單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器概述

多諧振蕩器產(chǎn)生的輸出波形類似于對(duì)稱或不對(duì)稱方波，因此是所有方波發(fā)生器中最常用的。多諧振蕩器屬于一個(gè)振蕩器家族，通常稱為“弛豫振蕩器”。

一般而言，分立式多諧振蕩器由兩個(gè)晶體管交叉耦合的開關(guān)電路組成，該電路設(shè)計(jì)成使其一個(gè)或多個(gè)輸出作為輸入反饋到另一個(gè)晶體管，并 在其兩端連接一個(gè)電阻器和電容器（ RC）網(wǎng)絡(luò)以產(chǎn)生反饋回路電路。

多諧振蕩器具有兩種不同的電氣狀態(tài)，根據(jù)多諧振蕩器的類型，輸出“高”狀態(tài)和輸出“低”狀態(tài)使它們處于穩(wěn)定狀態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)。一種這樣的類型的兩態(tài)脈沖發(fā)生器配置稱為單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。

MOSFET單穩(wěn)態(tài)

單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)（因此其名稱為“單聲道”），并且在外部觸發(fā)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖。單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器僅在經(jīng)過RC耦合電路的時(shí)間常數(shù)確定的時(shí)間后，才返回到其最初的原始穩(wěn)定狀態(tài)。

考慮左側(cè)的MOSFET電路。電阻器R和電容器C形成RC定時(shí)電路。由于電容器兩端的電壓，N溝道增強(qiáng)模式MOSFET被切換為“ ON”，漏極連接的LED也為“ ON”。
當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電容器短路，因此放電，同時(shí)MOSFET的柵極接地。MOSFET和LED均被“關(guān)閉”。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電路將始終處于“關(guān)閉”狀態(tài)且處于“不穩(wěn)定狀態(tài)”。

當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，完全放電的電容器開始通過電阻器R充電，其速率由電阻器-電容器網(wǎng)絡(luò)的RC時(shí)間常數(shù)確定。一旦電容器的充電電壓達(dá)到MOSFET柵極的下限閾值電壓電平，MOSFET就會(huì)接通“ ON”并點(diǎn)亮LED，以使電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。
然后，使用開關(guān)會(huì)導(dǎo)致電路進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，而RC網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)會(huì)在預(yù)設(shè)的時(shí)序周期后使其返回穩(wěn)定狀態(tài)，從而產(chǎn)生非常簡單的“單觸發(fā)”或單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器MOSFET電路。

單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器或也稱為“單發(fā)多諧振蕩器”，當(dāng)施加合適的外部觸發(fā)信號(hào)或脈沖T時(shí)，用于產(chǎn)生指定寬度的單個(gè)輸出脈沖，即“高”或“低” 。該觸發(fā)信號(hào)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)周期，該周期導(dǎo)致單穩(wěn)態(tài)的輸出在定時(shí)周期開始時(shí)改變其狀態(tài)，并保持在該第二狀態(tài)。

單穩(wěn)態(tài)的定時(shí)周期由定時(shí)電容器C T和電阻器R T的時(shí)間常數(shù)確定，直到其復(fù)位或使其自身返回到其原始（穩(wěn)定）狀態(tài)。然后，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器將無限期保持此原始穩(wěn)定狀態(tài)，直到接收到另一個(gè)輸入脈沖或觸發(fā)信號(hào)為止。然后，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器僅具有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，并響應(yīng)單個(gè)觸發(fā)輸入脈沖而經(jīng)歷一個(gè)完整的周期。
單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路

基本的集電極耦合晶體管單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路及其相關(guān)波形如上所示。首次通電時(shí)，晶體管TR2的基極通過偏置電阻R T連接到Vcc，從而將晶體管“完全導(dǎo)通”并進(jìn)入飽和狀態(tài)，同時(shí)在此過程中將TR1變?yōu)椤瓣P(guān)斷”。然后，這代表具有零輸出的“穩(wěn)定狀態(tài)”電路。流入的飽和基極端當(dāng)前TR2因此將等于IB =（VCC - 0.7）/ R ?。
如果現(xiàn)在在輸入端施加一個(gè)負(fù)觸發(fā)脈沖，則該脈沖的快速下降沿將直接通過電容器C1通過隔離二極管將其導(dǎo)通到晶體管TR1的基極TR1。TR1的集電極先前為Vcc，迅速下降至零伏以下，從而有效地使電容器C T跨其極板的負(fù)電荷為-0.7v。該動(dòng)作導(dǎo)致晶體管TR2現(xiàn)在在點(diǎn)X處具有負(fù)基極電壓，從而使晶體管完全“截止”。然后，這表示電路的第二狀態(tài)，即“不穩(wěn)定狀態(tài)”，輸出電壓等于Vcc。

定時(shí)電容器C T開始通過定時(shí)電阻R T對(duì)此-0.7v放電，試圖充電至電源電壓Vcc。晶體管TR2的基極處的該負(fù)電壓開始以由R T C T組合的時(shí)間常數(shù)確定的速率逐漸減小。當(dāng)TR2的基極電壓增加回到Vcc時(shí)，晶體管開始導(dǎo)通，因此再次將晶體管TR1變?yōu)椤?OFF”。這導(dǎo)致單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器自動(dòng)返回其原始穩(wěn)定狀態(tài)，等待第二個(gè)負(fù)觸發(fā)脈沖再次重新啟動(dòng)該過程。

單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器可以產(chǎn)生非常短的脈沖或更長的矩形波形，其前沿隨外部施加的觸發(fā)脈沖而隨時(shí)間上升，其后沿取決于所用反饋分量的RC時(shí)間常數(shù)。此RC時(shí)間常數(shù)會(huì)隨時(shí)間以產(chǎn)生一系列具有相對(duì)于原始觸發(fā)脈沖的受控的固定時(shí)間延遲，如下所示的脈沖而變化。

單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器波形

的時(shí)間常數(shù)單穩(wěn)多可通過改變電容器的值來改變，? ?電阻器，- [R ?或兩者。單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器通常用于增加脈沖寬度或在電路內(nèi)產(chǎn)生時(shí)間延遲，因?yàn)檩敵鲂盘?hào)的頻率始終與觸發(fā)脈沖輸入的頻率相同，唯一的區(qū)別是脈沖寬度。

TTL / CMOS單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器除了由單個(gè)的分立元件（例如晶體管）生產(chǎn)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，我們還可以使用常用的集成電路構(gòu)造單穩(wěn)態(tài)電路。以下電路顯示了如何僅使用兩個(gè)2輸入邏輯“ NOR”門構(gòu)成基本的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路。
NOR門單穩(wěn)態(tài)

最初，假設(shè)觸發(fā)輸入為邏輯電平“ 0”為低電平，從而第一或非門U1的輸出為邏輯電平“ 1”為高電平（或非門原理）。電阻R T連接到電源電壓，因此也等于邏輯電平“ 1”，這意味著電容器C T的兩個(gè)極板上的電荷相同。因此，結(jié)V1等于該電壓，因此第二或非門U2的輸出將在邏輯電平“ 0”下為低電平。然后，這代表具有零輸出的“穩(wěn)定狀態(tài)”電路。

當(dāng)在時(shí)間t 0向輸入施加正觸發(fā)脈沖時(shí)，第一或非門U1的輸出變?yōu)榈碗娖?，從而電容器C T的左手板隨之放電。由于電容器的兩個(gè)極板現(xiàn)在都處于邏輯電平“ 0”，因此第二或非門U2的輸入也變?yōu)檫壿嬰娖健?1”。然后，這表示電路的第二狀態(tài)，即“不穩(wěn)定狀態(tài)”，輸出電壓等于+ Vcc。

第二個(gè)或非門U2將保持第二個(gè)不穩(wěn)定狀態(tài)，直到定時(shí)電容器現(xiàn)在通過電阻Rt充電為止，R T達(dá)到U2的最小輸入閾值電壓（約2.0V），使其變?yōu)檫壿嬰娖健?1”價(jià)值現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)在其輸入中。這導(dǎo)致輸出被復(fù)位為邏輯“ 0”，該邏輯又被反饋（反饋回路）到U2的一個(gè)輸入。此動(dòng)作將使單穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回其原始穩(wěn)定狀態(tài)，并等待第二個(gè)觸發(fā)脈沖再次重新啟動(dòng)計(jì)時(shí)過程。
或非門單穩(wěn)態(tài)波形

然后，我們得出了電路時(shí)間周期的等式：

其中，R以Ω為單位，C以法拉為單位。
我們還可以使用特殊的IC制造單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器，并且已經(jīng)有專用于此的集成電路，例如74LS121標(biāo)準(zhǔn)單發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器或74LS123或4538B可重新觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，其產(chǎn)生的脈沖寬度可低至40僅使用兩個(gè)外部RC定時(shí)分量，脈沖寬度為：T = 0.69RC（以秒為單位），可在28納秒內(nèi)達(dá)到28秒。
74LS121單穩(wěn)態(tài)發(fā)生器

該單穩(wěn)態(tài)脈沖發(fā)生器IC可以配置為在上升沿觸發(fā)脈沖或下降沿觸發(fā)脈沖上產(chǎn)生輸出脈沖。74LS121可以產(chǎn)生大約10ns至大約10ms寬度的脈沖寬度，最大定時(shí)電阻為40kΩ，最大定時(shí)電容器為1000uF。

單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器概述然后總結(jié)一下，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，使其成為“單發(fā)”脈沖發(fā)生器。當(dāng)由短的外部觸發(fā)脈沖觸發(fā)時(shí)，可以為正或?yàn)樨?fù)。
一旦觸發(fā)，單穩(wěn)態(tài)變化狀態(tài)并在第二狀態(tài)下保持一段時(shí)間，該時(shí)間由所使用的RC反饋時(shí)序組件的預(yù)設(shè)時(shí)間段確定。這個(gè)時(shí)間周期過去了一個(gè)，單穩(wěn)態(tài)自動(dòng)將其返回到其原始低狀態(tài)，等待第二個(gè)觸發(fā)脈沖。

單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器因此可以被視為觸發(fā)脈沖發(fā)生器，并且通常用于在電路內(nèi)產(chǎn)生時(shí)間延遲，因?yàn)檩敵鲂盘?hào)的頻率與觸發(fā)脈沖輸入的頻率相同，唯一的區(qū)別是脈沖寬度。
“單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器”的一個(gè)主要缺點(diǎn)是，施加下一個(gè)觸發(fā)脈沖之間的時(shí)間必須大于電路的預(yù)設(shè)RC時(shí)間常數(shù)，以使電容器有充放電的時(shí)間。

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