第八章脉冲的变与换PPT讲稿.ppt

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1、第八章脉冲的变与换第1页，共96页，编辑于2022年，星期三本章内容和要求本章内容和要求主要内容主要内容讨论几种脉冲波形的变换和产生电路讨论几种脉冲波形的变换和产生电路:单单稳态触发器，施密特触发器稳态触发器，施密特触发器,多谐振荡器多谐振荡器,定时器等。定时器等。教学要求教学要求掌握多谐振荡器掌握多谐振荡器,施密特触发器施密特触发器,单稳态单稳态触发器的电路构成和原理。触发器的电路构成和原理。掌握定时器的功能和具体应用。掌握定时器的功能和具体应用。第2页，共96页，编辑于2022年，星期三8.1 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器与前面介绍的触发器不同，单稳态触发器与前面介绍的触发器不同，

2、它具有下述特点：它具有下述特点：1、电路有一个稳态、一个暂稳态、电路有一个稳态、一个暂稳态,没有触发信号作用没有触发信号作用时电路处于稳态。时电路处于稳态。2、在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态，暂、在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态，暂稳态不能长久保持。稳态不能长久保持。3、暂稳态维持一段时间后，会自动回到稳态，它的持续、暂稳态维持一段时间后，会自动回到稳态，它的持续时间取决于延时环节时间取决于延时环节RC电路的参数值。电路的参数值。单稳态触发器的这些特点广泛应用于脉冲波形的变换、单稳态触发器的这些特点广泛应用于脉冲波形的变换、定时与延时中。定时与延时中。第3页，共96页

3、，编辑于2022年，星期三8.1.1 用用CMOS门电路组成的微分型单稳态触发器门电路组成的微分型单稳态触发器1、电路组成及工作原理、电路组成及工作原理&VO1G1G2VI与非门与非门及非门及非门构成构成(a)1VO1G1G2VI图图811 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器或非门或非门及非门及非门构成构成(b)CdCdRd1VOCRD1VOCRDVDDRd微分型单稳态触发器可由微分型单稳态触发器可由逻辑门和逻辑门和RC电路组成，电路组成，由于构成单稳态触发器的由于构成单稳态触发器的两个逻辑门是由两个逻辑门是由RC微分微分电路耦合，故称为微分型电路耦合，故称为微分型单稳态触发器。单稳态触发器

4、。右图为右图为CMOS门构成的单稳态触门构成的单稳态触发器电路。发器电路。(a)图有错：图有错：Rd下端下端应接应接VDD；或不要；或不要Cd,直连直连VI，对对TTL门，电路正确。但要门，电路正确。但要求求RdRON。第4页，共96页，编辑于2022年，星期三微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器(图图b)的工作过程及原理的工作过程及原理外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态：外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态：vI vo1 vD vo 设设CMOS门电路的电压传输特性理想化，且其反相器的阈值电压门电路的电压传输特性理想化，且其反相器的阈值电压VTHVDD2没有触发信号时，电路处于一种稳态。没

5、有触发信号时，电路处于一种稳态。没有触发信号时，没有触发信号时，VI为低电平，为低电平，VD为高电平，电路的稳为高电平，电路的稳态是：态是：vo1=VOH,vo=VOL。注意：注意：vo即即G2门输出门输出vo2正反馈过程达到的暂稳态是：正反馈过程达到的暂稳态是：vo=VOH,vo1=VOL第5页，共96页，编辑于2022年，星期三微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器(图图b:或非门及非门构成或非门及非门构成)的工的工作过程及原理作过程及原理0 00 00 01 11 11VO1G1G2VICd1VOCRDVDDRd1)没有触发信号时，没有触发信号时，电路处于一种稳态：电路处于一种稳态：vo1

6、=VOH,vo2=VOL。(电容端电压近似为电容端电压近似为0）vO1vO2vDvIvDDvDDvDD+vthtttttpivthtwt1t2(vo)第6页，共96页，编辑于2022年，星期三（3）电容充电，电路由暂稳态自动返回至稳态电容充电，电路由暂稳态自动返回至稳态在暂稳态期间，电源经电阻在暂稳态期间，电源经电阻R和门和门G1的导通工作管对的导通工作管对电容电容C充电，电路发生下述正反馈过程（设此时触发充电，电路发生下述正反馈过程（设此时触发器脉冲已消失）：器脉冲已消失）：C充电充电 vD vo vo1于是于是G1门迅速截止，门迅速截止，G2门很快导通，电路由暂门很快导通，电路由暂稳态自动

7、返回至稳态：稳态自动返回至稳态：vo1=VOH,vo=VOL，电容将，电容将通过电阻通过电阻R放电，使其上的电压恢复到初值放电，使其上的电压恢复到初值。第7页，共96页，编辑于2022年，星期三微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器(图图b:或非门及非门构成或非门及非门构成)的工的工作过程及原理作过程及原理1VO1G1G2VICd1VOCRDVDDRdvO1vO2vDvIvDDvDDvDD+vthtttttpivthtwt1t2vD vO2 vO1 1 11 11 10 00 03)电容放电，电路由暂稳态自动返回电容放电，电路由暂稳态自动返回到稳态：到稳态：vo1=VOH,vo2=VOLvo1

8、v D vO2 vI2)外加触发信号后，电路进入暂稳态：外加触发信号后，电路进入暂稳态：vo2=VOH,vo1=VOL；电容开始充；电容开始充电。电。(vo)第8页，共96页，编辑于2022年，星期三电路各点的工作波形电路各点的工作波形图图812 微分型单稳态触发器各点工作波形微分型单稳态触发器各点工作波形vO1vOvIvDDvDDvDD+vthttttvthtpitwt1t2VD(vo2)第9页，共96页，编辑于2022年，星期三2、微分型单稳态触发器主要参数的计算、微分型单稳态触发器主要参数的计算（1）输出脉冲宽度）输出脉冲宽度tw输出脉冲宽度输出脉冲宽度tw，也就是暂稳态的维持时间，也就

9、是暂稳态的维持时间，可以根据可以根据VD的波形进行计算。将触发脉的波形进行计算。将触发脉冲作用的起始时刻冲作用的起始时刻t1作为时间起点，于是作为时间起点，于是有有VD(0+)=0,VD()=vDD,=RC,代人瞬态过程公式得代人瞬态过程公式得 VD(t)=vDD 0 vDDet/,当当t=tw时，时，VD(tw)=Vth,代人可求得代人可求得 tw=RC当当Vth=VDD/2,则则tw0.7RC第10页，共96页，编辑于2022年，星期三 恢复时间恢复时间tre暂稳态结束后，使电路恢复到初始状态所需要的时暂稳态结束后，使电路恢复到初始状态所需要的时间称为恢复时间间称为恢复时间tre。一般要经

10、过（。一般要经过（35）(为放电时为放电时间常数）的时间，放电才基本结束，故间常数）的时间，放电才基本结束，故tre 3。RC.最高工作频率最高工作频率fmax 设触发信号的时间间隔（即周期）为设触发信号的时间间隔（即周期）为T，为使电路正常，为使电路正常工作，应满足工作，应满足T（tw tre）的条件，即最小时间间隔）的条件，即最小时间间隔Tmin=tw tre,因此，单稳态触发器的因此，单稳态触发器的 最高工作频率最高工作频率第11页，共96页，编辑于2022年，星期三3.讨论讨论如图如图8.1.2所示，在暂稳态结束瞬间（所示，在暂稳态结束瞬间（t=t2),门门G2的的输入电压输入电压VD

11、达到达到VDDVth,为避免为避免CMOS门损坏，器件门损坏，器件内部设有保护二极管内部设有保护二极管D。当输入脉冲宽度当输入脉冲宽度tpi很宽时，可在很宽时，可在单稳态单稳态触发器的触发器的输入端加入输入端加入Rd、Cd 组成的微分电路。如在组成的微分电路。如在G2的输的输出端加入反相器出端加入反相器G3则可改善输出波形。则可改善输出波形。若采用若采用TTL 与非门构成如图与非门构成如图8.1.1a所示的单稳电路所示的单稳电路时，时，电阻电阻R要小于要小于0.7 k。如果输入端采用。如果输入端采用Rd、Cd 微分电路时，微分电路时，Rd 的数值应大于的数值应大于2 k。以保证稳。以保证稳态时

12、态时G2输入为低电平，输入为低电平，G1输入为高电平。如用输入为高电平。如用CMOS门，则电阻值不受此限制。门，则电阻值不受此限制。第12页，共96页，编辑于2022年，星期三图图813 宽脉冲触发的单稳电路宽脉冲触发的单稳电路v0111Cdv01v02G2G1RdCvdvIRvDDtpiG3D第13页，共96页，编辑于2022年，星期三8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器两种单稳态触发器的工作波形如下图所示两种单稳态触发器的工作波形如下图所示图图a为不可重复触发的为不可重复触发的单稳态触发器的工作单稳态触发器的工作波形波形图图b为可重复触发的单稳为可重复触发的单稳态触发器的工波形。两

13、态触发器的工波形。两者的区别是：触发器在者的区别是：触发器在暂稳态期间，如有触发暂稳态期间，如有触发脉冲作用，前者不受影脉冲作用，前者不受影响，后者会重新被触发，响，后者会重新被触发，暂稳态从最后触发沿起，暂稳态从最后触发沿起，继续延长继续延长tw时间。时间。图图814 两种单稳电路工作波形两种单稳电路工作波形VIVOtwtw(a)VIVOtwtwt(b)第14页，共96页，编辑于2022年，星期三1.不可重复触发的集成单稳态触发器电路不可重复触发的集成单稳态触发器电路A1A2B 1 11Q111Rext/CextRintCextRintaRextG1G2G3G4G8G5G6G7G9触发信号控

14、制电路触发信号控制电路微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器输出缓冲器输出缓冲器QTTL74121第15页，共96页，编辑于2022年，星期三不可重复触发的集成单稳态不可重复触发的集成单稳态触发器电路引脚图触发器电路引脚图Rext/Cext4123567141312111098VDDA1A2BCextNCRintQNCGNDNCQNCTTLTTL集成器件集成器件7412174121图图第16页，共96页，编辑于2022年，星期三(1)不可重复触发的集成单稳态触发器电路连接不可重复触发的集成单稳态触发器电路连接内部定时电阻（内部定时电阻（2k)，外接定时电阻（，外接定时电阻（1.4k-40 k之间

15、之间)。第17页，共96页，编辑于2022年，星期三（2）不可重复触发的集成单稳态触发器工作原理）不可重复触发的集成单稳态触发器工作原理电路由触发信号控制电路、微分型单稳态触发器及电路由触发信号控制电路、微分型单稳态触发器及输出缓冲电路组成。输出缓冲电路组成。电路只有一个稳态：电路只有一个稳态：Q=,Q=当图中当图中 a点有正脉冲触发时，电路进入暂稳态：点有正脉冲触发时，电路进入暂稳态：Q=1,Q=0Q为低电平后将为低电平后将G4门封锁，这时即使有触发信门封锁，这时即使有触发信号输入，在号输入，在a点也不会产生微分型单稳态触发器点也不会产生微分型单稳态触发器的触发信号，只有等电路返回稳态后，电

16、路才会的触发信号，只有等电路返回稳态后，电路才会在输入触发信号作用下被再次触发。在输入触发信号作用下被再次触发。74121的输出脉冲宽度的输出脉冲宽度tw0.7RC。第18页，共96页，编辑于2022年，星期三表表8.1.1 74121功能表功能表 L H L H L H L H L H L H L H H H H H H H L L Q Q A1 A2 B 输出输出 输入输入（3）逻辑功能逻辑功能第19页，共96页，编辑于2022年，星期三触发方式触发方式74121集成单稳态触发器有集成单稳态触发器有3个触发输入端，个触发输入端，由功能表可知，在下列情况下，电路可由功能表可知，在下列情况下，

17、电路可由稳态翻转到暂稳态（由稳态翻转到暂稳态（有正脉冲输出）有正脉冲输出）：若若A1,A2两个输入中有一个或两个为低电平，两个输入中有一个或两个为低电平，B发生由发生由0到到1的正跳变。的正跳变。若若B和和A1,A2均为高电平，均为高电平，A输入中有一个或两输入中有一个或两个产生由个产生由1到到0的负跳变。的负跳变。第20页，共96页，编辑于2022年，星期三（4）工作波形）工作波形第21页，共96页，编辑于2022年，星期三2、可重复触发的集成单稳态触发器电路、可重复触发的集成单稳态触发器电路TR-11111 VDDTPTN1111111VDDG12G11G1G2G3G4G8G5G6G7G9

18、G10G13G14G15G16RDTR+V04V12V07CextRextVCQQ图图8.1.8 8.1.8 集成单稳态集成单稳态 MC14528 MC14528逻辑图逻辑图控制电路控制电路三态门三态门输出缓冲器输出缓冲器第22页，共96页，编辑于2022年，星期三2、可重复触发的集成单稳态触发器电路芯片、可重复触发的集成单稳态触发器电路芯片2Rext/Cext2TR+1Rext/Cext12345678161514131211109VDD1RD1TR+1TR-2Cext2RD2TR-1CextVSS2Q2Q1Q1Q集成单稳态集成单稳态 MC14528 MC14528引脚图引脚图第23页，共9

19、6页，编辑于2022年，星期三表表8.1.2 MC14528功能表功能表 RD TR+TR-Q Q 功能功能 H H L L H 稳态稳态 H H输输 入入输输 出出L L H 清除清除 H L 单稳单稳 单稳单稳第24页，共96页，编辑于2022年，星期三可重复触发的集成单稳态触发器工作原理可重复触发的集成单稳态触发器工作原理电路主要由三态门，积分电路、控制电路组成的积分型电路主要由三态门，积分电路、控制电路组成的积分型单稳态触发器及输出缓冲电路组成。分析：单稳态触发器及输出缓冲电路组成。分析：稳态：稳态：Q=0,Q=1令令RD=1,无触发信号时，无触发信号时，TR=1,TR=0,通电瞬间通

20、电瞬间vc=0使使v04一定为高电平即一定为高电平即1,TN,TP同时截止同时截止,Cext充电至充电至VDD,电路维持稳态不变电路维持稳态不变:Q=0,Q=1 清零：清零：RD=0,Q=0,Q=1；第25页，共96页，编辑于2022年，星期三可重复触发的集成单稳态触发器工作原理可重复触发的集成单稳态触发器工作原理触发与定时触发与定时RD=1,TR=1,TR加正触发脉冲或加正触发脉冲或RD=1,TR=0,TR加负触发脉冲加负触发脉冲,将使将使G2输出为输出为0,G3输出为输出为1,而原而原G8输出为输出为1,故故v04=0,v10=1,TN导通导通,Cext放放电电,vc下降至下降至vth13

21、时使时使 Q=1 Q=0而进入暂稳态而进入暂稳态Vc进一步下降达进一步下降达G9的阈值电压（的阈值电压（vth9）时使）时使G9的输出为的输出为0,从而使从而使TN截止截止Cext充电充电,vc上升至上升至vth13时时,电路又回到稳态。电路又回到稳态。注意：注意：vth13 vth9第26页，共96页，编辑于2022年，星期三2.可重复触发的集成单稳态触发器可重复触发的集成单稳态触发器MC14528工作波形工作波形t1TR+TR-0000VCVth13Vth9t2t3t4t5t6t7twtwt+twtttt脉冲宽度包括电容充电和放电两段。脉冲宽度包括电容充电和放电两段。第27页，共96页，编

22、辑于2022年，星期三本图不含第本图不含第2种触发方式种触发方式稳态第28页，共96页，编辑于2022年，星期三1.定时定时可使电路在一定脉冲宽度的时间内动作或不动作。可使电路在一定脉冲宽度的时间内动作或不动作。图图8.1.108.1.10单稳态触发器作定时电路的应用单稳态触发器作定时电路的应用twt w8.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用(a）逻辑图逻辑图(b)波波形形图图第29页，共96页，编辑于2022年，星期三2、延迟、延迟图图8.1.11 8.1.11 由单稳构成的延迟电路由单稳构成的延迟电路V VOO7412174121QQV VCCCCC CextextB BA A1

23、 1A A2 2R Rextext/C/CextextC C1 17412174121QQV VCCCCC CextextB BA A1 1A A2 2R Rextext/C/CextextC C2 2V VI IV VCCCCQQ2 2QQ1 1(II)(I)R2R1(V(VO0O0)第30页，共96页，编辑于2022年，星期三延迟电路工作波形：延迟电路工作波形：vo脉冲的上升沿相对于输入信号脉冲的上升沿相对于输入信号vi的上升沿延迟了的上升沿延迟了tw1时间。时间。第31页，共96页，编辑于2022年，星期三3.组成噪声消除电路组成噪声消除电路 噪声噪声 RCCextCext/Rext74

24、12174121vov vccB A1 A2vIC1DRvovIDCP(R)vovI噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号的宽度较宽。如图而有用的信号的宽度较宽。如图b注意：单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度注意：单稳触发器的输出脉宽应大于噪声宽度 而小于信号脉宽，才可消除噪声。而小于信号脉宽，才可消除噪声。第32页，共96页，编辑于2022年，星期三8.2 8.2 施密特触发器施密特触发器施密特触发器的电压传输特性施密特触发器的电压传输特性:1、电平触发，滞回特性、电平触发，滞回特性2、上限阈值电压、上限阈值电压VT+3 3、下限阈值电压、下限阈值电压、下限

25、阈值电压、下限阈值电压V VT-4 4、回差电压、回差电压、回差电压、回差电压 V=VV=VT+-VT-图图821 821 施密特电路的传输特性施密特电路的传输特性VT+VT_VT+VT_vovIvovI同相输出同相输出反相输出反相输出第33页，共96页，编辑于2022年，星期三8.2.1 门电路组成的施密特触发器门电路组成的施密特触发器v I1vovIR1 R2 I为三角波为三角波 作如下假定：作如下假定：1.电路组成电路组成由叠加原由叠加原理得理得第34页，共96页，编辑于2022年，星期三vI10 00 0只要只要vI1 Vth，则保持，则保持vO=VOH当当vI1=Vth，电路产生，电

26、路产生如下正反馈如下正反馈：当当vI下降下降，vI1也也下降下降0 0 vI vI1 vO vO1将将VDD=2Vth代人可得代人可得回差电压第36页，共96页，编辑于2022年，星期三图图8.2.3 施密特触发器工作波形及传输特性曲线施密特触发器工作波形及传输特性曲线vIVT+VT_vO00tt0vIvOVT+VT_VOH(a)vO输出工作波形输出工作波形(b)vO输出传输特性曲线输出传输特性曲线vI13.工作波形工作波形及电压传及电压传输特性输特性VOH第37页，共96页，编辑于2022年，星期三图图8.2.3 施密特触发器工作波形及传输特性曲线施密特触发器工作波形及传输特性曲线vI VT

27、+VT_vO100tt0vIvO1VT+VT_VOH(a)vO1输出工作波形输出工作波形(b)vO1输出传输特性曲线输出传输特性曲线vI13.工作波形工作波形及电压传输及电压传输特性特性VOH第38页，共96页，编辑于2022年，星期三例例8.2.1 在图在图8.2.2所示的电路中，电源电压所示的电路中，电源电压VDD=10V,G1，G2选用选用CC4069反相器，其负载电流反相器，其负载电流最大允许值最大允许值IOH(max)=1.3mA,门的阈值电压门的阈值电压VTH(12)VDD=5V,且（且（R1R2)=0.5。（1）求）求VT+,VT-和和VT。（2）试选择）试选择R1,R2值。值。

28、vI1解：解：第39页，共96页，编辑于2022年，星期三vI1解解：（：（1）第40页，共96页，编辑于2022年，星期三（2）为保证反相器为保证反相器G2输出高电平时不过载，应输出高电平时不过载，应当选当选R215k时，时，R1=(12)R2=7.5 k考虑到考虑到vI1第41页，共96页，编辑于2022年，星期三8.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器(CC40106)图图8.2.4 CMOS8.2.4 CMOS集成施密特触发器电路集成施密特触发器电路VI1VO(b)逻辑符号逻辑符号OVOVIVT-VT+(c)传输特性曲线传输特性曲线TN4VITP1TP2TP3TP7TN8TN6TN

29、5TP9TN10VDDTP11TN12施密特触发器施密特触发器整形级整形级缓冲输出级缓冲输出级(a）电路图）电路图VOVO，VS5VDD第42页，共96页，编辑于2022年，星期三(1)施密特电路施密特电路设设P沟道沟道MOS管的开启电压为管的开启电压为VTP,N沟道沟道MOS管的开启管的开启电压为电压为VTN,输入信号输入信号VI为三角波。为三角波。当当VI=0时，时，,VO=VOH,vs5VDDVGSN6较高较高当当VI电位逐渐升高到电位逐渐升高到VI VTN时，时，TN4先导通，先导通，VI电位逐电位逐渐升高渐升高,到到TP1TP2趋于截止并使趋于截止并使VI-vs5 VTN 时，时，T

30、N5导通导通并引起如下正反馈过程：并引起如下正反馈过程：VOVS5 VGS5RON5(TN5导通电阻导通电阻)于是于是VO为低电平，为低电平，VO=0.电路原理分析：电路原理分析：第43页，共96页，编辑于2022年，星期三(1)施密特电路施密特电路当当VI从高电平逐渐下降到从高电平逐渐下降到时，时，电路又转换到电路又转换到VO=VOH的状态。的状态。在在VDDVTN+|VTP|的条件下，的条件下，VT+远大于远大于VDD2，且，且随着随着VDD增加而增加。而增加而增加。而VT-也要比也要比VDD2低很多。低很多。(2)整形级整形级利用两级反相器的正反馈作用使输出波形有陡直利用两级反相器的正反

31、馈作用使输出波形有陡直的上升沿和下降沿。的上升沿和下降沿。(3)输出级输出级反相器缓冲级反相器缓冲级第44页，共96页，编辑于2022年，星期三8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用1.波形的变换波形的变换 图图8.2.5 利用利用施密特施密特施密特施密特触发器实现波形变触发器实现波形变触发器实现波形变触发器实现波形变换：正弦波变矩形换：正弦波变矩形换：正弦波变矩形换：正弦波变矩形波波波波第45页，共96页，编辑于2022年，星期三2.波形的整形和抗干扰波形的整形和抗干扰8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用第46页，共96页，编辑于2022年，星期三2.波形的整形和抗干扰

32、波形的整形和抗干扰 8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用(a)具有顶部干具有顶部干扰的输入波形扰的输入波形（b)回差电压小回差电压小时的输出波形时的输出波形(c)回差电压大回差电压大时的输出波形时的输出波形图图8.2.7利用回差电压抗干扰利用回差电压抗干扰vovIvov vT2v vT1ttt合理选择回差电压，可消除干扰信号。合理选择回差电压，可消除干扰信号。(a)(b)(c)第47页，共96页，编辑于2022年，星期三3.幅度鉴别幅度鉴别幅度超过幅度超过vth(可设置可设置vth vT+）的脉冲使）的脉冲使电路有脉冲输出；电路有脉冲输出；幅度小于幅度小于vth的的脉冲则电路没脉冲

33、则电路没有脉冲输出。有脉冲输出。从而达到幅度从而达到幅度鉴别的目的。鉴别的目的。第48页，共96页，编辑于2022年，星期三8.3.1 门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器8.3.2 用施密特触发器构成波形产生电路用施密特触发器构成波形产生电路8.3 多谐振荡器多谐振荡器 电路的组成及工作原理电路的组成及工作原理 振荡周期的计算振荡周期的计算8.3.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器第49页，共96页，编辑于2022年，星期三 多谐振荡器是一种自激振荡器，电路在接通电源后无需多谐振荡器是一种自激振荡器，电路在接通电源后无需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形脉冲波或方外接触发信号就能

34、产生一定频率和幅值的矩形脉冲波或方波。由于多谐振荡器在工作过程中没有稳定状态，故波。由于多谐振荡器在工作过程中没有稳定状态，故又又称为称为无稳态电路无稳态电路。多谐振荡器多谐振荡器 VCC8.3多谐振荡器多谐振荡器 概概 述述第50页，共96页，编辑于2022年，星期三 开开关关电电路路 延时环节延时环节8.3 多谐振荡器多谐振荡器开关器件：开关器件：如门电路、电压如门电路、电压比较器、比较器、BJT管；作用是管；作用是产生产生高、低电平；高、低电平；多谐振荡器电路应由哪几部分组成？多谐振荡器电路应由哪几部分组成？反馈延迟环节：反馈延迟环节：利用利用RC电电路的充放电特性实现延时，路的充放电特

35、性实现延时，将输出电压恰当地反馈给开将输出电压恰当地反馈给开关器件使之改变输出状态，关器件使之改变输出状态，以获得所需要的振荡频率。以获得所需要的振荡频率。概概 述述第51页，共96页，编辑于2022年，星期三8.3.1 门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器 1.电路组成电路组成开关器件：开关器件：反馈延迟环节：反馈延迟环节：由由CMOS门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器逻辑门电路逻辑门电路R、C 电路电路第52页，共96页，编辑于2022年，星期三 2.工作原理工作原理假定假定vO1=1，vO2=0 注意：注意：Vth=VON=VOFF=VDD/2VCvIvO1 vO2 v

36、O1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0(1)第一暂稳态及第一暂稳态及电路自动翻转过程电路自动翻转过程 01 vOvO2;vOHvDD vO1=0，vO=1进入进入 第二暂稳态：第二暂稳态：当当vI达到达到Vth时，电路发生下述时，电路发生下述正反馈过程：正反馈过程：第53页，共96页，编辑于2022年，星期三VCvO1=0，vO2=1(2)第二暂稳态及电路自动翻转过程第二暂稳态及电路自动翻转过程 二vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0T1T2vI vO1 vO2 10 进入第二暂稳态瞬间，进入第二暂稳态瞬间，vI将升至将升至VOH+V+(本应升至本应升至VOH+Vth,但但由于

37、保护二极管的钳位作用仅升由于保护二极管的钳位作用仅升（VOH+V+）电路又回到第一暂稳态。电路又回到第一暂稳态。第二暂稳态：第二暂稳态：随后，电容随后，电容C放电使放电使vI下降至下降至Vth后，电路又发生下述正反馈后，电路又发生下述正反馈过程：过程：第54页，共96页，编辑于2022年，星期三 3.振荡周期振荡周期T的计算的计算:vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0T1T2T =T1(充充)+T2(放放)运用求解暂态过程的三要素法：运用求解暂态过程的三要素法：对于对于第一暂稳态，以第一暂稳态，以t1作作为时间的起点，为时间的起点，t为为 T1=t2t1,vI(0+)0V,vI()=

38、VDD,=RC,代代人暂态公式求得人暂态公式求得第55页，共96页，编辑于2022年，星期三vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0T1T2TRC1n41.4RC 在第二暂稳态，将在第二暂稳态，将t2作为作为时间的起点，则有时间的起点，则有vI(0+)VDD，vI()=0，=RC，代人暂态公，代人暂态公式求得式求得将将Vth=VDD/2代入得代入得第56页，共96页，编辑于2022年，星期三4、加补偿电阻的、加补偿电阻的CMOS多谐振荡器多谐振荡器 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 RS，有有RsR(一般取一般取 Rs=10R)。当当式式T=RC41.4 RC仅适于仅适于R

39、RON(P)+RON(N)RON(P)、RON(N)分别为分别为CMOS门中门中NMOS、PMOS管的导通电阻管的导通电阻、C C分布分布（分布电容）的情况。（分布电容）的情况。一般的电路还在上图中增加一个补偿电阻一般的电路还在上图中增加一个补偿电阻Rs如上图，如上图，Rs可可减少电源电压变化对振荡频率的影响减少电源电压变化对振荡频率的影响电源电压波动时，会使振荡频率不稳定电源电压波动时，会使振荡频率不稳定。第57页，共96页，编辑于2022年，星期三8.3.2 用施密特触发器构成波形产生电路用施密特触发器构成波形产生电路对于典型值：对于典型值：VT+=2VT=1.6V,输出电压摆幅为输出电压

40、摆幅为3V时，时，振荡频率振荡频率 f0.7/RC1RvovCC0110用施构成的多谐振用施构成的多谐振荡器荡器vC00VOtV VT+T+V VT-T-V VOHOHV VOLOLT1T2t第58页，共96页，编辑于2022年，星期三1RvovCC0110例例8.3.1：如图电路，已知参数，求输出波形高如图电路，已知参数，求输出波形高电平和低电平持续时间及占空比。电平和低电平持续时间及占空比。解：解：把数据代入公式即可把数据代入公式即可占空比为占空比为第59页，共96页，编辑于2022年，星期三8.3.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器由门电路组成的多谐振荡器，周期由门电路组成的多谐振荡器，周

41、期 T 取决于取决于R C 和和 Vth，频率稳定性较差。，频率稳定性较差。为得到频率稳定性很高为得到频率稳定性很高的脉冲波形，多采用由石英晶体组成的石英晶的脉冲波形，多采用由石英晶体组成的石英晶体振荡器。体振荡器。X 0 fs fp 电感性电感性 电容性电容性 f 电路符号电路符号 阻抗频率特性阻抗频率特性 R：使反相器工作在线性放大区：使反相器工作在线性放大区 C1：两个反相器间的耦合：两个反相器间的耦合 C2：抑制高次谐波，以保证稳定的频率输出。：抑制高次谐波，以保证稳定的频率输出。1 1 G1 G2 C1 R R C2 石英晶体振荡器石英晶体振荡器优点：振荡频率稳定性高，常用作基准信号

42、源优点：振荡频率稳定性高，常用作基准信号源1.石英晶体振荡器电路石英晶体振荡器电路第60页，共96页，编辑于2022年，星期三图图838双相时钟发生器的逻辑图和波形图双相时钟发生器的逻辑图和波形图1111&1J1KC1QQA 1 2AQ 1 22.石英晶体振荡器应用石英晶体振荡器应用实例：实例：双相时钟发生器双相时钟发生器第61页，共96页，编辑于2022年，星期三 8.4.1 555定时器定时器定时器应用举例定时器应用举例8.4 555定时器及其应用定时器及其应用 电路的组成电路的组成 8.4.3 用用555定时器组成定时器组成单稳态触发器单稳态触发器 8.4.4 用用555定时器组成定时器

43、组成多谐振荡器多谐振荡器 8.4.2 用用555定时器组成定时器组成施密特触发器施密特触发器 工作原理工作原理第62页，共96页，编辑于2022年，星期三8.4.1 555定时器定时器1、电路组成、电路组成第63页，共96页，编辑于2022年，星期三555定时器是一种应用方便的中规模集成电路定时器是一种应用方便的中规模集成电路,只需外接少只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。广量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。泛用于信号的产生、变换、控制与检测。电阻分压器电压比较器基本RS触发器复位输入端(0)输出缓冲反相器集电极开路输出

44、三极管C1C2&1TvovICvI1vI2vo(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS5 k 5 k 5 k RDVCC(8)G+-+555定时器结构用方框图表示如下：定时器结构用方框图表示如下：电压比电压比电压比电压比较器较器较器较器分压电分压电分压电分压电路路路路参考电压参考电压参考电压参考电压V VI1I1/V/VI2I2RSRS触发器触发器触发器触发器输出输出输出输出放电管放电管放电管放电管状态状态状态状态输入电压输入电压输入电压输入电压第64页，共96页，编辑于2022年，星期三555定时器的电路符号定时器的电路符号+C1C1C2C2&1 1QQQ+V+VCCCCRDT TD

45、D5K5K 5K5K 5K5K v vICICv vI1vI2I2vOVo 43718256555(Q)第65页，共96页，编辑于2022年，星期三附：电压比较器的工作原理附：电压比较器的工作原理+C1C1U+U-UOU+-U-UO电压传输特性电压传输特性U U+UU-，U UO O为高电平为高电平U U+UU-，U UO O为低电平为低电平第66页，共96页，编辑于2022年，星期三0 01 10 0TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G 如果悬空0 01 10 01 10 01 10 01 11

46、 10 01 11 11 1保持保持保持保持2.工作原理工作原理第67页，共96页，编辑于2022年，星期三阈值输入(VI1)6触发输入(VI2)2复位(RD)4输出(VO)3放电管T集电极7 0 0 导通2VCC/3VCC/3 1 1 截止2VCC/3VCC/3 1 0 导通2VCC/3VCC/3 1 不变 不变输入输入输出输出3.表表8.4.1 555定时器功能表定时器功能表第68页，共96页，编辑于2022年，星期三图图图图842842由由由由555555定时器构成定时器构成定时器构成定时器构成的的的的施密特触发器施密特触发器00VIVOVCCVCCtt(b)波形图波形图 8.4.2 用

47、用555定时器组成定时器组成施密特触发器施密特触发器 不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入VCC1VIVCCVOVIC8(a)电路图电路图26153745550.01F第69页，共96页，编辑于2022年，星期三用用555定时器组成定时器组成施密特触发器对近似正弦波的变换施密特触发器对近似正弦波的变换不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入013VCC23VCCvIvOVOH第70页，共96页，编辑于2022年，星期三8.4.3 用用555定时器组成定时器组成单稳态触发器单稳态触发器用用555定

48、时器组成定时器组成单稳态触发器单稳态触发器不可不可重复触发单稳重复触发单稳不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入 vO vI o v o C t t2 t1 )(-CCVa、接通电源电路进入稳态、接通电源电路进入稳态 O=0t t 2 3 VCC o Vc=0 23 VCC 13 VCC1、工作原理、工作原理第71页，共96页，编辑于2022年，星期三C1_C2+用用555定时器组成定时器组成单稳态触发器单稳态触发器不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入b、当输入信号下降沿到达时、当输入信号下降

49、沿到达时,电路进入暂稳态电路进入暂稳态 C1+t vO VOH o vI o t vC o 1 3 VCC 2 3 VCC t t2 t1 0 tWtw=RC1n31.1RC c、电容放电、电容放电,电路自动返回到稳态电路自动返回到稳态 1、工作原理、工作原理第72页，共96页，编辑于2022年，星期三工作原理归纳工作原理归纳1、没有触发信号时、没有触发信号时 电路的工作状态电路的工作状态Q=0，VO=VOL，TD导通导通导通导通此时电路处于稳态此时电路处于稳态此时电路处于稳态此时电路处于稳态稳态稳态稳态稳态2、触发信号到来、触发信号到来Q=1Q=1，V VO=VOH，T TD D截止此截止此

50、截止此截止此时电路进入暂稳态，暂稳时电路进入暂稳态，暂稳时电路进入暂稳态，暂稳时电路进入暂稳态，暂稳态维持时间为电容充电到态维持时间为电容充电到态维持时间为电容充电到态维持时间为电容充电到2V2VCCCC/3的时间的时间3、自动返回稳态、自动返回稳态充电使充电使VC=2VCCCC/3/3时，时，时，时，电路返回到稳态电路返回到稳态电路返回到稳态电路返回到稳态暂稳态暂稳态暂稳态暂稳态vc0tVOtw00ttvIVcc第73页，共96页，编辑于2022年，星期三图图846由由555定时器构成的可重复触发单稳电路定时器构成的可重复触发单稳电路RVCC85555550.010.01 F F1 12 2