74HC04和晶振做晶體振蕩電路產生時鐘信號

2021-01-05 電子發燒友
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74HC04和晶振做晶體振蕩電路產生時鐘信號

發表於 2017-12-04 17:09:32

　　時鐘信號為CMOS電平輸出，頻率等於晶振的並聯諧振頻率。74HC04在這裡相當於一個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處於線性工作區，不可以省略，否則有時會不能起振。R1作為驅動電位調整之用，可以防止晶振被過分驅動而工作在高次諧波頻率上。C1、C2為負載電容，實際上是電容三點式電路的分壓電容，接地點就是分壓點。以接地點即分壓點為參考點，輸入和輸出是反相的，但從並聯諧振迴路即石英晶體兩端來看，形成一個正反饋以保證電路持續振蕩。C1、C2會稍微影響振蕩頻率。

　　74HC04可以用74AHC04或其它CMOS電平輸入的反相器代替，不過不能用TTL電平輸入的反相器，因為它的輸入阻抗不夠大，遠小於電路的反饋阻抗。

　　實際使用時要處理好R1和R2的值，經試驗，太小的R1或太大的R2會有可能導致電路工作在晶振的高次諧振頻率上（常見的是3次諧波，10MHz的晶振會產生30MHz的頻率輸出）。對於10MHz的晶振，採用R1=220Ω、R2=1MΩ可以使電路穩定輸出10MHz的方波時鐘信號。

　　最後，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、兩個小電容、一個大電阻。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，應該用MOS輸入的門。LS晶片的最高截止頻率沒問題，原因是LS晶片需一個百歐級偏置電阻才能達到線性狀態，此時增益又不夠。

　　HC和LS速度上並無區別（最大40兆），問題出在振蕩電路是將非門當成線性反向放大器來使用。HC只要加個10兆電阻即可，此時仍有足夠的放大倍數（約100）。LS加個1兆電阻仍是非線性狀態，不可能振蕩，需要5千才能線性，但此時負反饋太深，放大倍數過小（小於10），仍不可能振蕩。

　　原先CMOS比TTL的速度低，高速CMOS與TTL的速度低錯不多，由於CMOS的優點工耗低，故得以發展，HC就是高速CMOS，但TTL的可靠性要好（短路不會燒掉，CMOS就不同啦）。

　　我想很多的單片機愛好者對晶振兩邊要接22或者30pF的電容不理解，因為電容有些時候是可以不要的。 其實單片機和其他一些IC的振蕩電路的真名叫「三點式電容振蕩電路」，如下圖

　　

　　Y1是晶體，相當於三點式裡面的電感，C1和C2就是電容，5404非門和R1實現一個NPN的三極體，接下來分析一下這個電路。5404必需要一個電阻，不然它處於飽和截止區，而不是放大區，R1相當於三極體的偏置作用，讓5404處於放大區域，那麼5404就是一個反相器，這個就實現了NPN三極體的作用，NPN三極體在共發射極接法時也是一個反相器。大家知道一個正弦振蕩電路要振蕩的條件是，系統放大倍數大於1，這個容易實現，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。

           接下來主要講解這個相位問題： 5404因為是反相器，也就是說實現了180°移相，那麼就需要C1，C2和Y1實現180°移相就可以，恰好，當C1，C2，Y1形成諧振時，能夠實現180移相，這個大家可以解方程等，把Y1當作一個電感來做。也可以用電容電感的特性，比如電容電壓落後電流90°，電感電壓超前電流90°來分析，都是可以的。當C1增大時，C2端的振幅增強，當C2降低時，振幅也增強。有些時候C1，C2不焊也能起振，這個不是說沒有C1，C2，而是因為晶片引腳的分布電容引起的，因為本來這個C1，C2就不需要很大，所以這一點很重要。

          接下來分析這兩個電容對振蕩穩定性的影響。因為5404的電壓反饋是靠C2的，假設C2過大，反饋電壓過低，這個也是不穩定，假設C2過小，反饋電壓過高，儲存能量過少，容易受外界幹擾，也會輻射影響外界。C1的作用對C2恰好相反。因為我們布板的時候，假設雙面板，比較厚的，那麼分布電容的影響不是很大，假設在高密度多層板時，就需要考慮分布電容。

        有些用於工控的項目，建議不要用無源晶振的方法來起振，而是直接接有源晶振。也是主要由於無源晶振需要起振的原因，而工控項目要求穩定性要好，所以會直接用有源晶振。在有頻率越高的頻率的晶振，穩定度不高，所以在速度要求不高的情況下會使用頻率較低的晶振。

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