《數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)》第06章 脈沖波形的產(chǎn)生與變換

1、1/12/2022.1 常用脈沖波形及參數(shù)常用脈沖波形及參數(shù) 用集成門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器用集成門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器 RC電路的應(yīng)用電路的應(yīng)用 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 1/12/2022.2觸發(fā)器有什么特點(diǎn)？請(qǐng)畫出與非門實(shí)現(xiàn)的基本RS觸發(fā)器的電路圖。請(qǐng)列出基本RS觸發(fā)器的功能表。什么叫現(xiàn)態(tài)？次態(tài)？基本RS觸發(fā)器的觸發(fā)方式？1/12/2022.3MSI時(shí)序邏輯電路的分析步驟？1/12/2022.4脈沖信號(hào)：指突然變化的電壓或電流。脈沖電路的研究重點(diǎn)：波形分析。數(shù)字電路的研究重點(diǎn)：邏輯功能。 獲得脈沖波形的方法主要有兩種：1利用脈沖振蕩電路產(chǎn)生

2、；2是通過整形電路對(duì)已有的波形進(jìn)行整形、變換，使之符合系統(tǒng)的要求。 1/12/2022.5以下主要討論幾種常用脈沖波形的產(chǎn)生與變換電路：（功能、特點(diǎn)及其主要應(yīng)用簡(jiǎn)介）1.RC電路：對(duì)矩形波進(jìn)行微分、積分變換，或作脈沖分壓器；2.施密特觸發(fā)器：主要用以將非矩形脈沖變換成上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脈沖；3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：主要用以將脈沖寬度不符合要求的脈沖變換成脈沖寬度符合要求的矩形脈沖；4.多諧振蕩器：產(chǎn)生矩形脈沖；5.555定時(shí)器。1/12/2022.66.1.1 6.1.1 常用脈沖波形及參數(shù)常用脈沖波形及參數(shù) 1. 常見的脈沖波形 脈沖波形是指突變的電流和電壓的波形。 圖6-1 常見的脈沖

3、波形圖 1/12/2022.72. 矩形波及其參數(shù) 圖6-2 非周期性和周期性矩形波(a) 非周期性 (b) 周期性數(shù)字電路中用得最多的是矩形波。矩形波有周期性與非周期性兩種。 1/12/2022.8圖6-3 矩形波的主要參數(shù) 周期性矩形波的周期用T表示，有時(shí)也用頻率f表示（f =1/ T）。 矩形波的另外幾個(gè)主要參數(shù)： （1）脈沖幅度Um （2）脈沖寬度tw （3）上升時(shí)間tr （4）下降時(shí)間tf （5）占空比q =t w /T 。通常q用百分比表示，如果q =50%，則稱為對(duì)稱方波。 1/12/2022.96.1.2 RC電路的應(yīng)用電路的應(yīng)用 可對(duì)矩形波進(jìn)行變換，常用的有微分電路、積分電路

4、和脈沖分壓器。 圖6-4 微分電路 1. 微分電路 可將矩形波變換為尖峰波（條件可將矩形波變換為尖峰波（條件RCtw）。）。 由于電路的輸出由于電路的輸出uO只反映輸入波形只反映輸入波形uI的突變的突變部分，故稱為微分電路。部分，故稱為微分電路。 1/12/2022.102. 積分電路 圖6-5 積分電路 （b）可將矩形波變換為三角波。）可將矩形波變換為三角波。（條件（條件RCt w）（c） 輸出波形輸出波形uO的邊沿變差了。的邊沿變差了。（如果（如果RCt w，即不滿足積分電路的條件），即不滿足積分電路的條件）1/12/2022.113. 脈沖分壓器 在模擬電路中，常用電阻分壓器來實(shí)現(xiàn)正弦波

5、信號(hào)的無失真?zhèn)鬏敗?但是，對(duì)脈沖信號(hào)的傳輸，不能采用簡(jiǎn)單的電阻分壓器，因?yàn)榉植茧娙莸挠绊懀瑫?huì)使輸出波形的邊沿發(fā)生畸變。1/12/2022.12圖6-6 脈沖分壓器 為了實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)的無畸變傳輸，需要采用脈沖分壓器。 各種示波器的輸入衰減器采用的就是這種脈沖分壓器。只要滿足條件C1R1 =C2R2，則可實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)的無畸變傳輸。 1/12/2022.13主要用途：把變化緩慢的信號(hào)波形變換為邊沿陡峭的矩形波。 特點(diǎn)：電路有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。兩種穩(wěn)定狀態(tài)的維持和轉(zhuǎn)換完全取決于外加觸發(fā)信號(hào)。觸發(fā)方式：電平觸發(fā)。電壓傳輸特性特殊，電路有兩個(gè)轉(zhuǎn)換電平（上限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT+和下限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT）。狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)

6、有正反饋過程，從而輸出邊沿陡峭的矩形脈沖。 1/12/2022.146.2.16.2.1用集成門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器用集成門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器 1. 電路組成 兩個(gè)CMOS反相器，兩個(gè)分壓電阻。 圖6-7 用集成門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（a） 電路 （b）邏輯符號(hào)1/12/2022.152. 工作原理 （1）工作過程 設(shè)CMOS反相器的閾值電壓UTH=VDD/2，輸入信號(hào)uI為三角波。 1/12/2022.16當(dāng)uI=0V時(shí)， G1截止、G2導(dǎo)通，輸出為UOL，即uO=0V。只要滿足uI1UTH，電路就會(huì)處于這種狀態(tài)（第一穩(wěn)態(tài)）。當(dāng)uI上升，使得uI1 =UTH時(shí)，電路會(huì)產(chǎn)生如下正反饋過

7、程： 1/12/2022.17電路會(huì)迅速轉(zhuǎn)換為G1導(dǎo)通、G2截止，輸出為UOH，即uO=VDD的狀態(tài)（第二穩(wěn)態(tài)）。此時(shí)的uI值稱為施密特觸發(fā)器的上限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT+。顯然，uI繼續(xù)上升，電路的狀態(tài)不會(huì)改變。1/12/2022.18如果uI下降，uI1也會(huì)下降。當(dāng)uI1下降到UTH時(shí)，電路又會(huì)產(chǎn)生以下的正反饋過程： 電路會(huì)迅速轉(zhuǎn)換為G1截止、G2導(dǎo)通、輸出為UOL的第一穩(wěn)態(tài)。此時(shí)的uI值稱為施密特觸發(fā)器的下限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT。uI再下降，電路將保持狀態(tài)不變。 1/12/2022.19 （2）工作波形與電壓傳輸特性 施密特觸發(fā)器將三角波uI變換成矩形波uO。 圖6-8 施密特觸發(fā)器的工作波形及電

8、壓傳輸特性（a）工作波形 （b）電壓傳輸特性3.重要參數(shù) 上限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT+ 下限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT 回差回差UT = UT+UT（通常（通常UT+UT）改變改變R1和和R2的大小可以改變回差的大小可以改變回差UT 1/12/2022.20集成施密特觸發(fā)器的UT+和UT的具體數(shù)值可從集成電路手冊(cè)中查到。如CT74132的UT+1.7 V、UT0.9 V，所以，UTUT+UT1.7 V0.9 V0.8 V。 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器 1.施密特反相器TTL的74LS14和CMOS的CC40106均為六施密特觸發(fā)的反相器。下面以CC40106為例說明其功能。 1/12/2022.21圖6

9、-9 施密特觸發(fā)反相器(a) 原理框圖 (b) 電壓傳輸特性 (c) 邏輯符號(hào) 為了提高電路的性能，電路在施密特觸發(fā)器為了提高電路的性能，電路在施密特觸發(fā)器的基礎(chǔ)上，增加了整形級(jí)和輸出級(jí)。的基礎(chǔ)上，增加了整形級(jí)和輸出級(jí)。 整形級(jí)整形級(jí)可以使輸出波形的邊沿更加陡峭，可以使輸出波形的邊沿更加陡峭， 輸出級(jí)輸出級(jí)可以提高電路的負(fù)載能力?？梢蕴岣唠娐返呢?fù)載能力。 1/12/2022.222.施密特觸發(fā)與非門電路 為了對(duì)輸入波形進(jìn)行整形，許多集成門電路采用了施密特觸發(fā)形式。比如CMOS的CC4093和TTL的74LS13就是施密特觸發(fā)的與非門電路。 圖6-10 施密特觸發(fā)與非門的邏輯符號(hào)1/12/202

10、2.231. 波形變換 將變化緩慢的波形變換成矩形波（如將三角波或正弦波變換成同周期的矩形波）。圖6-11 波形變換 6.2.36.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1/12/2022.242.脈沖整形 在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變，或者邊沿產(chǎn)生振蕩等。通過施密特觸發(fā)器整形，可以獲得比較理想的矩形脈沖波形。 圖6-12 脈沖整形 波形波形畸變畸變邊沿邊沿振蕩振蕩1/12/2022.253脈沖鑒幅 將一系列幅度各異的脈沖信號(hào)加到施密特觸發(fā)器的輸入端，只有那些幅度大于UT+的脈沖才會(huì)在輸出端產(chǎn)生輸出信號(hào)。可見，施密特觸發(fā)器具有脈沖鑒幅能力。 圖6-13 脈沖鑒幅 1/12

11、/2022.26 用集成門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用集成門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用 1/12/2022.27工作特點(diǎn)： 第一，它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)； 第二，在外加脈沖作用下，觸發(fā)器能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)； 第三，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，將自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路本身的參數(shù)，與外加觸發(fā)信號(hào)無關(guān)。例：樓道的路燈 。1/12/2022.286.3.1 6.3.1 用集成門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用集成門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1. 電路組成及工作原理 暫穩(wěn)態(tài)是靠RC電路的充放電過程來維持的。由于圖示電路

12、的RC電路接成微分電路形式，故該電路又稱為微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 圖6-14 集成門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1/12/2022.29 （1） 輸入信號(hào)uI為0時(shí)，電路處于穩(wěn)態(tài)。 uI2=VDD，uO=UOL =0，uO1UOH =VDD。 （2）外加觸發(fā)信號(hào)，電路翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)uI產(chǎn)生正跳變時(shí)，uO1產(chǎn)生負(fù)跳變，經(jīng)過電容C耦合，使uI2產(chǎn)生負(fù)跳變，G2輸出uO產(chǎn)生正跳變；uO的正跳變反饋到G1輸入端，從而導(dǎo)致如下正反饋過程： 1/12/2022.30使電路迅速變?yōu)镚1導(dǎo)通、G2截止的狀態(tài)，此時(shí)，電路處于uO1=UOL、uO=uO2=UOH的狀態(tài)。然而這一狀態(tài)是不能長(zhǎng)久保持的，故稱為暫穩(wěn)態(tài)。 1

13、/12/2022.31 （3）電容C充電，電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。 在暫穩(wěn)態(tài)期間，VDD經(jīng)R對(duì)C充電，使uI2上升。當(dāng)uI2上升達(dá)到G2的UTH時(shí)，電路會(huì)發(fā)生如下正反饋過程： 1/12/2022.32使電路迅速由暫穩(wěn)態(tài)返回穩(wěn)態(tài)，uO1=UOH、uO= uO2=UOL。從暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)之后，電容C將通過電阻R放電，使電容上的電壓恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的初始值。 1/12/2022.33圖6-15 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形 1/12/2022.342.主要參數(shù) （1）輸出脈沖寬度tw 輸出脈沖寬度tw，就是暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間。根據(jù)uI2的波形可以計(jì)算出： tw （2） 恢復(fù)時(shí)間tre 暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電路需要

14、一段時(shí)間恢復(fù)到初始狀態(tài)。一般，恢復(fù)時(shí)間tre為（35）放電時(shí)間常數(shù)（通常放電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于RC）。 1/12/2022.35設(shè)觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間間隔為T，為了使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠正常工作，應(yīng)當(dāng)滿足Ttw +tre的條件，即Tmin= tw +tre。因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最高工作頻率為 fmax = 1/ Tmin = 1/（tw +tre） 在使用微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時(shí)，輸入觸發(fā)脈沖uI的寬度tw1應(yīng)小于輸出脈沖的寬度tw，即tw1tw，否則電路不能正常工作。如出現(xiàn)tw1tw的情況時(shí)，可在觸發(fā)信號(hào)源uI和G1輸入端之間接入一個(gè)RC微分電路。 3.對(duì)輸入觸發(fā)脈沖寬度的要求對(duì)輸入觸發(fā)脈沖寬度的要求 （3）

15、最高工作頻率fmax（或最小工作周期Tmin）1/12/2022.36 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 用集成門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雖然電路簡(jiǎn)單，但輸出脈沖寬度的穩(wěn)定性較差，調(diào)節(jié)范圍小，而且觸發(fā)方式單一。因此實(shí)際應(yīng)用中常采用集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 1. 輸入脈沖觸發(fā)方式 上升沿觸發(fā)下降沿觸發(fā) 1/12/2022.372. 不可重復(fù)觸發(fā)型與可重復(fù)觸發(fā)型 圖（圖（a）為不可重復(fù)）為不可重復(fù)型觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器型觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器該電路在觸發(fā)進(jìn)入暫該電路在觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)期間如再次受到觸穩(wěn)態(tài)期間如再次受到觸發(fā)，對(duì)原暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間沒發(fā)，對(duì)原暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間沒有影響，輸出脈沖寬度有影響，輸出脈沖寬度tw仍從第一次觸發(fā)開

16、始仍從第一次觸發(fā)開始計(jì)算。計(jì)算。 圖（圖（b）為可重復(fù)）為可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 該電路在觸發(fā)進(jìn)入該電路在觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)期間如再次被暫穩(wěn)態(tài)期間如再次被觸發(fā)，則輸出脈沖寬觸發(fā)，則輸出脈沖寬度可在此前暫穩(wěn)態(tài)時(shí)度可在此前暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的基礎(chǔ)上再展寬間的基礎(chǔ)上再展寬tw。 因此，采用可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時(shí)能比較因此，采用可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時(shí)能比較方便地得到持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的輸出脈沖寬度。方便地得到持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的輸出脈沖寬度。1/12/2022.383. TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路74121的功能及其應(yīng)用74121是一種不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它既可采用上升沿觸發(fā)，又可采用下降沿觸

17、發(fā)，其內(nèi)部還設(shè)有定時(shí)電阻Rint(約為2k)。 表6-1 74121電路的功能表 圖6-16 74121的電路符號(hào) 觸發(fā)輸入端 輸出端 外接定時(shí)元件引腳 內(nèi)部電阻引腳 1/12/2022.39功能： （1）觸發(fā)方式： 1/12/2022.40圖6-17 74121應(yīng)用電路（2）定時(shí)元件接法： 輸出脈沖uO的寬度：tw ext外接電容Cext一般取值范圍為10 pF10F，在要求不高的情況下最大值可達(dá)1000F。圖圖(a)：外接電阻：外接電阻R=Rext（1.440k）。）。圖圖(b)：用內(nèi)部電阻：用內(nèi)部電阻RRint (約為約為2k)。1/12/2022.416.3.36.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的

18、應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用 1. 脈沖延時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要應(yīng)用是整形、定時(shí)和延時(shí)。 圖6-18單穩(wěn)電路的延時(shí)作用 如果需要延遲脈沖的觸發(fā)時(shí)間，可利用單穩(wěn)電路來實(shí)現(xiàn)。 uO的下降沿比的下降沿比uI的下降沿延遲了的下降沿延遲了tw的時(shí)間。的時(shí)間。 1/12/2022.422.脈沖定時(shí) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠產(chǎn)生一定寬度tw的矩形脈沖，利用這個(gè)脈沖去控制某一電路，則可使它在tw時(shí)間內(nèi)動(dòng)作(或者不動(dòng)作)。 圖6-19脈沖定時(shí)1/12/2022.43 對(duì)稱式多諧振蕩器對(duì)稱式多諧振蕩器 環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 1/12/2022.44 1多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 2通過

19、電容的充電和放電，使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，無需外觸發(fā)。 3輸出周期性的矩形脈沖信號(hào)，由于含有豐富的諧波分量，故稱作多諧振蕩器。1/12/2022.456.4.1 6.4.1 對(duì)稱式多諧振蕩器對(duì)稱式多諧振蕩器 1. 電路組成由兩個(gè)TTL反相器經(jīng)電容交叉耦合而成。通常令C1=C2=C，R1=R2=RF。為了使靜態(tài)時(shí)反相器工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，具有較強(qiáng)的放大能力，應(yīng)滿足ROFFRFRON的條件。 圖6-20對(duì)稱式多諧振蕩器 1/12/2022.462.工作原理 假定接通電源后，由于某種原因使uI1有微小正跳變，則必然會(huì)引起如下的正反饋過程 ： 使uO1迅速跳變?yōu)榈碗娖健O2迅速跳變?yōu)楦唠娖?/p>

20、，電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。此后，uO2的高電平對(duì)C1電容充電使uI2升高，電容C2放電使uI1降低。由于充電時(shí)間常數(shù)小于放電時(shí)間常數(shù)，所以充電速度較快，uI2首先上升到G2的閾值電壓UTH，并引起如下的正反饋過程： 1/12/2022.47使uO2迅速跳變?yōu)榈碗娖健O1迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。此后，C1放電、C2充電，C2充電使uI1上升，會(huì)引起又一次正反饋過程，電路又回到第一暫穩(wěn)態(tài)。這樣，周而復(fù)始，電路不停地在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間振蕩，輸出端產(chǎn)生了矩形脈沖。 1/12/2022.48圖6-21 對(duì)稱式多諧振蕩器的工作波形 1/12/2022.493.主要參數(shù) 矩形脈沖的振蕩周期為FC當(dāng)

21、取RF1k、CI00 pF100 F時(shí)，則該電路的振蕩頻率可在幾赫到幾兆赫的范圍內(nèi)變化。1/12/2022.50 環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器 1. 最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器 圖6-22最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器(a) 電路 (b) 工作波形利用集成門電路的傳輸延遲時(shí)間，將奇數(shù)個(gè)反相器首尾相連便可構(gòu)成最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器。該電路沒有穩(wěn)定狀態(tài)。 如此周而復(fù)始，便產(chǎn)生了自激振蕩。振蕩周期T=6tpd。 1/12/2022.512. RC環(huán)形振蕩器 最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器構(gòu)成十分簡(jiǎn)單，但是并不實(shí)用。因?yàn)榧砷T電路的延遲時(shí)間tpd極短，而且振蕩周期不便調(diào)節(jié)。圖6-23 RC環(huán)形振蕩器 利用電容利用電容C的充放電，改變的充放電，改

22、變uI3的電平的電平(因?yàn)橐驗(yàn)镽S很小很小,在分析時(shí)往往忽略它。在分析時(shí)往往忽略它。)來控制來控制G3周期性的導(dǎo)周期性的導(dǎo)通和截止，在輸出端產(chǎn)生矩形脈沖。通和截止，在輸出端產(chǎn)生矩形脈沖。 RS是 限 流 電 阻是 限 流 電 阻（保護(hù)（保護(hù)G3），通），通常選常選100左右。左右。增加RC延遲環(huán)節(jié)，即可組成RC環(huán)形振蕩器電路。 1/12/2022.52圖6-24 RC環(huán)形振蕩器的工作波形 電路的振蕩周期為 R不能選得太大（一般1k左右），否則電路不能正常振蕩。 。 1/12/2022.533. CMOS反相器構(gòu)成的多諧振蕩器 R的選擇應(yīng)使G1工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)。此時(shí)，由于uO1即為uI

23、2，G2也工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，若uI有正向擾動(dòng)，必然引起下述正反饋過程： 圖6-25 CMOS反相器構(gòu)成的多諧振蕩器 1/12/2022.54使uO1迅速變成低電平，而uO2迅速變成高電平，電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。此時(shí)，電容C通過R放電，然后uO2向C反向充電。隨著電容C的的放電和反向充電，uI不斷下降，達(dá)到uIUTH時(shí)，電路又產(chǎn)生一次正反饋過程： 從而使uO1迅速變成高電平，uO2迅速變成低電平，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。此時(shí)，uO1通過R向電容C充電。 1/12/2022.55隨著電容C的不斷充電，uI不斷上升，當(dāng)uIUTH時(shí)，電路又迅速跳變?yōu)榈谝粫悍€(wěn)態(tài)。如此周而復(fù)始，電路不停地在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)

24、之間轉(zhuǎn)換，電路將輸出矩形波。 振蕩周期為 圖6-26CMOS反相器構(gòu)成多諧振蕩器的工作波形 1/12/2022.566.4.36.4.3石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 前面介紹的多諧振蕩器的一個(gè)共同特點(diǎn)就是振蕩頻率不穩(wěn)定，容易受溫度、電源電壓波動(dòng)和RC參數(shù)誤差的影響。而在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖信號(hào)常用作時(shí)鐘信號(hào)來控制和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。因此，控制信號(hào)頻率不穩(wěn)定會(huì)直接影響到系統(tǒng)的工作，顯然，前面討論的多諧振蕩器是不能滿足要求的，必須采用頻率穩(wěn)定度很高的石英晶體多諧振蕩器。 1/12/2022.57石英晶體的阻抗頻率特性圖 石英晶體具有很好的選頻特性。當(dāng)振蕩信號(hào)的頻率和石英晶體的固有諧振頻率fo相同

25、時(shí)，石英晶體呈現(xiàn)很低的阻抗，信號(hào)很容易通過，而其它頻率的信號(hào)則被衰減掉。1/12/2022.58因此，將石英晶體串接在多諧振蕩器的回路中就可組成石英晶體振蕩器，這時(shí)，振蕩頻率只取決于石英晶體的固有諧振頻率fo，而與RC無關(guān)。圖6-27石英晶體振蕩器電路 在對(duì)稱式多諧振蕩器的基礎(chǔ)上，串接一塊石英晶體，就可以構(gòu)成一個(gè)石英晶體振蕩器電路。該電路將產(chǎn)生穩(wěn)定度極高的矩形脈沖，其振蕩頻率由石英晶體的串聯(lián)諧振頻率fo決定。 1/12/2022.59目前，家用電子鐘幾乎都采用具有石英晶體振蕩器的矩形波發(fā)生器。由于它的頻率穩(wěn)定度很高，所以走時(shí)很準(zhǔn)。通常選用振蕩頻率為32768HZ的石英晶體諧振器，因?yàn)?2768

26、215，將32768HZ經(jīng)過15次二分頻，即可得到1HZ的時(shí)鐘脈沖作為計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。1/12/2022.60 555定時(shí)器定時(shí)器 555定時(shí)器的應(yīng)用舉例定時(shí)器的應(yīng)用舉例1/12/2022.61為數(shù)字模擬混合集成電路。可產(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個(gè)5K的電阻分壓器，故稱555。在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。 1/12/2022.62各公司生產(chǎn)的555定時(shí)器的邏輯功能與外引線排列都完全相同。 雙極型產(chǎn)品CMOS產(chǎn)品單555型號(hào)的最后幾位數(shù)碼5557555雙555型號(hào)的最后幾位數(shù)碼5567556優(yōu)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)能力較大低功耗、高輸入阻抗電源電壓工作范圍516

27、V318V負(fù)載電流可達(dá)200mA可達(dá)4mA1/12/2022.636.5.1 6.5.1 555定時(shí)器定時(shí)器 1. 電路組成圖6-28 555定時(shí)器(a) 原理圖 (b)外引線排列圖電阻分壓器電壓比較器基本RS觸發(fā)器放電管T緩沖器1/12/2022.64（1） 電阻分壓器 由3個(gè)5k的電阻R組成，為電壓比較器C1和C2提供基準(zhǔn)電壓。 1/12/2022.65（2） 電壓比較器C1和C2。當(dāng)UU時(shí)， UC輸出高電平，反之則輸出低電平。1/12/2022.66CO為控制電壓輸入端。當(dāng)CO懸空時(shí)，UR12/3VCC，UR21/3VCC。當(dāng)COUCO時(shí)，UR1UCO，UR21/2UCO 1/12/20

28、22.67TH稱為高觸發(fā)端，TR 稱為低觸發(fā)端。 1/12/2022.68 （3） 基本RS觸發(fā)器 其置0和置1端為低電平有效觸發(fā)。R是低電平有效的復(fù)位輸入端。正常工作時(shí)，必須使R處于高電平。 1/12/2022.69 （4） 放電管T T是集電極開路的三極管。相當(dāng)于一個(gè)受控電子開關(guān)。 輸出為0時(shí)，T導(dǎo)通，輸出為1時(shí)，T截止。1/12/2022.70 （5）緩沖器 緩沖器由G3和G4構(gòu)成，用于提高電路的負(fù)載能力。1/12/2022.712.工作原理 TH接至反相輸入端，當(dāng)THUR1時(shí)，UC1輸出低電平，使觸發(fā)器置0，故稱為高觸發(fā)端（有效時(shí)置0）； TR接至同相輸入端，當(dāng)TRUR2時(shí)，UC2輸出

29、低電平，使觸發(fā)器置1，故稱為低觸發(fā)端（有效時(shí)置1）。 表6-2 555定時(shí)器的功能表 1/12/2022.72 555定時(shí)器的應(yīng)用舉例定時(shí)器的應(yīng)用舉例1.構(gòu)成施密特觸發(fā)器 思考：施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)？思考：施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)？回差特性：上升過程和下降過程有不同的轉(zhuǎn)回差特性：上升過程和下降過程有不同的轉(zhuǎn)換電平換電平UT和和UT。 如何與如何與555定時(shí)器發(fā)生聯(lián)系？定時(shí)器發(fā)生聯(lián)系？ 內(nèi)部比較器有兩個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓內(nèi)部比較器有兩個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓UR1和和UR2。 1/12/2022.731.構(gòu)成施密特觸發(fā)器 圖6-29 555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（a）電路 （b）工作波形如果在如果在UIC加上控制電壓，加上控制電壓，則可以改變電路的則可以改變電路的UT+和和UT。 1/12/2022.742. 構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 （1）得到負(fù)脈沖外觸發(fā)：使高觸發(fā)置0端TH有效暫穩(wěn)態(tài)0自動(dòng)返回：通過電容C的充放電使低觸發(fā)置1端TR有效穩(wěn)態(tài)1 思路：外觸發(fā)自動(dòng)返回 （2）得到正脈沖 外觸發(fā)：使低觸發(fā)置1端TR有效暫穩(wěn)態(tài)1 自動(dòng)返回：通過電容C的充放電使高觸發(fā)置0端TH有效穩(wěn)態(tài)01/12/2022.75圖6-30 555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（a）電路 （b）工作波形 工作原理：穩(wěn)態(tài)為0 低觸發(fā)有效置1 T截止， C充電 自動(dòng)高觸發(fā)返0