CMOS门电路构成的多谐振动器

2017-04-24 18:24分类：电工考证知识阅读：

多谐振动器是一种自激振动器电路，该电路在接通电源后无需外触摸发信号就能发作必定频率和幅值的矩形脉冲或方波。因为矩形脉冲中富含丰厚的高次谐波，故称为多谐振动器。别的多谐振动器在作业进程中不存在安稳状况，故又称为无稳态电路。
由门电路构成的多谐振动器有多种电路办法，但它们均具有如下一同特征: 首要，电路中富含开关器材，如门电路、电压比照器、BJT 等。这些器材首要用来发作高、低电平；其次，具有反响网络, 将输出电压恰本地反响给开关器材使之改动输出状况；别的，还有推延环节，运用RC电路的充、放电特性可完毕延时，以取得所需求的振动频率。在很多有用电路中，反响网络兼有延时作用。

1、CMOS门电路构成的多谐振动器构造和原理

一种由CMOS门电路构成的多谐振动器如图1所示。其原理图和作业波形别离如图2(a)、(b)所示。图(a)中D1、D2、D3、D4均为保护二极管。
为了议论便当，在电路剖析中，假定门电路的电压传输特性曲线为志向化的折线，即开门电平(VON) 和关门电平(VOFF)持平，这个志向化的开门电平或关门电平称为门坎电平(或阈值电平)，记为Vth且设Vth=VDD/2。
(1)榜首暂稳态及电路主动翻转的进程
假定在t=0时接通电源，电容C没有充电，电路初始状况为vO1=VOH，
v1=vO2=VOL 状况，即榜首暂稳态。此刻，电源VDD经G1的TP管、R和G2的TN管给电容C充电，如图2(a)所示。跟着充电时刻的添加，v1的值不断上升，当v1抵达Vth时，电路发作下述正反响进程:

图1 由CMOS门电路构成的多谐振动器



(a)多谐振动器原理图	（b)多谐振动器波形图

图2 多谐振动器原理图和波形

(2)第二暂稳态及电路主动翻转的进程
电路进入第二暂稳态刹那间，v02由0V上跳至VDD，因为电容两头电压不断骤变，则v1也将上跳VDD，本应升至VDD+Vth ，但因为保护二极管的钳位作用，v1仅上跳至VDD+△V+。随后，电容C经过G2的TP、电阻R 和G1的TN放电，使v1下降，当v1降至Vth后，电路又发作如下正反响进程：

然后使电路又回到榜首暂稳态，vO1=VOH，vO2=VOL。尔后，电路重复上述进程，循环往复的从一个暂稳态翻转到另一个暂稳态，在G2的输出端得到方波。
由上述剖析不丑陋出，多谐振动器的两个暂稳态的改换进程是经过电容C充、放电作用来完毕的。　
2、振动周期的核算
在振动进程中，电路状况的改换首要取决于电容的充、放电，而改换时刻则取决于v1的数值。依据以上剖析所得电路在状况改换时v1的几个特征值，能够核算出图2(b)中的 T1、T2的值。
(1)T1的核算
对应于榜首暂稳态，将图2(b)中T1、T2作为时刻起点，T1=t2-t1，v1(0+)=-△V-≈0V,v1(∞)=VDD,τ=RC。依据RC电路瞬态呼应的剖析，有

(2)T2的核算
对应于图2(b)，在第二暂稳态，将t2作为时刻起点，则有v1(0+)=VDD+△V+≈VDD，v1(∞)=0，τ=RC，

由此可求出T2=RC,所以			图3 加抵偿电阻的CMOS多谐振动器

将Vth=VDD/2代入，上式变为T=RCln4≈1.4RC 。

图1是一种最简型多谐振动器，上式仅适用于R>>RON(P)+RON(N)（其间，RON(P)、RON(N)别离为CMOS门中NMOS、PMOS管的导通电阻），c 远大于电路散布电容的状况。当电源电压不坚守时，会使振动频率不安稳，在Vth≠VDD/2时，影响尤为严峻。通常可在该图中添加一个抵偿电阻 ,如图3所示。Rs可减小电源电压改动对振动频率影响。当Vth=VDD/2时，取RS>>R(通常取RS=十R )。

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