第8章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形11-23

1、 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 555定時器的工作原理、邏輯功能 及由555構(gòu)成的脈沖電路。 由門電路構(gòu)成的脈沖電路。 數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點 之一是：它的工作信號是離散的脈沖信號。之一是：它的工作信號是離散的脈沖信號。 最常用的脈沖信號是方波最常用的脈沖信號是方波( (矩形波矩形波) )。 如何產(chǎn)生方波以及對不理想的方波如何整如何產(chǎn)生方波以及對不理想的方波如何整 形，是本章討論的重點。形，是本章討論的重點。 脈沖電路分類：脈沖電路分類： 脈沖電路作用：脈沖電路作用：脈沖波形的產(chǎn)生和整形。脈沖波形的產(chǎn)生和整形。 脈沖電路脈沖電路構(gòu)成：構(gòu)成： 開關(guān)電路開關(guān)電路 +

2、RC+ RC電路電路 破壞電路的穩(wěn)破壞電路的穩(wěn) 態(tài)，產(chǎn)生暫態(tài)。態(tài)，產(chǎn)生暫態(tài)。 控制暫穩(wěn)態(tài)時控制暫穩(wěn)態(tài)時 間的變化規(guī)律。間的變化規(guī)律。 脈沖電路與數(shù)字電路的比較：脈沖電路與數(shù)字電路的比較： 單穩(wěn)態(tài)電路（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）單穩(wěn)態(tài)電路（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器） 多諧振蕩（無穩(wěn)態(tài)）電路多諧振蕩（無穩(wěn)態(tài)）電路 施密特電路（施密特觸發(fā)器）施密特電路（施密特觸發(fā)器） 數(shù)字信號的波形也是一種脈沖電路數(shù)字信號的波形也是一種脈沖電路 脈沖電路側(cè)重脈沖電路側(cè)重波形波形，數(shù)字電路側(cè)重，數(shù)字電路側(cè)重邏輯關(guān)系。邏輯關(guān)系。 電容充放電知識復(fù)習(xí)：電容充放電知識復(fù)習(xí)： (1) (1) 電容兩端的電壓不能突變，電容兩端的電壓不能突變，VcVc

3、（0 0 ） ） VcVc（0 0 ） ）， 電容充放電需要時間，有過渡過程，其時間長短只與電容充放電需要時間，有過渡過程，其時間長短只與 RCRC有關(guān)有關(guān), ,工程上取工程上取3 3； （2 2）開始充放電（換路）瞬間，阻抗很小，相當(dāng)短路；）開始充放電（換路）瞬間，阻抗很小，相當(dāng)短路； 充放電結(jié)束，電路處于穩(wěn)態(tài)，充放電結(jié)束，電路處于穩(wěn)態(tài)，C C支路電流為支路電流為0 0，阻抗很大，阻抗很大， 相當(dāng)開路；相當(dāng)開路； （3 3）簡單）簡單RCRC電路中，各處電壓、電流均按指數(shù)規(guī)律變化；電路中，各處電壓、電流均按指數(shù)規(guī)律變化； （4 4）在簡單）在簡單RCRC電路中電路中 )(tvC= = )(v

4、C - - )(vC )0(vC + + e t )()( )0()( ln tvv vv t CC CC - - - - = = + + 或或 1 555定時器的原理和應(yīng)用定時器的原理和應(yīng)用 555定時器是將模擬電路和數(shù)字電路集定時器是將模擬電路和數(shù)字電路集 成于一體的電子器件。它使用方便成于一體的電子器件。它使用方便, ,帶負(fù)載帶負(fù)載 能力較強能力較強, , 目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。 單定時器單定時器 雙極型雙極型最后最后3 3位數(shù)位數(shù)555555 單極型單極型最后最后4 4位數(shù)位數(shù)75557555 雙定時器雙定時器 雙極型雙極型最后最后3 3位數(shù)位數(shù)55655

5、6 單極型單極型最后最后4 4位數(shù)位數(shù)75567556 型號：型號： 一、一、 555555定時器的電路結(jié)構(gòu)和基本功能定時器的電路結(jié)構(gòu)和基本功能 555555定時器的內(nèi)部電路包括以下幾部分定時器的內(nèi)部電路包括以下幾部分 : : 兩個電壓比較器兩個電壓比較器: : C1C1、C2C2 ; ; 一個基本一個基本RSRS 觸發(fā)器觸發(fā)器; ; 一個晶體管一個晶體管T T； 由三個相等電阻組成的分壓器由三個相等電阻組成的分壓器; ; 一個反相器一個反相器等等。 1. 1.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 電平電平 觸發(fā)端觸發(fā)端 電平電平 觸發(fā)端觸發(fā)端 電壓電壓 控制端控制端 復(fù)位端復(fù)位端 電平有效電平有效 放電端放電端

6、 4.54.51818V V 輸出端輸出端 地地 v vo o + + + + - - - - 8 8 4 4 5 5 6 6 2 2 7 7 1 1 3 3 1 1 R R R R R R RbRb THTH COCO TRTR D D Q Q Q Q +Vcc+VccR RD D C C1 1 C C2 2 T T 電源電壓范圍電源電壓范圍: 4.5V 18V 555定時器的管腳圖定時器的管腳圖 1234 5678 555 VCCD TH CO GND TRVoRD 電電 源源 放放 電電 閾閾 值值 電控電控 壓制壓制 地地觸觸 發(fā)發(fā) 輸輸 出出 復(fù)復(fù) 位位 2.2.基本功能基本功能 v

7、o + + - - 8 4 5 6 2 7 1 3 1 R R R Rb TH CO TR D Q Q +VccRD C1 C2 T Vcc 3 2 Vcc 3 1 三個電阻構(gòu)成的分壓器給兩個比較器提供三個電阻構(gòu)成的分壓器給兩個比較器提供基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓: : 分別為分別為 和和 。 Vcc 3 2 Vcc 3 1 0 0 1 導(dǎo)通,01時0 T ， VoQ： R vo + + - - 8 4 5 6 2 7 1 3 1 R R R Rb TH CO TR D Q Q +Vcc RD C1 C2 T b TH CO TR D +VccRD vo + + - - 8 4 5 6 2 7 1 3

8、1 R R R R Q Q C1 C2 2/3VCC 1/3 VCC 0 0 0 1 1 導(dǎo)通,01時0 T ， VoQ： RD 。、 ， 導(dǎo)通,001101 時 3 1 , 3 2 1 T VoQQ ： RD C2C VVVV CCTRCCTH = TH CO TR D +VccRD vo + + - - 8 4 5 6 2 7 1 3 1 R R R R Q Q C1 C2 2VCC/3 VCC/3 1 1 0 1 0 b 狀狀態(tài)態(tài)不不變變。不不變變不不變變、 ， T VoQQ ： RD ,;111 時 3 1 , 3 2 1 C2C VVVV CCTRCCTH = TH CO TR D

9、+VccRD uo + + - - 8 4 5 6 2 7 1 3 1 R R R R Q Q C1 C2 2VCC/3 2/3V2/3VCC CC時， 時， VoVo0 0，T T導(dǎo)導(dǎo) 通，通，C C放電。放電。 V6=VV6=VTH TH V2=VV2=VTR TR VoVoT T 22/3 /3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通 21/31/3 VCC VCC保持保持保持保持 22/3 /3 VCCVCC1/322/3 /3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通 21/31/3 VCC VCC保持保持保持保持 22/3 /3 VCCVCC1/322

10、/3 /3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通 21/31/3 VCC VCC保持保持保持保持 22/3 /3 VCCVCC1/322/3 /3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通 21/31/3 VCC VCC保持保持保持保持 22/3 /3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止 2/3VCC t vi 0 0 vC t 0 vo t 自動返回自動返回（V VI I1 1）: : 由以上過程可以由以上過程可以 看出看出 : 每來一次負(fù)每來一次負(fù) 脈沖脈沖 , vo 便輸出一便輸出一 個正脈沖個正脈沖,其寬度其寬度 tW 由由 R C

11、決定決定 。 vI vO VCC R C vC 0.01uF 1 2 3 4 8 7 6 5 2/3VCC t vi 0 0 vC 0 vo t t tW 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度t tw w t tw w是是VcVc從從0 0指數(shù)上升到指數(shù)上升到2 2V VCC CC/3 /3時所需的時間時所需的時間 注意注意: :t tw w寬度的增加，將降低定時精度和穩(wěn)度。寬度的增加，將降低定時精度和穩(wěn)度。 t tw w 的范圍為幾秒到幾分鐘。的范圍為幾秒到幾分鐘。 2/3VCC t v i 0 0 vC 0 v o t t tW 0)0(= +c v CCc Vv=)( CCc Vtv 3 2 )(=

12、 t tw w CCCC CC CC CC VV V RC tVV VV RC 3 2 0 ln )()( )0()( ln - - = - - = + 1.1RC1.1RC 2/3Vcc vC vI(S) vO 在充電過程中在充電過程中v vI I 0 01 1變化變化,C1=1,C2=0/1,Q,C1=1,C2=0/1,Q保持為保持為1 1，電，電 路狀態(tài)不變（路狀態(tài)不變（T T截止，截止，C C保持充電狀態(tài)）。保持充電狀態(tài)）。 多次觸發(fā)時的情況：多次觸發(fā)時的情況： 故該電路為故該電路為不可重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器： 電路圖：電路圖： 可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重

13、復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 +VccRD vo + + - - 8 4 5 6 2 7 1 3 R R R R Q Q C1 C2 R C vI T b T1 可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（續(xù)）可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（續(xù)） +VccRD vo + + - - 8 4 5 6 2 7 1 3 R R R R Q Q C1 C2 R C vI T b T1 工作過程工作過程 b.b.觸發(fā)時觸發(fā)時: : a.a.穩(wěn)態(tài)時穩(wěn)態(tài)時: : V VI I=1,T1=1,T1截止截止, , 電路狀態(tài)同電路狀態(tài)同 普通單穩(wěn)。普通單穩(wěn)。 V VI I=0=0，電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，VoVo1 1 V VI I=0=0

14、期間期間,T1,T1導(dǎo)通導(dǎo)通, ,電容不能充電。電容不能充電。 V VI I=1=1后，后， T1T1截止截止, ,電容開始充電。電容開始充電。 可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（續(xù)）可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（續(xù)） +VccRD vo + + - - 8 4 5 6 2 7 1 3 R R R R Q Q C1 C2 R C vI T b T1 工作過程工作過程（續(xù)）（續(xù)） c.c.重復(fù)觸發(fā)時重復(fù)觸發(fā)時: :當(dāng)當(dāng)VcVc2/3V2/3Vcc 2/3Vcc Q=0, Q=0, V VO O=0,=0,恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，恢復(fù)穩(wěn)態(tài)， TT導(dǎo)通導(dǎo)通, ,電容放電電容放電 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用 一般用于

15、一般用于 （產(chǎn)生一定寬度的矩形波）（產(chǎn)生一定寬度的矩形波） （把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、 幅度都相等的波形）幅度都相等的波形） （把輸入信號延遲一定時間后輸出）（把輸入信號延遲一定時間后輸出） uo VT-=1/3VCC VT VTVT =1/3VCC vI vO 在在7 7腳外接一電阻，并與腳外接一電阻，并與V VCC1 CC1 相連， 相連， v vO O=1=1時，時，v vO1 O1=0; =0; v vO O=0=0時，時，v vO1 O1=V =VCC1 CC1， 可以實現(xiàn)電平移動。 可以實現(xiàn)電平移動。 在在5 5腳上加控制電壓腳上加控制電壓V VCO

16、CO可以改變 可以改變V VT+ T+,V ,VT- T- ， ， 以調(diào)節(jié)回差電壓的大小以調(diào)節(jié)回差電壓的大小 R vi 8 4 6 7 555 3 2 5 1 vo1 +VCC+VCC1 vo vCO 控制電壓控制電壓 調(diào)節(jié)回差調(diào)節(jié)回差 說明：說明： 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用：施密特觸發(fā)器的應(yīng)用： 波形變換波形變換三角波、正弦波變換成方波三角波、正弦波變換成方波 vI t vO t VT+ VT- VT+ VT- vI t vO t 正弦波正弦波方波方波三角波三角波方波方波 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)V VT+ T+,V ,VT- T-可以改變寬度 可以改變寬度 波形整形波形整形消除噪聲干擾消除噪聲干擾 vI t v

17、O t VT+ VT- vI t vO t VT+ VT- 回差電壓比較小回差電壓比較小回差電壓比較大回差電壓比較大 幅度鑒別幅度鑒別 vI t vO t VT+ VT- 可以調(diào)節(jié)可以調(diào)節(jié)V VT+ T+作為鑒別門限 作為鑒別門限 構(gòu)成多諧振蕩器構(gòu)成多諧振蕩器 1 vIvO 2 2 集成門構(gòu)成的脈沖電路集成門構(gòu)成的脈沖電路 一、一、 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 RC不同接法不同接法 微分型微分型 積分型（沒有正反饋，波形不好）積分型（沒有正反饋，波形不好） 1. 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 vO1 vO2 G2 G1 vI vR 由由與非門與非門和和RC 微分電路微分電路構(gòu)成，二個與非

18、門首尾構(gòu)成，二個與非門首尾 相接交叉耦合，相接交叉耦合， RC 為定時元件。為定時元件。 窄脈沖觸發(fā)窄脈沖觸發(fā) RRoff (1)(1)電路構(gòu)成電路構(gòu)成: : vo1 vo2 R C vi vR (a)(a)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) v vI I=1,=1,無觸發(fā)，無觸發(fā)， 電路處于穩(wěn)態(tài)，電路處于穩(wěn)態(tài)， v vO1 O1=0 =0，v vO2 O2=1 =1 v vC C00 =1 =0=1 =0 vO1 vO2 G2 G1 vI vR vI vO1 vR vO2 （2 2）工作原理：）工作原理： RRoff vI vO1 vR vO2 (b) 外加觸發(fā)信號外加觸發(fā)信號 vI=0 vO1=1,電容電壓不能突變

19、電容電壓不能突變 vR=1 vO2=0 進(jìn)入進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài) vO2=0 vO1=1vO2=0 形成正反饋，自鎖，形成正反饋，自鎖，vI即使為即使為1也不影響也不影響 =0 =1 =1 =0 vO1 vO2 G2 G1 vI vR (c) 自動返回自動返回 =1 電容電容C C按指數(shù)上充電，按指數(shù)上充電， v vR R按指數(shù)逐漸降低；按指數(shù)逐漸降低； vO1 vO2 G2 G1 vI vR vI vO1 vR vO2 VTH 當(dāng)當(dāng)v vR R 下降到達(dá)門電路 下降到達(dá)門電路閾值電壓（閾值電壓（1.41.4V V）時，電路狀態(tài)將發(fā)生翻時，電路狀態(tài)將發(fā)生翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) v vI I即使恢復(fù)為高電平，由即使

20、恢復(fù)為高電平，由 于電路中的正反饋，輸出于電路中的正反饋，輸出 仍能維持。仍能維持。 v vR R下降，電路狀態(tài)改變下降，電路狀態(tài)改變 v vR R下降下降vO2=1vO1=0 電容電壓不能突變電容電壓不能突變v vC C=V=VTH TH v vR R下降下降V V vI vO1 vR vO2 VTH vO1 vO2 G2 G1 vI vR (d) 恢復(fù)穩(wěn)態(tài)恢復(fù)穩(wěn)態(tài) 電容放電，電容放電，v vC C恢復(fù)恢復(fù) 電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài) v vI I=1=1 v vO1 O1=0 =0 v vO2 O2=1 =1 v vR R=0=0 vO1 vO2 G2 G1 vI vR vI vO1 v

21、R vO2 VTH G1G1的輸出電阻的輸出電阻 vR vO2 tW VTH 7 . 0 0 ln - - = = tW=0.7（R R 0）C vO1 vO2 G2 G1 vI vR vR vO1 R R0 0 （RR0）C tW= = )() )( ln tv v R R - -(vR - - )0(vR + + （RR0）C - - R R R 0V OH (3) (3) 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度t tW W VTH （RR0）C 取取VOH3.6V3.6V R=330 R 0=100 tre )()( )0()( ln tvv vv RCt RR RR - - - - = = + +

22、一般認(rèn)為經(jīng)過（一般認(rèn)為經(jīng)過（35)RC時間，時間， 電容已經(jīng)放電完畢即電容已經(jīng)放電完畢即 最大工作頻率：最大工作頻率： reW MAX ttT f + + = = = 11 vO2 (4)(4)恢復(fù)時間恢復(fù)時間t tre re tre=(35)RC （1 1）微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路適于窄脈沖觸發(fā)，若寬脈沖）微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路適于窄脈沖觸發(fā)，若寬脈沖 觸發(fā)，輸入端另加微分電路觸發(fā)，輸入端另加微分電路 說明說明： （2 2）微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器窄脈沖觸發(fā)，容易引起誤動作；）微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器窄脈沖觸發(fā)，容易引起誤動作； 電路中有正反饋，所以輸出的邊沿比較好。電路中有正反饋，所以輸出的邊沿比較好。

23、 vd vi ( (R Rd dR Ronon) ) Cd Rd vo1 vo2 R C (Vi) vR ( (RRRRoff off) ) 不被再次觸發(fā)不被再次觸發(fā) tW tW tWtW 被再次觸發(fā)被再次觸發(fā) 2. 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器： 分類分類 可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā) 不可重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā) 電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)(被觸發(fā)狀態(tài)被觸發(fā)狀態(tài))中，不受觸中，不受觸 發(fā)輸入影響，只有返回穩(wěn)態(tài)后才可以被再發(fā)輸入影響，只有返回穩(wěn)態(tài)后才可以被再 次觸發(fā)次觸發(fā) 電路在暫穩(wěn)態(tài)中仍然可以接受輸入，可以電路在暫穩(wěn)態(tài)中仍然可以接受輸入，可以 被重復(fù)觸發(fā)，每觸發(fā)一次，電路暫穩(wěn)態(tài)會被重復(fù)觸發(fā)，每

24、觸發(fā)一次，電路暫穩(wěn)態(tài)會 繼續(xù)保持繼續(xù)保持tW。 74121(74121(單單) ) 74221(74221(雙雙) ) 74122(74122(單單) ) 74123(74123(雙雙) ) B=1 B=1時時 A:10A:10 Q Q NCNC A A1 1 A A2 2 B B Q Q GNDGND VCCVCC NCNC NCNC NCNC R Rext ext/C /Cext ext C Cext ext R Rint int A A1 1,A,A2 2,B,B觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入 Q, Q Q, Q 輸出輸出 R Rext ext/C /Cext ext,C ,Cext ext,R ,R

25、int int 外接電阻外接電阻/ /電容電容/ /內(nèi)接電阻引腳內(nèi)接電阻引腳 0X X0 1 11 11 10X11 100XX 1010X 101X0 QQBA2A1 (1)(1)功能表功能表 A A有有0 0時時 B:01B:01 (2)(2)電路電路 (3)(3)原理原理 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 01: 031 01: = = = G7V ZZG5ZGG4 R 又又 假假設(shè)設(shè)Q Q 回回到到穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) G5G6 10 17 = =+= Q,Q G 穩(wěn)態(tài)信號：穩(wěn)態(tài)信號：Z0，VR1，G31 10=Q Q (3)(3)原理原理( (續(xù)續(xù)1)1) 進(jìn)進(jìn)入入暫暫態(tài)態(tài) 時時當(dāng)當(dāng)外外觸觸發(fā)發(fā)信信號號使使 01 :

26、= = Q Q G6 G5 Z 觸發(fā)翻轉(zhuǎn)觸發(fā)翻轉(zhuǎn) 110 1 0 (3)(3)原理原理( (續(xù)續(xù)2)2) 0G50G31G4 = 0Q 延時返回延時返回 翻轉(zhuǎn)后翻轉(zhuǎn)后: 至此使至此使G5完成了一個窄脈沖輸出（完成了一個窄脈沖輸出（6級門延時）。級門延時）。 0G7G6=VVCVcc R 4 . 10充充電電，當(dāng)當(dāng)向向 回回到到穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) = = = = = 1G6 0G5 0G7 1 0 Q Q 110 1 0 1 0 0 0 1 0 1 (4)(4)觸發(fā)方式觸發(fā)方式 為使為使 Z可為：可為： B B1 1時，時，A1A2A1A21111變?yōu)橛凶優(yōu)橛? 0 A1A2A1A2有有0 0時，時，B

27、B由由0 0變變1 1。 VccVcc A1A1 A2A2 B B Z Z (5)(5)定時參數(shù)定時參數(shù) R：內(nèi)接：內(nèi)接2K 外接外接1.440K C：外接：外接10Pf10f tW0.7RC 外接電容接在外接電容接在1010，1111引腳引腳( (C Cext ext, R , Rext ext/C /Cext ext) )之間， 之間， 如果如果C C有極性，正極接有極性，正極接1010腳腳( (C Cext ext) ) 如如果使用外部電阻果使用外部電阻(1.4(1.440k)40k)，電阻兩端分別接，電阻兩端分別接 11,1411,14腳腳( (R Rext ext,VCC) ,VCC

28、) (6)元件連接元件連接: 如果使用內(nèi)部電阻如果使用內(nèi)部電阻(2k)(2k)，把，把9 9引腳引腳( (R Rint int) )接 接V VCC CC。 (7)應(yīng)用應(yīng)用: 整形、定時、延時。整形、定時、延時。 0X X0 11 QQBA2A1 外接電阻外接電阻內(nèi)部電阻內(nèi)部電阻 二、多諧振蕩器二、多諧振蕩器 一種自激振蕩電路，無需外界觸發(fā)即可產(chǎn)生一定頻率和一種自激振蕩電路，無需外界觸發(fā)即可產(chǎn)生一定頻率和 幅值的矩形脈沖或方波。沒有穩(wěn)定狀態(tài)幅值的矩形脈沖或方波。沒有穩(wěn)定狀態(tài)無穩(wěn)態(tài)電路。無穩(wěn)態(tài)電路。 方波含有很多高次諧波分量，稱為多諧振蕩器。方波含有很多高次諧波分量，稱為多諧振蕩器。 方波輸出方

29、波輸出由數(shù)字邏輯器件由數(shù)字邏輯器件( (邏輯門電路）完成；邏輯門電路）完成； 一定頻率一定頻率由延時電路由延時電路(RC(RC充放電回路）完成；充放電回路）完成； 自動進(jìn)入振蕩狀態(tài)自動進(jìn)入振蕩狀態(tài)由反饋回路完成。由反饋回路完成。 1. CMOS自激多諧振蕩器自激多諧振蕩器 (1)(1)電路構(gòu)成電路構(gòu)成 vO2 G1G1G2G2 vO1 R C 1 11 1 由由2 2個個CMOSCMOS反反 相器和外接相器和外接 RCRC組成。組成。 CMOSCMOS反相器反相器 內(nèi)置保護(hù)二極管。內(nèi)置保護(hù)二極管。 VDD+V+ V+ VC可變范圍可變范圍 (2)(2)工作原理工作原理 ( (僅分析穩(wěn)定工僅分析

30、穩(wěn)定工 作時的狀態(tài)）作時的狀態(tài)） 設(shè)設(shè): :反相器翻轉(zhuǎn)反相器翻轉(zhuǎn) 門坎電平為門坎電平為 V VTH TH 1/2V1/2VDD DD 設(shè)設(shè)Vo1=1,Vo2=0:Vo1=1,Vo2=0:暫態(tài)暫態(tài) V VDD DDV1 R C V4 V1 R C V4向向C C充電。充電。 當(dāng)當(dāng)V VC C上升使上升使V VC CV VTH TH 電路翻轉(zhuǎn) 電路翻轉(zhuǎn), , Vo1Vo1、Vo2Vo2 。 Vo1=0,Vo2=1:Vo1=0,Vo2=1:暫態(tài)暫態(tài) V VDD DDV3 C R V2 V3 C R V2向向C C反向充電。反向充電。 當(dāng)當(dāng)V VC C下降使下降使V VC CV VTH TH 電路翻轉(zhuǎn)

31、 電路翻轉(zhuǎn), ,Vo1Vo1、Vo2Vo2電路回到電路回到暫態(tài)暫態(tài)。 (3)(3)工作波形工作波形 t=0t=0時刻接通電源，時刻接通電源，C C未充電；未充電； V VC C=0=0，V VO1 O1= =V VDD DD , , V VO2 O2=0; =0; 第一暫穩(wěn)態(tài)第一暫穩(wěn)態(tài); ; VDD VTH VC vO1 vO2 VDD VDD V VO1 O1高電平， 高電平，V VO2 O2低電平，通 低電平，通 過過R R向向C C充電充電, , V VC C電壓逐漸升高電壓逐漸升高. . VO2 G1G1G2G2 VO1 VcVc R C 11 VDD+VTH VDD VTH vI v

32、O1 vO2 VDD VDD 當(dāng)當(dāng)V VC C上升至上升至V VTH TH時 時, , 門電路門電路G1G1發(fā)生狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，發(fā)生狀態(tài)翻轉(zhuǎn)， V VO1 O1=0 =0 , ,V VO2 O2=V =VDD DD 電容兩端電壓不能突變電容兩端電壓不能突變 V VC C=V=VTH TH 突變成 突變成V VC C= =V VDD DD+ +V VTHTH V VC C應(yīng)該上升到應(yīng)該上升到1.51.5V VDD DD，但是由于保護(hù)二極管的作用， ，但是由于保護(hù)二極管的作用， V VC C不能上不能上 升那么高，僅到達(dá)升那么高，僅到達(dá)V VDD DD+V +V+ + VDD+V+ (3)(3)工作波形

33、工作波形( (續(xù)續(xù)1)1) VO2 G1G1G2G2 VO1 VcVc R C 11 VDD+V+ VDD VTH vI vO1 vO2 VDD VDD VDD+V+ V VO1 O1=0,V =0,VO2 O2=VDD, =VDD, 電容通過電容通過R R放電并反向充電放電并反向充電 V VC C電壓逐漸下降。電壓逐漸下降。 第二暫穩(wěn)態(tài)第二暫穩(wěn)態(tài); ; (3)(3)工作波形工作波形( (續(xù)續(xù)2)2) VO2 G1G1G2G2 VO1 VcVc R C 11 當(dāng)當(dāng)V VC C下降到下降到V VTH TH, , 門電路門電路G1G1再次發(fā)生狀態(tài)變化再次發(fā)生狀態(tài)變化 V VO1 O1=V =VDD

34、 DD, , V VO2 O2=0 =0 此時此時V VC C =V =VDD DD-V -VTH TH, ,電容電壓不能突變 電容電壓不能突變 V VC C =V=VTH TH-V -VDD DD VDD VTH vI vO1 vO2 VDD VDD VDD+V+ V VC C應(yīng)該下降到應(yīng)該下降到-1/2V-1/2VDD DD, , 由于保護(hù)二極管的作用，由于保護(hù)二極管的作用，V VC C只能只能 下降到下降到- -VV- - -V- -1/2VTH VO2 G1G1G2G2 VO1 VcVc R C 11 (3)(3)工作波形工作波形( (續(xù)續(xù)3)3) V VC C =-V =-V- -

35、V VO1 O1=VDD =VDD V VO2 O2=0, =0,回到第一暫穩(wěn)態(tài)，回到第一暫穩(wěn)態(tài)， 電路繼續(xù)持續(xù)翻轉(zhuǎn)、振蕩。電路繼續(xù)持續(xù)翻轉(zhuǎn)、振蕩。 VDD VTH vc vO1 vO2 VDD VDD VDD+V+ -V- (3)(3)工作波形工作波形( (續(xù)續(xù)4)4) VO2 G1G1G2G2 VO1 VcVc R C 11 (4)(4)振蕩頻率計算振蕩頻率計算： VDD VTH vC vO2 VDD VDD+V+ -V- t1 t2 T1T2 RCRC電路的瞬態(tài)響應(yīng)：電路的瞬態(tài)響應(yīng)： e RC t cccc VVVtV - + -+=)()0()()( )()( )0()( ln tvv

36、 vv RCt cc cc - - = + VO2 G1G1G2G2 VO1 VcVc R C 11 VO1 VC R C T T1 1: : t t1 1為時間起點為時間起點0 0+ +； T T2 2: : t t2 2為時間起點為時間起點0 0+ + ； 計算計算T1T1： VC(0(0+ +)=-V)=-V- - VC(T(T1 1)=V)=VTH TH VC()=V()=VDD DD VDD VTH vC vO2 VDD VDD+V+ -V- t1 t2 T1T2 THDD DD THDD DD cc cc VV VV RC VV VV RC Tvv vv RCT - + = - -

37、 = - - = - - + ln )( ln )()( )0()( ln 1 1 =VDD vO2=0 VO1 VC R C (4)(4)振蕩頻率計算振蕩頻率計算( (續(xù)續(xù)1)1) ： 計算計算T2T2： VC()=0()=0 VC(T(T2 2)=V)=VTH TH VC(0(0+ +)=V)=VDD DD+V +V+ + VDD VTH vI vO2 VDD VDD+V+ -V- t1 t2 T1T2 vO1=0 vO2=VDD vI R C TH DD TH DD cc cc V VV RC V VV RC Tvv vv RCT + + + = - +- = - - = + ln 0

38、)(0 ln )()( )0()( ln 2 2 (4)(4)振蕩頻率計算振蕩頻率計算( (續(xù)續(xù)2)2) ： + - + = + + - + = += +- +- TH DD THDD DD TH DD THDD DD V VV VV VV RC V VV RC VV VV RC TTT ln lnln 21 VV+ +, V, V- -的值為保護(hù)二極管的正向?qū)妷旱闹禐楸Ｗo(hù)二極管的正向?qū)妷? ,大約為大約為0.7V,0.7V, 相對于相對于V VDD DD可以忽略不計 可以忽略不計, ,對對CMOSCMOS門電路：門電路：V VTH TH=1/2V =1/2VDD DD RCRC V

39、V RC V V VV V RCT TH DD TH DD THDD DD 4.14lnln ln 2 = = = = - - = = (4)(4)振蕩頻率計算振蕩頻率計算( (續(xù)續(xù)3)3) ： 2.2.石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器 石英晶體振蕩器常用石英晶體振蕩器常用 作數(shù)字系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號作數(shù)字系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號. 為獲得穩(wěn)定的振蕩頻率為獲得穩(wěn)定的振蕩頻率, 可在振蕩電路可在振蕩電路 中串接石英晶體中串接石英晶體,組成組成石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 f 石英晶體阻抗頻率特性石英晶體阻抗頻率特性 0 X fs 電容性 電感性 fp (1)石英晶體石英晶體阻抗頻率特性阻抗頻率特性 在固有頻率在固有頻率fsfs上上, , 阻抗阻抗X=0X=0。 內(nèi)部電路內(nèi)部電路 (2)石英晶體石英晶體振蕩器振蕩器 石英晶體石英晶體 振蕩頻率等于石英晶體的諧振頻率振蕩頻率等于石英晶體的諧振頻率fs 11 R1R2 C