脈沖波形發(fā)生器與整形電路定時器

脈沖波形發(fā)生器與整形電路定時器第1頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四本章教學基本要求:熟悉:

(1)555定時器電路的結構、工作原理和引腳功能.(2)由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩和施密特觸發(fā)器的電路、工作波形和參數(shù)的計算。（3）集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和集成施特觸以器的應用電路。了解：石英晶體和門電路構成的方波發(fā)生器的基本電路。第2頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四

555定時器是中規(guī)模集成電路。只要外接少量的阻容元件，就可以很方便地構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、和施密特觸發(fā)器。

根據(jù)內(nèi)部器件類型可分為雙極型(TTL型)和單極型(CMOS型),雙極型型號為555(單)和556(雙)，電壓使用范圍為5到16V，輸出最大負載電流可達到200mA。單極型型號為7555(單)和7556(雙)，電壓使用范圍為3到18V。輸出最大負載電流為4mA。6.1555定時器用其應用第3頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四下圖為:雙極型555定時器內(nèi)部邏輯電路結構圖和邏輯符號圖。

三個5kΩ電阻構成分壓器當u+>u-時，輸出uc為高電平（1態(tài)）。當u+<u-時，輸出uc為高電平（0態(tài)）。當VC懸空時，u1+=2/3VCCu2-=1/3VCC第4頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四6.1.1555定時器的結構及工作原理不變不變1截止11導通01導通00V狀態(tài)OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××導通110定時器5G555的功能表

直接置0端RD低電平有效，優(yōu)先級最高。不用時應使其為1.0第5頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四555定時器的工作原理與邏輯功能定時器5G555的功能表不變不變1截止11導通01導通00V狀態(tài)OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××010101導通第6頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四555定時器的工作原理與邏輯功能定時器5G555的功能表不變不變1截止11導通01導通00V狀態(tài)OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××截止101010第7頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四555定時器的工作原理與邏輯功能定時器5G555的功能表不變不變1截止11導通01導通00V狀態(tài)OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××11第8頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四簡化功能表1110RD輸入不變不變截止1導通0導通0V狀態(tài)OUT輸出TRTH××100110歸納出：TH、TR和Q：

1、1

出

0

；

0、0

出1

；

0、1

不變。使用要點(1)

RD低電平有效,優(yōu)先級最高，

不用時應接高電平。通常不用VC端，為了提高電路工作穩(wěn)定性，將其通過0.01F電容接地。(3)

TR低電平有效，TH高電平

有效，因此，TH加低電平、

TR加高電平時為非有效電

平，電路狀態(tài)不變。(4)輸出

0

時，Q

=

1，因此

V

導通；輸出

1

時，

Q

=

0，故

V

截止。(5)注意：①

TH

電平高低是與

2/3VCC相比較，TR

電平高低是與

1/3VCC相比較。②若控制輸入端

VC加輸入電壓

uCO，則

UR1=

uCO

UR2=

uCO/2，故

TH

和

TR

電平高低的比較值將變成

uCO和

uCO/2。(2)TH和TR均為高電平時輸出

0，均為低電平時輸出

1。第9頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四6.1.2用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路電路在無外加觸發(fā)信號作用時，處于一種穩(wěn)定工作狀態(tài)，稱之為穩(wěn)態(tài)。當輸入端有外加觸發(fā)脈沖信號的上升沿或下降沿(由電路而定)作用時，輸出狀態(tài)立即發(fā)生跳變。此后，電路進入暫時穩(wěn)定狀態(tài)，稱為暫穩(wěn)態(tài)。過一段時間，電路自動恢復原先的穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的時間與電路的閾值電壓及外接R、C參數(shù)有關。這種電路只有一種穩(wěn)定狀態(tài)，稱為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。本節(jié)介紹555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路只存在一種穩(wěn)定工作狀態(tài)，它有以下特點：第10頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四一、電路的組成及工作原理“6”號引腳為電容電壓uC“2”號引腳為輸入電壓uI第11頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四一、555定時器的電路結構及符號C1C2G3QQG1G2RSVR5k5k5kUR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS電路符號627153843OUT輸出端

8VCC電源端

4RD直接復位

DIS7放電端TH6復位控制TR2置位控制VC5控制電壓

GND1接地端

集電極開路輸出端UR1UR2

輸出緩沖器OUT=Q構成基本RS觸發(fā)器，決定電路輸出。

放電管，其輸入為Q，輸出為開路集電極。Q構成電壓比較器，比較TH與UR1和TR與

UR2的大小。構成電阻分壓器，為比較器

C1、C2提供兩個參考電壓，UR1=2/3VCC，UR2=1/3VCC。第12頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01FRCuIuOuC-+三、用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(一)電路結構DISTHVCCR

R、C為定時元件TRuIOUTuOGNDVCCRDCO0.01FCuC-+第13頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算

1.穩(wěn)定狀態(tài)

接通電源后VCC經(jīng)R向C充電，使uC

上升。uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC該電路觸發(fā)信號為負脈沖，不加觸發(fā)信號時，uI=

UIH(應

>

1/3

VCC)。

當uC

≥2/3VCC時，滿足TR=uI>1/3VCC，TH=uI≥2/3VCC,因此uO為低電平，V導通，電容C經(jīng)放電管V迅速放電完畢，uC

0V。這時TR=UIH>1/3VCC，TH=uC

0<2/3VCC，uO保持低電平不變。因此，穩(wěn)態(tài)時

uC

0V，uO為低電平。充電工作原理

導通放電VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH第14頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四

2.觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)

uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC

當輸入uI由高電平躍變?yōu)榈碗娖?/p>

(應<1/3VCC)時，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，因此uO躍變?yōu)楦唠娖剑M入暫穩(wěn)態(tài)，這時放電管V截止，VCC又經(jīng)R向C充電，uC

上升。UILUOH充電第15頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四

3.自動返回穩(wěn)定狀態(tài)

uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC

2.觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)

UIHUOL

TH≥2/3VCC放電V

當輸入uI由高電平躍變?yōu)榈碗娖?/p>

(應<1/3VCC)時，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，因此uO躍變

為高電平，進入暫穩(wěn)態(tài)，這時放電管V截止，VCC又經(jīng)R向C充電，uC

上升。這時uI必須已恢復為高電平

當uC

上升到uC

≥2/3VCC時，

TH

=

uC

≥2/3

VCC，而TR=uI=

UIH(>1/3VCC)，因此uO重新躍變?yōu)榈碗娖健Ｍ瑫r，放電管導通，C

經(jīng)V迅速放電uC

0V，放電完畢后，電路返回穩(wěn)態(tài)。第16頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四[例]用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時時間為1s的正脈沖，R=27k，試確定定時元件

C的取值。

uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC輸出脈沖寬度tW即為暫穩(wěn)態(tài)維持時間，主要取決于充放電元件R、C。該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復觸發(fā)器，且要求輸入脈寬tWI小于輸出脈寬tWO。解：因為

tWO

1.1RC故可取標稱值

33F。估算公式tWO1.1RC第17頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四三.應用舉例1、脈寬的定時

由于單穩(wěn)態(tài)電路能產(chǎn)生一定寬度tW

的矩形脈沖，利用這個脈沖可以控制某電路在tW時間內(nèi)動作，這就是脈寬的定時作用。如左圖所示，定時電路只有在輸入uI下跳沿觸發(fā)下，使單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生脈沖定時信號uB，在tW的時間內(nèi)，信號uA

才通過與門輸出。

通過第18頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四2、脈沖寬度調(diào)制器

由于555定時器內(nèi)部比較器C1的參考電壓u1+

按uIC正弦規(guī)律變化，因此在uCP的下跳沿觸發(fā)下，電容C開始充電，這樣要求uC使電路恢復穩(wěn)態(tài)所需閾值電壓和暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間tW

也隨正弦電壓高、低而變。因而在輸出端為一串寬度受正弦波調(diào)制的脈沖波形。第19頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四6.1.3用555定時器組成施密特觸發(fā)器

施密特觸發(fā)器的特性和符號。

UT+

：正向閾值電壓

UT-：負向閾值電壓

回差電壓:

UH=UT+

-

UT-施密特觸發(fā)器(a)反相輸出的傳輸特性(b)反相輸出的符號圖(C)同相輸出的傳輸特性.第20頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH當TH=TR=uI>2/3VCC時電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性uIuO當TH=TR=uI<1/3VCC時1/3VCC0當1/3VCC<TH=TR=uI<2/3VCC時當uI<1/3VCC時當uI由高電平逐漸下降，且1/3VCC<uI<1/3VCC時不變不變1截止11導通01導通00V狀態(tài)OUTRD輸出輸入TRTH××0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOHUT+=2/3VCCUT-

=1/3VCCUT=UT+-

UT-

=1/3VCC第21頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四一．電路組成及工作原理在uI的a至b段，uI由小到大，在未達到2/3VCC之前，6號、2號引腳狀態(tài)為0、0和0、1，故3號引腳輸出uO1為1態(tài)；

當uI達到b點為UT+=2/3VCC時，6號、2號引腳狀態(tài)為1、1，輸出uO1翻轉為0；

在uI為b-c-d期間，6號、2號引腳狀態(tài)為1、1，0、1，輸出uO1仍維持為0；

第22頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四一．電路組成及工作原理當uI

達到d點為UT-=1/3VCC時，6號、2號引腳狀態(tài)為0、0，輸出又翻轉為1態(tài)．

在d-e-f期間，6號，2號引腳狀態(tài)為0、0和0、1，輸出uO1仍維持為1，

直到uI達到f點為2/3VCC，uO1又變?yōu)?態(tài)。這樣將輸入uI的三角波轉為方波輸出，因此又稱為整形。

第23頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四二、應用舉例１．波形的變換或整形．

回差電壓△UH=UT+-UT-較小時，抗干擾能力較差，輸出uo也受輸入干擾影響．如果將回差電壓擴大為△U’H=UT+-U’T-，則輸出u’0

可不受干擾影響。脈寬tw可由△UH控制，可將不規(guī)則的波形整形成矩形波。第24頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四２．幅度鑒別

利用施密特觸發(fā)器，從一串幅度不等的脈沖中，將幅度較大的信號鑒別出來，稱為幅度鑒別，其波形如下圖示．當輸入脈沖幅度大于UT+時，有信號輸出，小于UT-時，無信號輸出．第25頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四6.1.4用555定時器組成的多諧振蕩器

多諧振蕩器是產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器。由于矩形波包含基波和高次諧波等較多成分，因此稱為多諧振蕩器。另外，這類電路不存在穩(wěn)態(tài)，故又稱無穩(wěn)態(tài)電路。第26頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四一、電路的組成及工作原理用555定時器組成的多諧振蕩器電路和工作波形分別如下圖所示：第27頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四工作原理、工作波形與周期估算

uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ充電UOHTH=TR=uC很?、?/p>

接通VCC后，開始時TH=TR=uC

0，uO為高電平，放電管截止，VCC經(jīng)R1、R2向C充電，uC

上升，這時電路處于暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。

工作原理

第28頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡUOLTH

=

TR

≥

2/3

VCC

當uC上升到

TH=TR=uC

≥

2/3

VCC時，uO躍變?yōu)榈碗娖?，同時放電管

V導通，C經(jīng)R2和V放電，uC

下降，電路進入暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ。工作原理

Ⅱ

接通VCC后，開始時TH=TR=uC

0，uO為高電平，放電管截止，VCC

經(jīng)R1、R2向C充電，uC

上升，這時電路處于暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。

放電第29頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四

當uC下降到

TH=TR=uC

≤1/3

VCC時，uO重新躍變?yōu)楦唠娖?，同時放電管V截止，C又被充電，uC

上升，電路又返回到暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡTH=TR≤1/3VCCⅠ工作原理

當uC上升到

TH=TR=uC≥

2/3

VCC時，uO躍變?yōu)榈碗娖剑瑫r放電管

V導通，C經(jīng)R2和V放電，uC下降，電路進入暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ。

接通VCC后，開始時TH=TR=uC

0，uO為高電平，放電管截止，VCC經(jīng)R1、R2向C充電，uC

上升，這時電路處于暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。

第30頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四電容C如此循環(huán)充電和放電，使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ二、振蕩頻率的計算tWH0.7(R1+R2)CtWL0.7R2CT=tWH+tWL0.7(R1+2R2)C第31頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四

組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路很多，可以用TTL或CMOS的與非門、或非門外接R、C元件組成，另外還有單片集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。6.2.1微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由CMOS或非門組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其中ＲＣ環(huán)節(jié)構成微分電路，故稱為微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。為了討論方便，把ＣＭＯＳ或非門的傳輸特性作理想化折線處理。6.2集成和其它單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器使輸出狀態(tài)發(fā)生翻轉的輸入電壓稱為閾值電壓UTH，當輸入uI≥UTH

時，輸出UO=0當輸入uI≤UTH

時，輸出UO=V

DD

第32頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四１、穩(wěn)定狀態(tài)在0—t1

期間，當輸入沒有觸發(fā)信號時，Ui

=0。這時電路處于穩(wěn)態(tài)，電源VDD通過電阻Ｒ對Ｃ充電達到穩(wěn)定值，故UC

＝VDD

，使UO＝０。由此可知或非門Ｇ１輸出UO

＝VDD

。電容兩端的電壓接近0。通過R對Ｃ充電一、電路組成及工作原理第33頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四２、當外加觸發(fā)信號時，電路由穩(wěn)態(tài)轉為暫穩(wěn)態(tài)在t1時刻，當輸入uI在脈沖信號上升沿的高電平VDD作用下，使UO1由１跳變到０時，由于ＲＣ電路中電容Ｃ上的電壓不能突變，因此UC也由１變到０，使G2門輸出由０變到１，并返送到Ｇ１門的輸入。輸入信號uI高電平撤消后，uo1仍可保持低電平，但不可能永久保持，故稱為暫穩(wěn)態(tài)。一、電路組成及工作原理第34頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四一、電路組成及工作原理3.由暫穩(wěn)態(tài)自動返回穩(wěn)態(tài)在t1∽t2暫穩(wěn)態(tài)期間，電源VDD經(jīng)電阻Ｒ通過門Ｇ１的導通管Ｔ4對電容Ｃ充電，如圖所示。充電時間常數(shù)為tc=(R+Ron)C≈RC這時uc上升，當uc≧ＵTH時，電路發(fā)生如下反饋過程。Ｃ充電→uc↑→uo↓→uo1↑迅速使uO1變?yōu)楦唠娖?，uO變?yōu)榈碗娖?，電路自動恢復到穩(wěn)態(tài)，uO1由０跳變到VDD

，由于電容兩端電壓不能突變，按理uc由UTH上跳到UTH+VDD，uc只能躍升到VDD+0.6V。電容充、放電回路圖第35頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四一、電路組成及工作原理４、電路恢復到穩(wěn)態(tài)時初始值的過程在t2時刻，暫穩(wěn)態(tài)結束后，電容Ｃ一路通過Ｒ經(jīng)門Ｇ１的T1、T2管放電，另一路經(jīng)門G2輸入二極管D1、D3放電，使uc恢復到穩(wěn)態(tài)時的原始值VDD。放電時間常數(shù)гd=(R∥rD)C≈rDC。放電時間很短。電容充、放電回路圖第36頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四二、輸出波形主要參數(shù)的計算１、輸出脈沖寬度two暫穩(wěn)態(tài)t1—t2的時間即為輸出脈沖寬度two。為計算方便，以t1時刻作為計算時間起點，由uc波形可得：2、恢復時間tre從暫穩(wěn)態(tài)結束到電路恢復到穩(wěn)態(tài)初始值所需時間tre≈3rd≈3rDC。3、最高工作頻率fmax觸發(fā)脈沖工作最小周期Tmin必須大于two+tre,輸入脈寬

tw1<two,最高工作頻率為fmax=1/Tmin<1/(two+tre)Uc(0+)≈0,uc(∞)=VDD,uc(tW)=UTH=1/2VDD,г≈RC

第37頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四6.2.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、高速CMOS集成雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器54/74HC4538的功能。54/74HC4538雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器邏輯符號圖符號框圖及外接R、C連線圖Rext/Cext和Cext的引腳分別與電容元件相連，不屬于邏輯狀態(tài)連接，故在邏輯符號圖引線上用“Ｘ”號表示。TR+為上升沿觸發(fā)信號輸入端，TR-反為下降沿觸發(fā)信號輸入端，這兩者為“或”的關系，故邏輯符號內(nèi)有或邏輯符號。第38頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四序號輸入輸出功能RD反TR+TR-反QQ反10XX01復位清零21上升沿1高脈沖低脈沖上升沿觸發(fā)310下降沿高脈沖低脈沖下降沿觸發(fā)411X01穩(wěn)定狀態(tài)51X001１、清零功能如序號１所列，當RD＝０時，不論其它輸入引腳為何種狀態(tài)，輸出端Ｑ立即出０，Ｑ出１，故ＲＤ的清零具有最高優(yōu)先級功能。使用其它輸入引腳功能時，RＤ必須置１。54/74HC4538的功能第39頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四序號輸入輸出功能RD反TR+TR-反QQ反10XX01復位清零21上升沿1高脈沖低脈沖上升沿觸發(fā)310下降沿高脈沖低脈沖下降沿觸發(fā)411X01穩(wěn)定狀態(tài)51X001２、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)功能

如序號２、３所列，當TR－＝１時，TR+加上升沿觸發(fā)信號，Ｑ端能輸出一個正脈沖信號，Ｑ為負脈沖；或者當TR+＝０時，TR－加下降沿觸發(fā)信號，Ｑ也能輸出一個正脈沖信號，Ｑ為負脈沖，其波形如圖。54/74HC4538的功能第40頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四輸出脈寬tw即為內(nèi)部電路處于暫穩(wěn)定狀態(tài)時間，近似可用tw≈0.7RC計算。R、C計算機為外接阻容元件值，一般R取值范圍為５千歐到１兆歐，如果R＞１兆歐，電路對外部噪聲信號很敏感．此外，電路還具有重觸發(fā)功能，即當電路被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)期間，可再次加輸入觸發(fā)信號，這時輸出脈寬tw’為第一次和第二次觸發(fā)信號的間隔時間t1加上以第二次觸發(fā)信號為起點的輸出脈寬tw如左圖．

t’w=tI+tw54/74HC4538單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形重觸發(fā)器輸出脈沖第41頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四序號輸入輸出功能RD反TR+TR-反QQ反10XX01復位清零21上升沿1高脈沖低脈沖上升沿觸發(fā)310下降沿高脈沖低脈沖下降沿觸發(fā)411X01穩(wěn)定狀態(tài)51X0013、穩(wěn)定狀態(tài)

如序號４、５所列，在TR＋＝１或TR－＝０時，均不能觸發(fā)翻轉，為穩(wěn)定狀態(tài)或禁止觸發(fā)狀態(tài)，Ｑ維持０。

4000系列14528與54/74HC4538芯片引腳功能完全相同，但54/74HC4538在帶負載能力和速度方面優(yōu)于14528。54/74HC4538的功能第42頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四二、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用

集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器除用作信號脈寬轉換和調(diào)節(jié)之節(jié)，還可較方便地用于延時、方波信號發(fā)生器等電路。１.脈沖信號的延時電路兩個集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器級聯(lián)后，可組成信號的延時電路。第一級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在輸入信號u1的下降沿觸發(fā)下，產(chǎn)生脈寬為tw2的信號uo1輸出，再利用uo1的下降沿作為第二級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)信號，再產(chǎn)生脈寬為tw2的信號uo輸出。這樣輸出uo的信號比輸入uI的信號延遲了tw1。第43頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四２、多諧振蕩器電路脈沖延時電路電路圖多諧振蕩器的工作波形電路的輸出uo與前級輸入端１TR-相連，并去除該端外加信號，同時在1TR＋端接地改成通過電阻Ｒ接地，另外再將電源VＤＤ串接按鈕開關Ｓ與1TR＋連接，如圖虛線所示，即組成多諧振蕩器電路。當按一下按鈕Ｓ，即在1

TR＋施加一個正脈沖作為啟動信號后，電路就進入了振蕩電路狀態(tài)，產(chǎn)生波形如圖示。其振蕩頻率為

f=1/T=1/（tw1+tw2）第44頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四一、CMOS集成觸發(fā)器40106的傳輸特性40106六施密特觸發(fā)器的邏輯符號圖不同電源電壓下的傳輸特性。由內(nèi)部電路參數(shù)的離散性，正向閾值電壓UT+、負向閾值電壓UT-、回差電壓ΔＵＨ均有一個變化范圍值。因此，某一塊集成電路要通過實測來確定ＵＴ＋和ＵＴ－。6.3集成施密特觸發(fā)器第45頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四二、40106施密特觸發(fā)器電路的工作原理40106施密特觸發(fā)器內(nèi)部電路圖TP1、TP2和TN3、TN4四個管子組成反相器，其柵極相連作為輸入端。由于Tp5和TN6管的存在，使反相器輸出電平uo1翻轉所需的輸入閾值電壓不是1/2ＶＤＤ，這是因為Tp2和Tp3管的源極Ｓ2和S3的電位將受Tp5和TN6管的影響。反相器設P溝道Tp管轄的開啟電壓為UGS（th）p(負值)，N溝道TN管的開啟電壓為UGS（th）N當uI=0時，則UGS1、UGS2（-VDD）＜UGS(TH)P,故TP1、TP2管導通；UGS3、UGS4（0V）<UGS（th）N,故TN3、TN4管截止，UO1≈VDD第46頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四三、集成施密特觸發(fā)器應用１.光電轉換形電路在檢測電機轉速時，可采用圖(a)所示光電轉換整形電路。將小孔的轉盤安裝于電機轉軸上，孔的位置對準紅外發(fā)光管和紅外光接收管。當電機轉動時，轉盤孔經(jīng)過光電管之間，在接收管T的集電極產(chǎn)生圖(b)中P1所波形,經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后,轉換成脈沖方波P2,對P2脈沖在一定時間內(nèi)進行計數(shù),即可實行測速。第47頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四2.用于消除干擾和噪聲的脈沖整形電路在數(shù)字電路中，正常脈沖信號常受到電網(wǎng)上其它負載頻繁啟動而產(chǎn)生干擾信號的影響，如左圖所示u1波形。若將該信號作用于施密特觸發(fā)器的輸入端，經(jīng)整形后，即可獲得無干擾的脈沖信號輸出，只要施密特觸發(fā)器的回差電壓ΔUH大于干擾信號的幅度即可。3.多諧振蕩器電路利用施密特觸發(fā)器可以很方便地組成多諧振蕩器，電路如右圖(a），圖（b）所示為電容上電壓UC和輸出UO波形。第48頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四4.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用40106施密特觸發(fā)器可組成上升沿或下降沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。上升沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路圖各點波形如圖（1）上升沿觸發(fā)電路（2）下降沿觸發(fā)的電路下降沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路圖各點波形如圖第49頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四6.4.1用CMOS反相器組成的多諧振蕩器6.4.2石英晶體多諧振蕩器6.4其它多諧振蕩器電路第50頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四6.4.1用CMOS反相器組成的多諧振蕩器一、用CMOS反相器組成的多諧振蕩器CMOS反相器與R、C元件組成多諧振蕩器電路

由于CMOS反相器G1在輸入和輸出端之間并接電阻R,而CMOS電路輸入電流i≈0,故R上電流也近于零．因此靜態(tài)時電阻兩端各自的電位uI1=uo1。它所表示的直線與CMOS反相器電壓傳輸特性的交點為Q點。

它位于反相器電壓傳輸特性的轉折區(qū),以保證有較大的電壓放大倍數(shù).而使反相器G1輸出翻轉的輸入鬧值電壓為UTH=1/2VDD.即當UI1≥UTH時,UO1=0V;當UI1<UTH時,UO1=VDD。第51頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四二、振蕩器的工作過程電路在振蕩時電容C的充、放電回路工作波形圖（1）在t0~t1

期間：設uo1=VDD,則uo2=0V。TP1、TN2導通;TN1、TP2截止,

VDD通過TP1→R→C→TN2→地回路對C充電,uI1按指數(shù)規(guī)律上升.當uI1≥UTH=1/2VDD時,在t1時刻產(chǎn)生正反饋:uI1↑→uo1↓→uo2↑（2）在t1~t2期間：TN1、TP2導通,TP1、TN2截止,電容C放電,路徑為uc(+)→R→TN1→地→VDD→TP2→uc(-),使uI1按指數(shù)規(guī)律下降。在t2時刻，uI1<UTH=1/2VDD時,產(chǎn)生正反饋過程:

uI1↓→uo1↑→uo2↓第52頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四6.4.2石英晶體多諧振蕩器一、CMOS反相器組成的石英晶體多諧蕩器多諧振蕩器電路圖

在串聯(lián)諧振頻率fs下，等效電抗為Xs=0；并聯(lián)諧振蕩頻率fp下，等效電抗Xp≈∞。在圖中,石英晶體接G2輸出端、G1輸入端之間,輸出信號頻率為fs時,串聯(lián)揩振頻率等效電抗最小,正反饋最大,形成振蕩。振蕩頻率完全取決于石英晶體固有的串聯(lián)諧揩振頻率fs。在電路中反相器G1和G2的輸入和輸出端均并接電阻R1和R2,用以確定反相器的靜態(tài)工作點Q,反相器工作在傳輸特性轉折線上的線性放大區(qū),具有較高的電壓放大倍數(shù),如圖所示。靜態(tài)時,uI1=uo1=uI2=uo=1/2VDD。石英晶體的電抗頻率特性第53頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四

當電路接上電源VDD后，在反相器G2輸出uo為噪聲信號，經(jīng)石英晶體通路，只從噪聲中選出頻率為fs的正弦信號（晶體的等效電抗Ｘs≈0）,并反饋到UI1,經(jīng)G1線性反相放大,再通過耦合電容C２，再經(jīng)Ｇ２線性放大．經(jīng)多次反復放大后，使uo幅值達到最大而被削頂失真，近似于方波輸出，其波形如圖所示。這即形成多諧振蕩器。電路中C1用來微調(diào)振蕩頻率.其振蕩頻率f0由晶體諧振頻率fS決定,最高可達幾十兆赫。電路的工作原理如下:第54頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四二、CMOS5544時鐘集成電路內(nèi)部振蕩器與外接揩振頻率為32.768kHz石英晶體構成振蕩電路，C用于微調(diào)振蕩頻率，經(jīng)16級二分頻電路，輸出OUT1、OUT2二路周期為2s交替負脈沖信號，如圖（b）所示。為獲得秒脈沖信號輸出，將OUT1、OUT2輸出經(jīng)二極管D3、D4和PNP型三極管T組成與非門電路輸出即為周期1s的脈沖信號，輸出高電平近于VDD。在1號引腳和2號引腳間，利用D1、D2上壓降獲得近于1.5V電源電壓。SI、SO鬧鈴輸入控制端和輸出端。SI

與Vss接通時，則So輸出波形第55頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四用于驅到時鐘步進電機時，只需將輸出端OUT1和OUT2與時鐘步進電機相連,即構成指針式石英鐘,其電路如圖所示。第56頁，共62頁，2023年，2月20日，星期四下圖為二極電極雙偏心時鐘步進電機的結構。轉子為永久磁鐵，定子為高磁導率坡莫合金軟磁材料構成雙偏心磁極。由于線圈兩端分別連OUT1和OUT2周期為2s交替的負脈沖信號，因此，當負脈沖作用時，勵磁線圈上電流(≤1μA)流過,每隔1s,電流改變一次方向,圖(a)(b)所示。使定子磁極極性發(fā)生一次變化。在定子和轉子間隙較小處磁阻小，磁通大。由于磁性物質同性相斥、異性相吸，使轉子每秒鐘順時針旋轉180度步距角。第57頁，共62頁，2023年，2月20日，星