1、6 脈沖的產(chǎn)生與整形電路脈沖的產(chǎn)生與整形電路6.1 概概 述述 數(shù)字電路中，為了控制和協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的工作，常常數(shù)字電路中，為了控制和協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的工作，常常需要時鐘脈沖信號。需要時鐘脈沖信號。獲得時鐘脈沖的方法有：獲得時鐘脈沖的方法有：1. 利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生。利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生。2. 通過整形電路變換而成。通過整形電路變換而成。整形電路又分為兩類：施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。整形電路又分為兩類：施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。整形電路可以使脈沖的邊沿變陡峭，或形成規(guī)定的矩形脈沖。整形電路可以使脈沖的邊沿變陡峭，或形成規(guī)定的矩形脈沖。um0.9um0.5um0.1umtwttrtf表述矩形

2、脈沖性能指標的主要參數(shù)：表述矩形脈沖性能指標的主要參數(shù)：周期周期t t周期性重復(fù)的脈沖序列中，兩個相鄰脈沖間的周期性重復(fù)的脈沖序列中，兩個相鄰脈沖間的時間間隔時間間隔頻率頻率f = 1/t， 代表單位時間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)。代表單位時間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)。下降時間下降時間tf 脈沖從脈沖從0.9um下降到下降到0.1um所需的時間所需的時間um0.9um0.5um0.1umtwttrtf脈沖幅度脈沖幅度um脈沖電壓最大變化的幅值脈沖電壓最大變化的幅值脈沖寬度脈沖寬度tw從脈沖前沿從脈沖前沿0.5um始，到脈沖后沿始，到脈沖后沿0.5um止的止的一段時間一段時間上升時間上升時間tr 脈沖從脈沖從0.

3、1um上升到上升到0.9um所需的時間所需的時間6.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 ut= ut+- ut-稱為回差電壓稱為回差電壓 施密特觸發(fā)器是一種重要的脈沖整形電路施密特觸發(fā)器是一種重要的脈沖整形電路，施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器能把變化緩慢的波形變換成矩形脈沖。能把變化緩慢的波形變換成矩形脈沖。輸入電壓上升的翻轉(zhuǎn)電平為上限閾值電平輸入電壓上升的翻轉(zhuǎn)電平為上限閾值電平ut+輸入電壓下降的翻轉(zhuǎn)電平為下限閾值電平輸入電壓下降的翻轉(zhuǎn)電平為下限閾值電平ut-1. 基本概念基本概念 輸入和輸出為同相關(guān)系的稱為同相施密特觸發(fā)器輸入和輸出為同相關(guān)系的稱為同相施密特觸發(fā)器 輸入和輸出為反相關(guān)系的稱為反相施密特

4、觸發(fā)器輸入和輸出為反相關(guān)系的稱為反相施密特觸發(fā)器2. 施密特觸發(fā)器的傳輸特性施密特觸發(fā)器的傳輸特性 6.2.1 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)器設(shè)設(shè)utvdd/2，且，且r1r211g1g2r2r1uiuoouiuou1. cmos非門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器非門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器2. 施密特觸發(fā)器的工作原理施密特觸發(fā)器的工作原理uo11g1g2r2r1uiuoouiuouut+ut tui的波形圖的波形圖uio(1) 當(dāng)當(dāng)ui = 0時，有時，有 vdd，uo 0ou 當(dāng)當(dāng)ui增加到使增加到使 = ut時，產(chǎn)生如下正反饋過程時，產(chǎn)生如下正反饋過程:iu 隨著隨著ui上升，上

5、升， 也上升，且有也上升，且有 ui r2 /(r1+r2)iu iu iu ou 在極短時間內(nèi)，電路翻轉(zhuǎn)為在極短時間內(nèi)，電路翻轉(zhuǎn)為uo vdd。此時由。此時由可求得電路的上限閾值電壓可求得電路的上限閾值電壓ut+= (1+r1/r2) ut11g1g2r2r1uiuoouiuou同理，同理，ui = vdd時，時，uo vddut+ut tui的波形圖的波形圖uio= ut+r2 /( r1+r2)= utiu ut- = (1r1/r2) ut11g1g2r2r1uiuoouiuou(3) 觸發(fā)器的回差電壓觸發(fā)器的回差電壓 ut = ut+ut- = 2 ut r1/r2ut+ut tui

6、的波形圖的波形圖uio(2) 當(dāng)當(dāng)ui從高電平下降達到使從高電平下降達到使 = ut時，可求得電路的下時，可求得電路的下限閾值電壓限閾值電壓:iu 11g1g2r2r1uiuoouiuou ut = ut+ut- = 2 ut r1/r2 可見，電路輸出的狀態(tài)由輸入電壓的大小決定，可見，電路輸出的狀態(tài)由輸入電壓的大小決定，改變改變r1和和r2就可調(diào)節(jié)回差電壓就可調(diào)節(jié)回差電壓 ut的大小。的大小。ut+ut tui的波形圖的波形圖uio11g1g2r2r1uiuoouiuou(4) 波形圖波形圖ut+ut t tuo波形圖波形圖uioo6.2.2 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器ttl集成施密特

7、觸發(fā)器有：集成施密特觸發(fā)器有：74ls14，74132，7413等。等。 cmos集成施密特觸發(fā)器有：集成施密特觸發(fā)器有：cd40106，cd4093和和cd4584等。等。ttl集成施密特觸發(fā)器性能表集成施密特觸發(fā)器性能表型號型號741474ls1327413tpd/ns151516.5pm/mw5ut/v6.2.3 施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例1. 脈沖整形電路脈沖整形電路 在數(shù)字測量和控制系在數(shù)字測量和控制系統(tǒng)中，由傳感器送來的信統(tǒng)中，由傳感器送來的信號波形邊沿較差，利用施號波形邊沿較差，利用施密特電路可以對這些信號密特電路可以對這些信號

8、進行整形。進行整形。t脈沖整形波形圖脈沖整形波形圖ttuiuout+utuituout+utoooo2. 脈沖變換電路脈沖變換電路 利用這一特點，施密利用這一特點，施密特電路可以把變化比較緩特電路可以把變化比較緩慢的正弦波、三角波等變慢的正弦波、三角波等變換成矩形脈沖信號換成矩形脈沖信號 。一種變換波形圖一種變換波形圖 由于施密特電路狀態(tài)由于施密特電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度極快，輸出矩形轉(zhuǎn)換速度極快，輸出矩形波的前后沿總是很陡峭。波的前后沿總是很陡峭。uiuovddut+utvddttoo3. 鑒幅電路鑒幅電路 在一串幅度不相等的在一串幅度不相等的脈沖信號中，如果要剔除脈沖信號中，如果要剔除幅度不夠大的

9、脈沖幅度不夠大的脈沖, 此時此時可利用施密特觸發(fā)器。可利用施密特觸發(fā)器。uiuout+ut鑒幅電路鑒幅電路6.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器常用于數(shù)字系統(tǒng)的整形、延時和定時電路中。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器常用于數(shù)字系統(tǒng)的整形、延時和定時電路中。 1. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點： 暫穩(wěn)態(tài)的時間取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的暫穩(wěn)態(tài)的時間取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度無關(guān)。寬度無關(guān)。2. 在觸發(fā)脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在觸發(fā)脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過時間

10、經(jīng)過時間tw后又自動翻回穩(wěn)態(tài)，并在輸出端產(chǎn)一個寬度為后又自動翻回穩(wěn)態(tài)，并在輸出端產(chǎn)一個寬度為tw的矩形脈沖。的矩形脈沖。6.3.1 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 按定時元件按定時元件r和和c的不同連接，這類單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為微的不同連接，這類單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為微分型和積分型兩種分型和積分型兩種 。&g1g2ruiuo1uo2ui2&c1. 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的組成微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的組成微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路處于穩(wěn)態(tài)時，電路處于穩(wěn)態(tài)時，ui為高電平，為高電平，uo1為低電平。為低電平。為了使為了使uo2可靠為高電平，應(yīng)選可靠為高電平，應(yīng)選r roff，一般

11、取，一般取r0.7k。 2. 工作原理工作原理 (1) ui為高電平，電路處于穩(wěn)態(tài)。為高電平，電路處于穩(wěn)態(tài)。uo1= 0，uo2 =1&g1g2ruiuo1uo2ui2&c 由于電容兩端電壓不會突變，因此由于電容兩端電壓不會突變，因此ui2亦由低變高，使亦由低變高，使uo2由由高變低，從而引起如下反饋過程：高變低，從而引起如下反饋過程： 使電路迅速進入暫穩(wěn)態(tài)：使電路迅速進入暫穩(wěn)態(tài)：uo1=1 (2) ui的負跳沿到來時，電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。的負跳沿到來時，電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。uo1由低變高由低變高uo1uiui2uo2(3) 在暫穩(wěn)態(tài)期間在暫穩(wěn)態(tài)期間1.4vtui2ouohuttw&g1g2ruohui2

12、cro 門門1的輸出高電平的輸出高電平uoh經(jīng)電容經(jīng)電容c和電阻和電阻r到地的方向給電到地的方向給電容充電，使門容充電，使門2的輸入電壓的輸入電壓ui2以時間常數(shù)以時間常數(shù) 1 = (r+ro)c (ro為為門門1的輸出電阻的輸出電阻)按指數(shù)曲線下降。按指數(shù)曲線下降。 當(dāng)當(dāng)ui2下降到閾值電平下降到閾值電平(ut = 1.4v)時，產(chǎn)生如下正反饋過程：時，產(chǎn)生如下正反饋過程： &g1g2ruiuo1uo2ui2&cui2uo2ui = 1uo1 使電路結(jié)束暫穩(wěn)態(tài)，自動返回穩(wěn)態(tài)：使電路結(jié)束暫穩(wěn)態(tài)，自動返回穩(wěn)態(tài)：uo1= 0，uo2= 1。 ui2以時間常數(shù)以時間常數(shù) 2 = (r1r)c按指數(shù)曲

13、線上升，電路經(jīng)歷一按指數(shù)曲線上升，電路經(jīng)歷一個恢復(fù)階段回到穩(wěn)態(tài)時的初始狀態(tài)。個恢復(fù)階段回到穩(wěn)態(tài)時的初始狀態(tài)。 (4) 恢復(fù)階段恢復(fù)階段+5v t3 r1 r t1ui2cg1g2uo1 0 暫穩(wěn)態(tài)時間結(jié)束后，暫穩(wěn)態(tài)時間結(jié)束后，電容電容c放電。放電。恢復(fù)階段恢復(fù)階段c的放電回路的放電回路&g1g2ruiuo1uo2ui2&cttttwiuohuol1.4vtwui2 1 2 toooouiuo2uo1uohuolut工作波形圖工作波形圖2. 工作波形工作波形 (1) 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度(暫穩(wěn)態(tài)時間暫穩(wěn)態(tài)時間) tw&g1g2ruiuo1uo2ui2&cttttwiuohuol1.4vtwu

14、i2 1 2 toooouiuo2uo1uohuolut工作波形圖工作波形圖ui2從從uohr/(r+ro)下降到下降到ut的時間的時間 1.4vtui2ouohuttw&g1g2ruohui2cro根據(jù)一階根據(jù)一階rc電路的三要素法電路的三要素法)()()0()(lntuuuurct 得得toh00wln)(uurrrcrrt 實際常用經(jīng)驗公式實際常用經(jīng)驗公式 tw 0.8rc ( r tw則應(yīng)通過則應(yīng)通過微分電路微分電路rpcp再輸入到與非門再輸入到與非門1。為保證穩(wěn)態(tài)時為保證穩(wěn)態(tài)時uo1 = 0，要求，要求:rp cptwirpron門門3改善輸出波形，起反改善輸出波形，起反相和整形的作

15、用。相和整形的作用。 mos門輸入阻抗高，外接電阻門輸入阻抗高，外接電阻r和和rp的大小不會影響其的大小不會影響其穩(wěn)態(tài)，它們不再受穩(wěn)態(tài)，它們不再受roff和和ron的限制。的限制。 6.3.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 這些器件只要外接很少的電阻和電容，就這些器件只要外接很少的電阻和電容，就可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，使用起來非常方便。可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，使用起來非常方便。 ttl系列的有系列的有74121、74122、74123等。等。cmos系列的有系列的有4098、4528、4538等。等。1. ttl集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121）(1) 74121 的電路結(jié)構(gòu)的電

16、路結(jié)構(gòu)(2) 74121 的電路符號的電路符號 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 輸出輸出輸輸 入入qb1a2a0 000(3) 74121 的的功能表的的功能表 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 輸出輸出輸輸 入入qb1a2a0 000(1) 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) q=0(2) 當(dāng)需要上升沿觸發(fā)時，觸發(fā)脈沖從當(dāng)需要上升沿觸發(fā)時，觸發(fā)脈沖從b端輸入，同時端輸入，同時 、 當(dāng)中至少應(yīng)有當(dāng)中至少應(yīng)有1個為個為0狀態(tài)。狀態(tài)。1a2a(3) 當(dāng)需要下降沿觸發(fā)時，則觸發(fā)脈沖應(yīng)該從當(dāng)需要下降沿觸發(fā)時，則觸發(fā)脈沖應(yīng)該從 或或 輸入輸入(另另一個接一個接1狀態(tài)狀態(tài))，同時保持，

17、同時保持b端狀態(tài)為端狀態(tài)為1。1a2a由表可見：由表可見： ttwotwtwqb1a2atototo(4) 74121 的工作波形的工作波形(5) 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tw tw rextcext ln2 = 0.7 rextcext 可用內(nèi)部電阻可用內(nèi)部電阻rint(2k)代替代替rext 。 2. cmos集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（4538）bcracxcx/ rx(1) 4538的符號圖的符號圖(2) 4538的功能表的功能表 1 1 0 1 1 1 0 1 0輸出輸出輸輸 入入qcrab0 00為清零輸入端為清零輸入端cra為上升沿觸發(fā)輸入端為上升沿觸發(fā)輸入端b為下降沿觸

18、發(fā)輸入端為下降沿觸發(fā)輸入端由表可見：由表可見： bcracxcx/ rx 1 1 0 1 1 1 0 1 0輸出輸出輸輸 入入qcrab0 00a. 當(dāng)選擇上升沿觸發(fā)時，應(yīng)將輸入脈沖加入當(dāng)選擇上升沿觸發(fā)時，應(yīng)將輸入脈沖加入a輸入端，同時輸入端，同時輸入端接高電平。輸入端接高電平。 bb. 若選擇下降沿觸發(fā)時，可將輸入脈沖引入輸入端若選擇下降沿觸發(fā)時，可將輸入脈沖引入輸入端 ，a輸入輸入端接低電平。端接低電平。 bc. 其他情況時，其他情況時，q狀態(tài)不變。狀態(tài)不變。tw=rextcextbcracxcx/ rx(3) 4538輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度rext和和cext可在較大范圍內(nèi)選擇可在較大

19、范圍內(nèi)選擇tw的范圍可達的范圍可達10s 3. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的類型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的類型集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為單觸發(fā)和重觸發(fā)觸發(fā)器。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為單觸發(fā)和重觸發(fā)觸發(fā)器。單觸發(fā)的觸發(fā)器有單觸發(fā)的觸發(fā)器有74121、74221、74ls221等等重觸發(fā)的觸發(fā)器有重觸發(fā)的觸發(fā)器有74122、74123、74ls123、4528、4538等等 單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)以后，再單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)以后，再加入觸發(fā)脈沖不會影響電路的工作過程，直到暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，加入觸發(fā)脈沖不會影響電路的工作過程，直到暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，才能接收觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入下一個暫穩(wěn)態(tài)。才能接收觸發(fā)脈沖而

20、轉(zhuǎn)入下一個暫穩(wěn)態(tài)。(1) 單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點b. 單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖uiuotwtw(1) 重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點 重觸發(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)以后，重觸發(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)以后，如果再次輸入觸發(fā)脈沖，電路將被重新觸發(fā)，電路的輸出如果再次輸入觸發(fā)脈沖，電路將被重新觸發(fā)，電路的輸出脈沖再持續(xù)一個脈沖再持續(xù)一個tw脈寬。脈寬。b. 重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖

21、uiuotwtwt16.3.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用舉例單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用舉例 整形電路可以把這些脈沖信號變換成具有一定幅度和寬整形電路可以把這些脈沖信號變換成具有一定幅度和寬度的矩形波形。度的矩形波形。1. 脈沖的整形脈沖的整形 在實際的數(shù)字系統(tǒng)中，由于脈沖的來源不同，波形也相差較大。在實際的數(shù)字系統(tǒng)中，由于脈沖的來源不同，波形也相差較大。例如，從光電檢測設(shè)備送來的脈沖波形一般不太規(guī)則；脈沖信例如，從光電檢測設(shè)備送來的脈沖波形一般不太規(guī)則；脈沖信號在線路中遠距離傳送，常會導(dǎo)致波形變化或疊加上干擾；號在線路中遠距離傳送，常會導(dǎo)致波形變化或疊加上干擾；(a) 電路電路 (b) 波形圖波形圖 脈沖整

22、形電路脈沖整形電路塑料成型順序加工控制系統(tǒng)可用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實現(xiàn)。塑料成型順序加工控制系統(tǒng)可用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實現(xiàn)。 2. 脈沖的定時脈沖的定時 由于單穩(wěn)態(tài)電路能產(chǎn)生一定寬度由于單穩(wěn)態(tài)電路能產(chǎn)生一定寬度tw的矩形脈沖，利用這的矩形脈沖，利用這一脈沖去控制某個系統(tǒng)，就能使其在一脈沖去控制某個系統(tǒng)，就能使其在tw時間內(nèi)動作（或不動時間內(nèi)動作（或不動作），起到定時控制的作用。作），起到定時控制的作用。定時控制的典型例子定時控制的典型例子塑料成形控制系統(tǒng)塑料成形控制系統(tǒng)塑料成形一般經(jīng)歷預(yù)熱、加壓、保溫、冷卻四道工序。塑料成形一般經(jīng)歷預(yù)熱、加壓、保溫、冷卻四道工序。t1t2t3t4u1u2u3u4定時控制

23、工作波形定時控制工作波形 在數(shù)字控制和測量系統(tǒng)中，有時為了完成時序配合，在數(shù)字控制和測量系統(tǒng)中，有時為了完成時序配合，需將脈沖信號延遲需將脈沖信號延遲t t1 1時間后輸出。時間后輸出。3. 脈沖的延遲脈沖的延遲這一過程這一過程可用雙單穩(wěn)集成電路外接可用雙單穩(wěn)集成電路外接r、c元件實現(xiàn)。元件實現(xiàn)。脈沖信號的延遲脈沖信號的延遲t1twuiuo6.4 多諧振蕩器多諧振蕩器 由于輸出的矩形波中含有很多諧波分量，故由于輸出的矩形波中含有很多諧波分量，故通常將它稱為多諧振蕩器，又稱方波發(fā)生器。通常將它稱為多諧振蕩器，又稱方波發(fā)生器。 多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)電路，它在接通電源以多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)電路，

24、它在接通電源以后，不需外加觸發(fā)信號，就能自動地不斷來回翻轉(zhuǎn)，后，不需外加觸發(fā)信號，就能自動地不斷來回翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生矩形脈沖。產(chǎn)生矩形脈沖。6.4.1 集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器11uiuo1uf1. ttl集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器這些門組成一個環(huán)形，所以稱為環(huán)形振蕩器。這些門組成一個環(huán)形，所以稱為環(huán)形振蕩器。它是利用門電路的時延它是利用門電路的時延tpd來產(chǎn)生方波振蕩的。來產(chǎn)生方波振蕩的。 (1) 電路的組成電路的組成11uiuo1uf(2) 工作原理工作原理a. 先假設(shè)在虛線所示處斷開。先假設(shè)在虛線所示處斷開。b. 在在ui處輸入一方波，經(jīng)過

25、時延處輸入一方波，經(jīng)過時延tpd之后，得之后，得uo的波形。的波形。uiuotpd環(huán)形振蕩器的工作波形環(huán)形振蕩器的工作波形uo與與ui比較，除延遲比較，除延遲tpd外，兩者反相。外，兩者反相。c. uo再經(jīng)過兩個非門總共再經(jīng)過兩個非門總共2 tpd時延之后，得時延之后，得uf 波形。波形。uiuouftpd2tpd11uiuo1uf環(huán)形振蕩器的工作波形環(huán)形振蕩器的工作波形若若ui的周期為的周期為6tpd，則，則ui與與uf波形同相。波形同相。此時此時, 若把若把uf直接作為直接作為ui時，電路就可以自激。時，電路就可以自激。uiuouftpd2tpd11uiuo1uf環(huán)形振蕩器的工作波形環(huán)形振

26、蕩器的工作波形(3) 振蕩頻率振蕩頻率振蕩器的振蕩頻率取決于振蕩器的振蕩頻率取決于tpd及環(huán)路中非門的個數(shù)。及環(huán)路中非門的個數(shù)。圖示電路的振蕩頻率為圖示電路的振蕩頻率為pd061tf a. ttl非門的非門的tpd約為幾十納秒，自激振蕩的頻率較高。約為幾十納秒，自激振蕩的頻率較高。(4) 電路特點電路特點為了降低振蕩頻率，通常在環(huán)形通路中串入為了降低振蕩頻率，通常在環(huán)形通路中串入rc延時環(huán)節(jié)。延時環(huán)節(jié)。 b. 振蕩頻率無法調(diào)節(jié)。振蕩頻率無法調(diào)節(jié)。2. cmos集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器(1) 電路的組成電路的組成(a)電路圖電路圖 (b)傳輸特性曲線傳輸特性曲線 此時

27、，由于此時，由于uo1即為即為ui2, g2也工作在電壓傳輸特性曲也工作在電壓傳輸特性曲線的轉(zhuǎn)折區(qū)。線的轉(zhuǎn)折區(qū)。 圖中圖中r的選擇應(yīng)使的選擇應(yīng)使g1工工作在電壓傳輸特性曲線的轉(zhuǎn)作在電壓傳輸特性曲線的轉(zhuǎn)折區(qū)。折區(qū)。(2) 工作原理工作原理a. 若若ui有正向擾動，必然引起下有正向擾動，必然引起下述正反饋過程述正反饋過程 uo1uiuo2此時，電容此時，電容c通過通過r到到uo1放電，進而通過放電，進而通過uo2反向充電。反向充電。 使使uo1迅速變成低電平，而迅速變成低電平，而uo2迅速變成高電平，電路進入迅速變成高電平，電路進入第一暫穩(wěn)態(tài)。第一暫穩(wěn)態(tài)。b. 隨著電容隨著電容c的放電，的放電，u

28、i不斷下不斷下降，當(dāng)達到降，當(dāng)達到ui=ut(vdd/2)時時,電路電路又經(jīng)歷另一個正反饋過程又經(jīng)歷另一個正反饋過程 uo1uiuo2 從而使從而使uo1迅速變成高電平，迅速變成高電平，uo2迅速變成低電平，電迅速變成低電平，電路進入第二暫穩(wěn)態(tài)。路進入第二暫穩(wěn)態(tài)。同時，電容同時，電容c通過通過uo1、r、c和和uo2充電。充電。 c. 隨著電容隨著電容c的不斷充電，的不斷充電，ui不不斷上升，當(dāng)達到斷上升，當(dāng)達到uiut時時,電路又電路又迅速躍變到第一暫穩(wěn)態(tài)。迅速躍變到第一暫穩(wěn)態(tài)。 如此周而復(fù)始，電路不停地在如此周而復(fù)始，電路不停地在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生方波輸兩個暫穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生方波輸

29、出。出。(2) 工作波形工作波形電路的振蕩周期為電路的振蕩周期為 t = 1.4rc (3) 電路的振蕩周期電路的振蕩周期 在上述多諧振蕩電路中，由于決定振蕩頻率的在上述多諧振蕩電路中，由于決定振蕩頻率的主要因素是電路的定時元件主要因素是電路的定時元件rc以及門電路的閾值電以及門電路的閾值電壓壓ut。而它們都容易受溫度的影響，所以。而它們都容易受溫度的影響，所以rc振蕩器振蕩器的頻率穩(wěn)定性只有約的頻率穩(wěn)定性只有約10-3或更差。或更差。6.4.2 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器門電路的組成的多諧振蕩電路的特點：門電路的組成的多諧振蕩電路的特點： 因此，在對頻率穩(wěn)定性要求比較高的場合，普因

30、此，在對頻率穩(wěn)定性要求比較高的場合，普遍采用石英晶體振蕩器。遍采用石英晶體振蕩器。1. 石英晶體的基本特性石英晶體的基本特性 高質(zhì)量石英晶體振蕩器高質(zhì)量石英晶體振蕩器(其晶片置于恒溫盒內(nèi)其晶片置于恒溫盒內(nèi) )，頻率，頻率穩(wěn)定性可達穩(wěn)定性可達10-11。(1) 石英晶體的電路符號石英晶體的電路符號 是將切成薄片的石英晶體置于兩平是將切成薄片的石英晶體置于兩平板之間構(gòu)成的。板之間構(gòu)成的。 (2) 石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性 石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性能達到石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性能達到10-510-8。 石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性高，走時準確，在通常石英晶體振蕩器的頻率

31、穩(wěn)定性高，走時準確，在通常的氣溫條件下，可以保證每天不差半秒的誤差。的氣溫條件下，可以保證每天不差半秒的誤差。 目前較好的家用電子鐘表幾乎都采用具有石英晶體諧目前較好的家用電子鐘表幾乎都采用具有石英晶體諧振器的方波發(fā)生器。振器的方波發(fā)生器。 通常選用固有頻率為通常選用固有頻率為32768hz的石英諧振器，因為的石英諧振器，因為32768=215，將此振蕩頻率經(jīng)過，將此振蕩頻率經(jīng)過15次二分頻，即可得次二分頻，即可得1hz的的時鐘脈沖，作為計時基準。時鐘脈沖，作為計時基準。 2. cmos石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器 石英諧振器石英諧振器qr及及c1、c2為外接分為外接分立元件。立元件。

32、1g1c2ruoc1圖中虛線以上部分制作在集成電路內(nèi)。圖中虛線以上部分制作在集成電路內(nèi)。 晶體諧振器工作頻率位于其串聯(lián)諧振晶體諧振器工作頻率位于其串聯(lián)諧振頻率頻率fs和并聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率fp之間。之間。電路就形成一個由反相器組成的電容三點式振蕩器電路就形成一個由反相器組成的電容三點式振蕩器 。 振蕩器輸出的波形卻并不理想，還需進行整形，才能得振蕩器輸出的波形卻并不理想，還需進行整形，才能得到矩形脈沖輸出。到矩形脈沖輸出。 qr6.5 555定時器及其應(yīng)用定時器及其應(yīng)用 555定時器是一種中規(guī)模集成電路，目前在儀器、定時器是一種中規(guī)模集成電路，目前在儀器、儀表和自動化控制裝置中應(yīng)用很廣。

33、儀表和自動化控制裝置中應(yīng)用很廣。 555定時器可以組成定時、延時和脈沖調(diào)制等定時器可以組成定時、延時和脈沖調(diào)制等各種電路。各種電路。6.5.1 555定時器定時器(1) ttl集成定時器集成定時器ne555的電路結(jié)構(gòu)的電路結(jié)構(gòu)和符號。和符號。thrdtrgndoutcuvccthrdtrgndoutcuvcc接地端接地端 正電源端正電源端 復(fù)位端復(fù)位端 高觸發(fā)端高觸發(fā)端低觸發(fā)端低觸發(fā)端 放電端放電端 輸出端輸出端 電壓控制端電壓控制端8個引出端：個引出端：thrdtrgndoutcuvcc電路組成：電路組成： 電阻分壓器電阻分壓器 電壓比較器（電壓比較器（a1和和a2） 基本基本rs觸發(fā)器觸發(fā)

34、器 放電管放電管t 輸出緩沖級輸出緩沖級thrdtrgndoutcuvcca1的同相輸入端接參考電壓的同相輸入端接參考電壓vref1=2vcc/3a2的反相輸入端接參考電壓的反相輸入端接參考電壓vref2 = vcc/3thrdtrgndoutcuvcc 在高、低觸發(fā)端輸入電壓的作用下，在高、低觸發(fā)端輸入電壓的作用下，a1和和a2的輸出電壓的輸出電壓uo1和和uo2的數(shù)值不是高電平就是低電平，它們作為基本的數(shù)值不是高電平就是低電平，它們作為基本rs觸觸發(fā)器的輸入信號。發(fā)器的輸入信號。thrdtrgndoutcuvcc 基本基本rs觸發(fā)器的輸出觸發(fā)器的輸出q經(jīng)過一級與非門控制放電三極管，經(jīng)過一級

35、與非門控制放電三極管，再經(jīng)過一級反相驅(qū)動門作為輸出信號。再經(jīng)過一級反相驅(qū)動門作為輸出信號。 (2) 555集成定時器的工作原理集成定時器的工作原理a. 當(dāng)當(dāng) 時時cc2cc63132vuvu 、uo輸出為低電平輸出為低電平比較器比較器a1輸出為輸出為 0，a2為為 1基本基本rs觸發(fā)器被置觸發(fā)器被置 0放電管放電管t導(dǎo)通導(dǎo)通uo輸出高電平輸出高電平cc2cc63132vuvu 、b. 當(dāng)當(dāng) 時時a1輸出為輸出為 1，a2 輸出為輸出為 0基本基本rs觸發(fā)器被置觸發(fā)器被置 1t截止截止c. 當(dāng)當(dāng) 時時t和和uo輸出狀態(tài)也維持不變輸出狀態(tài)也維持不變 cc2cc63132vuvu 、a1和和a2輸出

36、均為輸出均為 1基本基本rs觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變(3) 555定時器功能表定時器功能表 thrdtrgndoutcuvcc6.5.2 用用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器thrdtrgndoutcuvccui+vccuo1. 施密特觸發(fā)器的構(gòu)成施密特觸發(fā)器的構(gòu)成thrdtrgndoutcuvccui+vccuo2. 施密特觸發(fā)器的工作原理施密特觸發(fā)器的工作原理touiuotovcc2/3vcc1/3vcc(1) 輸入、輸出波形輸入、輸出波形thrdtrgndoutcuvccui+vccuotouiuotovcc2/3vcc1/3vcc(2) 工作過程工

37、作過程 a. ui從從0開始升高，當(dāng)開始升高，當(dāng) 時時,cci31vu uo=uohb. (1/3)vcc ui rd，所以恢，所以恢復(fù)期很短。復(fù)期很短。 thrdtrgndoutcuvccc+vccuo555disruiuc+-3. 工作波形圖工作波形圖tw充電充電放電放電ouiuoto2/3vcc1/3vccucottthrdtrgndoutcuvccc+vccuo555disruiuc+- 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tw是暫是暫穩(wěn)態(tài)的停留時間，根據(jù)穩(wěn)態(tài)的停留時間，根據(jù)電容電容c的充電過程可知：的充電過程可知： 4. 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tw0)0( curc cc)(vuc ccw32

38、)(vtuc rcrcuuuurctccc1 . 13n1)()0()(n1tw tw充電充電放電放電ouiuoto2/3vcc1/3vccucott 圖示電路對輸入觸發(fā)脈沖的寬度有一定要求，圖示電路對輸入觸發(fā)脈沖的寬度有一定要求， 它必須小它必須小于于tw。若輸入觸發(fā)脈沖寬度大于。若輸入觸發(fā)脈沖寬度大于tw時，應(yīng)在時，應(yīng)在u2輸入端加微分輸入端加微分電路。電路。thrdtrgndoutcuvccc+vccuo555disrui具有微分環(huán)節(jié)的單穩(wěn)態(tài)電路具有微分環(huán)節(jié)的單穩(wěn)態(tài)電路 thrdtrgndoutcuvccc+vccuo555disruicprp線性鋸齒波電路線性鋸齒波電路 tcctcid

39、ticu001(a)電路電路 (b)波形圖波形圖 6.5.4 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器定時器構(gòu)成的多諧振蕩器1. 電路組成電路組成thrdtrgndoutcuvccc+vccuo555disr1ucr2+2. 工作原理工作原理(1) 由于接通電源前，電容器兩由于接通電源前，電容器兩端電壓端電壓uc=0，電源剛接通時，電源剛接通時uo輸出高電平，放電端截止，電源輸出高電平，放電端截止，電源vcc通過通過r1、r2 給電容給電容c充電，充電， uc逐漸增高。逐漸增高。 其暫態(tài)過程為其暫態(tài)過程為 crrvuucccc)(0)0(21（充充 thrdtrgndoutcuvccc+vccuo555d

40、isr1ucr2+輸出電壓輸出電壓uo一直保持高電平不變，一直保持高電平不變，這就是第一個暫穩(wěn)態(tài)。這就是第一個暫穩(wěn)態(tài)。 cccccvuv3231 當(dāng)當(dāng) 時時(2) 當(dāng)當(dāng)uc略微超過略微超過 (即即u6和和u2均大于等于均大于等于 )時時ccv32uo從高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即從高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即uo =0，放電管，放電管t飽和導(dǎo)通。飽和導(dǎo)通。此時電容此時電容c通過通過r2和和t放電。放電。thrdtrgndoutcuvccc+vccuo555disr1ucr2+uo持低電平，這是第二個暫穩(wěn)態(tài)。持低電平，這是第二個暫穩(wěn)態(tài)。隨著電容隨著電容c放電，放電，uc下降。下降。t截止，電容截止，電容c再

41、次充電，又重復(fù)上述過程，電路輸出便得到周再次充電，又重復(fù)上述過程，電路輸出便得到周期性的矩形脈沖。期性的矩形脈沖。(3) 當(dāng)當(dāng)uc下降到略微低于下降到略微低于 時，電路輸出又變?yōu)闀r，電路輸出又變?yōu)閡o=1。cccvu31 thrdtrgndoutcuvccc+vccuo555disr1ucr2+ccv31當(dāng)當(dāng) 時時cccvu32 t1ouo2/3vcc1/3vccucottt1t2t3t4t23. 工作波形工作波形thrdtrgndoutcuvccc+vccuo555disr1ucr2+t1、2分別為電容分別為電容c的充電時間和放電時間。的充電時間和放電時間。t1ouo2/3vcc1/3vccucottt1t2t3t4t24. 振蕩周期振蕩周期t的計算的計算t=t1+t2thrdtrgndoutcuvccc+vccuo555disr1ucr2+t1ouo2/3vcc1/3vccucottt1t2t3t4t2thrdtrgndoutcuvccc+vccuo555disr1ucr2t1 = (r1+r2)c ln2