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  1、晶體三極管構(gòu)成的反相器基本電路

圖1 三極管反相器電路及輸入、輸出信號(hào)波形示意圖

  反相器之所以成為反相器，除電路結(jié)構(gòu)適宜處理開關(guān)量信號(hào)以外，輸入信號(hào)也須為“合法”信號(hào)，即具備性格鮮明的“開、關(guān)”特點(diǎn)，而且電壓幅度也符合要求。若為反相器輸入線性信號(hào)或電壓幅度不適宜，反相器可能對(duì)此不知所措，此為非法信號(hào)——?jiǎng)e怪反相器輸出不正常。共發(fā)射極電路(并合理設(shè)置其靜態(tài)工作點(diǎn))即典型的反相器電路。其輸入、輸出信號(hào)變化趨勢(shì)呈反向關(guān)系。

  在線檢測(cè)：Vbe = 0.7V(高電平)，Vc=0V(低電平);Vbe = 0V(低電平)，Vc=Vcc(高電平)。若傳輸方波信號(hào)，其動(dòng)態(tài)信號(hào)電壓Vbe = 0.3V左右，Vc=Vcc/2。

  2、集成反相器

  以芯片供電+5V為例。電路對(duì)輸入高、低電平的識(shí)別為：輸入信號(hào)低于1.5V為低電平，高于3V以上為高電平，在1.6V~2.9V以內(nèi)，為非法信號(hào)。其輸出低電平，則接近0V，輸出高電平接近+5V。

圖2 集成反相器電路之一及波形圖

  (1)靜態(tài)或傳輸直流信號(hào)時(shí)，IN=0V，OUT=Vcc，或?yàn)橄喾礌顟B(tài)。

  (2)動(dòng)態(tài)傳輸脈沖信號(hào)時(shí)，用直流電壓擋測(cè)量，有直流平均化傾向，反映脈沖占空比的大小，接近示波器所測(cè)信號(hào)平均值。

  a、若輸入信號(hào)幅度與芯片供電電壓幅度相等(如為5V)，并且輸入信號(hào)為方波時(shí)：

  IN=OUT=2.5V

  b、若輸入信號(hào)幅度與芯片供電電壓幅度相等(如為5V)，但輸入信號(hào)不為方波(如圖2中輸入信號(hào)占空比約為1/3)時(shí)：

  IN約為1.6V左右，OUT約為3.3V左右?？梢韵胍姡糨斎胄盘?hào)占空比為30%，反相后輸出信號(hào)占空比即為70%。輸入、輸出呈互補(bǔ)關(guān)系，其和應(yīng)接近于Vcc。

  即IN+OUT=5V。

  因而反相器若用于傳輸非方波的脈沖信號(hào)。在線所測(cè)輸入、輸出電壓可能是亂七八糟的數(shù)值，其正常與否，可用IN+OUT=5V此式驗(yàn)之，若符合，即為正常。否則即為反常。

  c、若輸入信號(hào)幅度與芯片供電電壓幅度不等(如輸入信號(hào)最大幅度為3.3V，而芯片供電電壓為5V)，輸入信號(hào)不為方波(如圖2中輸入信號(hào)占空比約為1/3)時(shí)，可由輸入信號(hào)幅度推算占空比，進(jìn)而推算出輸出電壓值。

  則測(cè)IN=1V(最大幅度為3.3V)，推算輸入信號(hào)占空比約為30%，反相后其占空比約為70%(最大幅度為5V)，則OUT=3.5V左右，電路傳輸正常。

圖3 反相器電路形式之二——高電壓大電流驅(qū)動(dòng)器

  上圖虛線框內(nèi)為外部負(fù)載電路。芯片供電為+5V，輸入信號(hào)幅度在0~5V以內(nèi)。輸出級(jí)為開路集電極輸出模式，外部負(fù)載電路可以根據(jù)需要采用更高的供電電壓和較大的工作電流。典型電路如ULN2003A等，可直接驅(qū)動(dòng)繼電器，電喇叭，信號(hào)燈等負(fù)載。在應(yīng)用中較靈活。

在線檢測(cè)：IN=0V，OUT=24V;IN=5V，OUT=0V。仍符合反相器規(guī)則。

  3、否定之否定等于肯定

圖4 電路形式之一

  此電路的IN=OUT，似乎和省略掉該電路，將IN\OUT端短接的效果是一樣的。何也?

  蓋有兩種作用：

  其一，提高帶載能力。如MCU引腳的拉電流能力因上拉電阻所限，可能僅為1mA電流輸出能力，以至于連發(fā)光二極管也無法驅(qū)動(dòng)，用圖3電路，則使帶載能力顯著提高。

圖5 電路形式之二

  其二，起到阻抗變換作用。如圖4串行脈沖傳輸電路，系主板MCU和面板MCU的通訊電路，輸入和輸出信號(hào)在幅度和極性上顯然是一樣的，但若直接傳輸，對(duì)外部干擾信號(hào)的抵抗力較差。串入否定之否定之電路，使傳輸線阻大為降低，有一定的電流在流通著，干擾信號(hào)便被“水流”沖走了。一定程度上提升了抗干擾能力。

圖4，用一只同相器或許可以取代，而圖5，則非用兩組反相器電路不可。

  4、寧愿用著不能空著

圖6 反相器的多組串聯(lián)方式

  從邏輯關(guān)系分析，用一級(jí)反相器肯定和三組反相器的結(jié)果是一樣的，為何白白浪費(fèi)兩組呢?

  無論數(shù)字電路或放大器，因輸入阻抗較高，當(dāng)其突置時(shí)，其輸出端電壓是不確定(輸出級(jí)電路是不安分)的，這和無業(yè)游民多了會(huì)增加社會(huì)的不安定因素，是一個(gè)道理。那么使其就業(yè)哪怕是一個(gè)閑職也好。

每個(gè)反相器芯片內(nèi)往往包含多組反相器，如74HC14，即內(nèi)含6組反相器電路，恰好有兩組剩余時(shí)，構(gòu)成圖5電路，就算是較好的安置方法了。

  5、不是反相器的反相器

圖7、用其它門電路制作反相器

  將或非門，或者與非門的兩輸入端短接起來，使其“變身”為反相器電路。電路設(shè)計(jì)當(dāng)中，恰好剩余了一組與非門，而電路又需要一個(gè)非門電路時(shí)，為此增加一只反相器芯片不夠經(jīng)濟(jì)。這時(shí)候設(shè)計(jì)者頭腦中靈光一閃，就用其它門電路制作出了反相器。

圖8 NE555也可以制成反相器

  上圖，是個(gè)準(zhǔn)反相器電路，INVcc 2/3，OUT=0V。一般情況下，不會(huì)有人專門制作此電路來實(shí)現(xiàn)反相器功能(沒事閑的啊)。要是恰好剩余一片555電路(如7555器件，含兩路)，順手就做成了反相器，確實(shí)也是一款性能優(yōu)良的反相器電路啊。