TTL门电路组成的电容正反馈多谐振荡器结构和原理及振荡周期的计算

    1、TTL门电路组成的正反馈多谐振荡器结构和原理
    由TTL门电路组成的电容正反馈多谐振荡器基本电路如图1所示。它是两级TTL与非门由电容C 构成正反馈的电路。
    在多谐振荡器工作过程中，主要依靠电容C 的充、放电，引起d 点电位v_{d的变化。当vd达到TTL门阈值电压Vth时，引起与非门状态的翻转。假设某时刻由于电容C 的充电，使vd逐渐上升，当vd上升至vd≥Vth时，与非门G1将由关态变为开态，使输出va由高电平下跳至低电平，与非门G2由开态变为关态，输出vb由低电平上跳至高电平。由于电容C 端电压不能突变，使d点电位vd也随vb的上跳而上跳，维持与非门G1处于开态，与非门G2处于关态，如图1(b)中t1时刻所示。以后电容C 放电，放电的等效电路如图2(a)所示。}
    ,图2 电容C 充、放电等效电路
    随着电容C 的放电，v_{d电位逐渐下降。在vd下降至Vth之前，这段时间称为暂态Ⅰ，其工作波形如图2(b)中t1～t2期间的波形所示。
    当vd随C 放电下降至阈值电压Vth时，即vd≤Vth时，与非门G1由开态变为关态，输出va由低电平上跳至高电平，使与非门G2由关态变为开态，输出va由高电平下跳至低电平。电路又一次自动翻转，如图1(b)中t2时刻所示。由于有电容C，vd随vb的下跳而下跳，维持与非门G1关态，与非门G2开态。
    当与非门G1处于关态，与非门G2处于开态后，电容C充电，其等效电路如图2(b)所示。随着C充电，vd点电位逐渐上升，在vd上升至Vth之前，这段时间称为暂态Ⅱ，其波形如图1(b)中t2～t3期间的波形所示。
    当vd上升至Vth时，与非门G1又由关态变为开态，与非门G2由开态变为关态，进入暂态Ⅰ。以后不断重复上述过程，从而形成周期振荡，在输出端就获得矩形波vb。
    2、振荡周期的计算
    1. 暂稳态Ⅰ持续时间tW1的计算
    由图1(b)可见，在t1^{-时刻，与非门G1处于关态，与非门G2处于开态，以后电路发生翻转，在t1+时刻，与非门G1处于开态，与非门G2处于关态，进入暂态Ⅰ。电容C 放电，等效电路如图2 (a)所示。由图1(b)和图2(a)可得暂态Ⅰ的持续时间为}}
,    1、TTL门电路组成的正反馈多谐振荡器结构和原理
    由TTL门电路组成的电容正反馈多谐振荡器基本电路如图1所示。它是两级TTL与非门由电容C 构成正反馈的电路。
    在多谐振荡器工作过程中，主要依靠电容C 的充、放电，引起d 点电位v_{d的变化。当vd达到TTL门阈值电压Vth时，引起与非门状态的翻转。假设某时刻由于电容C 的充电，使vd逐渐上升，当vd上升至vd≥Vth时，与非门G1将由关态变为开态，使输出va由高电平下跳至低电平，与非门G2由开态变为关态，输出vb由低电平上跳至高电平。由于电容C 端电压不能突变，使d点电位vd也随vb的上跳而上跳，维持与非门G1处于开态，与非门G2处于关态，如图1(b)中t1时刻所示。以后电容C 放电，放电的等效电路如图2(a)所示。}
    
图1 电容正反馈多谐振荡器
    
图2 电容C 充、放电等效电路
    随着电容C 的放电，v_{d电位逐渐下降。在vd下降至Vth之前，这段时间称为暂态Ⅰ，其工作波形如图2(b)中t1～t2期间的波形所示。
    当vd随C 放电下降至阈值电压Vth时，即vd≤Vth时，与非门G1由开态变为关态，输出va由低电平上跳至高电平，使与非门G2由关态变为开态，输出va由高电平下跳至低电平。电路又一次自动翻转，如图1(b)中t2时刻所示。由于有电容C，vd随vb的下跳而下跳，维持与非门G1关态，与非门G2开态。
    当与非门G1处于关态，与非门G2处于开态后，电容C充电，其等效电路如图2(b)所示。随着C充电，vd点电位逐渐上升，在vd上升至Vth之前，这段时间称为暂态Ⅱ，其波形如图1(b)中t2～t3期间的波形所示。
    当vd上升至Vth时，与非门G1又由关态变为开态，与非门G2由开态变为关态，进入暂态Ⅰ。以后不断重复上述过程，从而形成周期振荡，在输出端就获得矩形波vb。
    2、振荡周期的计算
    1. 暂稳态Ⅰ持续时间tW1的计算
    由图1(b)可见，在t1^{-时刻，与非门G1处于关态，与非门G2处于开态，以后电路发生翻转，在t1+时刻，与非门G1处于开态，与非门G2处于关态，进入暂态Ⅰ。电容C 放电，等效电路如图2 (a)所示。由图1(b)和图2(a)可得暂态Ⅰ的持续时间为}}

    其中τ_{1=(Ro+R)C　　　vd(∞)=va=0.3V≈0V　　　vd(t2^{–)=Vth=1.4V　　vd(t1+)=Vth+ΔV   ΔV=ΔVb≈VOH-VOL≈VOH将上述结果代入}}

    得到

    2. 暂稳态Ⅱ持续时间t_{W2的计算
    在t2^{-时刻，与非门G1处于开态，与非门G2处于关态，在t2+时刻，电路发生了翻转，与非门G1处于关态，与非门G2处于开态，进入暂态Ⅱ。电容C充电，等效电路如图2(b)所示。如图1(b)和图2(b)，可得暂态Ⅱ持续时间}}

    其中τ_{2=[(R+Ro)∥R1]C　 　 vd(∞)=va=VOH=3.6V　 vd(t3^{–)=Vth=1.4V　　 vd(t2+)=Vth+ΔV      
ΔV=vb(t2+)-vb(t2-)=VOL–VOH =-VOH 将上述结果代入上式}}

     得到

    3. 振荡周期 T=t_{W1+tW2
    假设图1(a)中，R=1kΩ,RO=100Ω,R1=4kΩ,C=1000pF,则}

    振荡周期 T=t_{W1+tW2=2.18μs 。}