双稳态多谐振荡器设计与仿真
多谐振荡器电路是关键的定时器、振荡器和脉冲传感器。
回想一下你在高中或大学上的电子学课程;你可能用运算放大器或分立晶体管做了一个多谐振荡器电路。这些电路通常被视为简单的教育工具，但它们有一些有用的应用，如中频和快速电子脉冲探测器。
如果你想建立一个快速的脉冲检测电路，一个配置为双稳多谐振荡器的555定时器是行不通的。相反，你可以考虑用分立元件来建造一个双稳多谐振荡器。一旦构建好了电路，就可以执行一些简单的模拟来验证其功能。
什么是双稳态多谐振荡器?
有三种类型的多振子电路:单稳态，不稳定的，和双稳态。双稳多振器的工作原理类似于脉冲探测器。当电子脉冲输入电路时，输出将在两种可能的状态(高输出电压和低输出电压)之间切换。这种开关行为不会触发自由运行的振荡，与稳定的多谐振荡器相反。在双稳态多谐振荡器中，开关有一定的阈值，这取决于两个晶体管之间的再生反馈回路中使用的无源器件。
这些电路中使用的晶体管将限制在输出脉冲上看到的开关时间。当开关时，整个电路有一些传播延迟(双极晶体管通常为~ 5ns)，这在输入脉冲触发和输出开关时间之间产生了延迟。与其他晶体管结构和系列相比，这些电路中使用的双极晶体管通常在输出上有一个缓慢的上升时间，因此它们不适合高精度的定时应用。然而，如果你需要亚μs精度的高精度触发，双稳多振器是一个简单、低成本的选择。
对称和非对称触发
双稳多振子电路的构造取决于电路的触发方式。采用对称触发，单个输入脉冲用于在电路中提供再生反馈。这种类型的电路如下所示。
双稳多振器同步触发。
这两种电路之间的区别在于使用两个输入脉冲(非对称)和一个输入脉冲(对称)。对于非对称触发，需要两个输入脉冲来触发，可以配置为提供两个相反状态的输出。这种类型的电路实际上是一个施密特触发器。
异步触发双稳多振器。
更快的触发速度和振荡器
也许555定时器是构建多谐振荡器电路最流行的IC。通过在一些简单的被动源上添加555定时器IC，可以将它们设置为自由运行振荡模式(稳定多振器)或触发模式(双稳多振器)。老式的TTL 555定时器已经伴随我们很长一段时间了，但是新的逻辑家族和晶体管制造工艺为构建更快的多谐振荡器电路提供了组件。
555定时器可以作为双稳多振器运行
分立元件的多振子电路
由于使用了双极晶体管作为有源开关元件，标准555定时器具有约100 kHz的有限自由运行稳定振荡。较新的555可以达到较低的MHz频率，但这些芯片中的高寄生电容设置了振荡周期的下限。超过100 kHz自由运行振荡器和低于1 ns上升时间需要更快的组件。类似地，对于双稳多振器，使用离散元件提供了一个应用程序的快速电子脉冲检测与二进制输出。
通过使用分立CMOS晶体管，可以获得稳定的自由运行振荡~50 MHz，上升时间~800 ps。只是为了比较，用于这些应用的较旧的定时器电路的转换时间从10到100 ns。对于双稳多振器，使用CMOS晶体管可以提供非常快的脉冲检测，这是555定时器或其他较慢的电路所不能提供的。
运放多振子电路
另一种构造双稳多谐振荡器的方法是运算放大器，一些电阻和一个电容器．在这种情况下，只要输入脉冲的峰值电压高于某个阈值，开关触发器就会迫使运放进入饱和状态。在这种情况下，阈值等于压分器(R2和R3)中饱和输入电压在R3上下降，形成反馈回路到非反相输入。一旦触发，输出将在正和负饱和电压值之间切换。这种类型的电路基本上是一个积分器，但有一个定义的阈值。
运放电路是对称触发的双稳多振器。
使用这两种方法都需要进行集成，才能超越MHz范围并进入GHz范围。把所有东西都放在一个芯片上，为开关完整性和信号完整性提供了许多好处。在过去的几十年里，使用多振子电路架构作为GHz带宽的振荡器和触发开关元件一直是一个活跃的研究领域。这些高带宽电路通常建立在GaAs上，尽管GaN可以提供更高的开关速率/振荡频率。
抑制输出上的松弛振荡
在触发振荡器电路中，有一点是不经常讨论的，无论它们是否包含离散晶体管或放大器，都是弛豫振荡(即欠阻尼的振动这似乎叠加在稳定的输出电压水平)。当RC时间常数变得太小时，这些振荡就会在多谐振荡器中出现。此外，在离散元件的非常高的频率下，由于电路的输出/输入端口和最近的参考平面之间的寄生电容，可能会在PCB中发生意外的反馈。这种意想不到的反馈可以驱动其中一个电路在开关过程中表现出松弛振荡。
当模拟其中一个电路时，需要在输入端使用脉冲电压源。然后，您需要测量输出并执行瞬态分析。这将帮助您确定切换时间。还可以扫描输入脉冲峰值电平以确定触发阈值。一定要使用验证的组件模型在你们的模拟中。
如果你计划用分立元件或集成电路构建双稳多振器电路，你需要使用最好的PCB设计和分析软件．设计和仿真工具用于Allegro的PSpice模拟器和全套分析工具从节奏是理想的建设和模拟您的双稳多振子电路本身或作为一个更大的系统的一部分。
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