施密特觸發器比較器和振盪器|德州儀器TI.com.cn 穩定雙穩態多諧振盪器| 重要分析

在本文中,我們將詳細研究具有不同相關參數的施密特觸發器比較器和振盪器電路。 到目前為止,我們已經看到了運算放大器被用於各種應用領域,並且作為一種多功能器件,其作為模擬電路的一部分的重要性是巨大的。 運算放大器最方便的應用之一是作為多諧振盪器電路。 我們將詳細研究使用運算放大器和其他無源器件(如電容器,二極管,電阻器等)構成的多諧振盪器電路的類型和工作原理。

內容

  • 多諧振盪器的介紹
  • 多諧振盪器中的正反饋用法
  • 什麼是施密特觸發器?
  • 施密特觸發器比較器閉環電路或雙穩態多諧振盪器
  • 雙穩態多諧振盪器的電壓傳遞特性
  • 不穩定的多諧振盪器或施密特觸發器振盪器
  • 振盪器的佔空比

多諧振盪器和施密特觸發器電路的介紹

多諧振盪器電路是順序邏輯電路,取決於其創建方式,可以有多種類型。 可以使用晶體管和邏輯門來製造某些多諧振盪器,而甚至還有專用的芯片可作為多諧振盪器使用,例如NE555定時器。 運算放大器多諧振盪器電路比其他多諧振盪器電路具有一些優勢,因為它們需要更少的工作元件,更少的偏置,並使用相對較少的元件產生更好的對稱矩形波信號。

多諧振盪器的類型

目前主要存在三種類型的多諧振盪器電路:

  1. 不穩定的多諧振盪器,
  2. 單穩態觸發器
  3. 雙穩態多諧振盪器。

單穩態多諧振盪器具有單個穩定狀態,而雙穩態多諧振盪器具有的穩態數量為2。

正如我們在上一節中將運算放大器用作比較器所了解的那樣,在開環配置中,當輸入電壓接近時,比較器可以不受控制地在正飽和電源軌電壓和負飽和電源軌電壓之間切換。施加參考電壓的最大值。 因此,為了控制兩種狀態之間的這種不可控制的切換,運算放大器在反饋配置(閉環電路)中使用,該配置特別被稱為閉環施密特觸發器電路或雙穩態多諧振盪器。

多諧振盪器的正反饋用法和滯後效應

到目前為止,我們已經在上一節中了解了運算放大器中的負反饋配置。 還有另一種類型的反饋配置,稱為正反饋,也用於特定應用。 在正反饋配置中,與負反饋不同,輸出電壓被反饋(連接)到同相(正)輸入端子,負輸出將輸出電壓連接到反相(負)輸入端子。

以正反饋配置操作的運算放大器傾向於保持在存在該特定運算放大器的特定輸出狀態,即飽和正狀態或飽和負狀態。 從技術上講,在兩種狀態之一中的這種閂鎖行為稱為磁滯現象。

如果在比較器中輸入的施加信號包含一些額外的諧波或尖峰(噪聲),則比較器的輸出可能會意外且不可控地切換到兩個飽和狀態。 在這種情況下,我們將不會獲得所施加的輸入正弦波形的規則對稱方波輸出。

但是,如果我們向比較器輸入信號添加一些正反饋,即在正反饋配置中使用比較器; 我們將在狀態中引入鎖存行為,我們在技術上稱其為滯後現像到輸出中。 直到並且除非輸入AC(正弦)電壓信號的幅度發生重大變化,否則磁滯效應將繼續使電路的輸出保持其當前狀態。

什麼是施密特觸發器?

施密特觸發器 或雙穩態多諧振盪器以正反饋配置工作,且環路增益大於XNUMX,以作為雙穩態模式執行。 電壓V+ 可。

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施密特觸發器比較器
施密特觸發器比較器或雙穩態多諧振盪器
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施密特觸發器比較器的電壓傳輸特性

上圖表示輸出電壓與輸入電壓的關係曲線(也稱為電壓傳遞特性),特別是顯示了磁滯效應。 傳遞特性曲線具有兩個特定區域,即輸入電壓升高時的曲線和輸入電壓降低的曲線的一部分。 電壓V+ 沒有恆定值,而是輸出電壓V的函數0.

電壓傳遞特性

在電壓傳遞特性中,V= V.H,或處於高狀態。 然後,

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更高的交叉電壓VTH

如果信號小於V的信號+,輸出保持在高電平狀態。 交叉電壓VTH 發生在V= V.+ 表示如下:

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當Vi > VTH,反相端的電壓大於同相端的電壓。 電壓V+ 然後證明是

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較低的交叉電壓VTL

自V<VH 輸入電壓Vi 仍然大於V+,並且輸出處於低態,即Vi 繼續增加如果Vi 只要輸入電壓V降低i 大於V+,輸出保持飽和狀態。 現在,當V出現交叉電壓= V.+ 這個VTL 表示為

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作為Vi 持續下降,但仍小於V+; 因此,V0 保持高狀態。 我們可以在上圖中觀察到這種傳輸特性。 磁滯效應顯示在淨傳輸特性圖中。

什麼是施密特觸發器振盪器?

不穩定的多諧振盪器或施密特觸發器振盪器

通過在ve反饋中將RC網絡固定到施密特觸發器電路來實現不穩定的多諧振盪器。 在本節中,我們將看到該電路沒有穩定狀態,因此也被稱為不穩定的多諧振盪器電路。

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不穩定的多諧振盪器電路或施密特觸發器振盪器

如圖所示,RC網絡設置在負反饋路徑中,反相輸入端子通過電容器接地,而同相端子連接到電阻器R之間的結點。1 和R.2 如圖所示。

首先,R1 和R.2 等於R,並假設輸出對稱地在零伏附近切換,高飽和輸出由V表示= V.P V表示的低飽和輸出= -VP。 If V如果V低或V= -VP,然後是V+ =-(1/2)VP.

當Vx 下降到略低於V+,輸出切換到高電平,使V= + VP 和V.= +(1/2)伏P。 RC網絡中電容器兩端的電壓方程可表示為:

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地点: τx 是時間常數,可以定義為τx= R.xCx。 電壓Vx 增加到最終電壓VP 關於時間以指數方式。 但是,當Vx 結果比V稍大= +(1/2)伏P,輸出移至V的低態0 = -VP 和V.x =-(1/2)VP。 RxCx 電壓的負急劇變化會觸發網絡,因此電容器Cx 開始放電,電壓Vx 朝–V值遞減P。 因此,我們可以表達Vas

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哪裡1 指電路輸出切換到低電平狀態的瞬間。 電容器放電指數V+ =-(1/2)VP,輸出再次變為高電平。 該過程會隨時間連續不斷地重複自身,這意味著正反饋電路的振盪會產生方波輸出信號。 下圖顯示了輸出電壓V0 電容器電壓Vx 關於時間。

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施密特觸發器振盪器:輸出電壓和電容器電壓相對於時間的曲線圖

時間t1 可以通過代入t = t來找到1 和V.x = V.P電容器中的電壓一般公式中為/ 2。

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從上面的方程式中我們求解t1,我們得到

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對於時間t2 (如上圖所示),我們以類似的方式進行處理,並且通過使用上述公式進行的類似分析,可以明顯看出t之間的差異2 和T1 也是1.1RxCx。 據此,我們可以推斷出振蕩的時間段T可以定義為T = 2.2 RxCx

因此,頻率可以表示為  

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振盪器的佔空比

輸出電壓的時間百分比(V0多諧振盪器處於高狀態時,它特別被稱為振盪器的佔空比。

振盪器的佔空比為           

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如圖所示,描繪了輸出電壓和電容器電壓與時間的關係,佔空比為50%。

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