CD4069六反相器与非门电路的原理与应用

这是一个用

CD4069反相器

制作的led闪烁灯，它的电路原理图如下图六，led灯闪烁频率可以调节，led灯数量可以增加。

图二 CD4069集成电路外形

CD4069六反相器

是众多40系列

互补MOS集成电路

之一，是典型的

数字集成电路

，它的结构很简单，是由

六个反相器

组成的，每个反相器就是一个

非门电路

，其常见的封装形式为双列直插式，如上图二;利用其非门性质可以组成振荡电路、反转电路等，其电路结构和原理简单、体积较小、价格便宜，在电子技术实践当中得到了广泛的应用。

一、4069六反相器推荐工作条件

电源电压范围3v-15v;

输入电压范围0v-VDD

工作温度范围：M类-55℃-125℃，E类-40℃-85℃

功耗700mw

静态电流25摄氏度时<4uA;

输出低电平电压0.05V;

输出高电平电压VDD-0.05V;

输入输出传播时间小于90ns

内部结构及管脚序号见下图三。

图三

二、

反相器

基本概念以及与

非门

的关系

反相器

，顾名思义，“反”就是反过来的意思，就是和前一个不一样，“相”就是相位、状态的意思，

反相器就是非门电路

，也即

输入

低电平

输出

就是高电平，或者

输入

高电平

输出

就是低电平;这里所说的高低电平是

相对

的，即高与低之间相对而言，并不是具体的某一个值，比如3v也可能是高电平也可能是低电平。电平高低是输入对输入输出对输出，比如输入1v为高电平，-1v为低电平，输出3v为高电平，0v为低电平;不能拿输出的3v对输入的1v。这一点应该注意;反相器也可以是分立元件的，也可以是集成电路的，如CD4069就是集成电路反相器，其内部集成了六个反相器;下图是用分立元件组成的反相器，当输入低电平-6v时，输出为高电平0v，若输入为高电平0v，则输出为低电平-12v;这就是晶体管的倒相作用，其工作在开关状态(饱和、截止);

图四 分立元件反相器

三、反相器组成的振荡电路

反相器的用途非常广泛，最典型的就是

振荡电路

，其振荡频率较低;还作为开关作用，开关状态就是非门状态。

下图五是分立元件组成的反相器振荡电路，这个电路可以通过

瞬时极性法

进行分析，两个三极管放大电路相耦合，经过倒相两次输入和输出就是同相关系。可以将R4换成扬声器或led，在输出端可以输出振荡信号。这个电路中各元件VT1、VT2为9013管，R1、R2=27K-100K，R2、R4=2K-5.1K，Ec=3v-6v，C1、C2=0.1-10uF;保证各个三极管工作中放大状态， 电路必能起振。

图五 分立元件反相器组成的振荡电路

CD4069

振荡电路有两种基本形式，还有一种改进电路;

1.振荡电路形式之一，如下图六，该电路的特点是电源的波动将使频率不稳定，适合于小于100kHz的低频振荡情况。其振荡周期T=2.2RC，工作原理利用了电容器的充放电和非门的倒相作用。设电路接通瞬间输出端C点为高电位，则电容两端电位不能突变，于是A端也是高电位，通过左边的非门B点为低电位，之后电容开始充电，极性上正下负，那么电容下端的电位逐渐降低，A点电位降低到低电位也即第一个非门的开启电压，电路发生翻转，B点高电位，C点低电位，电容开始放电，A点高电位对电容反充电....又一个循环开始了，振荡周而复始的进行下去。这个电路实质上和图五类似，用瞬时极性法也能理解。可以在C端接扬声器或led，如图一;C点为输出端。

图六 CD4069振荡电路

2.振荡电路形式之二，该电路是图一的改进，增加了补偿电阻Rs，使电路的振荡频率稳定性提高;

图七 CD4069改进型振荡电路

振荡电路形式之三，该电路的振荡周期同上。原理如下：设电路接通瞬间A点输入高电位，那么B点就是低电位，C点就是高电位，电容两端电压不能突变，D点为低电位，E点为低电位，C点通过电阻R对电容充电，电容两端电压左负右正，电压升高后，D点的电位升高，E点的电位升高，则F点变为低电位，新的振荡又开始了。F点为输出端。

图八 CD4069振荡电路

四、具体应用电路

1.4069振荡电路应用之一，三组振荡电路互相调制就可以发出高低快慢周期性变化的音调，声音酷似警笛声，具体元件参数见下表。

图九CD4069制作的警笛发生器

警笛发生器元件表

2.CD4069组成的逆变器，输出振荡信号通过三极管放大，控制MOS管的导通与截止，从而在输出端为220v电压。

图十 CD4069制作的逆变器

3.CD4069组成的水位指示器，在水不满时输入高电位，输出低电位，对应的led灯不亮，当水位上升时，电位降低，输出高电位，对应的led灯发亮，随着水位的上升，led灯依次发亮，反映了水位的高低情况。

图十一 水位显示器