數(shù)電課件第四篇第1章(14-1)

集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程2003~2004學(xué)年第1學(xué)期自動化(控制系)0101~0103班第四篇電子系統(tǒng)組成與應(yīng)用第一章信號發(fā)生電路第一章信號發(fā)生電路4.1.1RC正弦波振蕩器產(chǎn)生自激振蕩的兩個條件：幅值條件相位條件產(chǎn)生正弦波振蕩的兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：選頻網(wǎng)絡(luò)——產(chǎn)生唯一頻率信號穩(wěn)幅環(huán)節(jié)——輸出不出現(xiàn)非線性失真放大環(huán)節(jié)正反饋

選頻網(wǎng)絡(luò)RC橋式(串并聯(lián))正弦波振蕩器若R1＝R2＝R

C1＝C2＝CRCfp=2104.1.2LC正弦波振蕩器振蕩頻率較高（幾百KHz以上）電路型式：變壓器反饋式電感三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式變壓器反饋式：增益條件非常容易滿足，主要是判斷相位條件是否為正反饋即可。電感三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式4.1.3其它正弦波振蕩器石英晶體振蕩器等效電路電路符號頻率特性并聯(lián)式其中串聯(lián)式石英晶體接在正反饋支路中。當(dāng)f

＝fs時，正反饋?zhàn)顝?qiáng)，滿足振蕩條件，所以振蕩頻率為fs。4.1.4電壓比較器一、滯回比較器輸入比較電壓接反相端，參考電壓在同相端，輸出與輸入構(gòu)成正反饋。滯回比較器有同相輸入和反相輸入兩種方式。輸入比較電壓接同相端，參考電壓在反相端，輸出與輸入構(gòu)成正反饋。反相滯回比較器當(dāng)vO＝VOH時，vP＝VTH，稱為上觸發(fā)電平當(dāng)vO＝VOL時，vP＝VTL，稱為下觸發(fā)電平VTH和VTL是比較器輸出電平翻轉(zhuǎn)的兩個閾值電平。如輸入信號為三角波，VREF為正參考電壓，則輸出是一個方波。初始狀態(tài)為：vO＝VOH在vO＝VOH時，vP＝VTH。只有當(dāng)vS上升到＞VTH時，輸出才跳變?yōu)榈碗娖?。在vO＝VOL時，vP＝VTL。只有當(dāng)vS下降到＜VTL時，輸出才跳變?yōu)楦唠娖?。輸入和輸出之間的關(guān)系用電壓傳輸特性表示由于其特性如同滯遲回線，故稱滯遲比較器（或施密特觸發(fā)器）同相滯回比較器從滯回比較器電壓傳輸特性可知，它有一個十分重要的特性：回差特性。以同相滯回比較器為例，電路由低電平翻轉(zhuǎn)到高電平所需的觸發(fā)電平VTH，和由高電平翻轉(zhuǎn)到低電平所需的觸發(fā)電平VTL不一致特性。這兩個觸發(fā)電平之差稱回差電壓（簡稱回差）?；夭钐匦苑聪?/p>

滯回比較器同相

滯回比較器回差電壓回差是滯回比較器的固有特性，它的大小可以通過有關(guān)電阻調(diào)節(jié)?；夭铍妷涸酱螅娐吩讲灰渍`觸發(fā)，即抗干擾能力越強(qiáng)。二、單限比較器過零比較器單門限比較器三、窗口比較器和三態(tài)比較器窗口比較器當(dāng)vS＜VRL時，vO1=VOL，

vO2=VOH，

vO

=VOH；當(dāng)vS＞VRH時，vO1=VOH，

vO2=VOL，

vO=VOH；當(dāng)VRL＜vS＜VRH時，

vO1=VOL，

vO2=VOL，

vO=0；三態(tài)比較器D2導(dǎo)通，D1截止時D2截止，D1導(dǎo)通時D2截止，D1截止時四、集成電壓比較器前面介紹的各種電壓比較器都是由通用型運(yùn)放構(gòu)成的，工作速度較低，響應(yīng)時間較長，且輸出電平與數(shù)字電路TTL器件不兼容。集成電壓比較器實(shí)質(zhì)上是一種模擬電路與數(shù)字電路之間的接口電路。其優(yōu)點(diǎn)是：

輸入級與通用型運(yùn)放相同，輸出級與數(shù)字電路要求一致，多為集電極開路(OC)或發(fā)射極開路(OE)

頻帶較寬，無需相位補(bǔ)償翻轉(zhuǎn)速度較快常帶有可控制的選通端，當(dāng)需要結(jié)果的時候，輸出被選通；不需要的時候，比較器與外電路隔離。LM311型集成比較器電源電壓可以單組+5V，也可±15V，適應(yīng)范圍寬。輸出與TTL或CMOS電平兼容；可以直接驅(qū)動多種負(fù)載（燈泡、繼電器等）。輸入和輸出都可以與系統(tǒng)地隔離，輸出可以驅(qū)動以地為參考或以正、負(fù)電源為參考的負(fù)載。功能框圖與引腳特點(diǎn)：常用接線方式集電極輸出，以正、負(fù)電源為參考集電極輸出，以外接電源和地為參考射極輸出，以正電源和地為參考應(yīng)用舉例磁性傳感器檢測電路繼電器驅(qū)動電路

MC14574（CMOS）集成四電壓比較器與CMOS電路兼容，功耗低，輸入阻抗高電源電壓范圍寬：5~15V或(2.5~7.5)V轉(zhuǎn)換速率快功能框圖與引腳特點(diǎn)：應(yīng)用舉例單限比較器雙電源供電單限比較器單電源供電施密特觸發(fā)器4.1.5非正弦波發(fā)生器一、由集成運(yùn)放組成的非正弦波發(fā)生器電路中的R和C組成電容充放電回路，R0、Dz1、Dz2是輸出電壓的雙向限幅電路，與運(yùn)放、R1和R2構(gòu)成反相滯回比較器電路。工作原理當(dāng)合上電源瞬間，vC＝0，假設(shè)輸出為高電平（vO＝+VZ)。當(dāng)vO＝-VZ時，電容C放電，vC

下降。當(dāng)降至下限觸發(fā)電平VTL時()，輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為高電平，即vO＝+VZ。當(dāng)vO＝+VZ時，輸出電壓vO通

過R對電容C充電，電容電壓

vC以指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)升至反

相滯回比較器的上限觸發(fā)電平

VTH時()，輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為低電平，即vO＝-VZ。周而復(fù)始，得到方波和三角波振蕩頻率f利用一階RC電路電容電壓的過渡過程計(jì)算（三元素法）可求振蕩周期或頻率。當(dāng)時，改進(jìn)電路（改善三角波的線性度）該電路的三角波線性不好是主要的缺點(diǎn)，設(shè)想采用恒流充放電的積分電路來取代RC回路，則可得到線性優(yōu)良的三角波。積分器同相滯回比較器振蕩原理定性說明：合上電源瞬間，假定比較器輸出為高電平，vO2=VOH=+VZ。積分器負(fù)方向積分，vO1下降，當(dāng)vO1下降至VTL時，比較器翻轉(zhuǎn)成低電平，vO2=VOL=-VZ；積分器又作正方向積分，vO1線性上升，當(dāng)升至VTH時，比較器翻轉(zhuǎn)為高電平，vO2=VOH=+VZ。所以，vO1輸出為線性優(yōu)良的三角波，vO2輸出方波。三角波的幅度可從同相滯回比較器的臨界轉(zhuǎn)換條件來求。當(dāng)vP=vN時，流過電阻R1和R2的電流相等。三角波的幅度和周期三角波的周期可通過積分器的運(yùn)算關(guān)系式來求。改進(jìn)電路（鋸齒波發(fā)生電路）這只要將積分器的正向和負(fù)向積分回路分開，并能調(diào)節(jié)正負(fù)方向積分的時間常數(shù)即可。二、CMOS門電路組成的晶體振蕩器用邏輯門電路和石英晶體能構(gòu)成振蕩頻率很穩(wěn)定的脈沖波形，通常用在數(shù)字邏輯電路中，作為時鐘脈沖信號。串聯(lián)型晶體多諧振蕩器將諧振頻率選在串聯(lián)諧振頻率fs。由于諧振時電抗為0，把晶體設(shè)置在正反饋回路。電路中，R是偏置電阻，靜態(tài)時使門G1工作在線性放大區(qū)，以利容易起振。并聯(lián)型晶體多諧振蕩器頻率選在fs和fp之間，使晶體呈現(xiàn)電感性，以便形成電容三點(diǎn)式的振蕩。溫度校正電容波形整形頻率微調(diào)電容三、555集成定時器構(gòu)成的波形發(fā)生器555是由模擬和數(shù)字電路巧妙結(jié)合在一起后形成的單片集成電路。由于設(shè)計(jì)思路的獨(dú)突，該集成電路廣泛地用在脈沖的產(chǎn)生、整形、定時和延時等方面。1.電路組成（CC7555）8只引腳封裝，控制信號主要由高觸發(fā)端VTH和低觸發(fā)端VTL加入?；鶞?zhǔn)電壓比較器放電管觸發(fā)器時，S=0時，S=1時，R=1時，R=011禁用01110000保持RSQ2.集成定時器的應(yīng)用構(gòu)成基本RS觸發(fā)器6腳高觸發(fā)端作R輸入，2腳低觸發(fā)端作S輸入，其它引腳不用。引腳5連接的電容器作高頻旁路用，以保證參考電壓穩(wěn)定。外觸發(fā)內(nèi)部輸出RSRSQ000110100保持1011禁用11100構(gòu)成多諧振蕩器多諧振蕩器的工作特點(diǎn)：只要一合上電源，電路的輸出就能在輸出高電平和輸出低電平兩個狀態(tài)間進(jìn)行自動的轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生前后沿都很陡的矩形波。R1、R2、C是電路中的定時元件合上電源時，電容電壓不能突變，引腳2、6都為0，輸出為高電平，放電管截止。因此C充電，引腳2、6電壓升高，當(dāng)升至VDD/3時，輸出仍繼續(xù)保持，當(dāng)升到2VDD/3后，電路輸出變?yōu)榈碗娖剑烹姽軐?dǎo)通。電路的振蕩過程：C上電壓通過R2→放電管而放電。只要一開始放電，電路狀態(tài)繼續(xù)保持。當(dāng)放至VDD/3時，電路的輸出又變?yōu)楦唠娖健Ｕ袷幹芷谟?jì)算占空比幾種改進(jìn)電路：

實(shí)現(xiàn)壓控振蕩(VCO或V/F)基本思路：通過外加電壓使兩個比較器的參考電壓實(shí)現(xiàn)可調(diào)，從而改變振蕩頻率。VC實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)制波輸出可以在555的第4引腳（即復(fù)位端）加調(diào)制信號，當(dāng)調(diào)制信號高電平時，電路產(chǎn)生高頻振蕩，調(diào)制信號低電平時，不振蕩，輸出低電平。占空比可調(diào)的多諧振蕩器實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)的基本思路是：設(shè)法使充放電回路分開，可通過二極管選擇充放電回路。充電時間常數(shù)為：

(R1＋Rw)C；放電時間常數(shù)為：

(R2＋Rw)C充電、放電電容分開的多諧振蕩器T2tttT1構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：電路需要觸發(fā)信號，無觸發(fā)信號輸入時，電路一直處在穩(wěn)定狀態(tài)（由電路結(jié)構(gòu)決定），電路一旦受觸發(fā)，輸出狀態(tài)立刻進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，觸發(fā)信號消失后，電路狀態(tài)能在暫態(tài)維持一定時間后，自動返回到穩(wěn)態(tài)，等待下一次觸發(fā)。暫態(tài)的維持時間長短由電路中的定時元件決定。R、C為定時元件

Cd、Rd是微分電路，D為旁路正向脈沖而設(shè)置。工作原理無觸發(fā)信號輸入時，引腳2高電平，引腳6低電平，所以電路處在穩(wěn)態(tài)，輸出為低電平，放電管導(dǎo)通。觸發(fā)信號加入后（下降沿），引腳2變低電平，使輸出跳變?yōu)楦唠娖?，放電管截止。電容C充電（觸發(fā)信號撤消后），vC

上升，當(dāng)上升至2VDD/3時，輸出變?yōu)榈碗娖?，T導(dǎo)電，電容又放電。等待第二次觸發(fā)。RDS是場效應(yīng)管導(dǎo)通時的溝導(dǎo)電阻。電路被觸發(fā)進(jìn)入暫態(tài)后，必須等待暫態(tài)結(jié)束后，并讓電路狀態(tài)完全回到穩(wěn)態(tài)時，才能加入第二次觸發(fā)信號，否則電路工作將會混亂。因此，暫態(tài)結(jié)束，并使電容放光電所需時間稱為電路的恢復(fù)時間。脈沖寬度：可重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重觸發(fā)是指：單穩(wěn)電路在第一次受觸發(fā)進(jìn)入暫態(tài)定時后，可以連續(xù)加入觸發(fā)脈沖，每加入一次觸發(fā)信號，電路的延遲時間將從原延時繼續(xù)，使暫態(tài)時間不斷地延續(xù)下去，以得到長時間的延遲時間。線性優(yōu)良的鋸齒波發(fā)生器利用鏡像電流源對電容C進(jìn)行恒流充電可以產(chǎn)生線性良好的鋸齒波。其中由可求出I電流構(gòu)成斯密特觸發(fā)器（雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）電路的工作特點(diǎn)：電路有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，在輸入觸發(fā)信號的作用下，電路的輸出狀態(tài)能從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個狀態(tài)。電壓傳輸特性邏輯符號工作原理：觸發(fā)信號從大到小變化時：只要，輸出狀態(tài)保持不變，只有當(dāng)，輸出重新跳變?yōu)楦唠娖?。觸發(fā)信號從小到大變化時：當(dāng)時，集成定時器內(nèi)部的R=0,S=1，輸出為高電平。當(dāng)時，定時器內(nèi)部R=S=0，定時器輸出狀態(tài)保持不變。當(dāng)時，R=1，S=0，定時器輸出變?yōu)榈碗娖?。施密特觸發(fā)器用于波形整形，多諧振蕩器，也用于組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等電路。將三角波變換為方波組成多諧振蕩器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器四、壓控振蕩器（VCO或V/F)在一些使用場合，要求電路的振蕩頻率與控制電壓成比例，即電壓控制振蕩頻率。電路由一個積分器和一個同相滯回比較器組成。二極管作隔離，并作快速放電通路。穩(wěn)壓管用作同相比較器輸出限幅。

VS>0時，假定同