波形发生器是一种数据信号发生器,在调试硬件时,常常需要加入一些信号,以观察电路工作是否正常。本文利用施密特反相器实现一种简单的方波波形发生器。
施密特反相器
施密特反相器是逻辑电路上常见的一种高速cmos器件。常见的施密特触发器的型号有74ls14、74ls18、cd4093、hef4093、hcf4093等。一般应用于波形转换,谐振电路等逻辑电路中。
施密特触发反相器逻辑符号
在使用施密特触发器时,需要特别注意两个电气特性参数:正向输入阈值电压vt+和负向输入阈值电压vt-。
74hc14阈值电压参数。有图可见,阈值电压受温度影响较大
这两项参数会对输出波形的频率产生很大的影响。
施密特触发器方波发生电路
简单的施密特触发器方波发生电路如下图:
方波发生简单电路
施密特触发器输入输出波形
这种简易的方波发生器本质上rc谐振电路加上施密特触发器的特性实现的,所以方波输出频率和rc谐振频率计算原理是一样的,即充放电时间。
电容充放电时间公式:
t=rc*[(vu-v0)/(vu-vt)]
-v0 为电容上的初始电压值
-vu 为电容充满终止电压值
-vt 为任意时刻t,电容上的电压值
在常规的rc电路中,我们一般认为3~4*rc电容就会充电或者放电完成。但在施密特触发方波放生电路中:
充电时间为:t1=rc*ln[(vh-vt-)/(vh-vt+)]
放电时间为:t2=rc*ln[([(0-vt+)/(0-vt-)]
则整个周期t=t1+t2,可见阈值电压会对方波频率产生影响。由于不同器件的阈值电压以及温度对阈值电压有较大影响,因此对需要可靠精准方波信号的场合,这种电路肯定是不合适的。但由于这种电路结构简单廉价,对于应用于一般场合的产品来说,这种电路确实十分实用的。
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