数字电路与逻辑设计教程-第6章.ppt

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1、第第6章章 脉冲的产生和变换电路脉冲的产生和变换电路6.1 概述概述6.2 555定时器电路定时器电路6.3 单稳态触发器单稳态触发器6.4 施密特触发器施密特触发器6.5 多谐振荡器多谐振荡器6.1 概述概述集成集成555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能中规模集成电路。只需在外部配接适当的阻容广泛的多功能中规模集成电路。只需在外部配接适当的阻容元件，便可组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器元件，便可组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等多种应用电路，等多种应用电路，555定时器的电源电压范围较宽，双极型定时器的电

2、源电压范围较宽，双极型的为的为4.5 16 V，CMOS的为的为3 18 V，还能提供与，还能提供与TTL及及CMOS数字电路兼容的接口电平。数字电路兼容的接口电平。555定时器可输出定时器可输出一定的功率，用以驭动微电机、指示灯和扬声器等。它在脉一定的功率，用以驭动微电机、指示灯和扬声器等。它在脉冲波形的产生与变换、仪器仪表、测量与控制、家用电器与冲波形的产生与变换、仪器仪表、测量与控制、家用电器与电子玩具等领域都有广泛应用。电子玩具等领域都有广泛应用。下一页返回6.1 概述概述TTL集成单定时器型号的最后集成单定时器型号的最后3位数字为位数字为555，双定时器的，双定时器的为为556；CM

3、OS集成单定时器的最后集成单定时器的最后4位数为位数为7555，双定，双定时器为时器为7556。它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。本章主要介绍本章主要介绍555定时器的工作原理及由定时器的工作原理及由555定时器构成的定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作原理及应施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作原理及应用。用。上一页返回6.2 555定时器电路定时器电路1.555定时器的电路组成定时器的电路组成555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的器件，其内定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的器件，其内部电路结构如部电路结构如图图

4、6-1所示，芯片引脚编号及功能名称已标于所示，芯片引脚编号及功能名称已标于图中。图中。555定时器电路由定时器电路由3部分组成部分组成:(1)电阻分压器和电压比较器由电阻分压器和电压比较器由3个等值的电阻个等值的电阻R和两个集成和两个集成运放比较器运放比较器C1、C2构成。电源电压构成。电源电压UCC经分压取得经分压取得U-2和和U+1作为比较器的输入参考电压，在无外加控制电压作为比较器的输入参考电压，在无外加控制电压UM 时，时，；外加控制电压；外加控制电压UM可改变参考电压值。可改变参考电压值。下一页返回6.2 555定时器电路定时器电路注意，不接外加控制时，控制端注意，不接外加控制时，控

5、制端(第第5脚脚)不可悬空，须通过不可悬空，须通过电容电容(约约0.01 uF)接地，以旁路高频干扰。比较器分别对阈接地，以旁路高频干扰。比较器分别对阈值输入值输入Ui1与与U+1、触发输入、触发输入Ui2与与U-2进行比较，它们的结果进行比较，它们的结果决定比较器输出决定比较器输出UC1和和UC2的电位高低。的电位高低。(2)基本基本RS触发器由比较器输出电位触发器由比较器输出电位UC1和和UC2控制其状态。控制其状态。(第第4脚脚)为触发器复位端，当为触发器复位端，当 =0时，触发器反相输出端时，触发器反相输出端 =1，使定时器输出，使定时器输出Uo=0，同时使，同时使VT导通。导通。(3

6、)输出缓冲器和开关管，由反相放大器和集电极开路的三输出缓冲器和开关管，由反相放大器和集电极开路的三极管极管VT构成。构成。上一页 下一页返回6.2 555定时器电路定时器电路反相放大器用以提高负载能力，并起到隔离作用。反相放大器用以提高负载能力，并起到隔离作用。VT的集电的集电极电流可达极电流可达500 mA，能驱动较大的灌电流负载。，能驱动较大的灌电流负载。555定时器可在较宽的电源电压范围定时器可在较宽的电源电压范围(4.518 V)内正常工内正常工作，但各输入端的信号电压不可超过电源电压值。作，但各输入端的信号电压不可超过电源电压值。2.工作原理工作原理表表6-1为为555定时器的功能表

7、，它全面、清晰地表示出定时器的功能表，它全面、清晰地表示出555的基本功能，表中的基本功能，表中“x”表示任意。表示任意。上一页 下一页返回6.2 555定时器电路定时器电路(1)当当 =0，Q=0时，输出时，输出OUT=0，VT饱和导通。饱和导通。(2)当当 =1、时，时，C1输出低电平，输出低电平，C2输出高电平，输出高电平，=1,Q=0，输出，输出OUT=0，VT饱和导通。饱和导通。(3)当当 =1、时，时，C1和和C2的输出为高的输出为高电平，基本电平，基本RS触发器保持原来的状态不变，因此触发器保持原来的状态不变，因此OUT和和VT也保持原来的状态不变。也保持原来的状态不变。(4)当

8、当 =1、时，时，C1输出高电平，输出高电平，C2输输出低电平，出低电平，=0，Q=1，OUT=1，VT截止。截止。上一页 下一页返回6.2 555定时器电路定时器电路5G555定时器的电源电压范围较大，双极型电路定时器的电源电压范围较大，双极型电路UCC为为4.516 V，输出高电平不低于电源的，输出高电平不低于电源的90%，带拉电流和，带拉电流和灌电流负载能力可达灌电流负载能力可达20 mA；CMOS电路电路UCC为为318 V，输出高电压不低于电源电压的，输出高电压不低于电源电压的95%，带拉电流负载的能力，带拉电流负载的能力为为1 mA，灌电流负载能力为，灌电流负载能力为3.2 mA。

9、上一页返回6.3 单稳态单稳态触发器触发器单稳态触发器与双稳态触发器及施密特触发器的不同之处在单稳态触发器与双稳态触发器及施密特触发器的不同之处在于它只有一个稳定状态。在外加脉冲的作用下，单稳态触发于它只有一个稳定状态。在外加脉冲的作用下，单稳态触发器翻转到一个暂态，该暂态维持一段时间后又回到原来的稳器翻转到一个暂态，该暂态维持一段时间后又回到原来的稳态。单稳态触发器的这一特性也可用做脉冲整形。态。单稳态触发器的这一特性也可用做脉冲整形。下一页返回6.3 单稳态单稳态触发器触发器6.3.1由由555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器1.电路组成电路组成 由由555定时器构成的单稳

10、态触发器电路的组成如定时器构成的单稳态触发器电路的组成如图图6-2所示。所示。图中图中R和和C为单稳态触发器的定时元件，它们的连接点为单稳态触发器的定时元件，它们的连接点UC与与定时器的阈值输入端定时器的阈值输入端(6脚脚)及集电极开路输出端及集电极开路输出端VT(7脚脚)相相连。单稳态触发器输出脉冲宽度由连。单稳态触发器输出脉冲宽度由R和和C确定，即确定，即Tpo 1.1RC，若，若R的单位为的单位为 、C的单位为的单位为F，则，则Tpo的单位为的单位为s。上一页 下一页返回6.3 单稳态单稳态触发器触发器Ri、Ci构成输入回路的微分环节，用以使输入信号构成输入回路的微分环节，用以使输入信号

11、Ui的负脉的负脉冲宽度冲宽度Tpi限制在允许的范围内，即经微分电路后变为尖脉冲限制在允许的范围内，即经微分电路后变为尖脉冲信号信号Ui。通常应满足。通常应满足Tpi 5RiCi，使，使Ui的尖脉冲宽度小于的尖脉冲宽度小于单稳态触发器的输出脉冲宽度单稳态触发器的输出脉冲宽度Tpo。若输入信号的负脉冲宽度。若输入信号的负脉冲宽度Tpi本来就小于本来就小于Tpo，则微分环节可以省略不用。定时器复位，则微分环节可以省略不用。定时器复位输入端输入端 (4脚脚)接高电位，控制输入端接高电位，控制输入端UM通过通过0.01 uF电电容接地，使它们都不起作用。定时器输出端容接地，使它们都不起作用。定时器输出端

12、Uo(3脚脚)作为单作为单稳态触发器信号输出端。稳态触发器信号输出端。上一页 下一页返回6.3 单稳态触发器单稳态触发器2.工作原理工作原理电路接通电源后，在未加入负脉冲时，输入电路接通电源后，在未加入负脉冲时，输入Ui保持高电位，保持高电位，在稳定信号下，在稳定信号下，C相当于断开状态。输入相当于断开状态。输入2脚的脚的Ui由于由于Ri的的存在为高电位存在为高电位(UCC)，其值大于定时器的负向阈值，其值大于定时器的负向阈值 。此时，若定时器原始状态为。此时，若定时器原始状态为”0”，则集电极开路输出端，则集电极开路输出端(7脚脚)导通接地，使电容导通接地，使电容C放电、放电、UC使使6脚的

13、信号其值小于定时脚的信号其值小于定时器的正向阈值器的正向阈值 ，由此定时器维持，由此定时器维持“0”状态不变，单状态不变，单稳态触发器输出稳态触发器输出Uo为低电位；若定时器原始状念为为低电位；若定时器原始状念为”1”，大，大于定时器的正向阈值于定时器的正向阈值 时，定时器翻转为时，定时器翻转为”0”状态。至状态。至此集电极开路输出端此集电极开路输出端(7脚脚)对地断开，对地断开，UCC经经R向向C充电，使充电，使UC电位升高，待电位升高，待UC值大于定时器的正向阈值值大于定时器的正向阈值 时，定时，定时器翻转为时器翻转为”0”状态。状态。上一页 下一页返回6.3 单稳态单稳态触发器触发器至此

14、，单稳态触发器状态又回到初始稳态的情况。以上分析至此，单稳态触发器状态又回到初始稳态的情况。以上分析看似繁琐，实际上只说明这样一个结论看似繁琐，实际上只说明这样一个结论:单稳态触发器正常工单稳态触发器正常工作时，若未加输入负脉冲，即输入作时，若未加输入负脉冲，即输入Ui保持高电位，则单稳态保持高电位，则单稳态触发器的输出触发器的输出Uo一定为低电位。一定为低电位。单稳态触发器的工作过程可分为下列单稳态触发器的工作过程可分为下列3个阶段来分析，个阶段来分析，图图6-3所示为其工作波形。所示为其工作波形。1)触发翻转阶段触发翻转阶段输入负脉冲输入负脉冲Ui到来时，下降沿经到来时，下降沿经RiC微分

15、环节在微分环节在Ui端产生下端产生下跳负向脉冲，其值低于负向阈值跳负向脉冲，其值低于负向阈值 。由于稳态时。由于稳态时UC低低于正向阈值于正向阈值 ，故定时器翻转为，故定时器翻转为”1”，输出，输出Uo为高电为高电位，同时集电极开路输出端对地断开。此时单稳态触发器进位，同时集电极开路输出端对地断开。此时单稳态触发器进入暂稳状态。入暂稳状态。上一页 下一页返回6.3 单稳态触发器单稳态触发器2)暂态维持阶段暂态维持阶段由于集电极开路输出端由于集电极开路输出端7脚对地断开，脚对地断开，UCC通过通过R向向C充电，充电，UC按指数规律上汁。从暂稳态开始到按指数规律上汁。从暂稳态开始到UC值到达正向阈

16、值值到达正向阈值 之前这段时间就是暂态维持时间之前这段时间就是暂态维持时间Tpo。3)返回恢复阶段返回恢复阶段当当C充电使充电使UC值高于正向阈值值高于正向阈值 时，由于时，由于Ui端负向尖端负向尖脉冲已消失，脉冲已消失，Ui高于负向阈值高于负向阈值 ，定时器翻转为，定时器翻转为“o“，输出，输出UC为低电位，同时集电极开路输出端为低电位，同时集电极开路输出端(7脚脚)对地导通，对地导通，暂态阶段结束。此后，暂态阶段结束。此后，C通过通过7脚放电，致使脚放电，致使UC低于正向阈值低于正向阈值 ，使单稳态触发器恢复稳态。，使单稳态触发器恢复稳态。上一页 下一页返回6.3 单稳态单稳态触发器触发器

17、6.3.2 单稳态触发器应用举例单稳态触发器应用举例单稳态触发器的特性可以用于实现脉冲整形和脉冲定时功能。单稳态触发器的特性可以用于实现脉冲整形和脉冲定时功能。1.脉冲整形脉冲整形利用单稳态触发器能产生一定宽度的脉冲这一特性，可以将利用单稳态触发器能产生一定宽度的脉冲这一特性，可以将过窄或过宽的输入脉冲整形成固定的宽度输出。过窄或过宽的输入脉冲整形成固定的宽度输出。图图6-4所示的不规则输入波形经单稳态触发器整形后，便可所示的不规则输入波形经单稳态触发器整形后，便可得到固定的宽度和固定幅度，且上升、下降沿陡峭的规整矩得到固定的宽度和固定幅度，且上升、下降沿陡峭的规整矩形波输出。形波输出。上一页

18、 下一页返回6.3 单稳态单稳态触发器触发器2.脉冲定时脉冲定时同样，利用单稳态触发器能产生一个固定的脉冲的特性，可同样，利用单稳态触发器能产生一个固定的脉冲的特性，可以实现定时功能。若将单稳态触发器的输出以实现定时功能。若将单稳态触发器的输出Ui。接至与门的。接至与门的一个输入脚，与门的另一个输入脚输入高电平脉冲序列一个输入脚，与门的另一个输入脚输入高电平脉冲序列Uf，单稳态触发器在输入负脉冲到来时开始翻转，与门开启，允单稳态触发器在输入负脉冲到来时开始翻转，与门开启，允许高电平脉冲序列通过与门从其输出端许高电平脉冲序列通过与门从其输出端UAND输出。经过输出。经过Tpo定时时间后，单稳态触

19、发器恢复稳态，与门关闭，禁止高频定时时间后，单稳态触发器恢复稳态，与门关闭，禁止高频脉冲序列输出，由此实现了高频脉冲序列的定时器选通功能，脉冲序列输出，由此实现了高频脉冲序列的定时器选通功能，其工作波形如其工作波形如图图6-5所示。所示。上一页返回6.4 施密特触发器施密特触发器施密特触发器也有两个稳定状态，但与常规触发器不同的是，施密特触发器也有两个稳定状态，但与常规触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持。另外，对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输持。另外，对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信

20、号，施密特触发器有不同的阈值电位。即当输入信号入信号，施密特触发器有不同的阈值电位。即当输入信号Ui减小至低位负向阈值减小至低位负向阈值 时，输出电位时，输出电位Uo翻转为高电位翻转为高电位UOH；而当输入信号而当输入信号Ui增大至高于正向阈值增大至高于正向阈值 时，输出电位时，输出电位UO才翻才翻转为低电位转为低电位UOL。这种滞后的电压传输特性如。这种滞后的电压传输特性如图图6-6所示，也所示，也称回差特性，称回差特性，称为回差电压。称为回差电压。下一页返回6.4 施密特触发器施密特触发器6.4.1 用用555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器1.电路组成电路组成将将555定

21、时器的阈值输入端定时器的阈值输入端(6脚脚)和触发输入端和触发输入端(2脚脚)相连作相连作为输入端为输入端Ui，由，由UO(3脚脚)或或UO(7脚脚)挂接上拉电阻挂接上拉电阻RD及电及电源源Upp作为输出端，就构成了如作为输出端，就构成了如图图6-7所示的施密特触发器电所示的施密特触发器电路。路。上一页 下一页返回6.4 施密特触发器施密特触发器2.工作原理工作原理以以图图6-8所示的输入信号所示的输入信号Ui的波形为例，来讨论施密特触发的波形为例，来讨论施密特触发器的工作过程及其输出信号器的工作过程及其输出信号Uo的波形的波形(这里先假设未外接控这里先假设未外接控制输入制输入UM)。当。当U

22、i为为0 V时，因时，因Ui由由Ui1与与Ui2相连而成，所以相连而成，所以 。由。由555定时器的工作原理可知，此时施密特触发器输出定时器的工作原理可知，此时施密特触发器输出UO为高电位为高电位(1)，此后，此后，Ui逐渐上升，但只要不高于阈值电逐渐上升，但只要不高于阈值电位位 ，施密特触发器输出，施密特触发器输出UO维持高电位维持高电位1不变。这不变。这一过程可以分为两个阶段来进一步分析一过程可以分为两个阶段来进一步分析:前一阶段，只要前一阶段，只要Ui不不高于触发电位高于触发电位()，上述定时器输入状态维持不变，即触，上述定时器输入状态维持不变，即触发器仍为发器仍为1状态状态;后一阶段，

23、只要后一阶段，只要Ui不高于阈值电位不高于阈值电位()，则，则 。由。由555定时器的工作原理定时器的工作原理可知，此时定时器维持原状态不变，即施密特触发器输出可知，此时定时器维持原状态不变，即施密特触发器输出Uo仍然为高电位仍然为高电位1。上一页 下一页返回6.4 施密特触发器施密特触发器当当Ui继续上升至高于阈值电位继续上升至高于阈值电位()时，则时，则 的条件满足，定时器状态翻转为的条件满足，定时器状态翻转为“0”，即施密特触发器输出，即施密特触发器输出UO为低压位为低压位“0”。此后，。此后，Ui继续变化继续变化(先上升，后下降先上升，后下降)，但，但只要不低于触发电位只要不低于触发电

24、位()，施密特触发器输出，施密特触发器输出UO维持低电维持低电位位“0”不变。这一过程同样可以分两个阶段来分析不变。这一过程同样可以分两个阶段来分析:前一阶段，前一阶段，只输出只输出Ui不低于阈值电位不低于阈值电位()，上述定时器输入状态维持，上述定时器输入状态维持不变，即触发器仍为不变，即触发器仍为“0”状态状态;后一阶段，只要后一阶段，只要Ui不低于触发不低于触发电位电位()，则，则 的条件满足，定时的条件满足，定时器维持原状态不变，即施密特触发器输出器维持原状态不变，即施密特触发器输出UO仍然为低电位仍然为低电位(0)。上一页 下一页返回6.4 施密特触发器施密特触发器当当Ui继续变化，

25、一旦低于触发电位继续变化，一旦低于触发电位()后，又满足条件后，又满足条件 ，定时器翻转为，定时器翻转为1，施密特触发器输出为高电位，施密特触发器输出为高电位(1)。以上结论是在未考虑外接控制输入以上结论是在未考虑外接控制输入UMM影响的情况下得出的，影响的情况下得出的，即此时施密特触发器的正、负向阈值电位分别为即此时施密特触发器的正、负向阈值电位分别为 和和 。若考虑。若考虑UM的影响，则定时器的分压状态将发生改变，即施的影响，则定时器的分压状态将发生改变，即施密特触发器的正、负向阈值电位将分别为密特触发器的正、负向阈值电位将分别为 ，回差电压则为，回差电压则为 。由此可见，通过调节外加控制

26、电压由此可见，通过调节外加控制电压UM可改变施密特触发器的可改变施密特触发器的回差特性，从而达到改变输出信号脉冲宽度的目的。因此，回差特性，从而达到改变输出信号脉冲宽度的目的。因此，利用施密特触发器的回差特性可以实现将不规则的输入波形利用施密特触发器的回差特性可以实现将不规则的输入波形反相转换成矩形脉冲输出的功能。反相转换成矩形脉冲输出的功能。上一页 下一页返回6.4 施密特触发器施密特触发器6.4.2 施密特触发器应用举例施密特触发器应用举例上面介绍施密特触发器具有反相信号转换功能，若实际使用上面介绍施密特触发器具有反相信号转换功能，若实际使用中需要同相转换，只需在上述施密特触发器输出端再加

27、一个中需要同相转换，只需在上述施密特触发器输出端再加一个反相器即可。下面介绍的应用实例用的都是同相转换。反相器即可。下面介绍的应用实例用的都是同相转换。1.波形转换波形转换施密特触发器可用以将模拟信号波形转成矩形波形。施密特触发器可用以将模拟信号波形转成矩形波形。图图6-9就是一个将不规则的模拟信号波形反相转换成规则的矩形波就是一个将不规则的模拟信号波形反相转换成规则的矩形波的实例。的实例。图图6-10再给出一个将正弦波信号同相转换成矩形波再给出一个将正弦波信号同相转换成矩形波的例子，图中输出脉冲宽度的例子，图中输出脉冲宽度Tpo可通过改变回差电压可通过改变回差电压 的大小加以调节。的大小加以

28、调节。上一页 下一页返回6.4 施密特触发器施密特触发器2.波形整形波形整形若数字信号若数字信号(即矩形波即矩形波)在传输过程中受到干扰变成了图在传输过程中受到干扰变成了图6-10(a)所示的不规则波形，仍可利用施密特触发器的回差特所示的不规则波形，仍可利用施密特触发器的回差特性将它整形成规则的矩形波。性将它整形成规则的矩形波。适当加大回差电压适当加大回差电压 的值，可以提高整形过程的抗干扰能力。的值，可以提高整形过程的抗干扰能力。图中若负向阈值取为图中若负向阈值取为 ，则回差电压，则回差电压 ，整形后，整形后输出的波形如图输出的波形如图6-9 (b)所示。由于回差电压所示。由于回差电压 偏小

29、，输偏小，输入信号顶端的干扰毛刺在输出中表现为入信号顶端的干扰毛刺在输出中表现为3个矩形脉冲，这样的个矩形脉冲，这样的结果显然是不希望得到的。结果显然是不希望得到的。上一页 下一页返回6.4 施密特触发器施密特触发器若负向阈值取为若负向阈值取为 ，由于，由于 ，所以，所以 。此时，整形后输出的波形如图此时，整形后输出的波形如图6-9(c)所示，输入信号顶端所示，输入信号顶端的干扰毛刺在输出中已不复存在。的干扰毛刺在输出中已不复存在。不过，回差电压不过，回差电压 太大太大(过大或过大或 过小过小)会导致有效信会导致有效信号被湮没，因此必须根据实际需要适当调整。号被湮没，因此必须根据实际需要适当调

30、整。上一页 下一页返回6.4 施密特触发器施密特触发器3.幅度鉴别幅度鉴别施密特触发器的翻转取决于输入信号是否高于施密特触发器的翻转取决于输入信号是否高于 或低于或低于 ，利用这个特性可以构成幅度鉴别器利用这个特性可以构成幅度鉴别器(简称鉴幅器简称鉴幅器)，用以从一，用以从一串脉冲中检出符合幅度要求的脉冲。串脉冲中检出符合幅度要求的脉冲。图图6-11给出了一个幅度给出了一个幅度鉴别器的工作波形。幅度鉴别器的回差电压要选得很小鉴别器的工作波形。幅度鉴别器的回差电压要选得很小(即即 和和 很接近很接近)，在这种情况下，当输入脉冲幅度大于，在这种情况下，当输入脉冲幅度大于 时，时，施密特触发器翻转，

31、输出端有脉冲输出；当输入脉冲幅度小施密特触发器翻转，输出端有脉冲输出；当输入脉冲幅度小于于 时，施密特触发器不翻转，输出端就没有脉冲输出。时，施密特触发器不翻转，输出端就没有脉冲输出。上一页返回6.5 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器是一种能产生矩形脉冲波的自激振荡器，所以也多谐振荡器是一种能产生矩形脉冲波的自激振荡器，所以也称矩形波发生器。称矩形波发生器。“多谐多谐”意指矩形波中除了基波成分外，意指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。与前面介绍的触发器不同的是，还含有丰富的高次谐波成分。与前面介绍的触发器不同的是，多谐振荡器没有稳态，但有两个暂稳态。多谐振荡器工作时，多谐振荡器没

32、有稳态，但有两个暂稳态。多谐振荡器工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号。所以，多谐振荡器又称为无稳态电路。多矩形波脉冲信号。所以，多谐振荡器又称为无稳态电路。多谐振荡器常用做脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。谐振荡器常用做脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。下一页返回6.5 多谐振荡器多谐振荡器6.5.1 用用555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器1.电路组成电路组成用用555定时器构成的多谐振荡电路如定时器构成的多谐振荡电路如图图6-12(a)所示。图中所示。图中电容电容C、电阻、电阻R1和和

33、R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端(2脚脚)及阈值及阈值输入端输入端(6端端)与电容与电容C的非接地端相连；集电极开路输出端的非接地端相连；集电极开路输出端(7脚脚)接接R1和和R2相连处，用以控制电容相连处，用以控制电容C的充、放电；外接的充、放电；外接控制输入端不用，通过控制输入端不用，通过0.01 uF电容接地。电容接地。上一页 下一页返回6.5 多谐振荡器多谐振荡器2.工作原理多谐振荡器的工作波形如图工作原理多谐振荡器的工作波形如图6-12(b)所示。电路所示。电路接通

34、电源的瞬间，由于电容接通电源的瞬间，由于电容C来不及充电，来不及充电，UC(=0V)低于正低于正向阈值向阈值 及负向阈值及负向阈值 ，555定时器状态为定时器状态为 1，输出，输出UO为高电位。与此同时，由于集电极开路输出端为高电位。与此同时，由于集电极开路输出端(7脚脚)对地断开，电源对地断开，电源UCC通过通过R1和和R2开始向电容开始向电容C充电，电路进充电，电路进入暂稳态入暂稳态I状态。此后，电路按下列状态。此后，电路按下列4个阶段周而复始地循环，个阶段周而复始地循环，从而产生周期性的输出脉冲。从而产生周期性的输出脉冲。(1)翻转为翻转为“1”状态，输出状态，输出UO变为高电位。此时，

35、集电极开变为高电位。此时，集电极开路输出端路输出端(7脚脚)由对地短路变为对地断开。此后，振荡器又由对地短路变为对地断开。此后，振荡器又回到暂稳态回到暂稳态I阶段。阶段。上一页 下一页返回6.5 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器两个暂稳态的维持时间决定于多谐振荡器两个暂稳态的维持时间决定于RC充、放电回路的充、放电回路的(1)暂稳态暂稳态I阶段，电源阶段，电源UCC通过通过R1和和R2向电容向电容C充电，充电，UC按按指数规律上升，在指数规律上升，在UC高于正向阈值高于正向阈值 之前，定时器暂之前，定时器暂时仍维持时仍维持“1”状态，输出状态，输出UO为高电位。为高电位。(2)翻转翻转I阶段，电

36、容阶段，电容C继续充电，当继续充电，当UC高于正向阈值高于正向阈值 后，定时器翻转为后，定时器翻转为“0”状态，输出状态，输出UO变为低。变为低。(3)暂稳态暂稳态II阶段，由于集电极开路输出端阶段，由于集电极开路输出端(7脚脚)对地短路，对地短路，电源通过电源通过R1与地组成回路。电容与地组成回路。电容C开始经开始经R2对地对地(7脚脚)放电，放电，UC按指数规律下降，在按指数规律下降，在UC低于负向阈值低于负向阈值 之前，定时之前，定时器暂时仍维持器暂时仍维持0 状态，输出状态，输出UO为低电位。为低电位。上一页 下一页返回6.5 多谐振荡器多谐振荡器(4)翻转翻转II阶段，电容阶段，电容

37、C继续放电，当继续放电，当UC低于负向阈值低于负向阈值 后，定时器参数。暂稳态后，定时器参数。暂稳态I的维持时间，即输出的维持时间，即输出UO的正向脉的正向脉冲宽度冲宽度 ；暂稳态；暂稳态II的维持时间，即输出的维持时间，即输出UO的的负向脉冲宽度界负向脉冲宽度界 。因此，振荡周期。因此，振荡周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C。振荡频率。振荡频率f=1/T。正向脉冲宽度。正向脉冲宽度T1与振荡周与振荡周期期T之比称为矩形波的占空比之比称为矩形波的占空比 ，由上述条件可得，由上述条件可得 。由此可见，只要适当选取。由此可见，只要适当选取C的大小，即可通过调节的大小，即可通过调节R1和和

38、R2的值达到调节振荡器输出信号频率及占空比的目的。若使的值达到调节振荡器输出信号频率及占空比的目的。若使R1R2，则，则 ，即输出信号的正、负向脉冲宽度接近，即输出信号的正、负向脉冲宽度接近相等。正、负向脉冲宽度相等的矩形波称为方波。相等。正、负向脉冲宽度相等的矩形波称为方波。上一页 下一页返回6.5 多谐振荡器多谐振荡器6.5.2 多谐振荡器应用举例多谐振荡器应用举例1.模拟声响发生器模拟声响发生器用两个多谐振荡器按用两个多谐振荡器按图图6-13所示进行连接，可构成模拟声响所示进行连接，可构成模拟声响发生器。图中振荡器发生器。图中振荡器1的输出的输出Uo1接至振荡器接至振荡器2的复位输入端的

39、复位输入端(4脚脚)，振荡器，振荡器2的输出的输出Uo2驱动扬声器发声。适当选择驱动扬声器发声。适当选择R和和C的参数值，使振荡器的参数值，使振荡器1的振荡频率为的振荡频率为1 kHz，振荡器，振荡器2的振荡的振荡频率为频率为2 kHz。在。在Uo1输出正向脉冲期间，输出正向脉冲期间，Uo2有有2 kHz间间频信号输出，扬声器发声频信号输出，扬声器发声;在在Uo1输出负向脉冲期间，振荡器输出负向脉冲期间，振荡器2的定时器被复位，振荡器停止振荡，的定时器被复位，振荡器停止振荡，Uo2输出恒定不变的输出恒定不变的高电位，此时扬声器无音频输出。该模拟声响发生器工作，高电位，此时扬声器无音频输出。该模

40、拟声响发生器工作，可从扬声器中听到间隙式的可从扬声器中听到间隙式的“呜呜呜呜”声响。声响。上一页 下一页返回6.5 多谐振荡器多谐振荡器2.电压电压-频率转换器频率转换器由由555定时器构成的多谐振荡器中，若定时器控制输入端定时器构成的多谐振荡器中，若定时器控制输入端(5脚脚)不是经电容接地，而是外加一个可变的电压源，则通过调不是经电容接地，而是外加一个可变的电压源，则通过调节该电压源的值，可以改变定时器触发电位和阈值电位的大节该电压源的值，可以改变定时器触发电位和阈值电位的大小。外加电压越大，振荡器输出脉冲周期越大，即频率越低小。外加电压越大，振荡器输出脉冲周期越大，即频率越低;外加电压越小

41、，振荡器输出脉冲周期越小，即频率越高。这外加电压越小，振荡器输出脉冲周期越小，即频率越高。这样，多谐振荡器实现了将输入电压大小转换成输出频率高低样，多谐振荡器实现了将输入电压大小转换成输出频率高低的电压的电压-频率转换器的功能。频率转换器的功能。上一页返回图图6-1、555定时器电路结构和引定时器电路结构和引脚脚返回表表6-1、555定时器功能表定时器功能表返回图图6-2、由、由555定时器构成的单稳定时器构成的单稳态触发器态触发器返回图图6-3、单稳态触发器的工作波形、单稳态触发器的工作波形返回图图6-4、单稳态触发器的工作波形单稳态触发器的工作波形返回图图6-5、脉冲、脉冲定时定时返回图图6-6、施密特触发器的回差特性、施密特触发器的回差特性返回图图6-7、555定时器构成的施密特定时器构成的施密特触发器触发器返回图图6-8、施密特触发器工作波形、施密特触发器工作波形返回图图6-9、波形整形、波形整形返回图图6-10、波形变换、波形变换返回图图6-11、幅度鉴别器的工作波形、幅度鉴别器的工作波形返回图图6-12、由、由555定时器构成的多定时器构成的多谐振荡器谐振荡器返回图图6-13、用多谐振荡器构成的樟、用多谐振荡器构成的樟拟声响发生器拟声响发生器返回(a)电路电路;(b)工作波形工作波形