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常见振荡电路汇总与分析

2023-07-06 12:39 作者:-遮瑕-  | 我要投稿

    本文汇总了一些常见的震荡电路,主要针对电子设计竞赛的综合测试题可能会用到的震荡电路。

一、模拟芯片震荡电路

    本节主要包括一些模拟芯片所搭建的震荡电路。

(一)一种运放/比较器震荡电路

    我们这里不考虑性能带来的影响,只做理论分析,因此默认比较器和运放相同。但是需要注意的是部分运放是电流型、部分运放同相输入端和反相输入端间有保护二极管,这两类运放是不能用于震荡电路的。

    电路结构如下图所示:

图 1 运放/比较器方波震荡电路

    在初态时,图 1中A点电压值为R1与R3分压后得到的2.5V,由于系统上电瞬间会有噪声,系统会被噪声赋予一个初态,这里假设VOUT初态输出为5V,此时,我们可以将R2等效到R1与R3现成的分压网络内,A点电压为R1与R2等效电阻跟R3产生的分压电压,在图中约为3.33V;同理,当VOUT为0V时,R2与R3并联到地,因此A点电压为1.67V。

    这样我们就得到了震荡的一个基础条件,拥有了两个可以作为参考的阈值电压。我们都知道,对于运放和比较器来说,在开环的情况下,同相输入端大于反相输入端时,输出接近于VCC,反之,同相输入端小于反相输入端时,输出接近于GND,我们这里便是利用了它的这个特性来形成了震荡器。

    当VOUT为高电平,它便会通过R4给C1充电,这时,VA大于VB,VA等于3.33V,当充到一定程度后,VB大于VA,VOUT便跳变为低电平,VA跳变为1.67V,VB电压高于VOUT,因此C1通过R4对VOUT放电,直到VB小于VA。如此循环下去,该电路便产生了一个固定频率的方波。

    通过前文的分析我们可以得知,它的震荡频率跟C1的充放电速度有关,同时也跟VA点的电压变化范围有关,充放电速度越快、VA点的电压突变范围越小,电路的震荡频率便越高。

    运放震荡电路多种多样,这里只介绍这一种,它的优点是占空比可以近似为百分之五十,不需要人为调试。缺点是频率不便于把控,需要仿真调试出来。

二、数字芯片震荡电路

    本节为数字芯片搭建的震荡电路,主要是逻辑门芯片。

(一)反相器振荡电路

    我们只使用反相器也一样可以构成振荡器电路,电路结构如下。

 

图 2 反相器震荡电路

    同样的,我们假设有一个初态,C点为低电平,那么显然,B点应该为高电平,A点为低电平。在这种情况下,B点电荷经过R1流向C1与R2,由于R2较大,C1在未充满之前可理想化为导线,随着C1被充满,D点为高电平,则A点也被改变为高电平,B点随之改变为低电平,C点变为高电平。此时,电容虽然两边电压近似相等,但是B点电压实际上仍低于D点电压,电荷从C1流向B点与A点,由于R2较大,因此首先流向B点,随着电荷的释放,电压逐渐降低,A点又变为低电平,回归初态,C点再次变为低电平。

    如此一来,震荡电路便形成了,且震荡频率可以视为R1与C1的关系式:

公式 1

    另外,此电路可以由其它的任意带有“非”功能的逻辑门构成,例如与非门、或非门等。

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