眞趣盎然集

Working Principle and Output Pulse Duration Derivation of IC 555 Monostable  Multivibrator 如圖一所示，為一 IC 555 所組成的 單穩態多諧振盪電路 。首先我們先說明此振盪器的原理，接著再來推導此振盪器的輸出脈波寬度公式。 圖一      IC 555 單穩態多諧振盪電路 動作原理 如圖二所示為 555 的內部電路，其可幫助我們了解  IC 555 單穩態多諧振盪電路的動作原理。 如圖三所示，當電源打開瞬間，555 的第 4 腳 $(\;\overline {Reset}\;)$ 因其所連接的電容在該瞬間短路，會接收到邏輯 "0" 訊號，使得其第 3 腳 $(Output)$ 被重置，因而輸出邏輯 "0"，且放電電晶體導通，開始放電。但當電源穩定後，該電容開路使得第 4 腳接收到邏輯 "1" 訊號，停止重置輸出接腳，第 3 腳的輸出狀態才開始能受到第 6 腳與第 2 腳的輸入狀況的影響而改變。此時在放電電晶體導通的情況下，第 6 腳 $(Threshold)$ 電位約 $0.2V$ 等同於輸入邏輯 "0"，加上按鈕未按下時的第 2 腳輸入的是邏輯 "1"，意即此時 IC 555 的內部的 $RS$ 栓鎖器的 $R$ = "0" 且 $S$ = "0"，$Q$ 與 $\overline Q$ 維持原態 $($ $RS$ 栓鎖器的真值表，如圖四所示 $)$，因此第 3 腳繼續輸出邏輯 "0"。 圖二    IC 555 內部電路 圖三    IC 555 單穩態多諧振盪電路電源打開瞬間，輸出邏輯 "0" 且放電電晶體導通 ，電容 C 不充電 圖四     RS 栓鎖器真值表 當電源穩定後，按鈕開關按下瞬間，IC 555 的第 2 腳 $(Trigger)$ 會輸入邏輯 "0"，導致 IC 555 內部的 $S$ = "1"，$R$ 依舊為 "0"，因此 $Q$ = "1"，且放電電晶體不導通停止放電，電容 C 開始充電，...

Working Principle and Frequency Derivation of a CMOS Astable Multivibrator 如圖一所示，為 CMOS 反閘的無穩態多諧振盪器。其中的 CMOS 反閘 (NOT GATE)，常可用 CMOS 反或閘 (NOR GATE) 代用，如圖二所示。 圖一     CMOS 反閘無穩態多諧振盪器 圖二      CMOS 反或閘無穩態多諧振盪器 電路原理 假設 $V_{SS} = 0 V$，如圖三所示，當電源打開瞬間，CMOS 反相器 1 的輸入為邏輯 "0" $($電位 $\simeq V_{SS} = 0 V$ $)$，其輸出則為邏輯 "1" $($電位 $\simeq V_{DD}$$)$，CMOS 反相器 2 的輸出就會是邏輯 "0"。此時，電容 C 開始充電。 圖三       CMOS 反閘無穩態多諧振盪器-電容充電 充電過程中，電容 C 負極的電位維持為 $0V$ 而其正極的電位會因充電而上升，一旦其值充至大於 CMOS 邏輯閘的 臨限觸發電壓 $V_t$  $(\simeq \frac{V_{DD}}{2})$ 瞬間，電容 C 兩極的電位差 $V_C = V_t$ ，CMOS 反相器 1 輸出轉態為邏輯 "0"，且 CMOS 反相器 2 輸出轉態為邏輯 "1" $($電位 $\simeq V_{DD}$$)$。在此瞬間電容 C 正極的電位本來應該變成 $V_t+V_{DD}$，負極則為 $V_{DD}$ $($ 電容器正負極的電位差 $V_C$ 值在該瞬間一樣維持為 $ V_t$$)$。但是由於 CMOS 邏輯閘輸入端有二極體組成的 靜電保護電路 ，如圖五所示，該保護電路會將此時電容 C 的正極的電位限制在約 $V_{DD}$，且電容會開始放電，如圖四所示。 圖四        CMOS 反閘無穩態多諧振盪器-電容放電 圖五     CMOS 邏輯閘的二極體輸入保護電路，會將輸入電壓限制在 $V_{SS} - 0.7 V$ 至 $V_{DD}+0.7V$ 之間 ...