時(shí)鐘信號(hào)為CMOS電平輸出,頻率等于晶振的并聯(lián)諧振頻率。74HC04在這里相當(dāng)于一個(gè)有很大增益的放大器;R2是反饋電阻,取值一般≥1MΩ,它可以使反相器在振蕩初始時(shí)處于線性工作區(qū),不可以省略,否則有時(shí)會(huì)不能起振。R1作為驅(qū)動(dòng)電位調(diào)整之用,可以防止晶振被過(guò)分驅(qū)動(dòng)而工作在高次諧波頻率上。C1、C2為負(fù)載電容,實(shí)際上是電容三點(diǎn)式電路的分壓電容,接地點(diǎn)就是分壓點(diǎn)。以接地點(diǎn)即分壓點(diǎn)為參考點(diǎn),輸入和輸出是反相的,但從并聯(lián)諧振回路即石英晶體兩端來(lái)看,形成一個(gè)正反饋以保證電路持續(xù)振蕩。C1、C2會(huì)稍微影響振蕩頻率。
74HC04可以用74AHC04或其它CMOS電平輸入的反相器代替,不過(guò)不能用TTL電平輸入的反相器,因?yàn)樗妮斎胱杩共粔虼?,遠(yuǎn)小于電路的反饋?zhàn)杩埂?/p>
實(shí)際使用時(shí)要處理好R1和R2的值,經(jīng)試驗(yàn),太小的R1或太大的R2會(huì)有可能導(dǎo)致電路工作在晶振的高次諧振頻率上(常見(jiàn)的是3次諧波,10MHz的晶振會(huì)產(chǎn)生30MHz的頻率輸出)。對(duì)于10MHz的晶振,采用R1=220Ω、R2=1MΩ可以使電路穩(wěn)定輸出10MHz的方波時(shí)鐘信號(hào)。
最后,不要忘記,74HC04中未使用的輸入引腳要接地或VCC。
晶振電路
用反向器(74LS00)與晶振、兩個(gè)小電容、一個(gè)大電阻。用的是典型電路,可在示波器上就是不振?
HC的或HCT的才行,如果電容小的話,應(yīng)該用MOS輸入的門。LS芯片的最高截止頻率沒(méi)問(wèn)題,原因是LS芯片需一個(gè)百歐級(jí)偏置電阻才能達(dá)到線性狀態(tài),此時(shí)增益又不夠。
HC和LS速度上并無(wú)區(qū)別(最大40兆),問(wèn)題出在振蕩電路是將非門當(dāng)成線性反向放大器來(lái)使用。HC只要加個(gè)10兆電阻即可,此時(shí)仍有足夠的放大倍數(shù)(約100)。LS加個(gè)1兆電阻仍是非線性狀態(tài),不可能振蕩,需要5千才能線性,但此時(shí)負(fù)反饋太深,放大倍數(shù)過(guò)?。ㄐ∮?0),仍不可能振蕩。
原先CMOS比TTL的速度低,高速CMOS與TTL的速度低錯(cuò)不多,由于CMOS的優(yōu)點(diǎn)工耗低,故得以發(fā)展,HC就是高速CMOS,但TTL的可靠性要好(短路不會(huì)燒掉,CMOS就不同啦)。
我想很多的單片機(jī)愛(ài)好者對(duì)晶振兩邊要接22或者30pF的電容不理解,因?yàn)殡娙萦行r(shí)候是可以不要的。 其實(shí)單片機(jī)和其他一些IC的振蕩電路的真名叫“三點(diǎn)式電容振蕩電路”,如下圖
Y1是晶體,相當(dāng)于三點(diǎn)式里面的電感,C1和C2就是電容,5404非門和R1實(shí)現(xiàn)一個(gè)NPN的三極管,接下來(lái)分析一下這個(gè)電路。5404必需要一個(gè)電阻,不然它處于飽和截止區(qū),而不是放大區(qū),R1相當(dāng)于三極管的偏置作用,讓5404處于放大區(qū)域,那么5404就是一個(gè)反相器,這個(gè)就實(shí)現(xiàn)了NPN三極管的作用,NPN三極管在共發(fā)射極接法時(shí)也是一個(gè)反相器。大家知道一個(gè)正弦振蕩電路要振蕩的條件是,系統(tǒng)放大倍數(shù)大于1,這個(gè)容易實(shí)現(xiàn),相位滿足360度,與晶振振蕩頻率相同的很小的振蕩就被放大了。
? ? ? ? ? ?接下來(lái)主要講解這個(gè)相位問(wèn)題: 5404因?yàn)槭欠聪嗥?,也就是說(shuō)實(shí)現(xiàn)了180°移相,那么就需要C1,C2和Y1實(shí)現(xiàn)180°移相就可以,恰好,當(dāng)C1,C2,Y1形成諧振時(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)180移相,這個(gè)大家可以解方程等,把Y1當(dāng)作一個(gè)電感來(lái)做。也可以用電容電感的特性,比如電容電壓落后電流90°,電感電壓超前電流90°來(lái)分析,都是可以的。當(dāng)C1增大時(shí),C2端的振幅增強(qiáng),當(dāng)C2降低時(shí),振幅也增強(qiáng)。有些時(shí)候C1,C2不焊也能起振,這個(gè)不是說(shuō)沒(méi)有C1,C2,而是因?yàn)樾酒_的分布電容引起的,因?yàn)楸緛?lái)這個(gè)C1,C2就不需要很大,所以這一點(diǎn)很重要。
? ? ? ? ? 接下來(lái)分析這兩個(gè)電容對(duì)振蕩穩(wěn)定性的影響。因?yàn)?404的電壓反饋是靠C2的,假設(shè)C2過(guò)大,反饋電壓過(guò)低,這個(gè)也是不穩(wěn)定,假設(shè)C2過(guò)小,反饋電壓過(guò)高,儲(chǔ)存能量過(guò)少,容易受外界干擾,也會(huì)輻射影響外界。C1的作用對(duì)C2恰好相反。因?yàn)槲覀儾及宓臅r(shí)候,假設(shè)雙面板,比較厚的,那么分布電容的影響不是很大,假設(shè)在高密度多層板時(shí),就需要考慮分布電容。
? ? ? ? 有些用于工控的項(xiàng)目,建議不要用無(wú)源晶振的方法來(lái)起振,而是直接接有源晶振。也是主要由于無(wú)源晶振需要起振的原因,而工控項(xiàng)目要求穩(wěn)定性要好,所以會(huì)直接用有源晶振。在有頻率越高的頻率的晶振,穩(wěn)定度不高,所以在速度要求不高的情況下會(huì)使用頻率較低的晶振。
評(píng)論