双稳态多谐振荡器的设计和仿真
多谐振荡器电路是关键的计时器、振荡器和脉冲传感器。
回想在高中或大学电子类;你可能建立了多谐振荡器电路从一个运放或离散晶体管。这些电路通常被视为简单的教育工具,但是他们有一些有用的应用程序作为温和的频率和快速电子脉冲探测器。
如果你想建立一个快速脉冲检测电路、555定时器配置为双稳态多谐振荡器不会奏效。相反,你可能会考虑建立一个双稳态多谐振荡器从离散的组件。一旦你建立了电路,你可以执行一些简单的模拟来验证其功能。
双稳态多谐振荡器是什么?
有三种类型的多谐振荡器电路:单稳态,不稳定的和双稳态。双稳态多谐振荡器的工作原理就像脉冲探测器。当一个电子脉冲输入电路、输出两种状态之间切换(高、低输出电压)。这种转换行为不触发振荡器的振荡,与一个不稳多谐振荡器。有一些阈值切换双稳态多谐振荡器,这取决于使用的被动者之间的正反馈循环两个晶体管。
在这些电路将限制使用的晶体管开关时间将出现在输出脉冲。当切换电路总有一些传播延迟(通常与双极型晶体管~ 5 ns),创建一个输入脉冲触发器之间的延迟和输出开关的时间。双极晶体管中使用这些电路通常会对输出缓慢上升时间与其他晶体管结构和家庭相比,所以他们不适合高度精确定时的应用程序。然而,如果你需要高度精确触发sub-μs精度,双稳态多谐振荡器是一种简单,低成本的选择。
对称和非对称触发
双稳态多谐振荡器电路的建设取决于触发电路。与对称触发一个输入脉冲用于提供再生反馈电路中。这种类型的电路如下所示。
双稳态多谐振荡器的同步触发。
这两个电路之间的区别在于使用两个输入脉冲(不对称)和一个输入脉冲(对称)。不对称触发,需要两个输入脉冲触发,可以配置为提供两个输出相反的状态。这种类型的电路实际上是一个施密特触发器。
异步触发双稳态多谐振荡器。
更快的触发速度和振荡器
也许最受欢迎的集成电路555定时器是构建多谐振荡器电路。他们可以设置为在自由运转的振荡模式下运行(不稳多谐振荡器)或在触发模式(双稳态多谐振荡器)通过添加一个555定时器IC一些简单的被动者。年长的TTL 555定时器和我们很长一段时间,但新的逻辑家庭和晶体管制造工艺提供了组件来构建更快的多谐振荡器电路。
555定时器可以作为双稳态多谐振荡器运行
多谐振荡器电路从离散的组件
标准的555定时器有限自由运转的不稳振荡约100 kHz,由于使用双极晶体管作为主动切换元素。更新的555 MHz的频率可以达到低,但这些芯片的高寄生参数设置一个振荡周期上下限。超出100 kHz不同步的振荡器和小于1 ns上升时间需要更快的组件。类似地,对于一个双稳态多谐振荡器,使用离散组件提供了一个应用程序的快速电子脉冲检测与二进制输出。
通过使用离散的CMOS晶体管,可以让不稳不同步的振荡~ 50 MHz ~ 800 ps上升时间。比较一下,这些应用程序使用的旧定时器电路过渡时间从10到100 ns。双稳态多谐振荡器,使用CMOS晶体管将提供非常快速脉冲检测,不能提供的慢555定时器或其他电路。
运放的多谐振荡器电路
另一个选择来构建一个双稳态多谐振荡器运放,一些电阻器,电容器。在这种情况下,切换触发部队在放大器饱和只要输入脉冲的峰值电压高于某个阈值。在这种情况下,阈值等于饱和输入电压下降在R3的分压器(R2和R3)形成反馈回路相输入端。一旦触发,输出将积极和消极的饱和电压值之间切换。这种类型的电路基本上是一个积分器,但定义阈值。
运放电路的双稳态多谐振荡器对称触发。
超越MHz政权和GHz的政权与方法需要集成。把一切都成一个单一的芯片提供了许多利益交换的完整性和信号完整性。多谐振荡器电路架构的使用振荡器和触发开关元素GHz带宽一直是一个活跃的研究领域在过去的几十年。这些高带宽电路通常建立在砷化镓,虽然甘可能提供更高的交换率/振荡频率。
抑制张弛振荡输出
一点不经常与触发振荡器电路,讨论是否把离散晶体管放大器、张弛振荡(例如,欠阻尼的振动出现叠加在输出电压稳定水平)。这些振荡产生的多谐振荡器当RC时间常数太小了。此外,在非常高的频率与离散的组件,意想不到的反馈可以发生在PCB由于寄生电容在电路的输出/输入端口和最近的参考面。这个意想不到的反馈可以驱动一个电路切换期间展示张弛振荡。
当模拟这些电路之一,您将需要使用一个脉冲电压源的输入。你会想要测量输出和执行一个瞬态分析。这将帮助你识别开关时间。你也可以扫描输入脉冲峰值水平来确定触发阈值。请确保使用验证组件模型在你的模拟。
如果你打算建立一个双稳态多谐振荡器电路从离散的组件或集成电路,你需要使用最好的PCB设计和分析软件。设计和仿真工具PSpice软件模拟器快板和全套的分析工具从节奏非常适合构建和模拟你在自己的双稳态多谐振荡器电路或一个更大系统的一部分。
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