多谐振荡器的研究与仿真

2．2 集成的单稳态多谐振荡器
鉴于单稳态多谐振荡器的应用十分普遍，在TTL电路和3CMOS电路的产品中，都产生了单片集成的单稳态多谐振荡器器件。使用这些器件时只需要很少的外接元件和连线，而且由于器件内部电路一般还附加了上升沿与下降沿触发的控制和置零等功能，使用极为方便。
2．2．1 单稳型环形振荡器的电路结构
将各级单稳态触发器的输出脉冲依次作为下一级触发器的触发输入信号，再将末级的输出信号反馈到第一级，作为第一级的触发输入信号，则可构成一种新型的环形振荡器，即单稳型环形振荡器，电路如图7(a)所示。

根据单稳态触发器的延时作用，得到单稳型环形振荡器的工作波形，如图7(b)所示。该振荡器输出信号的周期是：T=T1+T2+L+Tn，式中，T1(i=l，2，…，n)为各级单稳态触发器的暂稳时间。
当各级的暂稳时间相同时，该电路就是一个典型的顺序脉冲发生器，其工作波形与D触发器构成的环形计数器完全相同。不同的是，环形计数器必须由时钟脉冲驱动，电路输出脉冲宽度与时钟信号的周期相同，必须通过改变时钟信号的频率来改变输出脉冲的宽度。而单稳型环形振荡器可以自动产生脉冲信号，可以通过改变单稳态触发器的定时元件Rc的参数来调整脉冲宽度，因此调节方便。
2．2．2 集成单稳型环形振荡器的仿真
采用Multisim8仿真软件，选用集成7412l集成单稳态触发器，其功能表如表1所示。由4片7412l构成的环形振荡器如图8所示。图中Al、A2和B端是触发输入端，Q和Q是互补输出端。设各单稳态触发器稳态时输出为低电平，暂稳态输出为高电平，触发输入脉冲为正沿触发。由于74121输入级为窄脉冲形成电路，故触发输入端不必加微分电路。该振荡器输出信号的周期是T=T1+T2+T3+T4，Ti(i=1、2、3、4)为各级单稳态触发器的暂稳时间。Ti由定时元件RiCi(i=l、2、3、4)确定，其工程计算公式是：TI=0．7TiCi。电路可以提供4种不同占空比的同频率矩形脉冲信号，其占空比分别为Ti／T(i=1、2、3、4)。改变定时电路的参数，可以调节振荡频率和占空比。由于单稳态电路的暂稳时间可以做到分钟级甚至小时级，故单稳型环形振荡器可以产生超低频脉冲信号。

2．2．3 集成单稳型环形振荡器的特点及应用
由于单稳型环形振荡器实际上是一个没有时钟脉冲的顺序脉冲发生器，因此它可以广泛地用于异步型顺序控制电路。当各级定时元件的参数相同时，输出脉冲宽度相同的顺序脉冲。当各级定时元件的参数不同时，输出脉冲宽度各异的顺序脉冲。这些顺序脉冲可以控制单个对象的各个时段的不同工作状态，也可以作为多个控制对象循环工作方式的控制信号。
7412l单稳态触发器在自暂稳态返回的时刻，电路伴随着强烈正反馈的物理过程，构成环形振荡器时，起振容易。由于有足够的恢复时间，有利于振荡频率的稳定。只要选择高稳定度的定时元件，单稳电路就具有高稳定度的脉冲宽度。同时，单稳态触发器在级联时，电路不存在前后级互相牵扯的问题，因此，单稳型环形振荡器具有比较高的频率稳定度。又由于单稳态触发器容易被触发翻转，构成环形电路后，只要给一个启动控制信号，电路便可以进人振荡状态。这种电路具有结构简单、成本低、安装调试方便的特点，作为顺序脉冲发生器和超低频多谐振荡器有比较广阔的应用前景。