第十章-脉冲波形的产生和整形课件.ppt

1、西安工程大学西安工程大学第十章第十章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形10.5 555定时器及其应用定时器及其应用10.1 概述概述10.2 施密特触发器施密特触发器10.3 单稳态触发器单稳态触发器10.4 多谐振荡器多谐振荡器 西安工程大学知识点的教学要求知识点的教学要求知识点知识点教学要求教学要求熟练熟练掌握掌握正确正确理解理解一般一般了解了解施密特施密特触发器触发器施密特施密特触发器的特点触发器的特点门电路施密特触发器的结构、门电路施密特触发器的结构、工作原理、工作原理、特性及参数计算特性及参数计算集成施密特触发器工作原理集成施密特触发器工作原理施密特触发器的应用施密特触发器的

2、应用单稳态单稳态触发器触发器单稳态触发器的特点单稳态触发器的特点门电路单稳态触发器（微分型、门电路单稳态触发器（微分型、积分型）的结构、工作原理积分型）的结构、工作原理及及参数计算参数计算集成单稳态触发器的使用集成单稳态触发器的使用多谐振荡器多谐振荡器对称式、非对称式、环形及对称式、非对称式、环形及施施密特密特触发器构成的触发器构成的多谐振荡器多谐振荡器的工作原理及的工作原理及参数计算参数计算石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器西安工程大学知识点知识点教学要求教学要求熟练熟练掌握掌握正确正确理解理解一般一般了解了解555定时器定时器及其应用及其应用555定时器电路及功能定时器电路及功能555定

3、时器构成定时器构成施密特触发器电施密特触发器电路的工作原理及路的工作原理及参数计算参数计算555定时器构成定时器构成单稳态触发器电单稳态触发器电路的工作原理及路的工作原理及参数计算参数计算555定时器构成定时器构成多谐振荡器多谐振荡器电路电路的工作原理及的工作原理及参数计算参数计算续：知识点的教学要求续：知识点的教学要求西安工程大学10.1 概概 述述 数字电路中，为了控制和协调整个系统的工作，常常数字电路中，为了控制和协调整个系统的工作，常常需要时钟脉冲信号。需要时钟脉冲信号。一、获得时钟脉冲的方法一、获得时钟脉冲的方法1. 脉冲波形发生电路脉冲波形发生电路: 利用多谐振荡器直接产生；利用多

4、谐振荡器直接产生；2. 脉冲波形整形电路脉冲波形整形电路：通过整形电路变换而成。通过整形电路变换而成。整形电路又分为两类：施密特触发器和单稳态触发器。整形电路又分为两类：施密特触发器和单稳态触发器。 利用已有的周期性变化波形整形而成，但以频率和幅度利用已有的周期性变化波形整形而成，但以频率和幅度都符合要求的电压信号为前提。都符合要求的电压信号为前提。 西安工程大学二、表述矩形脉冲特性二、表述矩形脉冲特性 的主要指标的主要指标周期周期T 周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲间周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲间 的时间间隔。的时间间隔。频率频率f （ 1/T） 代表单位时间内脉冲重复的次数。代

5、表单位时间内脉冲重复的次数。西安工程大学下降时间下降时间tf 脉冲从脉冲从0.9Vm下降到下降到0.1Vm所需的时间。所需的时间。脉冲幅度脉冲幅度Vm 脉冲电压最大变化的幅值。脉冲电压最大变化的幅值。脉冲宽度脉冲宽度tw 从脉冲前沿从脉冲前沿0.5Vm始，到脉冲后沿始，到脉冲后沿0.5Vm止的一止的一 段时间。段时间。上升时间上升时间tr 脉冲从脉冲从0.1Vm上升到上升到0.9Vm所需的时间。所需的时间。10.5 555定时器及其应用定时器及其应用西安工程大学10.2 施密特触发器施密特触发器(Schmitt Trigger) 施密特触发器施密特触发器指的是指的是一种电路结构一种电路结构，这

6、种结构可能存，这种结构可能存在于各种逻辑功能的电路中。如：施密特与门、施密特与在于各种逻辑功能的电路中。如：施密特与门、施密特与非门等。非门等。 施密特触发器是一种重要的脉冲整形电路，它能把变化施密特触发器是一种重要的脉冲整形电路，它能把变化缓慢的波形变换成矩形脉冲。缓慢的波形变换成矩形脉冲。施密特触发器的主要施密特触发器的主要特点特点：*电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变得很陡。电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变得很陡。*输入信号在上升和下降过程中，电路状态转换时对应的输入输入信号在上升和下降过程中，电路状态转换时对应的输入电平不同。电平不同。西安工程大学施密特施密特几种

7、反相器电压传输特性对比几种反相器电压传输特性对比TTLCOMS 所以，施密特触发器利用这两个特点不仅能将边所以，施密特触发器利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，还沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，还可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地清可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。除。10.5.2 555接成施密特触发器接成施密特触发器即：特性具有滞回性！即：特性具有滞回性！西安工程大学21DDTHOLDDOH210RRVVVVV ，且且，10.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器 1.用用CMOS门电路组成的施密特

8、触发器门电路组成的施密特触发器*当当vI=0V（vA=0V）时，）时， vO1VDD，vO 0V；*当当vI增大时，增大时，vA增大，增大， 若若vA增至增至VTH附近时，附近时， 进入传输特性的放大区，因而：进入传输特性的放大区，因而：使输出使输出vO 迅速跳变到迅速跳变到vO = VOHVDDvA vO1vO西安工程大学 求求vI 在上升过程中电路在上升过程中电路状态发生转换时对应的输入状态发生转换时对应的输入电平电平VT+：正正向向阈阈值值电电压压 1TTH21TH221TII212THA VVRRVRRRVvvRRRVv*当当vI是高电平时，是高电平时， vO 也为高电平也为高电平,

9、vO VDD；*当当vI减小时，减小时， vA 减小，若减小，若vA 减至减至VTH附近时，进入传输特性附近时，进入传输特性 的放大区，因而：的放大区，因而：vAvO1vO 使输出使输出vO 迅速跳变到迅速跳变到vO= VOL 0V西安工程大学求求vI 在下降过程中电路状态发生转换时对应的输入电平在下降过程中电路状态发生转换时对应的输入电平VT-：负负向向阈阈值值电电压压代代入入上上式式将将 1 2 )(TTH21TTHDDDD21TH221TIIDD212DDTHA VVRRVVVVRRVRRRVvvVRRRVVv西安工程大学TH21T)1 (VRRV TH21T)1 (VRRV TH21T

10、TT2VRRVVV 回回差差电电压压： 因为因为vO和和vI的高、低电平是相同的高、低电平是相同的，故将这种形式的电压传输特性称的，故将这种形式的电压传输特性称为同相输出的施密特触发特性。为同相输出的施密特触发特性。西安工程大学R R2 ，VT+VDD,VT-为负为负 值，而值，而v I 变化范围在变化范围在 0VDD 之间，之间， 即达不到阈值而使电路不能翻转。即达不到阈值而使电路不能翻转。TH21T)1(VRRV TH21T)1 (VRRV 西安工程大学【10.2.1】在在CMOS反相器构成的施密特触发器中，要求反相器构成的施密特触发器中，要求 VT+=7.5V，VT=5V，试求，试求R1

11、、R2和和VDD的值的值 。k1150 k22 k85331510 mA31 V 10 G V102V 5 50 V52 V 57)1( 2122DDOHOH(max)OH(max)DDOH(max)2THOHOH(max)2THDDTH21TH21TTH21T R.RR.RVVI.IVIRVVIVVV.RRVRRV.VRRV，取取代代入入上上式式及及将将时时查查手手册册可可得得，应应使使允允许许值值流流不不超超过过最最大大输输出出高高电电平平时时的的负负载载电电为为保保证证反反相相器器；可可得得出出和和解解：由由西安工程大学2.用用TTL门电路组成的施密特触发器门电路组成的施密特触发器加加入

12、入）。门门的的输输入入由由另另一一输输入入端端截截止止。此此时时，保保持持，过过大大（门门的的负负载载电电流流时时，以以防防止止所所以以串串入入二二极极管管的的取取值值不不能能过过大大，和和因因为为。，门门电电路路阈阈值值为为1OHOTI2OHO21OLTHGDGD0VvVvVvRRVV *当当vI=0V时，时， vO1VOH，vO 0V；使输出使输出vO 迅速跳变到迅速跳变到vO= VOH*当当vI增大时，增大时， 增大，只有当增大，只有当 增至增至VTH附近时附近时(G1与非门要转与非门要转变为低电平，必须它的两输入端信号均达到阈值），进入传输变为低电平，必须它的两输入端信号均达到阈值），

13、进入传输特性的放大区，因而：特性的放大区，因而：Iv Iv vO1vO IvvI西安工程大学 1 )( )( DTH21TIDI212ODOI212THIVVRRVvVvRRRvVvvRRRVv 求求vI 在上升过程中电路状态发生转换时对应的输入电平在上升过程中电路状态发生转换时对应的输入电平VT+西安工程大学*当当vI是高电平时，是高电平时， vO 也为高电平也为高电平, vO =VOH；*当当vI减小时，只要减至减小时，只要减至VTH附近（此时，由于二极管截止，附近（此时，由于二极管截止，vI将直接控制将直接控制G1门），进入传输特性的放大区，因而：门），进入传输特性的放大区，因而：使输出

14、使输出vO 迅速跳变到迅速跳变到vO= VOLvI 在下降过程中电路状态发生转换时对应的输入电平在下降过程中电路状态发生转换时对应的输入电平 -)1( DTH21THDTH21TTTVVRRVVVRRVVV vI =VT-=VTH vO1vO IvvI西安工程大学能能可可靠靠截截止止。保保证证电电平平偏偏移移后后， T V 5070291 V 91 4B4OL.v.V 器件实例器件实例 带与非功能的带与非功能的TTL集成施密特集成施密特 7413 10.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器附加部分：附加部分：输入加输入加“与门与门”输出加推拉式输出级输出加推拉式输出级 电压值较高，电压值较

15、高，加入电平移动电路加入电平移动电路OLV 西安工程大学V91OL.V 施密特电路工作原理：施密特电路工作原理：它是通过公共射极电阻它是通过公共射极电阻R4耦合的两级正耦合的两级正反馈放大器。反馈放大器。424CES1CCE1E2(RRR)VVVV OHO21TTVV 截截止止导导通通，迅迅速速转转为为西安工程大学434CES2CCE2E1)(RRRVVVV OLO21TTVV 导导通通截截止止，迅迅速速转转为为西安工程大学 可见，无论可见，无论T2由导通变截止还是由导通变截止还是由截止变导通，都伴有正反馈，使输由截止变导通，都伴有正反馈，使输出端电压的上升和下降沿都很陡。出端电压的上升和下降

16、沿都很陡。 由于由于R2R3 ， T1饱和时的饱和时的vE必低于必低于T2饱和时的饱和时的 vE (VE1 VT-。西安工程大学10.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用一、用于波形变换一、用于波形变换二、用于鉴幅二、用于鉴幅 在一串幅度不相等的脉冲在一串幅度不相等的脉冲信号中，如果要剔除幅度不够信号中，如果要剔除幅度不够大的脉冲大的脉冲, 此时可利用施密特触此时可利用施密特触发器将幅度大于发器将幅度大于VT+的脉冲选出。的脉冲选出。 由于施密特电路状态转换过由于施密特电路状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿程中的正反馈作用，可以把边沿变化比较缓慢的周期性信号变换变化比较缓慢的周期性

17、信号变换成边沿很陡的矩形脉冲信号成边沿很陡的矩形脉冲信号 。西安工程大学三、用于脉冲整形三、用于脉冲整形 传输线上电容较大时，使传输线上电容较大时，使波形的上升和下降沿明显变坏。波形的上升和下降沿明显变坏。 传输线较长且接收端阻抗与传输线较长且接收端阻抗与传输线阻抗不匹配时，在波形的传输线阻抗不匹配时，在波形的上升和下降沿产生振荡现象。上升和下降沿产生振荡现象。 其他脉冲信号通过导线间的其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线叠加到矩分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号上时，信号将出现附形脉冲信号上时，信号将出现附加的噪声。加的噪声。西安工程大学特点：特点：有一个有一个稳态稳态和一个和一

18、个暂稳态暂稳态。在外界触发信号作用下，能从在外界触发信号作用下，能从稳态稳态暂稳态暂稳态，在暂稳态维持一段时间，在暂稳态维持一段时间tw后后自动自动返回稳态，返回稳态，并在输出端产生一个宽度为并在输出端产生一个宽度为tw的矩形脉冲。的矩形脉冲。暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数，而与触发脉冲的宽度和暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数，而与触发脉冲的宽度和幅度无关。幅度无关。可广泛应用于脉冲整形、延时以及定时电路。可广泛应用于脉冲整形、延时以及定时电路。10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器用门电路组成的单稳态触发器一、积分型一、积分型G1和和G2为为TTL门门1、原理分析、原理分析1

19、0.5.3 555定时器接成单稳定时器接成单稳10.3 单稳态触发器单稳态触发器西安工程大学该电路为正脉冲触发，另外该电路为正脉冲触发，另外R阻值不能过大，以保证阻值不能过大，以保证 vO1为为低电平时低电平时vA在在VTH以下。以下。* 稳态下：稳态下：vI=0（低电平），（低电平），vO=1（高电平），（高电平），vA=vO1=1，C上存有电荷。上存有电荷。 G1、G2均截止均截止* vI 后，后，vO1跳变为低电平。跳变为低电平。C上电压不能突变，使上电压不能突变，使vA仍在仍在VTH以以上，上，G2两输入端电压均高于两输入端电压均高于VTH，使，使vO=0，电路进入暂稳态，电路进入暂稳

20、态，C开始放电。开始放电。 G1、G2均导通均导通* C放电使放电使vA下降，当下降，当C放电至放电至vA=VTH后，后，使使vO=1。此时，只要。此时，只要vI 是高电平，是高电平，vO1就就为低电平。为低电平。 C继续放电。继续放电。待待vI ，vO1 重新变成高电平，并向重新变成高电平，并向C充电。充电。经过恢复时间经过恢复时间tre以后，使以后，使vA恢复高电平，恢复高电平，电路返回稳态。电路返回稳态。西安工程大学2. 性能参数计算性能参数计算输出脉宽：输出脉宽：reTRdOre)(53(tttCRRt THOHCCCCwln)()()0()(lnVVRCtvvvvRCt 的的时时间间

21、。放放电电至至从从时时间间）等等于于输输出出脉脉冲冲宽宽度度（THOHCAO0VVvvv 恢复时间恢复时间分辨时间分辨时间西安工程大学二、微分型二、微分型 G1和和G2为为CMOS门门1. 原理分析原理分析DDTHOLDDOH210VV,V,VV GG 1)(0 100 21DDO1ODDI2dI导导通通；截截止止，上上无无电电荷荷。故故稳稳态态下下：C,Vv,v,Vv ,v ,v OI2O1dIvvvv,v时时：而而对对应应正正的的尖尖脉脉冲冲到到来来冲冲，转转变变为为一一系系列列正正负负尖尖脉脉微微分分电电路路将将输输入入矩矩形形波波加加触触发发信信号号西安工程大学导导通通）截截止止，（促

22、促使使电电路路迅迅速速返返回回稳稳态态又又引引起起正正反反馈馈时时充充电电至至21O1OO1OI2I2THI2GG 10 v ,vvvvv ,Vv 这时，这时，vd虽回到低电平，虽回到低电平， vO的高电平仍将维持的高电平仍将维持（因正（因正反馈回路形成）反馈回路形成）。保证电容。保证电容C继续充电。继续充电。 VDD+vCVOL=0VOH =VDD+-v C与脉冲宽度无关与脉冲宽度无关+-导导通通；截截止止，开开始始充充电电。电电路路迅迅速速进进入入暂暂稳稳态态12O1OGG 0 1 C,v,v 正反馈回路正反馈回路C放电至电压为放电至电压为0，稳态建立。，稳态建立。西安工程大学 2ln0l

23、n)()0()(ln THDDDDCCCCwRCVVVRCtv)vvvRCt rewdONOND1re )53()(53( tttCRCRr/Rt +VOH =VDD-v C- +2、性能参数计算、性能参数计算输出输出脉宽脉宽输出脉冲宽度（输出脉冲宽度（vO=1期间）等于期间）等于vC=vI2从从0充电至充电至VTH的时间。的时间。西安工程大学* *微分型与积分型单稳态触发器的比较微分型与积分型单稳态触发器的比较1、积分型比微、积分型比微分型单稳抗干扰分型单稳抗干扰能力强。能力强。 2、积分型单稳、积分型单稳输出波形的边沿输出波形的边沿比较差（因为电比较差（因为电路状态转换中无路状态转换中无正

24、反馈作用正反馈作用)。西安工程大学* *微分型与积分型单稳态触发器的比较微分型与积分型单稳态触发器的比较 否则，暂稳态的结否则，暂稳态的结束将不由束将不由 RC 放电放电决定，而是受触发决定，而是受触发脉脉 冲控制，不符合冲控制，不符合单稳态触发器的工单稳态触发器的工作特性。作特性。3、积分型单稳必须在、积分型单稳必须在触发脉冲宽度大于输出触发脉冲宽度大于输出脉冲宽度时方能正常工脉冲宽度时方能正常工作；作； 微分型单稳可用窄微分型单稳可用窄脉冲触发也可在脉冲触发也可在vd的脉的脉宽大于输出脉宽时电路宽大于输出脉宽时电路仍工作，但输出脉冲下仍工作，但输出脉冲下降沿较差。降沿较差。vO在返回低电平

25、过在返回低电平过程中程中(对应电容充电对应电容充电至阈值后），将不至阈值后），将不伴随有正反馈过程伴随有正反馈过程的发生。的发生。因为此时因为此时G1门受门受vI控制而关控制而关闭，导致正反馈无闭，导致正反馈无法形成。法形成。西安工程大学三、施密特触发器构成的单稳三、施密特触发器构成的单稳 图为用图为用CMOS集成施密特触发集成施密特触发器组成的单稳，器组成的单稳，电路利用输入脉冲电路利用输入脉冲的上升沿触发。的上升沿触发。上无电荷。上无电荷。，稳态下：稳态下：CVVvvv*DDOHOAI0 0 0 OLOTDDDDADDI，进进入入暂暂稳稳态态。转转换换为为，电电路路，由由于于，输输入入端端

26、加加正正脉脉冲冲时时： VvVVVvVv*。电电路路状状态态再再次次改改变变，的的充充电电：随随着着电电容容 OHOTAVvVvC* TDDTDDWTRRDDRTRln00ln )( 0)(0( VVRCVVRCtVtvvV)vVvRC*可可得得输输出出脉脉宽宽为为：代代入入公公式式，将将所所经经过过的的时时间间从从起起始始值值下下降降到到电电阻阻上上的的压压降降微微分分电电路路中中输输出出脉脉冲冲宽宽度度取取决决于于西安工程大学10.3.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器电路结构与工作原理电路结构与工作原理 (TTL集成单稳集成单稳74121)微分型单稳微分型单稳控制附加电路控制附加电路输

27、出缓冲电路输出缓冲电路外接外接RC外接外接C触发输入端触发输入端西安工程大学74121功能表功能表西安工程大学74121功能表功能表 逻辑功能表逻辑功能表说明说明不可触发，保持稳态不变。不可触发，保持稳态不变。A1、A2中有一个或两个为低电平，中有一个或两个为低电平，在在B端输入端输入上升沿上升沿时电路被触发时电路被触发。三输入端三输入端中有一个或两个为高电中有一个或两个为高电平平（保证（保证B=1），输入端有一个，输入端有一个或两个或两个下降沿下降沿时电路被触发时电路被触发。西安工程大学可重复触发？可重复触发？不可重复触发？不可重复触发？ms200ns20:F1010pF: k302:690

28、 2ln wextextextextextextwtCRCR.CRt则则 使用外接电阻使用外接电阻Rext 和电容和电容Cext使用内部电阻使用内部电阻Rint和外接电容和外接电容Cext 西安工程大学单稳态触发器的工作波形单稳态触发器的工作波形74121属于属于不可重复触发型的单稳不可重复触发型的单稳在暂稳态未在暂稳态未结束时，由结束时，由于于vO1此时仍此时仍处于低电平，处于低电平，若再触发若再触发vO1还是低电平，还是低电平，故不可能影故不可能影响响暂稳态的暂稳态的进程，电容进程，电容C 将继续充将继续充电，直至电，直至vI2达到阈值，达到阈值，暂稳态结束，暂稳态结束，电路才可能电路才可

29、能接受下一个接受下一个触发脉冲。触发脉冲。？西安工程大学10.3.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用（以下实例对应（以下实例对应555定时器组成的单稳态触发器）定时器组成的单稳态触发器） 一、用于脉冲整形一、用于脉冲整形 利用单稳态触发器在触发信号作用下由稳态进入暂稳态，暂稳态持续利用单稳态触发器在触发信号作用下由稳态进入暂稳态，暂稳态持续一定时间后自动返回稳态的特点，可将单稳态触发器用于脉冲整形、定时一定时间后自动返回稳态的特点，可将单稳态触发器用于脉冲整形、定时、延时等场合。、延时等场合。 如图所示例子中如图所示例子中，将波形不规则的，将波形不规则的vI加到单稳态触发器电加到单稳态触

30、发器电路的输入端，可在输路的输入端，可在输出端得到一个规则的出端得到一个规则的脉冲信号脉冲信号vo，输出脉，输出脉冲宽度即为暂稳态持冲宽度即为暂稳态持续时间，主要取决于续时间，主要取决于充、放电元件充、放电元件R和和C。西安工程大学二、用于定时二、用于定时利用单稳态触发器脉冲宽度取决于利用单稳态触发器脉冲宽度取决于电路元件电路元件R和和C，且输出脉冲宽度一定，且输出脉冲宽度一定的特点，可以实现电路定时。如图所的特点，可以实现电路定时。如图所示是单稳态触发器组成的定时电路和示是单稳态触发器组成的定时电路和其相应的工作波形。其相应的工作波形。vC是与门是与门G开通开通与否的控制信号。当与否的控制信

31、号。当vC开通，信号开通，信号vB通过与门通过与门G输入；当输入；当vC为低电平时，为低电平时，与门与门G关闭，关闭，vB不能输出。通过计算不能输出。通过计算在在tw时间内与门输出脉冲的个数可得时间内与门输出脉冲的个数可得到定时时间。到定时时间。西安工程大学三、用于脉冲延时三、用于脉冲延时在数字系统中，有时要在数字系统中，有时要求将某个脉冲宽度为求将某个脉冲宽度为t0的的信号延迟一段时间信号延迟一段时间t1后再后再输出。利用两个单稳态触输出。利用两个单稳态触发器可以很方便的实现这发器可以很方便的实现这种脉冲延时，其电路图和种脉冲延时，其电路图和波形图如图所示。从波形波形图如图所示。从波形可以看

32、出，第二级单稳态可以看出，第二级单稳态触发器输出信号触发器输出信号vB的下降的下降沿相对输入信号沿相对输入信号vI的上升的上升沿延迟了沿延迟了tw1时间。图中时间。图中 t1=tw11.1R1C1 t0=tw21.1R2C2 西安工程大学10.4 多谐振荡器多谐振荡器（自激振荡，不需要外加触发信号）（自激振荡，不需要外加触发信号）10.4.1 对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器一、工作原理（一、工作原理（TTL）(1)静态（未振荡）静态（未振荡） 为产生自激振荡，电路不能有为产生自激振荡，电路不能有稳定状态，即在静态时应该是不稳稳定状态，即在静态时应该是不稳定的。定的。工作位置工作位置1 IO

33、vvAvOF111BECCF11F1IIO)(vRRRVVRRRvvv 的的关关系系为为与与1F1IOIO1 RRRvvvv 率率为为之之间间是是线线性性关关系系，其其斜斜与与对对 74 系列的门电路系列的门电路而言，而言，RF1的阻值在的阻值在0.51.9k之间之间)(BECCF11F1IVVRRRv 西安工程大学电路进入第一个暂稳态，电路进入第一个暂稳态，C1开始充电，开始充电，C2开始放电。开始放电。 O2I2O1I11I 2vvvvv则则有有：，有有微微小小的的）由由于于“扰扰动动”使使（)( BEOHCCF21F2OHE1F211E1VVVRRRVVR/RRC 充充电电回回路路：C1

34、充电，使充电，使vI2上升；上升；C2放电，使放电，使vI1 (=VOH+vC2)下降。下降。X +C1充电充电C2放电放电+使使vO1迅速跳变为低电平，迅速跳变为低电平，而而vO2迅速跳变为高电平。迅速跳变为高电平。G1导通导通,G2截止；截止；西安工程大学C2充电充电C1放电放电 O1I1O2I2THI21 3vvvv,VvC：引引起起正正反反馈馈至至充充电电速速度度快快，首首先先使使）（使使vO1迅速跳变为高电平，迅速跳变为高电平，而而vO2迅速跳变为低电平。迅速跳变为低电平。G2导通导通,G1截止；截止；电路进入第二个暂稳态，电路进入第二个暂稳态，C1开始放电，开始放电，C2开始充电。

35、开始充电。)( BEOHCCF11F1OHE2F11E22VVVRRRVVR/RRC 充充电电回回路路：C2充电，使充电，使vI1上升；上升；C1放电，使放电，使vI2 (=VOH+vC1)下降。下降。+西安工程大学三、振荡频率计算三、振荡频率计算的时间的时间充电至充电至的时间的时间充电至充电至周期周期 THI2THI1VvVvT THEIKEEln2VVVVCRT 二、电压波形二、电压波形 受输入端反向钳位二极管的影响，受输入端反向钳位二极管的影响， vI1或或 vI2在产生负跳变时，只能下跳在产生负跳变时，只能下跳至输入端负的钳位电压至输入端负的钳位电压VIK。F21EF21F2OHBEC

36、COHE)(R/RRRRRVVVVV 设设 VOL0，vC1vI2，所以所以 vC1(0)=VIK，vC1()=VE1，转换电压转换电压VTH。西安工程大学 如果如果G1、G2为为74LS系列反相器，取系列反相器，取VOH=3.4V，VIK=-1V，VTH=1.1V，且，且RFR1，有，有VEVOH，RERF。则上式可化简为。则上式可化简为: 31ln2 FTHOHIKOHFCR.VVVVCRT 10.4.2 非对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器 对称式多谐振荡器还可进一步对称式多谐振荡器还可进一步简化。只要静态时简化。只要静态时G1工作在电压传工作在电压传输特性的转折区，输特性的转折区，G2

37、即可得到一个即可得到一个介于高、低电平之间的静态偏置电介于高、低电平之间的静态偏置电压，从而使压，从而使G2的静态工作点也处于的静态工作点也处于电压传输特性的转折区。因此，可电压传输特性的转折区。因此，可以把以把C1和和RF2去掉。去掉。THEIKEEln2VVVVCRT 西安工程大学 利用闭合回路的延时负反馈产生自激振荡利用闭合回路的延时负反馈产生自激振荡一、最简单的环形振荡器一、最简单的环形振荡器 （将奇数个反相器首尾相接构成将奇数个反相器首尾相接构成） I1OI3I2I1 vvvvv10.4.3 环形振荡器环形振荡器 电路无稳定状态，因为静态下任何一个反相器的输电路无稳定状态，因为静态下

38、任何一个反相器的输入、输出都不可能稳定在高电平或低电平，而只能处于高、入、输出都不可能稳定在高电平或低电平，而只能处于高、低电平之间，即处于放大状态。低电平之间，即处于放大状态。西安工程大学环形振荡器环形振荡器的工作波形的工作波形 门电路传输延门电路传输延迟时间极短，要获迟时间极短，要获得振荡频率稍低一得振荡频率稍低一些的脉冲信号很困些的脉冲信号很困难，且频率不易调难，且频率不易调节。节。 可见，将任何大于、等于可见，将任何大于、等于3的奇数个反相器首的奇数个反相器首尾相接构成环形电路，都能产生自激振荡，而且振尾相接构成环形电路，都能产生自激振荡，而且振荡周期为荡周期为 T=2ntpd西安工程

39、大学10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器用施密特触发器构成的多谐振荡器 TTTDDTDDTTTDDTDD21OLDDOHln lnln0CMOSVVVVVVRCVVRCVVVVRCTTTV,VV则有：则有：施密特触发器，且施密特触发器，且若使用若使用 利用施密特触发器电压传输特性的滞回性，使电路的输入电压在利用施密特触发器电压传输特性的滞回性，使电路的输入电压在VT+与与VT-之间往复变化，则在输出端即可得到矩形脉冲。之间往复变化，则在输出端即可得到矩形脉冲。vC=01+vC=VT+0vC=VT-1西安工程大学 TT1TDDTDD221lnln VVCRVVVVCRTTT实现输出脉冲的

40、占空比可调电路实现输出脉冲的占空比可调电路充电充电放电放电 TT1TDDTDD2TDDTDD21lnlnln VVCRVVVVCRVVVVCRTTq（周期）（周期）（高电平持续时间）（高电平持续时间）占空比：占空比：西安工程大学 在上述多谐振荡电路中，由于决定振荡频率的主要因素在上述多谐振荡电路中，由于决定振荡频率的主要因素是电路的定时元件是电路的定时元件RC以及门电路的阈值电压以及门电路的阈值电压VTH。而它们都。而它们都受如下因素的影响，使频率稳定性只有约受如下因素的影响，使频率稳定性只有约10-3或更差。或更差。门电路组成的多谐振荡器的特点：门电路组成的多谐振荡器的特点： 因此，在对频率

41、稳定性要求比较高的场合，普遍采用石因此，在对频率稳定性要求比较高的场合，普遍采用石英晶体振荡器。英晶体振荡器。 第一，第一，门电路的阈值电压门电路的阈值电压VTH本身就不够稳定，易受电本身就不够稳定，易受电源电压和温度变化的影响；源电压和温度变化的影响； 第二，这些电路的工作方式易受干扰，造成电路转换时第二，这些电路的工作方式易受干扰，造成电路转换时间的提前或滞后；间的提前或滞后； 第三，在电路状态临近转换时，电容的充、放电已经比第三，在电路状态临近转换时，电容的充、放电已经比较缓慢，此时转换电平的微小变化或轻微的干扰都会严重影较缓慢，此时转换电平的微小变化或轻微的干扰都会严重影响振荡周期。响

42、振荡周期。10.4.5 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器西安工程大学年年美国卡第提出用石英压电效应调制电磁振荡的频率。美国卡第提出用石英压电效应调制电磁振荡的频率。 巴黎广播电台首先用严济慈制作的石英振荡片实现了无巴黎广播电台首先用严济慈制作的石英振荡片实现了无线电播音中的稳频，随后各国相继采用，使无线广播振荡电线电播音中的稳频，随后各国相继采用，使无线广播振荡电磁回路稳频成为压电晶体的最重要应用之一。磁回路稳频成为压电晶体的最重要应用之一。西安工程大学石英晶体的基本特性石英晶体的基本特性石英晶体振荡器是将切成薄片的石英晶体置于两平板之间石英晶体振荡器是将切成薄片的石英晶体置于两平板之间构

43、成的。构成的。 石英晶体振荡器的频率稳定度能达到石英晶体振荡器的频率稳定度能达到10-510-8。高质量石。高质量石英晶体振荡器英晶体振荡器(其晶片置于恒温盒内其晶片置于恒温盒内 )，频率稳定度可达，频率稳定度可达10-11。石英晶体多谐振荡器的振荡频石英晶体多谐振荡器的振荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率取决于石英晶体的固有谐振频率率f0，而与外接电阻、电容无关。，而与外接电阻、电容无关。固有谐振频率由石英晶体的结晶固有谐振频率由石英晶体的结晶方向和外形尺寸决定。所以，频方向和外形尺寸决定。所以，频率稳定度极高。率稳定度极高。 谐振频率为谐振频率为石英晶体石英晶体 的串联谐振频率的串联谐振频

44、率f0西安工程大学一、电路结构一、电路结构（CB555）电阻分压器电阻分压器(35k)电压比较器（电压比较器（C1,C2）触发器（触发器（G1,G2）输出缓冲器（输出缓冲器（G3,G4）OC输出的三极管（输出的三极管（TD）10.5 555定时器及其应用定时器及其应用10.5.1 555定时器定时器 555定时器是一个中规模定时器是一个中规模 数数/模混合集成电路，目前在仪器、模混合集成电路，目前在仪器、仪表和自动化控制装置中应用很广。仪表和自动化控制装置中应用很广。 它可以组成定时、延时和脉它可以组成定时、延时和脉冲调制等各种电路。冲调制等各种电路。西安工程大学接地端，正电源端，复位端，阈值

45、端，触发端，接地端，正电源端，复位端，阈值端，触发端，泄放输出端，输出端，控制电压输入端。泄放输出端，输出端，控制电压输入端。8个引出端：个引出端：西安工程大学当当vOD 端经电阻（足够大）接到电源上，则端经电阻（足够大）接到电源上，则vOD 将与将与vO有相同有相同的高低电平。的高低电平。功能表（输出与输入的关系）功能表（输出与输入的关系）0110TD导通导通100TD截止截止1西安工程大学555集成定时器的工作原理集成定时器的工作原理时时、当当 aR2I2R1I1VvVv. vO输出低电平。输出低电平。比较器比较器C1输出为输出为 0，C2为为 1；SR锁存器被置锁存器被置 0；晶体管晶体

46、管TD导通导通;vO 输出维持不变。输出维持不变。C1输出为输出为 1，C2 输出为输出为 1;SR锁存器保持锁存器保持;晶体管晶体管TD维持不变维持不变;时时、当当 bR2I2R1I1VvVv. 西安工程大学时时、当当 cR2I2R1I1VvVv. vO输出高电平。输出高电平。比较器比较器C1输出为输出为 1，C2为为 0；SR锁存器被置锁存器被置 1；晶体管晶体管TD截止截止;时时、当当 dR2I2R1I1VvVv. vO输出高电平。输出高电平。比较器比较器C1输出为输出为 0，C2为为 0；晶体管晶体管TD截止截止;；锁存器处于锁存器处于1 QQSR10.2施密特触发器施密特触发器西安工

47、程大学10.5.2 用用555定时器接成施密特触发器定时器接成施密特触发器 工作原理工作原理 a. vI从从0开始升高，当开始升高，当vI (1/3)VCC时时, vO=VOH;b. (1/3)VCC vI (2/3)VCC时，输出时，输出vO不变，仍为高电平；不变，仍为高电平；c. 当当vI增大到略大于增大到略大于(2/3)VCC时，电路输出时，电路输出vO变为低电平变为低电平, vO=VOL;西安工程大学？值值使使电电路路状状态态发发生生转转变变的的？值值使使电电路路状状态态发发生生转转变变的的 TITIV,VV,V体现反相施密特触发特性体现反相施密特触发特性d. 当当vI由高于由高于(2

48、/3)VCC值下降，值下降，达到达到TH端端(端端)的触发电平时，的触发电平时，即即 (1/3)VCC vI (2/3)VCC，电，电路维持路维持vO=VOL;e. 当当vI下降到略小于下降到略小于(1/3)VCC时，时，输出输出vO跃变为高电平，跃变为高电平， vO=VOH。 西安工程大学？值值使使电电路路状状态态发发生生转转变变的的？值值使使电电路路状状态态发发生生转转变变的的 TITIV,VV,V COV 当当VCO外接固定电压时外接固定电压时10.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用西安工程大学10.5.3 用用555定时器接成单稳态触发器定时器接成单稳态触发器 *电路依靠触发

49、脉冲的下降沿触发，无信号时电路依靠触发脉冲的下降沿触发，无信号时vI置高电平。置高电平。西安工程大学 保保持持放放电电导导通通充充电电至至截截止止若若通通电电后后保保持持导导通通若若通通电电后后即即可可，稳稳态态时时，无无触触发发信信号号：011T0032T10110T0)131(1C2C1DC1CCCDC2C1CDC2CCIQvvCQvVvCQQvvvQvVv。稳态：稳态： 001OI v ,Qv工作原理工作原理西安工程大学 3132 CCICCC）已已经经回回到到高高于于时时（假假定定此此时时充充至至当当VvVv 0 11 0T0010 C2C1DOC2C1保保持持，开开始始放放电电至至导

50、导通通）（QvvC,vQvv （暂暂稳稳态态）开开始始充充电电截截止止）（，只只要要触触发发时时 T1101 31 DOC2C1CCII C,vQvvVvv西安工程大学 要求要求vI的低电平持续时间必须小于输出脉宽。的低电平持续时间必须小于输出脉宽。若宽度若宽度过宽，会出现过宽，会出现vC虽上升至虽上升至(2/3)VCC使使vC1=0,而而vI=0使使vC2=0, vO=1输出电压无法返回低电平输出电压无法返回低电平,一直到一直到vI回到回到高电平后高电平后, vC1=0的置的置0信号才能作用信号才能作用, 使使Q 和和 vO回到低电平。回到低电平。表现为输出脉宽等于触发脉冲的低电平持续时间表