CD4069六反相器与非门电路的原理与应用_cd4069典型应用电路图

图一 CD4069闪烁灯
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 CD4069六反相器内部结构及管脚
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，diangon.com-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