第8章脈沖波形的產(chǎn)生與整形kang

第8章脈沖波形的產(chǎn)生與整形通常，把非正弦波稱(chēng)之為脈沖波。按脈沖波形的形式分成矩形波、梯形波、階梯波、鋸齒波等。本章主要介紹用多諧振蕩器直接產(chǎn)生矩形波和利用整形電路獲得矩形波的方法。一些概念8.1集成555定時(shí)器及應(yīng)用8.2門(mén)電路構(gòu)成的矩形波發(fā)生器及整形電路矩形脈沖波常作為時(shí)鐘信號(hào)。波形的好壞直接關(guān)系到電路能否正常工作。為了定量描述矩形脈沖波，通常采用如圖所示參數(shù)。trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT脈沖波形參數(shù)一些基本概念脈沖寬度Tw——從脈沖波形上升沿上升到0.5Vm起到下降沿下降到0.5Vm止的時(shí)間。上升時(shí)間tr——脈沖波形的上升沿從0.1Vm上升到0.9Vm所需時(shí)間。下降時(shí)間tf——脈沖波形的下降沿從0.9Vm下降到0.1Vm所需時(shí)間。占空比q——脈沖寬度Tw與脈沖周期T之比即

trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT脈沖波形參數(shù)脈沖周期T——周期性重復(fù)的脈沖序列中，相鄰兩個(gè)脈沖間的時(shí)間間隔。脈沖頻率f——頻率f表示單位時(shí)間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)，脈沖幅度Vm——脈沖波形的電壓最大變化幅度。8.1集成555定時(shí)器及應(yīng)用集成555定時(shí)器的用途很廣，有雙極型（型號(hào)最后三位為555）和CMOS型（型號(hào)最后四位為7555）兩類(lèi)電路。它們的功能、外引線排列完全相同。在測(cè)量與控制、家用電器和電子玩具等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

5G555定時(shí)器的電路組成及工作原理集成555定時(shí)器的應(yīng)用8.1.1電路組成圖8-1為雙極型5G555定時(shí)器的原理電路和引腳排列圖。

V-C12348765+VCCDTHGNDTLOUTR5G5553圖8-1集成5G555定時(shí)器原理圖電阻分壓器比較器基本RS觸發(fā)器三極管開(kāi)關(guān)輸出緩沖器555定時(shí)器基本結(jié)構(gòu)分壓器分壓器由三個(gè)阻值均為5kΩ的電阻串聯(lián)連接構(gòu)成，為比較器C1、C2提供參考電壓VR1、VR2，C1的同相輸入端V+=VR1=2VCC/3。C2的反相輸入端V-=VR2=VCC/3。如果在電壓控制端5另加控制電壓，可以改變比較器C1、C2參考電壓VR1、VR2的值。若工作中不使用控制端5時(shí)，則控制端5通過(guò)一個(gè)0.01μF的電容接地，以旁路高頻干擾。分壓器上端8接VCC，下端1接地。比較器

C1和C2是兩個(gè)比較器。分別由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成。C1的同相輸入端“+”接到參考電壓VR1端上，即電壓控制端5，反相控制端“-”用TH表示，稱(chēng)為高觸發(fā)端6；C2的反相輸入端“-”接參考電壓端VR2端上，同相輸入端“+”用TL表示，稱(chēng)為低觸發(fā)端2。當(dāng)同相輸入端電壓V+大于反相輸入端電壓V-(V+>V-)時(shí)，比較器輸出為高電平；若同相輸入端電壓V+小于反相輸入端電壓V-(V+<V-)時(shí)，比較器輸出為低電平；基本RS觸發(fā)器基本RS觸發(fā)器由兩個(gè)與非門(mén)構(gòu)成，是可以從外部進(jìn)行置“0”的復(fù)位端4，當(dāng)=0時(shí)，使Q=0，

=1，工作時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)受比較器輸出VC1和VC2的控制。輸出緩沖器輸出緩沖器由接在輸出端的非門(mén)3構(gòu)成，其作用是提高定時(shí)器的帶負(fù)載能力，隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器的影響。非門(mén)3的輸出為定時(shí)器的輸出端3(vo)。三極管開(kāi)關(guān)三極管T在此電路中作為開(kāi)關(guān)使用，其狀態(tài)受觸發(fā)器端控制，當(dāng)=0時(shí)，T截止，

=1時(shí)T飽和導(dǎo)通。5G555定時(shí)器有八個(gè)引出端：1地端、2低觸發(fā)端、3輸出端、4復(fù)位端、5電壓控制端、6高觸發(fā)端、7放電端、8電源端。8.1.2

工作原理

分析圖8-1所示原理圖，便可以得到5G555定時(shí)器的功能表。如表8-1所示。

表8-15G555定時(shí)器的功能表THTLRVOT

×＞2VCC/3＜2VCC/3＜2VCC/3××＞VCC/3＜VCC/30111

00不變

1導(dǎo)通導(dǎo)通不變截止只要=0，則=1，vo=0，T處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)TH>2VCC/3時(shí)，即V->V+，vC1=0，=1，vo=0，T導(dǎo)通；若TH<2VCC/3,TL>VCC/3時(shí)，則vC1=1、vC2=1，基本RS觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)不變，因此輸出vo和三極管T保持原來(lái)狀態(tài)；當(dāng)TH<2VCC/3,TL<VCC/3時(shí)，則vC1=1、vC2=0、Q=1、

=0，vo=1，三極管T截止。8.1.3集成555定時(shí)器的應(yīng)用多諧振蕩器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器

(一)多諧振蕩器多諧振蕩器是一種產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。由于矩形波含有豐富的高次諧波，所以矩形波振蕩器又稱(chēng)為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，不需外加觸發(fā)信號(hào)，當(dāng)接通電源后，便可以自動(dòng)地周而復(fù)始地產(chǎn)生矩形波輸出。用555定時(shí)器很容易構(gòu)成多諧振蕩器。如圖8-2所示。圖中的R1、R2和C是外接電阻和電容，是定時(shí)元件。VCC0.01μF584376215G555DTHTLdvC圖8-2多諧振蕩器CR1R2工作原理分析如下：電路接通電源前，定時(shí)電容C上的電壓vC=0V，TH、TL的電位為0，即vTH=vTL=vd=vC=0V。電路接通電源VCC開(kāi)始時(shí)，由于電容器上的電壓不能突變，所以TH、TL均處于低電位，則vTH＜VR1，2VCC3VCC3VCC0tw1tw2VCCT圖8-3多諧振蕩器工作波形圖0使比較器C2輸出vC2=0。此時(shí)，基本RS觸發(fā)器處于1狀態(tài)，Q=1，=0，定時(shí)器輸出vo=1使三極管開(kāi)關(guān)截止，電源VCC通過(guò)R1、R2給電容器充電，使TH、TL的電位逐漸升高。電路處于暫穩(wěn)態(tài)，定時(shí)器輸出vo保持高電平。

2VCC3VCC3VCC0tw1tw2VCCT圖8-3多諧振蕩器工作波形圖0當(dāng)電容器C充電使vC上升到2VCC/3時(shí)，TH、TL的電位同時(shí)也上升到2VCC/3，使比較器C1輸出vC1=0，比較器C2的輸出vC2=1，此時(shí)，基本RS觸發(fā)器置0，Q=0，=1，2VCC3VCC3VCC0tw1tw2VCCT圖8-3多諧振蕩器工作波形圖0定時(shí)器vo跳變?yōu)榈碗娖?vo=0)，同時(shí)使三極管開(kāi)關(guān)T導(dǎo)通，電容器C經(jīng)R2和三極管T放電，TH、TL的電位逐漸下降，電路處于另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，定時(shí)器輸出vo保持低電平。2VCC3VCC3VCC0tw1tw2VCCT圖8-3多諧振蕩器工作波形圖0當(dāng)電容器C放電使vC下降到VCC/3時(shí)，TH、TL的電位同時(shí)也下降到VCC/3，使比較器C1輸出vC1=1，比較器C2的輸出vC2=0，此時(shí)，基本RS觸發(fā)器置1，Q=1，=0，定時(shí)器vo跳變?yōu)楦唠娖?vo=1)，2VCC3VCC3VCC0tw1tw2VCCT圖8-3多諧振蕩器工作波形圖0同時(shí)又使三極管開(kāi)關(guān)T截止，電源VCC又通過(guò)R1和R2給電容器C充電，……如此周而復(fù)始地兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)不停地相互轉(zhuǎn)換，在定時(shí)器的輸出端就得到矩形波脈沖信號(hào)輸出。工作波形如圖8-3所示。2VCC3VCC3VCC0tw1tw2VCCT圖8-3多諧振蕩器工作波形圖0振蕩周期T和振蕩頻率f的近似計(jì)算公式如下：tw1≈(R1+R2)Cln2≈0.7(R1+R2)C

tw2≈R2Cln2≈0.7R2CT=tw1+tw2≈0.7(R1+2R2)C輸出脈沖幅度為：Vm≈VCC圖8-4是用5G555定時(shí)器構(gòu)成的占空比(脈沖寬度與周期之比)可調(diào)的多諧振蕩器。該電路比圖8-2多兩個(gè)二極管D1、D2和一個(gè)電位器Rw。VCC0.01μF584376215G555DTHTLD1vC圖8-4占空比可調(diào)多諧振蕩器D2CR1R2Rw當(dāng)三極管T截止時(shí)，VCC通過(guò)R1、D1給電容器C充電；若三極管T導(dǎo)通時(shí)，電容器C通過(guò)R2、D2放電。因此有：脈沖寬度tw1≈0.7R1C脈沖間隔時(shí)間tw2≈0.7R2C振蕩周期T≈0.7(R1+R2)C

VCC0.01μF584376215G555DTHTLD1vC圖8-4占空比可調(diào)多諧振蕩器D2CR1R2RwVCC0.01μF584376215G555DTHTLD1vC圖8-4占空比可調(diào)多諧振蕩器D2CR1R2Rw當(dāng)調(diào)節(jié)Rw時(shí)，就改變了R1、R2的阻值，也就改變了占空比，而振蕩周期保持不變。

占空比(二)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種用于整形、延時(shí)、定時(shí)的脈沖電路。整形：把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、幅度都相等的矩形脈沖。延時(shí)：將輸入信號(hào)延遲一定時(shí)間之后輸出。定時(shí)：產(chǎn)生一定寬度的方波。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路的功能：每觸發(fā)一次，電路輸出一個(gè)寬度一定、幅度一定的矩形波。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器雖然有兩個(gè)工作狀態(tài)，但其中一個(gè)為穩(wěn)態(tài)，而另一個(gè)為暫穩(wěn)態(tài)。未加觸發(fā)信號(hào)前的狀態(tài)為穩(wěn)態(tài)，加觸發(fā)信號(hào)后的狀態(tài)為暫穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在外加觸發(fā)脈沖的作用下，可以從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)，無(wú)需外加觸發(fā)脈沖。暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)的時(shí)間就是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的脈沖寬度的大小。只取決于電路本身的參數(shù)，而與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。圖8-5是5G555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，圖中R、C是定時(shí)元件；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入信號(hào)vI加在低觸發(fā)端TL端，3端是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖端(vO)。高觸發(fā)端TH(6)和放電端D(7)連接到C與R的連接處d。VCC0.01μF584376215G555DTHTLdvO圖8-5單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CRvI穩(wěn)態(tài)時(shí)穩(wěn)態(tài)時(shí)，觸發(fā)脈沖vI為高電平，基本RS觸發(fā)器處于0狀態(tài)，=1，三極管導(dǎo)通，TH和D端處于低電平，輸出vO為低電平。其過(guò)程為：沒(méi)有輸入觸發(fā)脈沖，vI=1。接通電源VCC時(shí)，VCC通過(guò)R給C充電，vC上升，TH和D端電位也隨之上升。當(dāng)上升到2VCC/3（vC=vTH=2VCC/3）時(shí)，使比較器C1輸出vC1=0，此時(shí)，RS觸發(fā)器置0狀態(tài)，Q=0，=1，定時(shí)器輸出（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出）vO=0。同時(shí)三極管T導(dǎo)通，C通過(guò)T放電，vTH=vC=0，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。翻轉(zhuǎn)過(guò)程輸入窄觸發(fā)負(fù)脈沖到來(lái)后，即vI由高電平跳變到低電平時(shí)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路狀態(tài)由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫態(tài)；vO=1，三極管T截止，電源VCC又通過(guò)R給C充電。翻轉(zhuǎn)過(guò)程：當(dāng)vI由1變0，即vI＜VR2，使比較器C2輸出vC2=0，此時(shí)基本RS觸發(fā)器置1，Q=1，=0，輸出vO=1。同時(shí)三極管T截止，電源VCC又重新通過(guò)R給C充電，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫態(tài)，輸入負(fù)跳變觸發(fā)脈沖結(jié)束，vI由低電平又跳變到為高電平。暫態(tài)期間在暫穩(wěn)態(tài)期間，電源VCC通過(guò)R給C充電，隨著電容器C充電過(guò)程，vC升高，TH和D端電位也隨之升高。當(dāng)TH端電位上升到2VCC/3時(shí)，使比較器C1輸出vC1=0，此時(shí)基本RS觸發(fā)器復(fù)0，Q=0，=1，輸出vO=0。同時(shí)三極管T導(dǎo)通，電容器C通過(guò)T放電，電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間由RC電路參數(shù)決定。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在負(fù)脈沖觸發(fā)作用下，由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。由于電容器充電，暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。這一轉(zhuǎn)換過(guò)程為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的一個(gè)工作周期。其工作波形圖如圖8-6所示。VCC02VCC3VCC0VCCTwvIvO圖8-6單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形如果忽略三極管的飽和壓降，則電容C從零電平上升到2VCC/3的時(shí)間為暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間，即輸出脈沖寬度Tw為：Tw=RCln3=1.1RC這種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路要求輸入觸發(fā)脈沖寬度要小于Tw，而輸入vI的周期要大于Tw，使vI的每一個(gè)負(fù)觸發(fā)脈沖都起作用。VCC02VCC3VCC0VCCTwvIvO圖8-6單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形如果輸入負(fù)觸發(fā)脈沖寬度大于輸出脈沖寬度Tw時(shí)，可以在輸入負(fù)觸發(fā)脈沖和觸發(fā)器輸入端之間接一個(gè)RC微分電路。即vI通過(guò)RC微分電路接到低觸發(fā)端TL上。VCC02VCC3VCC0VCCTwvIvO圖8-6單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是一種具有回差特性的脈沖波形變換電路。它有如下特點(diǎn)：施密特觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定輸出狀態(tài)，屬電位觸發(fā)。當(dāng)輸入觸發(fā)信號(hào)電平達(dá)到閾值電壓時(shí)（所加電位信號(hào)不得撤去），輸出電平會(huì)發(fā)生突變。突變的原因是電路內(nèi)部正反饋所致。這樣施密特觸發(fā)器便可以將緩慢變化的輸入信號(hào)，變換成矩形波輸出。施密特觸發(fā)器具有回差特性。輸入信號(hào)電平增加時(shí)，引起輸出電平突變的轉(zhuǎn)換電平稱(chēng)為上限閾值電壓，用VT+表示。輸入信號(hào)電平減小時(shí)，引起輸出電平突變的轉(zhuǎn)換電平稱(chēng)為下限閾值電壓，用VT-表示。VT+和VT-不等稱(chēng)作回差?；夭铍妷骸鱒T=VT+-VT-。使其抗干擾能力較強(qiáng)。vITHTLVCC84623155G555vO0.01μF圖8-7施密特觸發(fā)器將5G555定時(shí)器的高觸發(fā)端TH和低觸發(fā)端TL連接起來(lái)就構(gòu)成了施密特觸發(fā)器。如圖8-7所示。vITHTLVCC84623155G555vO0.01μF圖8-7施密特觸發(fā)器如果輸入信號(hào)電壓vI是三角波，當(dāng)vI＜VCC/3時(shí)比較器C2輸出vC2=0，基本RS觸發(fā)器置1，Q=1，=0，輸出vO=1。當(dāng)vI上升到2VCC/3時(shí)，比較器C1輸出vC1=0，此時(shí)基本RS觸發(fā)器復(fù)0，Q=0，=1，輸出vO=0。vI由高電位下降到稍小于VCC/3后，比較器C2輸出vC2=0，基本RS觸發(fā)器又置1，Q=1，=0，輸出vO又跳變?yōu)楦唠娖絭O=1。如此連續(xù)變化，在輸出端得到矩形波輸出，其工作波形如圖8-8所示。vIvOtt002VCC3VCC3VT+VT-圖8-8施密特觸發(fā)器工作波形vOVOHVOL0VCC32VCC3vI圖8-9施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性圖8-9所示為vO=f(vI)的關(guān)系曲線，是施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性。施密特觸發(fā)器狀態(tài)的轉(zhuǎn)換由輸入信號(hào)vI來(lái)觸發(fā)，同時(shí)輸出的高、低電平依賴于vI的高、低電平來(lái)維持。輸出對(duì)輸入的這種依賴關(guān)系與門(mén)電路相同，因此用圖8-10所示的符號(hào)表示施密特觸發(fā)器(施密特觸發(fā)的反相器)。vOvI圖8-10施密特觸發(fā)器邏輯符號(hào)回差電壓△V越大，電路的動(dòng)作電壓就越高，抗干擾能力越強(qiáng)。施密特觸發(fā)器常用于進(jìn)行波形變換及脈沖波形的整形。8.2門(mén)電路構(gòu)成的矩形波發(fā)生器及整形電路多諧振蕩器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器8.2.1多諧振蕩器(一)最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器是利用門(mén)電路固有的傳輸延遲時(shí)間，將奇數(shù)個(gè)反相器首尾相接而形成的。圖8-11(a)所示的電路是一個(gè)最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器，它由三個(gè)反相器首尾相接組成。這個(gè)電路沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)。vI1vI2vI3vO1vO2vOG1G2G3(a)電路原理圖t圖8-11簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器vO(vI1)vO1(vI2)vO2(vI3)tpd000(b)圖工作波形圖tt(一)最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器例如由于某種原因使vI1發(fā)生了微小的負(fù)跳變以后，經(jīng)過(guò)G1的傳輸延遲時(shí)間tpd之后，vI2產(chǎn)生一個(gè)正跳變，再經(jīng)過(guò)G2的傳輸延遲時(shí)間tpd又使vI3產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，經(jīng)過(guò)G3的傳輸延遲時(shí)間tpd之后，vO產(chǎn)生一個(gè)正跳變。所以經(jīng)過(guò)3tpd的傳輸延遲時(shí)間之后在vI1又出現(xiàn)了一個(gè)反方向的電壓跳變。經(jīng)過(guò)3tpd之后，又將跳變成低電平，如此周而復(fù)始，便產(chǎn)生了自激振蕩，輸出矩形波。圖8-11(b)就是根據(jù)以上分析得到的工作波形圖。由圖可見(jiàn)，振蕩周期T=6tpd。結(jié)論根據(jù)上述原理，將任何大于、等于3的奇數(shù)個(gè)反相器首尾相連地串接在一起均可構(gòu)成環(huán)形振蕩器，而且振蕩頻率為T(mén)=2ntpd

其中n為串聯(lián)門(mén)的個(gè)數(shù)。這種振蕩器的突出優(yōu)點(diǎn)是電路極為簡(jiǎn)單。但是由于門(mén)電路的傳輸延遲時(shí)間極短，TTL電路只有幾十納秒，CMOS電路也不過(guò)一、二百納秒，所以難于獲得稍低一些的頻率，而且頻率不易調(diào)節(jié)。為了克服這些缺點(diǎn)，引入了一些改進(jìn)電路。(二)RC環(huán)形多諧振蕩器在簡(jiǎn)單環(huán)形振蕩電路中引進(jìn)RC電路作為延時(shí)環(huán)節(jié)，形成RC環(huán)形多諧振蕩器。如圖8-12所示。圖中RC構(gòu)成延時(shí)環(huán)節(jié)，RS為限流電阻，對(duì)門(mén)3起限流保護(hù)作用。vI1vI2vI3vO1vO2vOG1G2G3圖8-12RC環(huán)形振蕩器CRSR通常RC電路產(chǎn)生的延遲時(shí)間遠(yuǎn)大于門(mén)電路本身的傳輸延遲時(shí)間tpd，所以分析時(shí)可忽略門(mén)電路的傳輸延遲時(shí)間，認(rèn)為每個(gè)門(mén)的輸入、輸出的跳變同時(shí)發(fā)生，RS的阻值很小(100Ω)，故將vI3視為門(mén)G3的輸入電壓。當(dāng)vI3＞VT(TTL與非門(mén)的閾值電壓為1.4V)時(shí)，vO為低電平；vI3＜VT時(shí)，vO為高電平。電容器上的電壓不能突跳，使vI3隨vO1跳變(vO1和vI3之間有電容器C耦合的結(jié)果)。工作過(guò)程RC環(huán)形振蕩器的工作過(guò)程如下：當(dāng)vO由VOL上跳為VOH，vO1由VOH下跳為VOL，vO2由VOL上跳為VOH。同時(shí)vI3由隨vO1下跳為負(fù)值，維持vO為1，此為暫態(tài)Ⅰ。此時(shí)vO2通過(guò)R給電容器C充電，使vI3的電位逐漸上升。充電回路為vO2→R→vI3→C→vO1。當(dāng)vI3上升到大于閾值電壓VT時(shí)，G3導(dǎo)通，使vO由1下跳為0，暫態(tài)Ⅰ結(jié)束，進(jìn)入暫態(tài)Ⅱ。在暫態(tài)Ⅱ期間，vO1由0上跳1，vO2由1下跳為0，vI3隨vO1上跳為很高正值，維持vO為0。此時(shí)vO1通過(guò)R給電容器C進(jìn)行反向充電，使vI3的電位逐漸下降。充電回路為vO1→C→vI3→R→vO2。當(dāng)vI3下降到小于閾值電壓VT時(shí)，G3截止，使vO由0上跳為1，暫態(tài)Ⅱ結(jié)束，回到暫態(tài)Ⅰ。同時(shí)vO1由1下跳為0，vO2由0上跳為1，vI3又隨vO1下跳為負(fù)值，維持vO為1，電容器C又進(jìn)行充電……。如此靠電容器的充放電過(guò)程，使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)周而復(fù)始的轉(zhuǎn)換，在門(mén)G3的輸出端vO得到的就是矩形脈沖波輸出。ttttVTVT-(VOH-VOL)VT+(VOH-VOL)VOHVOLvO（vI1）vO1vO2vI3（vI2）0000圖8-13RC環(huán)形振蕩器理想工作波形振蕩器的暫態(tài)時(shí)間和周期的近似計(jì)算公式為：tw1≈0.98(R∥R1)Ctw2≈1.26RCT=tw1+tw2≈

0.98(R∥R1)C+1.26RC式中的R、C是外接，R1是TTL與非門(mén)中的R1。當(dāng)R1>>R時(shí)，振蕩周期為：T≈2.2RC上式可用于近似估計(jì)振蕩周期.使用時(shí)應(yīng)注意它的假定條件是否滿足,否則,計(jì)算結(jié)果會(huì)有較大的誤差。ttttVTVT-(VOH-VOL)VT+(VOH-VOL)VOHVOLvO（vI1）vO1vO2vI3（vI2）0000圖8-13RC環(huán)形振蕩器理想工作波形(三)石英晶體多諧振蕩器在許多應(yīng)用場(chǎng)合都對(duì)多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求。例如多諧振蕩器作為數(shù)字鐘的脈沖源使用時(shí)，要求頻率十分穩(wěn)定。上述多諧振蕩器中，振蕩頻率主要取決于門(mén)電路的輸入電壓上升到轉(zhuǎn)換電平（閾值電壓）所需要的時(shí)間，所以頻率的穩(wěn)定性不可能很高。第一，轉(zhuǎn)換電平本身就不夠穩(wěn)定，容易受電源和溫度變化的影響；第二，電路的工作方式容易受干擾，造成電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的提前或滯后；第三，在電路狀態(tài)臨近轉(zhuǎn)換時(shí)，電容的充、放電已經(jīng)比較緩慢，轉(zhuǎn)換電平的微小變化或輕微的干擾都會(huì)嚴(yán)重影響振蕩周期。因此在對(duì)頻率要求很高時(shí)，必須采取穩(wěn)頻措施。目前，普遍采用的穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器中接入石英晶體組成石英晶體多諧振蕩器。圖8-14為石英晶體的阻抗頻率特性和符號(hào)。石英晶體不但頻率特性穩(wěn)定，而且品質(zhì)因數(shù)很高，有極好的選頻特性。ff0x0電感性電容性符號(hào)圖8-14石英晶體的阻抗頻率特性與符號(hào)vI1vI2vI3vO1vO2vOG1G2G3圖8-15石英晶體環(huán)形振蕩器CRSR石英晶體把石英晶體與RC多諧振蕩器中的電容串聯(lián)起來(lái)就構(gòu)成了石英晶體多諧振蕩器。由石英晶體的電抗頻率特性可知，當(dāng)外加電壓的頻率為f0時(shí)，其等效阻抗最小，所以頻率為f0的電壓信號(hào)最容易通過(guò)，并在電路中形成正反饋。因此振蕩器的工作頻率為f0。石英晶體振蕩器的振蕩頻率取決于石英晶體的固有諧振頻率f0，與外接電阻、電容無(wú)關(guān)。其工作原理與RC環(huán)形多諧振蕩器基本相同。(四)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)是靠RC電路的充放電過(guò)程來(lái)維持的，根據(jù)RC電路的不同接法，可分為微分型和積分型。以TTL與非門(mén)、RC微分電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為例說(shuō)明其工作原理。1.TTL與非門(mén)微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在基本RS觸發(fā)器中插入一個(gè)RC微分電路環(huán)節(jié)就構(gòu)成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，如圖8-16所示。圖8-16單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器0.47kΩvIvO1vOvI2C0.01μFRG1G2電路接通電源后,無(wú)脈沖觸發(fā)信號(hào)(vI=1)輸入時(shí),電路處于穩(wěn)態(tài)。G1門(mén)開(kāi)通，vO1=0，G2門(mén)關(guān)閉vO=1。在輸入端加入負(fù)脈沖信號(hào)后，vO1=1。由于C上電壓不能突跳，則vI2隨vO1上跳并大于VT(VT=1.4V)值，使G2門(mén)開(kāi)通，vO=0。電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)期間，由于vO1不斷地給電容器C充電，電容器上的電壓vC不斷升高，而使vI2逐漸下降。當(dāng)vI2下降到小于閾值電壓VT時(shí)，G2門(mén)又關(guān)閉，vO=1。此時(shí)輸入負(fù)觸發(fā)脈沖早已消失，vI為高電平。則G1又開(kāi)始導(dǎo)通，vO1=0，vI2隨之下跳為負(fù)值，然后C開(kāi)始放電，使vI2恢復(fù)到正常的低電平。電路處于穩(wěn)態(tài)。其工作波形如圖8-17所示。tttt0000vOVTvI2vO1vI圖8-17單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形輸出脈沖寬度Tw近似計(jì)算：Tw≈0.8(RO+R)C公式中的RO為與非門(mén)的輸出電阻，RO≈100Ω。2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用脈沖整形脈沖定時(shí)脈沖延時(shí)脈沖整形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖的幅度和寬度是確定的，利用這一性質(zhì)，可將寬度和幅度不規(guī)則的脈沖串，整形為寬度和幅度一定的脈沖串，如圖8-18所示。tvI0tvO0圖8-18脈沖波形脈沖定時(shí)由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能產(chǎn)生一定寬度Tw的