多信号发生器(2019年电赛复测)——与非门振荡器

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在多信号发生器(2019年电赛复测)——方案分析中，我们进行了初步设计如下

与非门振荡器

逻辑门振荡器产生方波。实验中会遇到方波占空比不是50%的情况，给后面的滤波产生正弦波造成困难。调节P3可以调节频率，选择合适的C7使频率范围能覆盖19K到21K。调节P2可以微调占空比和频率。

注意：部分软件不能正常仿真带反馈的逻辑门

基本原理

与非门将两个输入连在一起，就构成非门。两级非门连在一起，第二级的输出跟第一级的输入就是正反馈，输入为高，输出也为高。在正反馈路径上添加RC进行时延，就形成了振荡器。

由于逻辑门有比较门限，也是迟滞比较门限，所以添加P3这个负反馈电阻，使第一级输出电压在比较门限的中间，这样正反馈上的电压波动就可以容易触发逻辑门。U8这一路逻辑门是作为振荡器的隔离，避免后一级对振荡器的频率和占空比产生影响。下面通过用硬木课堂实验平台来扫描逻辑门的输入输出特性，看一下这个比较门限，和P3的作用。

逻辑门的输入和输出特性测试

打开电源，面包线插在+5V和GND上，给74ls00供电

打开信号源S1，设置2500mV的直流，5000mVpp的峰峰值，这样三角波就是0-5v，可以覆盖逻辑门的输入范围。面板线插S1孔，给芯片提供信号。

用硬木课堂示波器测试74ls00构成的非门的输入输出特性。黄色，通道1，测试输入的三角波。蓝色，通道2测试输出。可以看到黄色和蓝色的交点处，就是逻辑门的比较门限。在1V上下。

使用的芯片不同，这个输入输出特性也不一样。例如74HC00构成的非门测试如下。可以看到黄色和蓝色的交点处，在2.5V上下。

了解到输入输出特性后，将74ls00构成的非门的输出和输入通过电阻相连，调节电阻P3，使输出到1V。

然后将两级非门连接，并添加RC正反馈。用4个示波器通道同时测试电路的4个节点信号。分析振荡器工作原理。

微调过程：图中P2可调电阻先调节为0欧，电路起振。调节P3使振荡频率到20KHz，这时方波的占空比偏离50%较大。再调节P2使占空比接近50%，然后再微调P3使频率到20KHz。

AIN1示波器1通道，可以观察到RC的充放电过程。由于P3给U6非门添加了负反馈，调节了比较门限，充放电波形触发了非门。U6的输出给U7非门，使U7产生方波，AIN3红色观察的波形。由于U7的输出带了RC负载，所以方波需要U8整形一下。AIN4绿色观察到整形后的方波。

小结

与非门振荡器在调试过程中，需要先测试输入输出特性，找出比较门限。然后添加负反馈，使非门输出达到比较门限。最后添加RC时延正反馈，使振荡器工作起来。