非门的反馈与振荡器

我们已经见识过 与门 的反馈, 其结果是使它能记住一个状态:

那么按照同样的思路, 如果在 非门 上也引入反馈, 如下图所示:

在反馈的回路上也引入一个控制的开关, 这里暂时把反馈的控制开关断开, 如果闭合开关, 会是怎样的情况呢? 我们来具体分析下.

非门的振荡

根据非门的特性, 假设一开始左侧的输入是低电平, 那么右侧的输出就是高电平;

然后这个高电平的输出又通过反馈引入左侧的输入中, 也即是输入又变成了高电平, 于是输出又变成了低电平, 情况就再度回到了初始的状态, 然后循环往复.

所以这样一种情况, 初看上去是有点矛盾的, 似乎是不太可能的, 但仔细分析后, 再考虑到反馈的滞后性, 事实上最终的结果就是输出处在一种振荡的状态.

输出反复在高低两种电平间跳变!

注: 为清晰看到这种变化, 你可能需要将右侧控制栏的 仿真速度 适当设低一点:

继电器的反馈

如果上述的分析还是让你觉得很困惑, 则不妨来看下一个类似的使用继电器的电路:

上述连接下的电路, 如果闭合开关会是什么情况呢? 如果你仔细分析下, 也会发现其矛盾之处.

• 如果继电器控制的开关是闭合的, 那么这个电路也正好是继电器线圈的回路, 于是在电磁感应作用下, 开关应该被吸引下来;

• 而一旦开关被吸引下来, 又正好切断了继电器线圈的回路, 于是电磁感应又消失了, 开关又再度回弹;

• 而回弹的开关则又再度导通了回路, 于是开关就这么不停地上上下下.

下面是一个在模拟器中仿真的电路, 为清晰起见, 还增加了一个 LED 灯. 可以看到, 随着开关的振荡, 与之相连的 LED 灯也因此闪烁起来:

注意: 由于模拟器缺省配置参数方面的问题, 这个效果有时不容易模拟出来.

此外这里要用旧的继电器模型才能看到开关的跳动.

你需要在 继电器组件上右键--编辑--电感 上设置一个比较小的值.(缺省是 200m, 你可以设置为 1m)

然后在右侧控制栏的 仿真速度 上也设置为一个较低的值.

电铃

如果在上述电路图中, 把跳变的开关变成一个锤子, 锤子的上方再放置一个供锤子敲打的铁块, 这样就构成了一个电铃:

还记得学生时代的上课下课的电铃吗? 它内部的电路就是利用了类似的反馈.

时钟信号

将一个反馈的非门封装起来:

其实就形成了一个所谓的 时钟 组件.

注意: 时钟未必是通过非门反馈实现的, 它还可以是其它的手段去实现.

在模拟器的内部, 直接集成了时钟组件, 通过 菜单--绘制--输入和电源--添加时钟源 可以引入一个时钟:

时钟源的符号是 CLK, 表示 clock. 它会持续的闪动.

之后, 再通过 时钟源上右键--View in New Scope(在新的示波器中查看) 方式在画布下方增加一个 示波器(scope), 可以看到输出呈周期性变化, 形成了一系列的方波信号.

后面我们将看到, 正是这样的方波信号驱动了计算机的运作.

总结

综上, 反馈的引入, 不一定总是带来一种 稳态, 也可能带来一种 非稳态, 也即是引入了振荡.