CD4069六反相器與非門電路的原理與應(yīng)用

這是一個用

CD4069反相器

制作的led閃爍燈，它的電路原理圖如下圖六，led燈閃爍頻率可以調(diào)節(jié)，led燈數(shù)量可以增加。

圖二 CD4069集成電路外形

CD4069六反相器

是眾多40系列

互補(bǔ)MOS集成電路

之一，是典型的

數(shù)字集成電路

，它的結(jié)構(gòu)很簡單，是由

六個反相器

組成的，每個反相器就是一個

非門電路

，其常見的封裝形式為雙列直插式，如上圖二;利用其非門性質(zhì)可以組成振蕩電路、反轉(zhuǎn)電路等，其電路結(jié)構(gòu)和原理簡單、體積較小、價格便宜，在電子技術(shù)實(shí)踐當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

一、4069六反相器推薦工作條件

電源電壓范圍3v-15v;

輸入電壓范圍0v-VDD

工作溫度范圍：M類-55℃-125℃，E類-40℃-85℃

功耗700mw

靜態(tài)電流25攝氏度時<4uA;

輸出低電平電壓0.05V;

輸出高電平電壓VDD-0.05V;

輸入輸出傳播時間小于90ns

內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳序號見下圖三。

圖三

二、

反相器

基本概念以及與

非門

的關(guān)系

反相器

，顧名思義，“反”就是反過來的意思，就是和前一個不一樣，“相”就是相位、狀態(tài)的意思，

反相器就是非門電路

，也即

輸入

低電平

輸出

就是高電平，或者

輸入

高電平

輸出

就是低電平;這里所說的高低電平是

相對

的，即高與低之間相對而言，并不是具體的某一個值，比如3v也可能是高電平也可能是低電平。電平高低是輸入對輸入輸出對輸出，比如輸入1v為高電平，-1v為低電平，輸出3v為高電平，0v為低電平;不能拿輸出的3v對輸入的1v。這一點(diǎn)應(yīng)該注意;反相器也可以是分立元件的，也可以是集成電路的，如CD4069就是集成電路反相器，其內(nèi)部集成了六個反相器;下圖是用分立元件組成的反相器，當(dāng)輸入低電平-6v時，輸出為高電平0v，若輸入為高電平0v，則輸出為低電平-12v;這就是晶體管的倒相作用，其工作在開關(guān)狀態(tài)(飽和、截止);

圖四 分立元件反相器

三、反相器組成的振蕩電路

反相器的用途非常廣泛，最典型的就是

振蕩電路

，其振蕩頻率較低;還作為開關(guān)作用，開關(guān)狀態(tài)就是非門狀態(tài)。

下圖五是分立元件組成的反相器振蕩電路，這個電路可以通過

瞬時極性法

進(jìn)行分析，兩個三極管放大電路相耦合，經(jīng)過倒相兩次輸入和輸出就是同相關(guān)系。可以將R4換成揚(yáng)聲器或led，在輸出端可以輸出振蕩信號。這個電路中各元件VT1、VT2為9013管，R1、R2=27K-100K，R2、R4=2K-5.1K，Ec=3v-6v，C1、C2=0.1-10uF;保證各個三極管工作中放大狀態(tài)， 電路必能起振。

圖五 分立元件反相器組成的振蕩電路

CD4069

振蕩電路有兩種基本形式，還有一種改進(jìn)電路;

1.振蕩電路形式之一，如下圖六，該電路的特點(diǎn)是電源的波動將使頻率不穩(wěn)定，適合于小于100kHz的低頻振蕩情況。其振蕩周期T=2.2RC，工作原理利用了電容器的充放電和非門的倒相作用。設(shè)電路接通瞬間輸出端C點(diǎn)為高電位，則電容兩端電位不能突變，于是A端也是高電位，通過左邊的非門B點(diǎn)為低電位，之后電容開始充電，極性上正下負(fù)，那么電容下端的電位逐漸降低，A點(diǎn)電位降低到低電位也即第一個非門的開啟電壓，電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)，B點(diǎn)高電位，C點(diǎn)低電位，電容開始放電，A點(diǎn)高電位對電容反充電....又一個循環(huán)開始了，振蕩周而復(fù)始的進(jìn)行下去。這個電路實(shí)質(zhì)上和圖五類似，用瞬時極性法也能理解?？梢栽贑端接揚(yáng)聲器或led，如圖一;C點(diǎn)為輸出端。

圖六 CD4069振蕩電路

2.振蕩電路形式之二，該電路是圖一的改進(jìn)，增加了補(bǔ)償電阻Rs，使電路的振蕩頻率穩(wěn)定性提高;

圖七 CD4069改進(jìn)型振蕩電路

振蕩電路形式之三，該電路的振蕩周期同上。原理如下：設(shè)電路接通瞬間A點(diǎn)輸入高電位，那么B點(diǎn)就是低電位，C點(diǎn)就是高電位，電容兩端電壓不能突變，D點(diǎn)為低電位，E點(diǎn)為低電位，C點(diǎn)通過電阻R對電容充電，電容兩端電壓左負(fù)右正，電壓升高后，D點(diǎn)的電位升高，E點(diǎn)的電位升高，則F點(diǎn)變?yōu)榈碗娢?，新的振蕩又開始了。F點(diǎn)為輸出端。

圖八 CD4069振蕩電路

四、具體應(yīng)用電路

1.4069振蕩電路應(yīng)用之一，三組振蕩電路互相調(diào)制就可以發(fā)出高低快慢周期性變化的音調(diào)，聲音酷似警笛聲，具體元件參數(shù)見下表。

圖九CD4069制作的警笛發(fā)生器

警笛發(fā)生器元件表

2.CD4069組成的逆變器，輸出振蕩信號通過三極管放大，控制MOS管的導(dǎo)通與截止，從而在輸出端為220v電壓。

圖十 CD4069制作的逆變器

3.CD4069組成的水位指示器，在水不滿時輸入高電位，輸出低電位，對應(yīng)的led燈不亮，當(dāng)水位上升時，電位降低，輸出高電位，對應(yīng)的led燈發(fā)亮，隨著水位的上升，led燈依次發(fā)亮，反映了水位的高低情況。

圖十一 水位顯示器