多諧振蕩器的研究與仿真

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

根據單穩態觸發器的延時作用，得到單穩型環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)為各級單穩態觸發器的暫穩時間。
當各級的暫穩時間相同時，該電路就是一個典型的順序脈沖發生器，其工作波形與D觸發器構成的環形計數器完全相同。不同的是，環形計數器必須由時鐘脈沖驅動，電路輸出脈沖寬度與時鐘信號的周期相同，必須通過改變時鐘信號的頻率來改變輸出脈沖的寬度。而單穩型環形振蕩器可以自動產生脈沖信號，可以通過改變單穩態觸發器的定時元件Rc的參數來調整脈沖寬度，因此調節方便。
2．2．2 集成單穩型環形振蕩器的仿真
采用Multisim8仿真軟件，選用集成7412l集成單穩態觸發器，其功能表如表1所示。由4片7412l構成的環形振蕩器如圖8所示。圖中Al、A2和B端是觸發輸入端，Q和Q是互補輸出端。設各單穩態觸發器穩態時輸出為低電平，暫穩態輸出為高電平，觸發輸入脈沖為正沿觸發。由于74121輸入級為窄脈沖形成電路，故觸發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)為各級單穩態觸發器的暫穩時間。Ti由定時元件RiCi(i=l、2、3、4)確定，其工程計算公式是：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)。改變定時電路的參數，可以調節振蕩頻率和占空比。由于單穩態電路的暫穩時間可以做到分鐘級甚至小時級，故單穩型環形振蕩器可以產生超低頻脈沖信號。

2．2．3 集成單穩型環形振蕩器的特點及應用
由于單穩型環形振蕩器實際上是一個沒有時鐘脈沖的順序脈沖發生器，因此它可以廣泛地用于異步型順序控制電路。當各級定時元件的參數相同時，輸出脈沖寬度相同的順序脈沖。當各級定時元件的參數不同時，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對象的各個時段的不同工作狀態，也可以作為多個控制對象循環工作方式的控制信號。
7412l單穩態觸發器在自暫穩態返回的時刻，電路伴隨著強烈正反饋的物理過程，構成環形振蕩器時，起振容易。由于有足夠的恢復時間，有利于振蕩頻率的穩定。只要選擇高穩定度的定時元件，單穩電路就具有高穩定度的脈沖寬度。同時，單穩態觸發器在級聯時，電路不存在前后級互相牽扯的問題，因此，單穩型環形振蕩器具有比較高的頻率穩定度。又由于單穩態觸發器容易被觸發翻轉，構成環形電路后，只要給一個啟動控制信號，電路便可以進人振蕩狀態。這種電路具有結構簡單、成本低、安裝調試方便的特點，作為順序脈沖發生器和超低頻多諧振蕩器有比較廣闊的應用前景。