷码的顺序为000、001、011、010、110、111、101、100。
二、逻辑代数基础。
1. 基本逻辑运算。
- 与运算（AND）：逻辑表达式为Y = A·B（也可写成Y = AB），当A和B都为1时，Y才为1，否则Y为0。
在电路中可以用串联开关来类比与运算。
- 或运算（OR）：逻辑表达式为Y = A + B，当A和B中至少有一个为1时，Y为1，只有A和B都为0时，Y为0。
TTL电路
TTL电路是晶体管-晶体管逻辑电路的英文缩写（Transister-Transister-Logic ），是数字集成电路的一大门类。
它采用双极型工艺制造，具有高速度低功耗和品种多等特点。
从六十年代开发成功第一代产品以来现有以下几代产品。
第一代TTL包括SN54/74系列，（其中54系列工作温度为-55℃～+125℃，74系列工作温度为0℃～+75℃)，低功耗系列简称lttl，高速系列简称HTTL。
第二代TTL包括肖特基箝位系列（STTL)和低功耗肖特基系列（LSTTL）。
第三代为采用等平面工艺制造的先进的STTL(ASTTL)和先进的低功耗STTL（ALSTTL）。
由于L STTL和ALSTTL的电路延时功耗积较小，STTL和ASTTL速度很快，因此获得了广泛的应用。
各类TTL门电路的基本性能：电路类型 TTL数字集成电路约有400多个品种，大致可以分为以下几类：门电路译码器/驱动器触发器计数器移位寄存器单稳、双稳电路和多谐振荡器加法器、乘法器奇偶校验器码制转换器线驱动器/线接收器多路开关存储器特性曲线电压传输特性TTL与非门电压传输特性 LSTTL与非门电压传输特性瞬态特性由于寄生电容和晶体管载流子的存储效应的存在，输入和输出波形如右。
存在四个时间常数td,tf,ts和tr。
延迟时间 td下降时间 tf存储时间 ts上升时间 tr基本单元“与非门”常用电路形式四管单元五管单元六管单元主要封装形式双列直插扁平封装稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，如图5一21所示。
变压器把市电交流电压变为所需要的低压交流电。
整流器把交流电变为直流电。
经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。
一、稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电滤及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、纹波电压及温度系数等。
逻辑门电路和组合逻辑电路
控制电压
(5) 2/3VCC
vIC vI1
(6)
C1 5k Ω
R
& G 1
电平。正常工作时， 阈值输入 电平。正常工作时， 应将其接高电平。 应将其接高电平。 （2）5脚为电压控制 脚为电压控制 端，当其悬空时， 当其悬空时，
触发输入
1/3VCC
vI2
(2)
& C2 S
&
(3)
vO
比较器C 比较器 1和C2的比 较电压分别为 2/3VCC 和1/3VCC 。
CC 电源 (8) (4)
功能表
控制电压
5kΩ
阈值 输入
阈值 输入
复 位 RD 0 1 1 1
输 出
vIC vI1
2/3VCC (5)
(6)
C1 5k Ω
R
& G 1
vI1
×
＜2/3VCC ＞2/3VCC ＜2/3VCC
vI2
×
＜1/3VCC ＞1/3VCC ＞1/3VCC
vo
0 1 0
不变
阈值输入 & &
vI1
6
vO
555 3
vI2
2
, vO
&
&
(3)
vI2
1
(2)
C2
S
vO
7
触发输入
, (7)
5k Ω T
vO
放电端
(1)
二．工作原理
（1）4脚为复位输入 脚为复位输入 端（ RD ），当RD ），当 为低电平时， 为低电平时，不管
5kΩ V 电源 CC
(8)
RD 复位
(4)
门电路环形振荡器仿真研究
门电路环形振荡器仿真研究作者：周宦银马果花田彦军来源：《现代电子技术》2008年第02期摘要：在测量门电路的传输延迟时间时，通常用门电路环形振荡器，但门电路环形振荡器振荡频率较高，对实验仪器设备的要求也较高，用仿真实验的方法有直观明了的优点，所以在数字电路教学中常用仿真的方法来进行实验。
然而，在用仿真方法进行实验分析时，实验结果和实物实验或理论分析会存在一些差异。
分别用EWB的2种版本仿真软件EWB 5和Multisim 9对门电路环形振荡器进行仿真，分析出现差异的原因，指出在用仿真方法进行数字电路仿真分析和设计时要注意的问题。
关键词：门电路；环形振荡器；EWB 5；中图分类号：TN710 文献标识码：A 文章编号：1004-373X(2008)02-043-03(1.College of Chemical Defense,Beijing,102205,China;2.Unit 91290,Beijing,102100,China)Abstract：Gate ring multivibrator is often used to measuring the delay time of the logic gates.Because the frequency of the ring multivibrator is very high,the experiment needs advanced instrument.Making experiment by means of simulation is visual,so simulation is widely used in experiment education of digital circuit.However,the results of simulation are often different with real experiment or theoretic analysis.This paper simulates the circuits of ring multibibrator with EWB5 and Multisim 9,analyzes the reasons of difference,and points out the attentions of analysis and designKeywords：gate circuit；ring multivibrator；EWB5；Mulitsim 91 引言把奇数个非门首尾相接串联起来可构成环形振荡器，电路将发生振荡［1］。
门电路构成的多谐振荡器电路工作原理说明
门电路构成的多谐振荡器电路工作原理说明利用门电路的传输延迟时间，将奇数个非门首尾相接就构成一个简单的多谐振荡器。
如图9.3所示，它由三个非门首尾相连而成，这个电路没有稳定状态。
从任何一个非门的输出端都可得到高、低电平交替出现的方波。
该电路的输出波形如图9.1所示。
图9.2 奇数个非门多谐振荡器假设三个非门的传输延迟时间均为t pd ，在某一时刻输出u o 由低电平0跳变为高电平1（如图中u o 波形的箭头所示），则G 1门、G 2门和G 3门将依次翻转，经过三级门的传输延迟时间3t pd 后，使输出u o 又由高电平1跳变为低电平0。
如此循环跳变而形成矩形波。
由图9.3可见，其振荡周期为6t pd 。
这种简单的多谐振荡器周期小，频率高，且频率不易调整和不稳定，所以在实际电路中很少使用。
图9.3 图9.2电路的输出波形为了克服上述多谐振荡器的缺点，可在图9.2电路中引入RC 延迟环节，构成如图9.5所示电路。
图中R s 为限流电阻，对G 3门起保护作用。
由于R s 一般较小（100欧左右），u A 仍可看作为G 3门的输入电压。
通常RC 电路产生的延迟时间远远大于门电路本身的传输延迟时间，所以分析时可以忽略t pd 。
下面对该电路的工作原理进行简单的定性分析。
1 1 1 u o u I u o1 u o2 G 1G 2 G 3 ←→t pdu ou o1u o2图9.5 带RC 延迟的多谐振荡器设在t 0时刻，u I =u o 为低电平，则u o1为高电平，u o2为低电平。
此时u o1经电容C 、电阻R 到u o2形成电容的充电回路。
随着充电过程的进行，电容C 上的电压逐渐增大，A 点的电压相应减小，当接近门电路的阈值电压U TH 时，形成下述正反馈过程。
正反馈的结果，使电路在t 1时刻，u I =u o 变为高电平，则u o1为低电平，u o2为高电平。
考虑到电容电压不能突变，在u o1由高电平变为低电平时，A 点电压出现下跳，其幅度与u o1的变化幅度相同。
门电路构成的多谐振荡器电路工作原理说明
门电路构成的多谐振荡器电路工作原理说明多谐振荡器电路是一种能够产生多种频率振荡信号的电路，通常由一个门电路和若干个RC网络组成。
门电路是整个多谐振荡器电路的关键部分，它的输入端与RC网络连接，输出端则反馈给RC网络。
多谐振荡器电路采用门电路作为基础振荡单元，主要包括反相器、非反相器和Schmitt触发器等。
它们的共同特点是具有高增益和非线性特性，能够产生正弦波、方波和尖峰波等各种复杂波形。
在多谐振荡器电路中，RC网络的作用是提供反馈路径和频率选择，通常由电容器和电阻器组成。
当振荡器开始工作时，输入信号经门电路放大后进入RC网络，一部分信号经反馈回到门电路输入端，形成正反馈，增强了输出信号的幅度。
以反相器为例，它由门电路和RC网络组成。
当门电路输入信号为低电平时，反相器输出高电平；当输入信号为高电平时，反相器输出低电平。
这种输出与输入信号相反的特性符合反相器的命名。
在多谐振荡器电路中，RC网络起到频率选择的作用。
通过改变RC网络的值，可以调整振荡器输出信号的频率。
电容器的值越大，输出频率越低；电阻器的值越大，输出频率越高。
因此，可以根据需要调整RC网络的值，以实现不同频率振荡信号的产生。
多谐振荡器电路的工作原理可以总结为以下几个步骤：1.初始条件：将门电路和RC网络连接起来，设置适当的电源供电。
2.输入信号：将所需的输入信号接入门电路的输入端。
3.放大与反馈：输入信号经过门电路放大后，进一步经过RC网络的反馈回到门电路输入端，形成正反馈，增强了输出信号的幅度。
4.频率选择：通过改变RC网络的值，调整振荡器的输出频率。
增大电容器的值可以降低输出频率，增大电阻器的值可以提高输出频率。
5.输出信号：振荡器根据门电路的特性产生多种振荡信号，如正弦波、方波和尖峰波等。
通过以上步骤，多谐振荡器电路能够产生多种频率的振荡信号，并可以通过调整RC网络中元件的值来实现频率调节。
这种振荡器电路可以应用于许多领域，如通信、音频和振动传感器等。
3-CMOS门电路的特殊用法1~2
作业：
1. CMOS数字电路有哪些模拟应用电路？ 2. 日本产DT830型3½数字多用表的时钟振荡电路如题图2-1所示，反相器 已被集成在单片A/D转换器ICL7106内部，R和C为外围元件。
题图2-1 DT830型数字多用表的时钟振荡电路 题图2 DT830型数字多用表的时钟振荡电路
（1）试计算其振荡频率f？ （2）绘出A、B、C这三点的时序波形，并说明为何要从C点输出波形？ （3）若把C1改成220pF，则R1的电阻值应取多大？ （4）能否将A点接地，为什么？ （5）若用20k 固定电阻与100k 电位器相串联后代替R1，求出振荡频率 的调整范围。
占空比及振荡频率的计算公式
t2 t2 R2 D ＝ ≈ ×100% ＝ T t1 +t2 R + R2 1 0.91 f≈ (R + R2 )C 1
（2-2-1） （2-2-2）
将Rl＝5.1k 、R2＝0～10k 、C＝0.01µF分别 ～ 分别 代入上述两式得该电路的占空比调节范围是 0%～66%，振荡频率变化范围是 ～17.8kHz。 ～ ，振荡频率变化范围是6～ 。
一、由门电路构成的矩形波发生器 二、由定时器构成的矩形波发生器
人为地改变RC振荡器的放电 时间t2（或充电时间t1），使 得t1≠t2，从而获得不同占空比 的矩形波输出。 通过硅高速开关二极管VDl、 VD2把电容器C的充、放电回 路隔离开，使二者互不影响， 以便单独调整放电时间t2。
图2-2-1 由CMOS门电路构成矩 门电路构成矩 形波发生器的电路
一、两级反相式阻容振荡器 二、三级反相频率可调式阻容振荡器 三、方波信号发生器的特殊应用
工作原理：
使用CD4069中的三个 反相器（D1～D3）。 具有更容易起振、振荡 频率范围宽、稳定性好 等优点。 振荡电阻由固定电阻Rl、 电位器RP串联而成。调 节RP的阻值RRP，可改 变振荡频率。
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集成电路构成的振荡电路大全
在电子线路中，脉冲振荡器产生的CP脉冲是作为标准信号和控制信号来使用的，它是一种频率稳定、脉冲宽度和幅度有一定要求的脉冲。
这种振荡器电路不需要外界的触发而能自动产生脉冲波，因此被称为自激振荡器。
一个脉冲波系列是和这个脉冲的基本频率相同的正炫波以及许多和这个脉冲基本频率成整数倍的正炫波谐波合成的，所以脉冲振荡器有时叫做多谐振荡器。
用集成电路构成的振荡器比用分立元件构成的工作要可靠的多，性能稳定。
本电路汇编了用各种集成电路构成的大量振荡器电路。
供读者在使用时参考。
-、门电路构成的振荡电路
1、图1是用CMOS与非门构成的典型的振荡器。
当反相器F2 输出正跳时，电容立即使F1输入为1，输出为0。
电阻RT为CT对反相器输出提供放通电路。
当CT放电达到F1的转折电压时，F1输出为1，F2输出为 0。
电阻连接在F1的输出端对CT反方向充电。
当CT被充到F1的转折电压时，F1输出为0，F2为1，于是形成形成周期性多谐振荡。
其振荡周期T=2。
2RtCt。
电阻Rs是反相器输入保护电阻。
接入与否并不影响振荡频率。
2、图2是用TTL的非门构成的环形振荡器。
三个非门接成闭环形。
假定三个门的平均传输延迟时间都是t，从F1输入到F3输出共经过3t的延迟，Vo输出就是Vi的输入，所以输出端的振荡周期T=6t。
该电路简单，但t数值一般是几十毫微秒，所以振荡频率极高，最高可达8MHz。
3、图3是用TTL非门电路组成的带RC延时电路的RC环形振荡器。
当a点由高电平跳变为低电平时，b点电位由低边高，经门2使C点电位由高变低，同时又经耦合到d点，使d点电位上跳为高电平，所以门3输出即e点电位为低。
随着c充电电流减少，d点电位逐渐降低，低到关门电压时门3关闭，e点由低变高，再反馈到门1，使b点由高变低，d点下降到较负的电压值，保证门3输出为高。
当c放电使d点上升到开门电压时，门3打开，e点又由高变低，输出电压 Vo又回复为低电平，如此交替循环变化形成连续的自激振荡。
振荡周期T=2. 2RC。
R可用作频率微调，一般R值小于1k欧姆。
RS是保护电阻。
4、图4是用与非门构成的晶体振荡器。
该振荡器精度比较高，一般在10^-5，一般将其基准振荡信号作为时间基准来使用。
由于受晶体体积的限制，晶体振荡器产生的脉冲频率都比较到，通常是几百KHZ~几MKZ。
要想得到频率较低的标准
脉冲，可以用脉冲分频器。
5、图5是用CMOS与非门构成的压控振荡器电路。
该电路与图1所示电路类似，CT可由CX代替，RT由用VA调节的NMOS管代替。
RT变换范围由1K~10K，其最小的值被并联的RE（10K）和NMOS管所决定。
NMOS一般从1K~10^8欧姆。
当VA =VS，N沟器件截止，则 RT=R1=10K。
当VA=VDD，NMOS管充分导通，RT=1K。
这种振荡器的中心频率可以通过CX来调节。
6、图6是用与非门组成的可控振荡器。
在图1的基础上，在门F1的一个输入端接一个控制电压，组成可控振荡器，当控制电压为1时，振荡器工作，输出矩形
波；当控制信号电平为0时，振荡器停振，输出停留在低电平状态即无振荡信号输出。
7、图7是用与非门组成的LC振荡器。
a为单只门LC振荡器，b为双门LC振荡器，c为三门LC振荡器。
这种振荡器的频率误差比上述几种RC振荡器小，频率为F=1/2π√（2/LC），C=Ci=Co。
二、触发器构成的震荡电路
1、图8是用COMS电路D触发器组成的占空比可调的脉冲发生器。
设电路初始状态Q为低电平，/Q为高，/Q端通过RB对CB充电，使CB的端电压升高，当达到S的置位电平时，则/Q由高变低，Q端由低变高，CA开始被充电，CB通过RB并联的D1放电，当CA的电压达到R的复位电平时，则复位，Q的电平又回到原来的状态，完成一个震荡周期。
如输出脉冲从Q端输出，脉冲持续时间TA=0.7RACA;截止时间TB=0.7RBCB;可通过调节其数值而改变占空比.
2、图9是用D触发器组成的相位控制和占空比可调的多功能震荡器，具有起振和停振控制；VC为起振；VP为高时V0就为高，为低时V0就为低，原理和图8似。
3、图10为用CD4528双单稳触发器构成的占空比和频率可调的多谐震荡器。
4、图11为4528组成的键控震荡器，K为高时，震荡起振。
5、图12、13为施密特触发器组成的震荡器，13为占空比可调的，原理网友自己参考上面的介绍理解。
三、555集成电路构成的震荡器
1、图14是用通用的555时基电路构成典型的振荡器。
当电源接通时，VCC通过电阻RA和RB向电容C充电。
当电容刚充电时，由于2脚处于零电平，所以输出端3脚是高电平，当电源经RA、RB向C充电直到VC大于2/3VCC时，输出由高变低，电路内部放电管导通，电容C经RB和放电管（7脚）放电，到VC小于1/3VCC时，输出又由低变高，C再次充电，如此周期重复，开成振荡，电路振荡周期 T=0.7（RA+2RB）C，改变RA、RB可改变其振荡频率。
2、图15（a)-(c）是用555电路组成另一类振荡器。
其原理与图14类同。
图1 4中调节R、C的值，都可改变充放电时间，因此充放电的时间常数不能单独调整。
在图15（a)-(c）中，设置了充放电引导二极管，充放电电阻 RA、RB可以
单独调节，在RA=RB的情况下，可以获得占空比为50%的方波。
3、图16是555电路与外接电阻R和电感L组成的多谐振荡器，其振荡频率与R、L的值有关。
通电瞬间，电感线圈L中的电流不能突变，IL=0，故 2、6脚为“1”，3脚输出为“0”，电路内部放电管导通，L两端电压近似于电源电压，随着IL 的增加，VL逐渐减小，即2、6脚的电位随之下降，降到 1/3VCC时，输出由低变高，此时555的内放电管截止，IL将减小。
2、6脚电位随IL的减小不断上升，上升到2/3VCC时，输出由高变低，振荡频率f与R成正比，与L成反比，在实际应用中一般调节R来改变振荡频率。
四、其它集成电路构成的振荡电路
1、图17是用TTL 的数据选择器T570构成的多谐振荡器。
T570四位二选一，每片有4位，每位有D0、D1两路数据输入端和一路输出端P，每片有一个选择控制端A和一个功能控制端S。
图中，R、C组成积分延时环节，利用电容C的充放电来控制选择控制端A的电位VA，使其在门限电平VT2上下变化，从而实现电路不断自动翻转产生方波信号的输出目的，其振荡周期T=2RC。
2、图18是用CMOS的模拟电子开关CC4066组成的振荡器。
图中用二只电子开关构成正反馈电路，它的电路振荡比较稳定。
振荡频率由阻容元件决定。
当R1=R2，
C1=C2时，电路产生方波，f=1/2RC。