第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形

1、內(nèi)容提要內(nèi)容提要 本章主要介紹矩形波的產(chǎn)生和整形電路。在矩形本章主要介紹矩形波的產(chǎn)生和整形電路。在矩形波產(chǎn)生電路中介紹幾種常用的多諧振蕩器對稱式和波產(chǎn)生電路中介紹幾種常用的多諧振蕩器對稱式和非對稱多諧振蕩器、環(huán)形振蕩器以及用施密特觸發(fā)器非對稱多諧振蕩器、環(huán)形振蕩器以及用施密特觸發(fā)器和和555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器等。此外對幾種不同定時器構(gòu)成的多諧振蕩器等。此外對幾種不同類型的壓控振蕩器也做了介紹。在整形電路中，介紹類型的壓控振蕩器也做了介紹。在整形電路中，介紹了施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。本章也討論了最常了施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。本章也討論了最常用的用的555定時器及其所構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

2、、單穩(wěn)態(tài)定時器及其所構(gòu)成的施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及多諧振蕩器的電路及工作原理。觸發(fā)器及多諧振蕩器的電路及工作原理。10.1 概述概述10.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器10.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器10.4 多諧振蕩器多諧振蕩器10.5 555定時器及其應用定時器及其應用一、一、 產(chǎn)生矩形脈沖的途徑產(chǎn)生矩形脈沖的途徑1.利用各種形式的多諧振蕩器電路；利用各種形式的多諧振蕩器電路；2.通過各種整形電路把已有的周期性變化波形變換成通過各種整形電路把已有的周期性變化波形變換成符合要求的矩形脈沖。符合要求的矩形脈沖。二二 、矩形脈沖特性的描述、矩形脈沖特性的描述 通常的通常的矩形脈沖波矩形脈沖波

3、形如圖形如圖10.1.1所示。所示。圖圖10.1.1圖圖10.1.1 脈沖周期脈沖周期T ：周期性重復的脈沖序列中，兩個相鄰：周期性重復的脈沖序列中，兩個相鄰脈沖之間的時間間隔。有時也用頻率脈沖之間的時間間隔。有時也用頻率f1/ T表示單位表示單位時間內(nèi)脈沖重復的次數(shù)時間內(nèi)脈沖重復的次數(shù) 脈沖幅度脈沖幅度Vm：脈沖電壓的最大變化幅度。：脈沖電壓的最大變化幅度。圖圖10.1.1 脈沖寬度脈沖寬度tW：從脈沖前沿到達：從脈沖前沿到達0.5Vm起，到脈沖后沿起，到脈沖后沿到達到達0.5Vm為止的一段時間。為止的一段時間。圖圖10.1.1注：在脈沖整型或產(chǎn)生電路用于數(shù)字系統(tǒng)時，有時注：在脈沖整型或產(chǎn)生

4、電路用于數(shù)字系統(tǒng)時，有時對脈沖有些特殊要求，如脈沖周期和幅度的穩(wěn)定性對脈沖有些特殊要求，如脈沖周期和幅度的穩(wěn)定性等，這時需要另增加一些參數(shù)來描述脈沖。等，這時需要另增加一些參數(shù)來描述脈沖。第一第一 輸入信號從低電平上升的過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)輸入信號從低電平上升的過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應的輸入電平，與輸入信號從高電平下降過程換時對應的輸入電平，與輸入信號從高電平下降過程中對應的輸入轉(zhuǎn)換電平不同；中對應的輸入轉(zhuǎn)換電平不同；第二第二 在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。程使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。 注：利用這兩個特點不僅

5、能將邊沿變化緩慢地信號波注：利用這兩個特點不僅能將邊沿變化緩慢地信號波形整形為邊沿陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形形整形為邊沿陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形波脈沖高、低電平上的噪聲有效地清除。波脈沖高、低電平上的噪聲有效地清除。 施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路，它具有下面兩個性能特點：電路，它具有下面兩個性能特點： 將兩極反相器串接起來，通過分壓電阻把輸出端將兩極反相器串接起來，通過分壓電阻把輸出端的電壓反饋到輸入端就構(gòu)成施密特觸發(fā)器電路，其電的電壓反饋到輸入端就構(gòu)成施密特觸發(fā)器電路，其電路圖及其圖形符號如圖路圖及其圖形符號如圖1

6、0.2.1所示。所示。圖圖10.2.1設反相器設反相器G1和和G2均為均為CMOS門，其閾值電壓為門，其閾值電壓為VTH VDD/2，輸出高低電平分別為，輸出高低電平分別為VOH VDD， VOL0，且，且R1 R21o120ARvvRR當當vI0時，時， vo1 VOH ， vo VOL0，此時，此時G1門的門的輸入電壓為輸入電壓為當當vI 從從0逐漸升高到使得逐漸升高到使得vAVTH時，反相器進入電壓傳輸特時，反相器進入電壓傳輸特性的放大區(qū)（轉(zhuǎn)折區(qū)），故性的放大區(qū)（轉(zhuǎn)折區(qū)），故vA的的增加，會引起下面的正反饋，即增加，會引起下面的正反饋，即使電路迅速跳變使電路迅速跳變到到voVOH VDD

7、211212AIoRRvvvRRRR設施密特觸發(fā)器在輸入信號設施密特觸發(fā)器在輸入信號vI正向增加時的門檻電壓正向增加時的門檻電壓（閾值電壓）為（閾值電壓）為VT，稱為，稱為正向閾值電壓正向閾值電壓，此時，此時vo0， G1門的輸入電壓為：門的輸入電壓為：T212THVVRRRvATH12TH121TV)1VVRRRRR（疊加原理：疊加原理： 在一個線性電路中，如果有多個電源同時作用時，在一個線性電路中，如果有多個電源同時作用時，任一支路的電流或電壓，等于這個電路中各個電源分任一支路的電流或電壓，等于這個電路中各個電源分別單獨作用時，在該支路中產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)別單獨作用時，在該支路中產(chǎn)生的

8、電流或電壓的代數(shù)和。和。當當vI從高電平從高電平VDD逐漸逐漸下降到下降到vAVTH時，由時，由于也存在正反饋，即于也存在正反饋，即使電路迅速跳變使電路迅速跳變到到voVOL 0此時施密特觸發(fā)器在此時施密特觸發(fā)器在vI下降時對應輸出電壓由高電平下降時對應輸出電壓由高電平轉(zhuǎn)為低電平時的輸入電壓為轉(zhuǎn)為低電平時的輸入電壓為VT，稱為，稱為負向閾值電壓負向閾值電壓，此時此時voVDD， G1門的輸入電壓為門的輸入電壓為21THI121221TDD1212VVVAoRRvvvRRRRRRRRRRTH21TV)1VRR（211212AIoRRvvvRRRR由于由于VTH VDD / 2，故，故只要只要vI

9、VT-，vo0TH21TTTV2VVVRRTHTIVRRVV)(211THTIVRRVV)(211施密特觸發(fā)器的電壓施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性為圖傳輸特性為圖10.2.2所所示示圖圖10.2.2圖圖10.2.3(a)是以是以vo做為輸出的，做為輸出的， vo和和vI同相位；而圖同相位；而圖10.2.3(b)是以是以v A做為輸出的，做為輸出的， v A和和vI反相位。另通過反相位。另通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R1和和R2的比值，可調(diào)節(jié)的比值，可調(diào)節(jié)VT、VT和回差電壓和回差電壓VT的大小。的大小。利用施密特觸發(fā)器可以將邊沿變化緩慢的周期性信號利用施密特觸發(fā)器可以將邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形

10、脈沖變換為邊沿很陡的矩形脈沖 輸入信號在上升和下降過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的輸入信號在上升和下降過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的輸入電平不同電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時有正反饋過程，使輸出輸入電平不同電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時有正反饋過程，使輸出波形邊沿變陡波形邊沿變陡3.施密特觸發(fā)器的應用施密特觸發(fā)器的應用(1)用于波形變換用于波形變換 利用施密特觸發(fā)器將一系列幅度不同的脈沖信利用施密特觸發(fā)器將一系列幅度不同的脈沖信號，其中幅度大于正向閾值電壓的幅度鑒別出來。號，其中幅度大于正向閾值電壓的幅度鑒別出來。 在數(shù)字系統(tǒng)中，經(jīng)常出現(xiàn)干擾信號，使得信號波在數(shù)字系統(tǒng)中，經(jīng)常出現(xiàn)干擾信號，使得信號波形變差，這樣可通過施密特觸發(fā)器整型獲得比較理

11、想形變差，這樣可通過施密特觸發(fā)器整型獲得比較理想的波形。的波形。圖圖10.2.2k50k100V5 . 13100501VRR1VV5 . 43100501VRR1 (VTH21TTH21T）（）（）（）回差電壓為回差電壓為VTVTVT 4.5-1.5=3Vk50k100特點：特點：第一第一 它有它有穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)和和暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)；兩個不同的工作狀態(tài)；第二第二 在外界觸發(fā)脈沖的作用下，能從在外界觸發(fā)脈沖的作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，再自動返回穩(wěn)態(tài)；，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，再自動返回穩(wěn)態(tài)；第三第三 暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長

12、短取決于電路本身的參數(shù)取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關。與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關。應用：脈沖整形、延時、定時等應用：脈沖整形、延時、定時等 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常是靠單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常是靠RC電路的充放電電路的充放電過程來維持的，根據(jù)過程來維持的，根據(jù)RC的電路不同接法，把單穩(wěn)態(tài)觸的電路不同接法，把單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分成微分型和積分型。發(fā)器分成微分型和積分型。一、微分型單穩(wěn)態(tài)一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)器圖圖10.3.1是由是由CMOS門電路門電路G1、 G2和和Rd、Cd微分微分電路構(gòu)成的單穩(wěn)電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。態(tài)觸發(fā)器。圖圖10.3.1設設VOH VDD， VOL 0

13、，且，且CMOS門的轉(zhuǎn)折電壓為門的轉(zhuǎn)折電壓為VTH VDD / 2，RC微分電路微分電路 取取RC串聯(lián)電路中的電阻兩端為輸出端，并選擇串聯(lián)電路中的電阻兩端為輸出端，并選擇適當?shù)碾娐穮?shù)使時間常數(shù)適當?shù)碾娐穮?shù)使時間常數(shù) tW的條件，則成為積分電路。由于這種電的條件，則成為積分電路。由于這種電路電容器充放電進行得很慢，因此電阻路電容器充放電進行得很慢，因此電阻R上的電壓上的電壓ur(t)近似等于輸入電壓近似等于輸入電壓ui(t)，其輸出電壓，其輸出電壓uo(t)為：為： 上式表明，輸出電壓上式表明，輸出電壓uo(t)與輸入電壓與輸入電壓ui(t)近似地成積近似地成積分關系。分關系。 RC電路中：

14、電路中：積分電路，電路輸出為電容兩端，時間常數(shù)大；積分電路，電路輸出為電容兩端，時間常數(shù)大；微分電路，電路輸出為電壓兩端，時間常數(shù)小。微分電路，電路輸出為電壓兩端，時間常數(shù)小。 圖圖10.3.1 在穩(wěn)態(tài)下在穩(wěn)態(tài)下vI=0， vI2=VDD，故，故vo=0， vo1=VDD，電容，電容C兩兩端無電壓，端無電壓， vc=0 當輸入信號當輸入信號vI加觸發(fā)脈沖時，在加觸發(fā)脈沖時，在Rd、Cd組成的微組成的微分電路輸出端得到很窄的正負脈沖分電路輸出端得到很窄的正負脈沖vd，如圖，如圖10.3.2波形波形所示。所示。圖圖10.3.2dv1ov2Ivov圖圖10.3.2則則vo1迅速跳變?yōu)榈碗娖?，由迅速?/p>

15、變?yōu)榈碗娖?，由于電容電壓不能躍變，故于電容電壓不能躍變，故vI2同時為低電平，使得輸出翻同時為低電平，使得輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，此時電路進入轉(zhuǎn)為高電平，此時電路進入暫態(tài)，電容隨后開始充電暫態(tài)，電容隨后開始充電暫態(tài)暫態(tài)圖圖10.3.21ov2IvovC充電圖圖10.3.2此時此時vo1和和vI2迅速跳變?yōu)楦唠娧杆偬優(yōu)楦唠娖?，電路馬上翻為穩(wěn)態(tài)，即平，電路馬上翻為穩(wěn)態(tài)，即 vo0圖圖10.3.2注：微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可注：微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以用窄脈沖觸發(fā)，但輸出脈以用窄脈沖觸發(fā)，但輸出脈沖的下降沿較差。沖的下降沿較差。圖圖10.3.2( )(0)ln( )0lnln2cccTHDDwDDTHvvtR

16、CvVVtRCVVRC 圖圖10.3.3為由為由TTL與非門、反相器及與非門、反相器及RC積分電路構(gòu)成的積分積分電路構(gòu)成的積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。用型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。用于正脈沖觸發(fā)。于正脈沖觸發(fā)。a.無觸發(fā)信號時，電路處于穩(wěn)態(tài)無觸發(fā)信號時，電路處于穩(wěn)態(tài)圖圖10.3.3當當vI0時，時，輸出電壓輸出電壓voVOH為高電平為高電平, vo1VOH， vo1通過通過R很快給電容很快給電容C充電到充電到vAVOH（R值比較?。┲当容^小）b.當有正脈沖輸入后，電路進入暫穩(wěn)態(tài)當有正脈沖輸入后，電路進入暫穩(wěn)態(tài)當當vI由低電平轉(zhuǎn)為高電平時，由低電平轉(zhuǎn)為高電平時， vo1VOL。由于電容不能。由于電容不能突變，突變，

17、 vA仍保持高電平，使得輸出仍保持高電平，使得輸出voVOL為低電平，為低電平，電路進入暫態(tài)過程，電路進入暫態(tài)過程，此時電容此時電容C放電放電C放電回路放電回路圖圖10.3.4穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)暫態(tài)暫態(tài) 隨著電容隨著電容C的放電，的放電，vA下降到下降到G2門的開啟門的開啟電壓電壓VTH時，輸出翻轉(zhuǎn)時，輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，回到穩(wěn)定為高電平，回到穩(wěn)定狀態(tài)（狀態(tài)（“1”）。當）。當vI回回到低電平后，到低電平后， vo1重新重新為高電平，并向電容為高電平，并向電容C充電。充電。圖圖10.3.4THOLOHOL0VVVVln)(CRRtW微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器兩

18、種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的比較：兩種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的比較：集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121是在普通微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是在普通微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的基礎上，附加了輸入控制電路和輸出緩沖電路，是的基礎上，附加了輸入控制電路和輸出緩沖電路，是TTL邏輯電路。其簡化邏輯電路如圖邏輯電路。其簡化邏輯電路如圖10.3.5所示。所示。其中：其中： A1和和A2為下降沿觸發(fā)為下降沿觸發(fā)端，此時端，此時B1 ，B為上升沿觸發(fā)為上升沿觸發(fā)端，此時端，此時A1和和A2當中至少要當中至少要有一個接低電有一個接低電平平其圖形符號和功能表如圖其圖形符號和功能表如圖10.3.6所示所示extextWCRt69. 0Rint為內(nèi)

19、置電阻，為內(nèi)置電阻，可以代替外接可以代替外接電阻，但阻值電阻，但阻值不大，約為不大，約為2K。圖圖10.3.7 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的典型外部連接方法的典型外部連接方法（a）使用外接電阻（下降沿觸發(fā)）（）使用外接電阻（下降沿觸發(fā)）（b）使用內(nèi)部電阻（上升）使用內(nèi)部電阻（上升沿觸發(fā)）沿觸發(fā)）圖圖10.3.8*不可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸不可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進入暫穩(wěn)發(fā)器一旦被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)后，再加入觸發(fā)脈沖也態(tài)后，再加入觸發(fā)脈沖也不會影響電路的工作工程，不會影響電路的工作工程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，它必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，它才能接受下一個觸發(fā)脈沖才能接受下一個觸發(fā)脈沖而

20、轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。如圖而轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。如圖6.3.8（a）所示。）所示。*可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電路被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)后，在電路被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)后，若再次加入觸發(fā)脈沖，電路若再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個再繼續(xù)維持一個tW的脈沖寬的脈沖寬度，如圖度，如圖6.3.8(b）所示。）所示。*74121、74221、74LS221都都屬于不可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)屬于不可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；而觸發(fā)器；而74122、74LS122、74123、74LS123等都屬于可等都屬于可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；有些還設有

21、復位端，如有些還設有復位端，如74221、74122、74123等等 多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源后，不需多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號，便能自動產(chǎn)生矩形波形。由于矩形波要外加觸發(fā)信號，便能自動產(chǎn)生矩形波形。由于矩形波中含有高次諧波故把矩形波振蕩器叫做多諧振蕩器。中含有高次諧波故把矩形波振蕩器叫做多諧振蕩器。10.4.1 對稱式多諧振蕩器對稱式多諧振蕩器圖圖10.4.1為對稱式多諧振蕩器的典型電路。為對稱式多諧振蕩器的典型電路。1.構(gòu)成：構(gòu)成： 它是由兩個反它是由兩個反相器相器G1、G2經(jīng)耦合經(jīng)耦合電容電容C1、C2連接起連接起來的正反饋電路。來的正反饋

22、電路。圖圖10.4.1正反饋：系統(tǒng)的輸出促進系統(tǒng)的輸入，使系統(tǒng)偏離強度正反饋：系統(tǒng)的輸出促進系統(tǒng)的輸入，使系統(tǒng)偏離強度愈來愈大，不能維持穩(wěn)態(tài)的過程；對電路或設備，為增愈來愈大，不能維持穩(wěn)態(tài)的過程；對電路或設備，為增大放大系數(shù)而將其部分輸出與輸入同相地反饋到輸入端大放大系數(shù)而將其部分輸出與輸入同相地反饋到輸入端的過程。的過程。 負反饋：系統(tǒng)對付外部施加變化的響應及返回到一種穩(wěn)負反饋：系統(tǒng)對付外部施加變化的響應及返回到一種穩(wěn)定狀態(tài)的過程；對電路或設備，為降低畸變和噪聲而將定狀態(tài)的過程；對電路或設備，為降低畸變和噪聲而將其部分輸出以與輸入信號相位相差其部分輸出以與輸入信號相位相差180地饋入輸入端的

23、地饋入輸入端的過程。過程。 由圖由圖10.4.2所示所示TTL反反相器電壓傳輸特性可知，若相器電壓傳輸特性可知，若靜態(tài)時靜態(tài)時G1和和G2工作在轉(zhuǎn)折工作在轉(zhuǎn)折區(qū)或線性區(qū)，它們即工作在區(qū)或線性區(qū)，它們即工作在放大狀態(tài)，其電壓放大倍數(shù)放大狀態(tài)，其電壓放大倍數(shù)為為1Aiovvv10.4.1 對稱式多諧振蕩器對稱式多諧振蕩器 為了產(chǎn)生自激振蕩，電路不能有穩(wěn)定狀態(tài)，即靜為了產(chǎn)生自激振蕩，電路不能有穩(wěn)定狀態(tài)，即靜態(tài)（未振蕩）時應是不穩(wěn)定的態(tài)（未振蕩）時應是不穩(wěn)定的此時只要輸入電壓有微小的此時只要輸入電壓有微小的波動，就會被正反饋回路放波動，就會被正反饋回路放大而引起振蕩。大而引起振蕩。10.4.1 對稱式

24、多諧振蕩器對稱式多諧振蕩器111111()FICCBEoFFRRvVVvRRRR圖圖10.4.3在反相器的電壓傳輸特性上在反相器的電壓傳輸特性上做出此直線，交點做出此直線，交點P即為反即為反相器的靜態(tài)工作點，如圖相器的靜態(tài)工作點，如圖10.4.2所示。計算標明，對所示。計算標明，對于于74系列的門電路而言，系列的門電路而言，RF1的阻值應取的阻值應取0.5K1.9K。111oFIvRRvR111111()FICCBEoFFRRvVVvRRRR10.4.1 對稱式多諧振蕩器對稱式多諧振蕩器111()FICCBEFRvVVRR 假使當電路接通電源后，由于電沖擊（例如電源波動假使當電路接通電源后，由

25、于電沖擊（例如電源波動或外界干擾），使得輸入有微小的正跳變，則必然會或外界干擾），使得輸入有微小的正跳變，則必然會引起下列正反饋：引起下列正反饋：1Iv1ov2Iv2ov10.4.1 對稱式多諧振蕩器對稱式多諧振蕩器此正反饋使得此正反饋使得vo1迅速跳迅速跳變?yōu)榈碗娖剑優(yōu)榈碗娖?，vo2翻轉(zhuǎn)成翻轉(zhuǎn)成高電平，電路進入第一高電平，電路進入第一個暫穩(wěn)態(tài)。同時個暫穩(wěn)態(tài)。同時C1充電，充電，而而C2放電放電1Iv1ov2Iv2ov10.4.1 對稱式多諧振蕩器對稱式多諧振蕩器vo2迅速跳變?yōu)榈碗娖?，而迅速跳變?yōu)榈碗娖?，而vo1跳變跳變?yōu)楦唠娖剑娐愤M入第二個暫穩(wěn)為高電平，電路進入第二個暫穩(wěn)態(tài)，同時態(tài)，同

26、時C1放電放電C2充電。由于電充電。由于電路對稱，路對稱， 過程與前相似，過程與前相似，C2充電充電的速度比的速度比C1充電快，很快充電快，很快vI1首先首先達到閾值電壓達到閾值電壓VTH，使得，使得vo1 迅速迅速跳變?yōu)榈碗娖剑優(yōu)榈碗娖?，而vo2跳變?yōu)楦唠娞優(yōu)楦唠娖剑只氐降谝粫悍€(wěn)態(tài)。平，又回到第一暫穩(wěn)態(tài)。若取若取RF1=RF2RF，C1C2=C，則振蕩周期，則振蕩周期為為10.4.1 對稱式多諧振蕩器對稱式多諧振蕩器圖圖10.4.3THEIKEEVVVVClnR2T2121212()FEOHCCBEOHFFEFRVVVVVRRR RRRR將對稱式多諧振蕩器的將對稱式多諧振蕩器的C1

27、和和RF2去掉，兩個反相器仍去掉，兩個反相器仍工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)上，輸出仍然沒有穩(wěn)定工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)上，輸出仍然沒有穩(wěn)定狀態(tài)。這就是非對稱式多諧振蕩器，其電路如圖狀態(tài)。這就是非對稱式多諧振蕩器，其電路如圖10.4.5所示，反相器為所示，反相器為CMOS門。門。1. 自激振蕩的條件：自激振蕩的條件：若反相器為若反相器為CMOS反相器，則為了使電路靜態(tài)不穩(wěn)定，反相器，則為了使電路靜態(tài)不穩(wěn)定，工作點仍在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，且工作點恰好在工作點仍在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，且工作點恰好在轉(zhuǎn)折區(qū)的中點，對轉(zhuǎn)折區(qū)的中點，對RF的選擇沒有嚴格限制。的選擇沒有嚴格限制。1Iv2Iv2ov當當v

28、I1由于某種原因產(chǎn)由于某種原因產(chǎn)生正跳變時，存在下生正跳變時，存在下面的正反饋。面的正反饋。這樣使得這樣使得vo1迅速跳變?yōu)榈脱杆偬優(yōu)榈碗娖?，電平?vo2跳變?yōu)楦唠娖教優(yōu)楦唠娖剑娐愤M入第一暫穩(wěn)態(tài)，同電路進入第一暫穩(wěn)態(tài)，同時電容放電。時電容放電。1Iv2Iv2ov這樣使得這樣使得vo1迅速跳變?yōu)檠杆偬優(yōu)楦唠娖?，高電平?vo2跳變?yōu)榈碗娞優(yōu)榈碗娖狡剑娐愤M入第二暫穩(wěn)，電路進入第二暫穩(wěn)態(tài)，同時電容充電，態(tài)，同時電容充電， vI1增加，當升到閾值電壓增加，當升到閾值電壓VTH時，電路又迅速調(diào)到時，電路又迅速調(diào)到第一暫穩(wěn)態(tài)。第一暫穩(wěn)態(tài)。其振蕩周期為其振蕩周期為CR2 . 2TF其振蕩頻率為

29、其振蕩頻率為CR2 . 21T1Ff圖圖10.4.6利用閉合回路中的正反饋作用可以產(chǎn)生自激振蕩，而利用閉合回路中的正反饋作用可以產(chǎn)生自激振蕩，而利用閉合回路中的延遲負反饋作用也可以產(chǎn)生自激振利用閉合回路中的延遲負反饋作用也可以產(chǎn)生自激振蕩，但需要負反饋信號足夠強。蕩，但需要負反饋信號足夠強。環(huán)形振蕩器就是利用延遲負反饋產(chǎn)生振蕩的。它是利環(huán)形振蕩器就是利用延遲負反饋產(chǎn)生振蕩的。它是利用門電路的傳輸延遲時間將奇數(shù)個反相器首尾相接而用門電路的傳輸延遲時間將奇數(shù)個反相器首尾相接而構(gòu)成的。構(gòu)成的。1.最簡單的環(huán)形振蕩器最簡單的環(huán)形振蕩器電路如圖電路如圖10.4.7所示。所示。圖圖10.4.7vI1由于某

30、種原因產(chǎn)生一微由于某種原因產(chǎn)生一微小正跳變，則經(jīng)過小正跳變，則經(jīng)過G1門的門的傳輸時間傳輸時間tpd后，后， vI2產(chǎn)生產(chǎn)生幅度增大的負跳變，再經(jīng)幅度增大的負跳變，再經(jīng)過過G2門的傳輸時間門的傳輸時間tpd后，后， vI3 產(chǎn)生幅度增大的正跳產(chǎn)生幅度增大的正跳變，再經(jīng)過變，再經(jīng)過G3門的傳輸時門的傳輸時間間tpd后，后， vo（ vI1）產(chǎn)生）產(chǎn)生幅度更大的負跳變，同理幅度更大的負跳變，同理再經(jīng)過再經(jīng)過3tpd后后vI1跳變?yōu)楦咛優(yōu)楦唠娖?。周而復始，產(chǎn)生振電平。周而復始，產(chǎn)生振蕩。蕩。圖圖10.3.8輸出波形如圖輸出波形如圖10.3.8所示所示pdtT6其中其中tpd為反相器的傳輸為反相器的

31、傳輸延遲時間延遲時間圖圖10.3.8同理若將任何大于、等同理若將任何大于、等于于3的奇數(shù)個反相器首尾的奇數(shù)個反相器首尾相聯(lián)成環(huán)形電路，都你相聯(lián)成環(huán)形電路，都你能產(chǎn)生自激振蕩，且周能產(chǎn)生自激振蕩，且周期為期為pdntT2其中其中n為串聯(lián)反相器的個數(shù)為串聯(lián)反相器的個數(shù)圖圖10.4.7所示的環(huán)所示的環(huán)形振蕩器電路雖形振蕩器電路雖然簡單，但由于然簡單，但由于門電路的傳輸時門電路的傳輸時間很小，故振蕩間很小，故振蕩頻率很高，頻率頻率很高，頻率很難調(diào)節(jié)。很難調(diào)節(jié)。2.實用的環(huán)形振蕩器實用的環(huán)形振蕩器圖圖10.4.7圖圖10.4.8圖圖10.4.8圖圖10.4.9其中其中Rs為保護電阻為保護電阻其振蕩周期可

32、由下式其振蕩周期可由下式估算估算RCT2 . 2注：上式成立的注：上式成立的條件應滿足條件應滿足R1+RSR.，VOL0電路如圖電路如圖10.4.10所示。所示。其工作原理如下其工作原理如下電源接通若電容初始電壓為零)0Iv（為高電平ov充電給通過CR0vIvTVIv為低電平ov放電通過RCIvTVIv其振蕩周期的計算公式為其振蕩周期的計算公式為)VVVVVVRClnTTTTDDTDD（圖圖10.4.11電容充電是通過電容充電是通過R2進行，電進行，電容放電是通過容放電是通過R1進行，故只進行，故只要改變要改變R1和和R2的比值即可改的比值即可改變占空比。變占空比。圖圖10.4.12TDDTD

33、DTDDTDDVVVVCRVVVVCRTTTlnln1221 前面介紹的多諧振蕩器的振蕩周期或頻率不僅與前面介紹的多諧振蕩器的振蕩周期或頻率不僅與時間常數(shù)時間常數(shù)RC有關，而且還取決于門電路的閾值電壓有關，而且還取決于門電路的閾值電壓VTH。VTH容易受溫度、電源電壓及干擾的影響，故頻容易受溫度、電源電壓及干擾的影響，故頻率的穩(wěn)定性很差，不能適應對頻率穩(wěn)定性要求較高的率的穩(wěn)定性很差，不能適應對頻率穩(wěn)定性要求較高的場合。場合。年美國年美國 卡第提出用石英壓電效應調(diào)制電磁振卡第提出用石英壓電效應調(diào)制電磁振蕩的頻率。巴黎廣播電臺首先用嚴濟慈制作的石英振蕩的頻率。巴黎廣播電臺首先用嚴濟慈制作的石英振蕩

34、片實現(xiàn)了無線電播音中的穩(wěn)頻，隨后各國相繼采用，蕩片實現(xiàn)了無線電播音中的穩(wěn)頻，隨后各國相繼采用，使無線廣播振蕩電磁回路穩(wěn)頻成為壓電晶體的最重要使無線廣播振蕩電磁回路穩(wěn)頻成為壓電晶體的最重要應用之一。應用之一。 為了提高振蕩頻率的穩(wěn)定性，目前普遍采用的一為了提高振蕩頻率的穩(wěn)定性，目前普遍采用的一種穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器電路中，接入石英晶體，種穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器電路中，接入石英晶體，組成石英晶體多諧振蕩器組成石英晶體多諧振蕩器由電抗頻率特性可知，由電抗頻率特性可知，當外加電壓頻率為當外加電壓頻率為fo 時，其阻抗最小，此時，其阻抗最小，此頻率的信號最易通過，頻率的信號最易通過，其他頻率被衰減，故

35、其他頻率被衰減，故振蕩器的工作再頻率振蕩器的工作再頻率fo處。處。 由于振蕩器的頻率只取決于石英晶體的固有頻率由于振蕩器的頻率只取決于石英晶體的固有頻率fo，與外接電容、電阻和門電路的閾值電壓無關，其固有與外接電容、電阻和門電路的閾值電壓無關，其固有頻率頻率fo是由石英晶體本身特性決定，故石英晶體多諧振是由石英晶體本身特性決定，故石英晶體多諧振蕩器的頻率穩(wěn)定性極高，到達蕩器的頻率穩(wěn)定性極高，到達10-1010-11。目前石英晶。目前石英晶體已被制成標準化和系列化出售。體已被制成標準化和系列化出售。圖圖10.4.1310.5.1 555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能555定時器是一

36、種多用途的數(shù)字模擬混合的集成電路。定時器是一種多用途的數(shù)字模擬混合的集成電路。它可以很方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和它可以很方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。多諧振蕩器。 555定時器為雙極型產(chǎn)品，定時器為雙極型產(chǎn)品，7555為為CMOS型的產(chǎn)品，型的產(chǎn)品，為了實際需求，又出現(xiàn)了雙極型為了實際需求，又出現(xiàn)了雙極型556和和CMOS型型7556.盡管廠家不同，但各種類型的盡管廠家不同，但各種類型的555定時器的功能及外部定時器的功能及外部引腳排列都是相同的。引腳排列都是相同的。一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)1接地端接地端2低電平觸發(fā)端低電平觸發(fā)端3輸出端，輸輸出端，輸出電流可達出電流可達200mA，直接驅(qū)，直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光動繼電器、發(fā)光二極