第七章脈沖波形的產(chǎn)生與整形電路ppt課件

1、第七章第七章脈沖波形的產(chǎn)生與整形電路脈沖波形的產(chǎn)生與整形電路7.1 脈沖信號(hào)與脈沖電路脈沖信號(hào)與脈沖電路 7.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 7.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 7.4 多諧振蕩器多諧振蕩器 7.5 555定時(shí)器及其應(yīng)用定時(shí)器及其應(yīng)用 7.6 用用Multisim 10分析分析555定時(shí)器定時(shí)器一、本章內(nèi)容一、本章內(nèi)容1. 掌握施密特觸發(fā)器的工作原理。掌握施密特觸發(fā)器的工作原理。2. 掌握單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理。掌握單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理。3. 掌握多諧振蕩器的工作原理。掌握多諧振蕩器的工作原理。4. 掌握掌握555定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。5. 掌握基本脈沖

2、電路的設(shè)計(jì)。掌握基本脈沖電路的設(shè)計(jì)。 二、本章教學(xué)目的與要求二、本章教學(xué)目的與要求 三、本章知識(shí)結(jié)構(gòu)三、本章知識(shí)結(jié)構(gòu)7.1 脈沖信號(hào)與脈沖電路脈沖信號(hào)與脈沖電路在電子技術(shù)中，脈沖信號(hào)是一個(gè)按一定電壓幅度，在電子技術(shù)中，脈沖信號(hào)是一個(gè)按一定電壓幅度，一定時(shí)間間隔連續(xù)發(fā)出的脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)之一定時(shí)間間隔連續(xù)發(fā)出的脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)之間的時(shí)間間隔稱為周期；而將在單位時(shí)間如間的時(shí)間間隔稱為周期；而將在單位時(shí)間如1秒秒內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)稱為頻率。頻率是描述周期內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)稱為頻率。頻率是描述周期性循環(huán)信號(hào)包括脈沖信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)所出性循環(huán)信號(hào)包括脈沖信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)所出現(xiàn)的脈沖數(shù)量多少的計(jì)量名稱

3、；頻率的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量現(xiàn)的脈沖數(shù)量多少的計(jì)量名稱；頻率的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位是單位是Hz赫茲）。赫茲）。 脈沖的原意被延伸出來即隔一段相同的時(shí)間發(fā)出的脈沖的原意被延伸出來即隔一段相同的時(shí)間發(fā)出的波等機(jī)械形式，學(xué)術(shù)上把脈沖定義為在短時(shí)間內(nèi)波等機(jī)械形式，學(xué)術(shù)上把脈沖定義為在短時(shí)間內(nèi)突變，隨后又迅速返回其初始值的物理量稱之為突變，隨后又迅速返回其初始值的物理量稱之為脈沖。脈沖。 7.1.1 脈沖信號(hào)脈沖信號(hào) 脈沖信號(hào)現(xiàn)在一般指數(shù)字信號(hào)，它已經(jīng)是脈沖信號(hào)現(xiàn)在一般指數(shù)字信號(hào)，它已經(jīng)是一個(gè)周期內(nèi)有一半時(shí)間甚至更長時(shí)間一個(gè)周期內(nèi)有一半時(shí)間甚至更長時(shí)間有信號(hào)。有信號(hào)。 脈沖信號(hào)是一種離散信號(hào)，與普通模擬信脈沖信號(hào)是一種離散

4、信號(hào)，與普通模擬信號(hào)如正弦波相比，波形之間在時(shí)間軸號(hào)如正弦波相比，波形之間在時(shí)間軸不連續(xù)波形與波形之間有明顯的間隔不連續(xù)波形與波形之間有明顯的間隔但具有一定的周期性是它的特點(diǎn)。脈沖信但具有一定的周期性是它的特點(diǎn)。脈沖信號(hào)可以用來表示信息，也可以用來作為載號(hào)可以用來表示信息，也可以用來作為載波，比如脈沖調(diào)制中的脈沖編碼調(diào)制波，比如脈沖調(diào)制中的脈沖編碼調(diào)制PCM），脈沖寬度調(diào)制），脈沖寬度調(diào)制PWM等等，等等，還可以作為各種數(shù)字電路、高性能芯片的還可以作為各種數(shù)字電路、高性能芯片的時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)。（a方波方波b矩形波矩形波c梯形波梯形波d鋸齒波鋸齒波e鐘形波鐘形波（f三角波三角波g尖峰波尖峰波

5、h階梯波階梯波脈沖寬度脈沖寬度脈沖幅度脈沖幅度下降時(shí)間下降時(shí)間上升時(shí)間上升時(shí)間脈沖周期脈沖周期理想的矩形波波形理想的矩形波波形 實(shí)際的矩形波波形實(shí)際的矩形波波形 7.1.2 脈沖電路脈沖電路 脈沖有各種各樣的用途，有對(duì)電路起開關(guān)作用的控制脈沖，有起統(tǒng)帥全局作用的時(shí)鐘脈沖，有做計(jì)數(shù)用的計(jì)數(shù)脈沖，有起觸發(fā)啟動(dòng)作用的觸發(fā)脈沖等等。這些脈沖波形的獲取，通常采用兩種方法：一種是利用脈沖信號(hào)產(chǎn)生器直接產(chǎn)生；另一種則是對(duì)已有信號(hào)進(jìn)行整形，使之滿足系統(tǒng)的要求。 脈沖電路是專門用來產(chǎn)生電脈沖和對(duì)電脈沖進(jìn)行放大、變換和整形的電路。家用電器中的定時(shí)器、報(bào)警器、電子開關(guān)、電子鐘表、電子玩具以及電子醫(yī)療器具等，都要用到

6、脈沖電路。 脈沖電路的特點(diǎn)是脈沖電路中的晶體管是工作在開關(guān)狀態(tài)的。大多數(shù)情況下，晶體管是工作在特性曲線的飽和區(qū)或截止區(qū)的，所以脈沖電路有時(shí)也叫開關(guān)電路。脈沖電路的另一個(gè)特點(diǎn)是一定有電容器用電感較少作關(guān)鍵元件，脈沖的產(chǎn)生、波形的變換都離不開電容器的充放電。 脈沖波形的整形電路中，最常用的電路有施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；脈沖波形的產(chǎn)生電路中，最常用的電路是多諧振蕩器。7.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 施密特觸發(fā)器是一種常用的脈沖波形整形電路，能夠施密特觸發(fā)器是一種常用的脈沖波形整形電路，能夠?qū)⑦呇刈兓徛拿}沖信號(hào)波形整形為邊沿陡峭的矩形波。將邊沿變化緩慢的脈沖信號(hào)波形整形為邊沿陡峭的矩形波。它

7、具有如下兩個(gè)特點(diǎn)：它具有如下兩個(gè)特點(diǎn)： 一是滯回特性，即對(duì)于正向和負(fù)向變化的輸入信號(hào)，分一是滯回特性，即對(duì)于正向和負(fù)向變化的輸入信號(hào)，分別有不同的臨界閾值電壓。別有不同的臨界閾值電壓。 二是電平觸發(fā)，即當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到一定的電壓值時(shí)，輸二是電平觸發(fā)，即當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到一定的電壓值時(shí)，輸出電壓會(huì)發(fā)生突變。這一特點(diǎn)對(duì)于緩慢變化的信號(hào)仍然適用。出電壓會(huì)發(fā)生突變。這一特點(diǎn)對(duì)于緩慢變化的信號(hào)仍然適用。因此施密特觸發(fā)器是一種受輸入信號(hào)電平直接控制的雙穩(wěn)態(tài)因此施密特觸發(fā)器是一種受輸入信號(hào)電平直接控制的雙穩(wěn)態(tài)電路。電路。在此，稱在此，稱VT+為正向閾值電壓，為正向閾值電壓，VT為負(fù)向閾值為負(fù)向閾值電壓。顯然，施密

8、特觸發(fā)器的正向和負(fù)向閾值電電壓。顯然，施密特觸發(fā)器的正向和負(fù)向閾值電壓是不等的，定義二者之差壓是不等的，定義二者之差VT為回差電壓，即為回差電壓，即VT= VT+VT。VT 1V Tuo0ui傳輸特性邏輯符號(hào)1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)假定圖中假定圖中CMOS反相器的閾值電壓為反相器的閾值電壓為VTH 1/2VDD，設(shè)電阻設(shè)電阻R1R2。7.2.1 門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器 當(dāng)輸入當(dāng)輸入U(xiǎn)I為為0V時(shí)，時(shí)，G1截止、截止、G2導(dǎo)通，輸出導(dǎo)通，輸出UO為為0V， 0 。當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓UI逐漸上升到逐漸上升到 =VTH時(shí)，時(shí)，G1進(jìn)入電壓特性的轉(zhuǎn)進(jìn)入電壓特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，所以電

9、路將發(fā)生如下正反饋：折區(qū)，所以電路將發(fā)生如下正反饋： UO1UO 使電路使電路迅速跳變到迅速跳變到 UO=VOH VDD。由此可求出上升過程中電路發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)的輸入電平由此可求出上升過程中電路發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)的輸入電平VT+ 。2. 工作原理工作原理IUIUIUT212I212THIVRRRURRRVUTH21TH221T)VRR(1VRRRV 當(dāng)UI從高電平下降時(shí)， 也下降；當(dāng)UI下降使 趨于G1門的閾值電壓VTH時(shí)，G1門和G2門又處在要翻轉(zhuǎn)的邊緣；當(dāng)UI下降使 =VTH時(shí)，UO1=UOH，UO=UOL0。由此可求出此電路在UI下降過程中的負(fù)向閾值電壓VT。 IUIUIU212TDDDDTHIRR

10、R)V(VVVUDD21TH221TVRRVRRRVTH21T)VRR(1V VTVT+-VTTH21VRR23. 電壓傳輸特性電壓傳輸特性同相傳輸特性同相傳輸特性 反相傳輸特性反相傳輸特性 7.2.2 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器CMOS集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器CC40106的邏輯功能圖的邏輯功能圖 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器CC40106的主要靜態(tài)參數(shù)的主要靜態(tài)參數(shù)電源電源電壓電壓VDDVT+最小最小值值VT+最大最大值值VT- -最小最小值值VT- -最大最大值值VT最小最小值值VT最大最大值值單單位位510152.24.66.83.6

11、7.110.80.92.542.85.27.40.31.21.61.63.45VVV2. TTL集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器 TTL施密特觸發(fā)器具有以下特點(diǎn)：輸入信施密特觸發(fā)器具有以下特點(diǎn)：輸入信號(hào)邊沿的變化即使非常緩慢，電路也能正號(hào)邊沿的變化即使非常緩慢，電路也能正常工作；對(duì)于閾值電壓和滯回電壓均有溫常工作；對(duì)于閾值電壓和滯回電壓均有溫度補(bǔ)償；帶負(fù)載能力和抗干擾能力都很強(qiáng)。度補(bǔ)償；帶負(fù)載能力和抗干擾能力都很強(qiáng)。TTL集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器74LS13、74LS14、74LS132的主要參數(shù)典型值如表的主要參數(shù)典型值如表7-2所示。所示。表表7-2 TTL集成施密特觸發(fā)器的主要參

12、數(shù)集成施密特觸發(fā)器的主要參數(shù)器件器件型號(hào)型號(hào)延遲時(shí)間延遲時(shí)間（ns）每門功耗每門功耗（mW）VT+（V）VT- -（V）VT（V）74LS1374LS1474LS13216.515158.758.68.81.61.61.60.80.80.80.80.80.87.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1. 用作接口電路用作接口電路施密特觸發(fā)器用作施密特觸發(fā)器用作TTL接口電路接口電路 2. 用作整形電路用作整形電路3. 用作脈沖鑒幅用作脈沖鑒幅 如果將一系列幅度不相同的脈沖信號(hào)加到如果將一系列幅度不相同的脈沖信號(hào)加到施密特觸發(fā)器的輸入端，只有那些信號(hào)幅施密特觸發(fā)器的輸入端，只有那些信號(hào)幅度

13、大于度大于VT+的脈沖才會(huì)在輸出端產(chǎn)生輸出的脈沖才會(huì)在輸出端產(chǎn)生輸出信號(hào)。因此，施密特觸發(fā)器能將幅度大于信號(hào)。因此，施密特觸發(fā)器能將幅度大于VT+的脈沖選出，如下圖。的脈沖選出，如下圖。用施密特觸發(fā)器鑒別脈沖幅度用施密特觸發(fā)器鑒別脈沖幅度 7.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是雙穩(wěn)態(tài)電路，有施密特觸發(fā)器是雙穩(wěn)態(tài)電路，有0、1兩個(gè)穩(wěn)態(tài)，狀態(tài)改變受外兩個(gè)穩(wěn)態(tài)，狀態(tài)改變受外加信號(hào)控制。而單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是單穩(wěn)態(tài)電路，有一個(gè)穩(wěn)態(tài)加信號(hào)控制。而單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是單穩(wěn)態(tài)電路，有一個(gè)穩(wěn)態(tài)0態(tài)或態(tài)或1態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在外加輸入信號(hào)的作用下電路由穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在外加輸入信號(hào)的作用下電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，保

14、持一段時(shí)間后又自動(dòng)返回原來的穩(wěn)態(tài)。單態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，保持一段時(shí)間后又自動(dòng)返回原來的穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出通常為寬度恒定的脈沖信號(hào)，而暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出通常為寬度恒定的脈沖信號(hào)，而暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間僅取決于電路自身的相關(guān)參數(shù)。間僅取決于電路自身的相關(guān)參數(shù)。7.3.1 門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 用門電路組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有微分型和積分型兩大類。下面以微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為例進(jìn)行講述。1. 電路結(jié)構(gòu)微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 2. 工作原理工作原理 此電路用負(fù)脈沖觸此電路用負(fù)脈沖觸發(fā)無效，只有在正發(fā)無效，只有在正的窄脈沖觸發(fā)時(shí)，的窄脈沖觸發(fā)時(shí)，電路才有響應(yīng)。電路才有

15、響應(yīng)。接通電源接通電源VDD，不觸發(fā)時(shí)，不觸發(fā)時(shí)，UI=0，而，而UI2=VDD=1，所以，所以UO=0。故有自然穩(wěn)態(tài)：。故有自然穩(wěn)態(tài)：UO=0。此時(shí)。此時(shí) =0，UO1=1VDD 。自然穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容自然穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容C兩端均為兩端均為VDD ，C中無電荷。中無電荷。C中無電荷，中無電荷，是穩(wěn)態(tài)的標(biāo)志。是穩(wěn)態(tài)的標(biāo)志。IU觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)時(shí)，UI=1，UO1=0，由于電容，由于電容C兩端的電壓在觸發(fā)瞬間兩端的電壓在觸發(fā)瞬間不能突變，所以不能突變，所以UI2=0，使，使UO=1。故有暫態(tài)。故有暫態(tài)UO=1。接下來，電容接下來，電容C充電，充電回路為充電，充電回路為VDDRCUO1 ，充電，充電使使UI2

16、升高。當(dāng)升高。當(dāng)UI2升高到升高到G2門的閾值電壓門的閾值電壓VTH時(shí)，時(shí)，UO突跳突跳為為0，電路返回到自然穩(wěn)態(tài)：，電路返回到自然穩(wěn)態(tài)：UO=0。2. 工作原理工作原理 此電路用負(fù)脈沖觸此電路用負(fù)脈沖觸發(fā)無效，只有在正發(fā)無效，只有在正的窄脈沖觸發(fā)時(shí)，的窄脈沖觸發(fā)時(shí)，電路才有響應(yīng)。電路才有響應(yīng)。接下來，電容接下來，電容C開始放電，放電回路有兩條，分別為開始放電，放電回路有兩條，分別為UI2RVDD和和UI2G2VDD ，放電使，放電使UI2下降，當(dāng)下降，當(dāng)UI2下下降到等于降到等于VDD時(shí)此時(shí)，時(shí)此時(shí)，C兩端均為兩端均為VDD，C中無電荷），電中無電荷），電路穩(wěn)定，保證路穩(wěn)定，保證UO=0。當(dāng)

17、當(dāng)UO=0時(shí)，時(shí)， =0，UI=0UI為窄脈沖，觸發(fā)高電平此時(shí)已為窄脈沖，觸發(fā)高電平此時(shí)已經(jīng)消逝），所以經(jīng)消逝），所以UO1從從“0突跳為突跳為“1”（即上升了（即上升了VDD）；）；由于電容由于電容C兩端的電壓瞬間不能突變，所以兩端的電壓瞬間不能突變，所以UI2也應(yīng)該從也應(yīng)該從VTH突跳為突跳為VTH+VDD，但實(shí)際上由于，但實(shí)際上由于G2門輸入端有鉗位二極管，門輸入端有鉗位二極管，所以所以UI2實(shí)為實(shí)為VDD0.7V。IU充電等效電路充電等效電路 放電等效電路放電等效電路電壓波形電壓波形3. 輸出電壓脈寬輸出電壓脈寬tw的計(jì)算的計(jì)算tw等于等于UI2從從0上升到上升到VTH所所對(duì)應(yīng)的時(shí)間對(duì)

18、應(yīng)的時(shí)間 電容電容C的充電時(shí)間常數(shù)的充電時(shí)間常數(shù)=RC，初始值初始值UI20+）=0，穩(wěn)定值，穩(wěn)定值UI2（）=VDD，轉(zhuǎn)換值，轉(zhuǎn)換值UI2tw）=VTH1/2 VDD +I2I2wI2I2wDDDDTHU ( )-U (0 )t = lnU ( )-U (t )V-0=RClnV-V0.69RC7.3.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121 74121是在普通微分型單穩(wěn)態(tài)是在普通微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的基礎(chǔ)上附加以輸入控制觸發(fā)器的基礎(chǔ)上附加以輸入控制電路和輸出緩沖電路而形成的。電路和輸出緩沖電路而形成的。邏輯符號(hào)圖邏輯符號(hào)圖 工作波形圖工作波形圖 外

19、接電阻下降沿觸發(fā)）外接電阻下降沿觸發(fā)） 內(nèi)接電阻上升沿觸發(fā)）內(nèi)接電阻上升沿觸發(fā)）2. 主要參數(shù)主要參數(shù)（1輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tw 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的輸出脈沖寬度。當(dāng)?shù)妮敵雒}沖寬度。當(dāng)使用外接電阻電阻時(shí)，使用外接電阻電阻時(shí)，tw0.7RextC；當(dāng)使；當(dāng)使用內(nèi)部電阻時(shí)用內(nèi)部電阻時(shí)tw0.7RintC。（2輸入觸發(fā)脈沖最小周期輸入觸發(fā)脈沖最小周期Tmin 輸入觸發(fā)脈沖最小周期輸入觸發(fā)脈沖最小周期Tmin為輸出脈沖寬度為輸出脈沖寬度和恢復(fù)時(shí)間之和，即和恢復(fù)時(shí)間之和，即Tmin=twtre。（3周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比q 周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比

20、周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比q定義為定義為q = tw/T，其中其中T是輸入觸發(fā)脈沖的重復(fù)周期，是輸入觸發(fā)脈沖的重復(fù)周期，tw是單是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖寬度。穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖寬度。 3. 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的重復(fù)觸發(fā)問題集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的重復(fù)觸發(fā)問題 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復(fù)觸發(fā)型和可集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復(fù)觸發(fā)型和可重復(fù)觸發(fā)型兩種。不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)重復(fù)觸發(fā)型兩種。不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，再加觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，再加入觸發(fā)脈沖不會(huì)影響電路的工作過程，必入觸發(fā)脈沖不會(huì)影響電路的工作過程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束以后，它才能接受下一個(gè)須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束以后，它才

21、能接受下一個(gè)觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入下一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，如圖觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入下一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，如圖7.16a所示。而可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)在電路所示。而可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)在電路被觸發(fā)而進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，如果再次加入被觸發(fā)而進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，如果再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個(gè)沖再繼續(xù)維持一個(gè)tw寬度，如圖寬度，如圖7.16b所示。所示。 圖圖7.16 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的不同工作波形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的不同工作波形（a不可重復(fù)觸發(fā)型不可重復(fù)觸發(fā)型 （b可重復(fù)觸發(fā)型可重復(fù)觸發(fā)型7.3.3 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. 定時(shí)與延時(shí)定時(shí)與延時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于延時(shí)與定

22、時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于延時(shí)與定時(shí) 2. 脈沖整形脈沖整形 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器還能夠把不規(guī)則的輸入信號(hào)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器還能夠把不規(guī)則的輸入信號(hào)，整形成幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖，整形成幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖，如下圖。圖中如下圖。圖中UI是輸入的不規(guī)則信號(hào)，是輸入的不規(guī)則信號(hào)，UO是輸出信號(hào)，是輸出信號(hào)，UO的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，輸出的高、低電平，UO的寬度的寬度tw取決于暫取決于暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。穩(wěn)態(tài)時(shí)間。7.4 多諧振蕩器多諧振蕩器7.4.1 門電路構(gòu)成的多諧振蕩器門電路構(gòu)成的多諧振蕩器 多諧振蕩器也稱自激振蕩器，是產(chǎn)生矩形多諧振蕩器也稱自激振蕩器，是產(chǎn)生矩形

23、脈沖波的典型電路，常用來做脈沖信號(hào)源。脈沖波的典型電路，常用來做脈沖信號(hào)源。多諧振蕩器沒有輸入端，接通電源便自激多諧振蕩器沒有輸入端，接通電源便自激振蕩。多諧振蕩器起振之后，電路沒有穩(wěn)振蕩。多諧振蕩器起振之后，電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，它們交替變化，輸態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，它們交替變化，輸出連續(xù)的矩形脈沖信號(hào)，因此又稱它為無出連續(xù)的矩形脈沖信號(hào)，因此又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。穩(wěn)態(tài)電路。對(duì)稱式多諧振蕩器對(duì)稱式多諧振蕩器由于電路沒有穩(wěn)定狀態(tài)，所以在靜態(tài)時(shí)它的狀態(tài)是不由于電路沒有穩(wěn)定狀態(tài)，所以在靜態(tài)時(shí)它的狀態(tài)是不穩(wěn)定的，必須使反相器穩(wěn)定的，必須使反相器G1、G2工作在電壓傳輸特性曲工作在電壓傳輸特性曲線

24、的轉(zhuǎn)折區(qū)，以保證電壓放大倍數(shù)大于線的轉(zhuǎn)折區(qū)，以保證電壓放大倍數(shù)大于1，此時(shí)只要，此時(shí)只要G1或或G2的輸入端有極小的擾動(dòng)，就會(huì)被正反饋回路放大的輸入端有極小的擾動(dòng)，就會(huì)被正反饋回路放大而引起振蕩。只要電阻而引起振蕩。只要電阻RF1和和RF2的取值選擇合適，就的取值選擇合適，就可以使可以使G1、G2在靜態(tài)時(shí)工作在電壓傳輸特性曲線的轉(zhuǎn)在靜態(tài)時(shí)工作在電壓傳輸特性曲線的轉(zhuǎn)折區(qū)。折區(qū)。 假設(shè)某一時(shí)刻，電路由于某種原因使假設(shè)某一時(shí)刻，電路由于某種原因使UI1有個(gè)極小的有個(gè)極小的正跳變，則通過正反饋回路使正跳變，則通過正反饋回路使UO1迅速跳變?yōu)榈碗娧杆偬優(yōu)榈碗娖?，平，UO2迅速跳變?yōu)楦唠娖?，即電路進(jìn)入第

25、一個(gè)暫迅速跳變?yōu)楦唠娖?，即電路進(jìn)入第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)：穩(wěn)態(tài)：UO1=0、UO2=1。接下來，電容。接下來，電容C1開始充電、開始充電、C2 開始放電。開始放電。 電容電容C1充電等效電路充電等效電路 電容電容C2放電等效電路放電等效電路 從圖中可以看出，電容從圖中可以看出，電容C1同時(shí)經(jīng)過同時(shí)經(jīng)過R1和和RF2兩條支路充電，兩條支路充電，電容電容C2經(jīng)過經(jīng)過RF1放電，所以電容放電，所以電容C1充電速度較快，充電速度較快，UI2首先上首先上升到升到G2的閾值電壓，即的閾值電壓，即UI2變?yōu)楦唠娖?，?jīng)過正反饋回路作用，變?yōu)楦唠娖?，?jīng)過正反饋回路作用，使使UO2迅速跳變?yōu)榈碗娖?，迅速跳變?yōu)榈碗娖?，UO1

26、迅速跳變?yōu)楦唠娖?，即電路進(jìn)迅速跳變?yōu)楦唠娖?，即電路進(jìn)入第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)：入第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)：UO1=1、UO2=0。此時(shí)，電容。此時(shí)，電容C1開始放電、開始放電、C2 開始充電。開始充電。 工作電壓波形工作電壓波形1F2E11F2R RRR +RF2E1OH2CCOH2BE11F2RVU(VUU)R +RI2I2+1I2I2WE1IKE11E1THU ( )-U (0 )lnU ( )-U ()V -VR C lnV -VTT當(dāng)當(dāng)C1=C2= C、RF1=RF2=R時(shí)，時(shí)，T=T1+ T2=2 T1 2. 環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器 環(huán)形振蕩器是利用閉合回路中的延遲負(fù)反環(huán)形振蕩器是利用閉合回路中的延遲負(fù)反饋

27、作用形成振蕩的，將奇數(shù)個(gè)反相器首位饋?zhàn)饔眯纬烧袷幍模瑢⑵鏀?shù)個(gè)反相器首位相連就可以形成環(huán)形振蕩器，利用相連就可以形成環(huán)形振蕩器，利用3個(gè)反相個(gè)反相器構(gòu)成的環(huán)形振蕩器如圖所示。器構(gòu)成的環(huán)形振蕩器如圖所示。 環(huán)形振蕩器的工作電壓波形環(huán)形振蕩器的工作電壓波形 振蕩周期振蕩周期T=6tpd 根據(jù)以上分析可知，將任何根據(jù)以上分析可知，將任何大于、等于大于、等于3的奇數(shù)個(gè)的奇數(shù)個(gè)(n個(gè)個(gè))反相器首尾相連，都可以產(chǎn)反相器首尾相連，都可以產(chǎn)生自激振蕩，而且振蕩周期生自激振蕩，而且振蕩周期為為T=2ntpd 由于門電路的傳輸延遲時(shí)間極短，TTL電路不超過100ns，CMOS電路不超過200ns，所以環(huán)形振蕩器的振

28、蕩頻率比較高。如果想獲得稍低一些的振蕩頻率是比較困難的，并且頻率不宜調(diào)節(jié)。為了克服這兩個(gè)缺點(diǎn)，可以在電路上增加延遲環(huán)節(jié)，組成帶RC延遲電路的環(huán)形振蕩器，如下圖。7.4.2 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器 若在石英晶片的兩極加上一個(gè)電場，晶片將會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。若在晶片上施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上會(huì)產(chǎn)生一定的電場，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。因此，當(dāng)在晶片的兩極加上交變電壓時(shí)，晶片將會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)，同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場。在一般情況下，晶片的機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場的振幅都非常微小，只有在外加交變電壓的頻率為某一特定頻率時(shí)，振幅才會(huì)突然增加，比一般情況下的振幅要大得多，

29、這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。這和LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似，因化，石英晶體又稱為石英諧振器。上述特定頻率稱為晶體的固有頻率或諧振頻率。圖圖7.25 石英晶體的電抗頻率特性和符號(hào)石英晶體的電抗頻率特性和符號(hào)（a電抗頻率特性電抗頻率特性b等效電路等效電路c電路符號(hào)電路符號(hào)12LCsfooo1C1CCC2LC+Cpsff 從石英晶體諧振器的等效電路可知，它有兩個(gè)諧振頻率， 即當(dāng)L、C、R支路發(fā)生諧振時(shí)，它的等效阻抗最小(等于R)。 串聯(lián)諧振頻率為 當(dāng)頻率高于fs時(shí)， L、C、R支路呈感性，可與電容Co發(fā)生并聯(lián)諧振， 并聯(lián)諧振頻率為 由于CCo， 因此fs和fp非常接近。 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩

30、器 7.5 555定時(shí)器及其應(yīng)用定時(shí)器及其應(yīng)用7.5.1 555定時(shí)器的組成與功能定時(shí)器的組成與功能輸出緩沖器輸出緩沖器OC輸出的三極管輸出的三極管比較器比較器基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器輸 入輸 出 CCV32CCV31CCV32CCV32CCV32CCV31CCV31CCV31DRTHUTRUOUDT導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通不變不變截止截止截止截止00不變不變1101111XX7.5.2 555定時(shí)器的典型應(yīng)用定時(shí)器的典型應(yīng)用用用555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器 將閾值輸入端將閾值輸入端UTH和觸發(fā)輸入端和觸發(fā)輸入端UTR連接在連接在一起，作為信號(hào)輸入端，就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)一起，作

31、為信號(hào)輸入端，就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器。器。工作波形工作波形 電壓傳輸特性電壓傳輸特性 2. 用用555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 將將555定時(shí)器的觸發(fā)輸入端定時(shí)器的觸發(fā)輸入端UTR作為觸發(fā)信作為觸發(fā)信號(hào)輸入端，將由號(hào)輸入端，將由TD和和RDIS構(gòu)成的反相器輸構(gòu)成的反相器輸出電壓出電壓UDIS接至閾值輸入端接至閾值輸入端UTH，并在閾，并在閾值輸入端值輸入端UTH對(duì)地接入電容對(duì)地接入電容C。C1C2ODUU1,0,U0,TQ那么穩(wěn)態(tài)時(shí)：導(dǎo)通ICCC21U1 (VU1)3如果沒有觸發(fā)信號(hào)時(shí)即可，C1DDISC2U10TU00U1QQ若通電后導(dǎo)通保持DDISCCC1C1DC221

32、TCUV3U1U00TC0U1QQQ 若通電后截止充電至導(dǎo)通放電保持DISCCICC21UVUV33當(dāng)充至?xí)r（假定此時(shí)已經(jīng)回到高于）C1C1DC2C2U0U10,TC00U1U1QQ則導(dǎo)通開始放電至保持IC1ICCDC2UU11UV,1,TCU03Q觸發(fā)時(shí)只要降至則截止開始充電暫穩(wěn)態(tài)輸出的寬度CCwDISDISCCCCV -0t =RCln=RCln32V -V3IU對(duì)的寬度有何要求？IU若的寬度過寬？是否可以重復(fù)觸發(fā)？觸發(fā)脈沖寬度要小觸發(fā)脈沖寬度要小于輸出脈沖寬度于輸出脈沖寬度加微分電路加微分電路不可重復(fù)不可重復(fù)與觸發(fā)脈沖的寬與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)度和幅度無關(guān)電路應(yīng)用電路應(yīng)用 利用利用5

33、55定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，只要用手觸摸一下定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，只要用手觸摸一下金屬片金屬片P，由于人體感應(yīng)電壓相當(dāng)于在觸發(fā)輸入端，由于人體感應(yīng)電壓相當(dāng)于在觸發(fā)輸入端UTR加加入一個(gè)負(fù)脈沖，入一個(gè)負(fù)脈沖，555定時(shí)器輸出端定時(shí)器輸出端UO輸出高電平，燈泡輸出高電平，燈泡L被點(diǎn)亮，當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間被點(diǎn)亮，當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tw結(jié)束后，結(jié)束后，555輸出端輸出端UO恢復(fù)為低恢復(fù)為低電平，燈泡電平，燈泡L熄滅。熄滅。 觸摸式定時(shí)控制開關(guān)電路觸摸式定時(shí)控制開關(guān)電路 3. 用用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器 先利用先利用555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器，然后定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器，然后將施密特

34、觸發(fā)器的輸出端經(jīng)將施密特觸發(fā)器的輸出端經(jīng)RC積分電路接積分電路接到施密特觸發(fā)器的輸入端。為了減輕到施密特觸發(fā)器的輸入端。為了減輕555定定時(shí)器輸出緩沖器的負(fù)載，在電容時(shí)器輸出緩沖器的負(fù)載，在電容C較大時(shí)不較大時(shí)不宜直接由輸出端提供電容的充電電流和放宜直接由輸出端提供電容的充電電流和放電電流，經(jīng)常采用的方法是將電電流，經(jīng)常采用的方法是將TD和和RDIS構(gòu)構(gòu)成的反相器輸出電壓成的反相器輸出電壓UDIS經(jīng)經(jīng)RC積分電路接積分電路接到到UTR端。端。 電容電容C充電時(shí)，充電時(shí)間常數(shù)充電時(shí)，充電時(shí)間常數(shù)1=（R1+R2C，初，初始值始值UC0+）=1/3 VCC ，穩(wěn)定值，穩(wěn)定值UC（）=VCC，轉(zhuǎn)換值

35、轉(zhuǎn)換值UCT1）= 2/3 VCC ， CCCCCC+111212CC1CCCC1V-VU ( )-U (0 )3ln(R +R )Cln(R +R )Cln22U ( )-U ( )V-V3TT112(R +R )Cln2T 電容電容C放電時(shí)，放電時(shí)間常數(shù)放電時(shí)，放電時(shí)間常數(shù)2=R2C，初始值，初始值UC0+）=2/3VCC，穩(wěn)定值，穩(wěn)定值UC（）=0，轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換值值UCT2）=1/3VCC， CCCC+2222CC2CC20-VU ( )-U (0 )3lnR ClnR Cln21U ( )-U ()0-V3TT22R Cln2T 1212(R +2R )Cln2TTT1211(R +2R )Cln2fT11212