CMOS与非门振荡器原理及应用

1、|维普费讯 nttp: www. |IW2.411|维普费讯 nttp: www. |IW2.411|维普费讯 nttp: www. |rIra 4我们知道.CMOS与非门尼数字电路的最臺本 电路之一、民有十仔广眨的用途、血其一匕重宴的方 面就是配比电阻器、电容器等无器件组成吝种务样的 振荡器.现就将常见的CMOS振荡器的工件匝埋及应用简介如下.-.塞谐振荡器I. 普通多谐振疡器用两? CMOS与非门电路及一卜电阻及一牛电 弃器即可以组盛一h取稳态型多振荡器.产上矩母脉 冲.见图I.其工作过程如F:若汗始时媒荡器的R点为T“电平*则匕点为“0“电平*电路由B *R-*A->C-*E 对电

2、容蛊匚按措数规律充血.当允至A点为-厂电平 时，B点立即跳变为”(T电平、产上第一卜“雪崩r 这时E点为T”电平*这是第二卜袪态.这吋.沿C >A->RB电容器C呈指数规律胶电，当A点电平 下降至弋"电平-时，使YF门【产牛另一底雪崩"过 程*使B点的电平艾从“tr电平跳5EMM"电卩、又 回到了第一牛稳态开始时的状态后周而复始 形成撮荡.此振荡器输出端的脉冲周期取决于咆阻器R及 电容器C的乘积并与RC的乘积成正比*苴频率 g鮎、这种振荡器直接要将波形阔至占空比菩I ARC占刘的波府牠困雅*但是，其线路简单*使用的 元器件少.罔试方便.应用较广。育一点

3、需耍注童" 当与非门使用CMOS电路时*振滴器中的电阻器R 之值五能取得太小*否则将造成不尉起振或振荡波形 变菱等信果.Ri般10kfiL7±,电容器大小可根 据频率选择.R- IMQ. C= l20p f 时.(=6kHz； R- 1MQ. C- 5600pF 时+ f= 15Hz； R- lOOkfi. C= l20pf 时+ 60kHz； R= IQOkfln C = 5600p 时 f= 1 3kHz»图：！所示的电路，用电位器取代了图1中的电阻 器R,用以使抿荡器的振荡频率呵以儆调.当电位 器滑动头在中间位蹬时* f= 400Hz.其频率可墙至2 -3k

4、Hz.当櫃动头滑至弋”电阻时.振荡器将停止振荡*图m所示的电路，由于住电位器两端串人广两只 二极管.就避免r图2中电阴R = 0悄况的出现.但 是.二极管的申人*使扳荡器工作过程中的电容器C 的充放电按一龙的回路走.因此、此电路可以用电位 器W来任意调节输出渡殆的占空比*兀乎可在 100%内任意调节.苴被形可见图4.T| =【，4RW|C； T.-lRWnC.2. 时称型臺谐振荡器用”二,与非门电路*二牛相同容址的电容器.： 卜相同阻值的电阻器即可组成一 h占空比各占50% 的多i皆振荡器.如图5所岳其L作过程如卜如第 一卜暂稳态时* A点为J”电平.B点为电半.回 路AR2-C(-*B为电客

5、6披指数规律先电、C2 iS 过R|->B放电*当m点允电至”1电F时.电舞出 现第一次觀转，A点由原来的J“电平跳变为“(T电 平，B烷也由于n点电位降低为电F而跳变为厂 电平*这时电路进人第二卜暂穗态；芝后-A放电，问路B >R!-*C；*A对电容器C：按指数 规律允电.当a点充至高电平时.电路岀现乂一次 翻转+ R点又变为电普” A点跳变为广电平，电 路恢复至初始狀态*之后电路周而童始形成连续的振 荡.阳百的对称型多谐掘務器亦有相似的丄作过稈. 这种摭荡器虫要& = &、匸|工匸_则K输出滥形的占空比为50%.而且两伞输岀端上的脉冲波形刚加 彼此相反'

6、脉冲冏期与RC 积嚴正比关系频车I1 4C应当指出的是：当与非门采用CMOS电路时. 电阴.&、R?的值不能取得尤小，图5中R】.亚应 取lOkfl以上.图6中R|. R2应取lOOkil以丄*图 5中的电容可根据频率选择，图百中的电客不能小十 SOOOpf；否则，电路将不站起振、或枝形变菱3. 坏母振荡器厳仪器与未来九九口第一期已有专文介绍- 这里就不再重复了、4, 石英晶谏振荡器我门知道上述振荡养的振荡频率由电路中的电 組器R段电窖器匚的值抉定，当温度变化时.R S C*的值也会娈化+这种变化頼会引起掘荡器频率牺出 的变化.此外.当振荡器的工作电源笈生变化时.其 頻率输出也会变化，

7、而且变化得祖厉害.CMOS与 非门-般可工作于5-15V电諒电压的抉态下*如振 荡器电洲由升至廿¥时，其频率可升20- 30%.因此.在工业控制机申的时标信号或仪器申 的作标椎馆号源便用的振荡器往往采用石英晶悽掘蒜我们知道、当石英晶体的扱板上加上交变电压 时，立即会引起机械箜形振动、机械沓形掘动又会导致电场变化.堀常，机權变帛振动的振幅和衣变电场 的掘幅都祖小.炷有当外加交变电隹的頻率为某一持 定频率时、振幅才突然变大*这亍特定的频率就是石 英晶体的谐掘频率、晶体掘蒜器就是利用这个待点. 使电路的掘荡频率注定在晶体的谐振频率上.由石英 晶阵振荡器组底的撮荡器，其額率德定度可以高达 以

8、上*这是阴容耦合的振荡器望尘莫及的*这时 工作电慷在5-15V范懂内变化时、振荡器输出液形 只改变其幅嚏，而不改变義頻率.西1r-C±)-n匚 n1 ITU图7r 8.岁所示的电路即是石英晶体振薪器电 路”其丄作过程可翕HU-述振荡器的工作过程.这里 电容器C起耦合作用*原扼越器侃给石英品体捉供 卜有一定帽度的交蛮电场.使石英晶体可靠工作. 值得箱岀的是：不同型吕的晶悴其谐振直阴及负载电 猝的值是不相同的，如图7所示、J用JD1L R-8.2kfi. C-Mpf时，电路输出50OIcHn 是晶休 的标称值"若将R取IMJ1时.频率为40kHzr若 <?取0.05试时.

9、频率输出为MHz.因此"使用石 英晶体撮薦器时.谐振电阻及负载电密賈号电路相匹 配.才能卑得最佳敷果*表i列出部分晶休的谐振 电阻廉也载电容值.这轉数宇可以由石英晶体生产厂家的说明书得5正弦波扼荡器表1鬼号晴振电阻血1JWI80-的 K100JNI40 100KJ00JN3I0K100JX1眦力JDI3K?0JD5KKJD9KK30JCI30如图W所示，用三个CMOS与非门作二级放大毎圾之间f吏用电容器C及电阻誥R杉成拱分延 迟电路.毎节延迟60S 与井直元件组直的三节CR 相務振携器相僵图中的电阻不仅具有移HI件用.同 时也是每圾的负反馈傭置电阻.使答级反相器丄作点 处于近似于 J

10、前一半.赴于线性放大区域.其振踌图中- 出 R|宀R?= R?=时"C, = C2 = C3=56OOpfa f-0.5kHz；当 CRZOpf 吋. f-5kHz,当 R = 8Jii2 C = l20 pf 时* r- 300kHz： C = (M»f时.f= 0,5kHz-值得指出的是“由于& C 的离敵性.二个电姐器.三卩电容送值不可能绝对- 致，这时缉成的正舷波扼荡器的波形袋差、见图 ll-a.顶端平滑+这时可略改变电容器C,的值*可使 渡形变成真正的正弦波、如图H-b所示二、掠競黑的亶用振荡器的用途是十分广烧的.除柞标准扳荡信号 源、时标发生器等之卄*尚

11、有其他许许裳多的用途. 现举几个例子如F*1.作报警器用如图12所示电路.当被用于仪器中时.披控端 为1（电平时.抿荡器停振.YF2輸出低电平，BG 截止.D灯不亮；当槪控端为"广电平时.摄荡器解 除封锁井开始振荡.3G交臂蔽止，导通.D灯闪 壳*报警起炸用*N声报警图日所示（振荡器略画人当戡控瑞用仪器中 的"CT广电平控制时.功能柞用同上.当被控端用 时.杨声器有做小的声响-玄换表笔后把声*上述恃 况说明被测三极骨正常.这定NPN骨.PNP ft与 上述情况相辰.5. 作光控报警器如图 巧所示.当振荡器被控端用光电音控制IW2.411|维普费讯 nttp: www. |人

12、一n卩n管.Fl要是好的 声.扬声器会发声.否则无9”皑平.振荡器停振：有光照时-被控端为U"电 平.振荡器工作擢警.6. 控制闪光灯如图16所示的电路.用捉荡器来控制三极営, 再由三极管控制取向可揑硅，可控匪驱动一组灯当 振荡器在低頻掘荡时.被控灯会亮，灭网烁*如对称 振荡器两边输出端各带-组灯*可以形成交替闻烁的一细导线缠于械保护物体上后.再接地，在物体被盜 吋.细导线被拉斷，扬声器立即发声，报吿主人物体 被盜.3.作晶体管测试器用图】3所示电路、三极管BGib装一晶萍管描 座*振荡舘粧控端接T”电平”这时晶体骨插座中插IW2.411|维普费讯 nttp: www. |4.作线路

13、通斷测试器用.测二、三扱管如图14所示”在真电源电路中串人一时表笔。当被测线通时、扬声器发声.斷路无声.当将盍笔换 成AN4按钮开关时.可作无线电发报练习器用.或 当简易门铃便用.也可用图14所示电路用来判测品 体二极骨.三极管.二表笔红笔接二扱管正极、黑笔 接负扱时.扬声器发声.反磯无芦.这说明般测二极 軒是好的.如正反都无声或郁有声，则说明被测二扱 管已开踣或短路”测三极管时是这样的（叹3DK7 为例）：当红鉴接三极管基极.黑笔按第电极或发射 扱时.杨声正常，当黑笔接三极管基极、红笔接童电 扱时，扬声器无声，红笔接发射极时.扬声器有恨小j 的声咅.些红笔接三极管的集电根、黒箋接发射极| 率较低的振荡器控制一孑频率较高的振荡器.由膜率 较高的振荡器钩控制扬声器.即可产电在报警时有 喔哇、喔哇的变声效果、