三五定时器资料

1、链接演示文稿主页面第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路第第 7 章脉冲产生与整形电路章脉冲产生与整形电路 概述概述 施密特触发器施密特触发器单稳态触发器单稳态触发器多谐振荡器多谐振荡器本章小结本章小结555 定时器及其应用定时器及其应用第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页主要要求：主要要求： 了解脉冲信号产生与整形的方法。了解脉冲信号产生与整形的方法。 了解脉冲波形的主要参数。了解脉冲波形的主要参数。 7.1 概概 述述第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页Umtrtf TtW 脉脉 冲冲 幅幅 度度 Um： 脉冲上升时间脉冲上升时

2、间 tr：脉冲下降时间脉冲下降时间 tf：脉脉 冲冲 宽宽 度度 tW ：脉脉 冲冲 周周 期期 T ：脉脉 冲冲 频频 率率 f ： 占占 空空 比比 q ：脉冲电压变化的最大值脉冲电压变化的最大值 脉冲波形从脉冲波形从 0.1Um 上升到上升到 0.9Um 所需的时间所需的时间 脉冲上升沿脉冲上升沿 0.5Um 到下降沿到下降沿 0.5Um 所需的时间所需的时间 脉冲波形从脉冲波形从 0.9Um 下降到下降到 0.1Um 所需的时间所需的时间 周期脉冲中相邻两个波形重复出现所需的时间周期脉冲中相邻两个波形重复出现所需的时间 1 秒内脉冲出现的次数秒内脉冲出现的次数 f = 1/T 脉冲宽度

3、脉冲宽度 tw 与脉冲周期与脉冲周期 T 的比值的比值 q = tw/T 一、脉冲波形的主要参数一、脉冲波形的主要参数 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页主要用以主要用以将缓慢变化将缓慢变化或快速变化的或快速变化的非矩形脉冲变换非矩形脉冲变换成陡峭的矩形脉冲。成陡峭的矩形脉冲。 常用的有施密特触发器和单稳态触发器。常用的有施密特触发器和单稳态触发器。 获取脉冲信获取脉冲信号的方法号的方法 脉冲信号产生与脉冲信号产生与整形电路整形电路的实现的实现是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施密特触发器、单稳态触发

4、器和多谐振荡器等，使用方便、灵活，密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。应用广泛。 用多谐振荡器直接产生。用多谐振荡器直接产生。 用用整形电路整形电路对已有波形进行整形、变换。对已有波形进行整形、变换。 施密特触发器施密特触发器单稳态触发器单稳态触发器 主要用以将宽度不符合要求的脉主要用以将宽度不符合要求的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。冲变换成符合要求的矩形脉冲。用门电路构成。用门电路构成。 用专用的集成电路。用专用的集成电路。 用用 555 定时器定时器构成。构成。 二、脉冲信号产生与整形的方法二、脉冲信号产生与整形的方法 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产

5、生与整形电路返回首页主要要求：主要要求： 理解施密特触发器的逻辑功能、工作特点。理解施密特触发器的逻辑功能、工作特点。理解施密特触发器的典型应用。理解施密特触发器的典型应用。7.2 施密特触发器施密特触发器第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页7.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器 Schmitt Trigger一、电路结构一、电路结构 uIG1uIuO1uO2G2R2由由CMOS 反相器构成的反相器构成的施密特触发器施密特触发器R1uO1uI逻辑符号逻辑符号uO2uI第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页OOOuIuO2u

6、O1tttUT+UOHUOLUOHUOLUT-工作波形工作波形二、二、工作原理工作原理 当输入电压当输入电压 uI = 0 V 时，时，输出输出 uO1 = UOH VDD ，uO2 = UOL 0V。uIG1uIuO1uO2G2R2R1 1. 初始状态初始状态第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页OOOuIuO2uO1tttUT+UOHUOLUOHUOLUT- uIG1uIuO1uO2G2R2R1 随着随着uI 从小逐渐增大，从小逐渐增大， uI 随之增大。由随之增大。由于于 uO2 0V，所以，所以 2. 电路状态第一次翻转电路状态第一次翻转 当当 uI 上升到使上升

7、到使uI =UTH =VDD/2时，时， G1工工作在电压传输特性的转折区，这时，作在电压传输特性的转折区，这时， uI 的微的微小增大，会使电路产生如下正反馈过程：小增大，会使电路产生如下正反馈过程： 正反馈使电路状态在极短的时间内发生正反馈使电路状态在极短的时间内发生翻转，翻转， G1 开通，开通， uO1= UOL 0V；G2关闭，关闭，uO2 = UOH VDD。 输入电压输入电压 uI 上升到使电路状态发生翻转上升到使电路状态发生翻转的值，称为正向阈值电压，用的值，称为正向阈值电压，用 UT+表示表示。uI IuRRR212+ += = O2O1IIuuuuuI 第第 7 章章 脉冲

8、产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页OOOuIuO2uO1tttUT+UOHUOLUOHUOLUT- uIG1uIuO1uO2G2R2R1 随着随着uI 从小逐渐增大，从小逐渐增大， uI 随之增大。由随之增大。由于于 uO2 0V，所以，所以 2. 电路状态第一次翻转电路状态第一次翻转 当当 uI 上升到使上升到使uI =UTH =VDD/2时，时， G1工工作在电压传输特性的转折区，这时，作在电压传输特性的转折区，这时， uI 的微的微小增大，会使电路产生如下正反馈过程：小增大，会使电路产生如下正反馈过程： 正反馈使电路状态在极短的时间内发生正反馈使电路状态在极短的时间内发生翻转，翻转

9、， G1 开通，开通， uO1= UOL 0V；G2关闭，关闭，uO2 = UOH VDD。uI uI IuRRR212+ += = O2O1IIuuuuuI TH21TH221T1URRURRRU + += =+ += =+ + + += = =T212THIURRRUuuI 此后，此后，uI 继续增大时，由于继续增大时，由于 UTH ，电路状态保持不变。电路状态保持不变。uI 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页OOOuIuO2uO1tttUT+UOHUOLUOHUOLUT- uIG1uIuO1uO2G2R2R1 当当uI 由高电平下降时，由高电平下降时， uI 也

10、随之下降。也随之下降。由于这时由于这时 uO2 =UOH=VDD，所以，所以 3. 电路状态第二次翻转电路状态第二次翻转 当当 uI 下降到下降到 uI =UTH 时，时， 电路又产生了电路又产生了另一个正反馈过程：另一个正反馈过程： 正反馈使电路状态在极短的时间内又产正反馈使电路状态在极短的时间内又产生另一次翻转，生另一次翻转， G1 关闭，输出关闭，输出 uO1= UOH VDD ；G2开通，开通，uO2 = UOL 0V 。 输入电压输入电压 uI 下降到使电路状态发生翻转下降到使电路状态发生翻转时的值，称为负向阈值电压时的值，称为负向阈值电压UT-。I121IDDuRRRuV+ + +

11、 = =uI O2O1IIuuuuuI uI + + + = = =T121-TDDTHURRRUVUTH21T)1URRU = = （uI 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页UOLUOH三、施密特触发器的传输特性三、施密特触发器的传输特性 UT = UT+ - - UT- -回差电压回差电压施密特触发施密特触发器工作特点器工作特点 ( (1) )允许输入允许输入信号为信号为缓慢变化缓慢变化的信号。的信号。 ( (2) )有有两个阈值两个阈值电压。电压。 ( (3) )有两个稳态。有两个稳态。 UT+OuOuI正向阈值电压正向阈值电压负向阈值电压负向阈值电压 当当 u

12、I 从小增大时，从小增大时，经过经过 UT+ 处才能使输处才能使输出发生跃变。出发生跃变。UT- - 当当uI从大减小从大减小时，经过时，经过UT- -处才能处才能使输出发生跃变。使输出发生跃变。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页四四2输入施密特输入施密特与非与非门门逻辑符号逻辑符号1ACT74LS1323A4A3B4B1Y2Y3Y4Y2B1B2A六施密特反相器六施密特反相器逻辑符号逻辑符号1A2A3A4A5A6A1Y2Y3Y4Y5Y6YCT7414输出逻辑输出逻辑表达式为表达式为Y=A输出逻辑输出逻辑表达式为表达式为Y=AB7.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发

13、器第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页常用集成施密特触发门电路一些重要参数的典型值常用集成施密特触发门电路一些重要参数的典型值 tPHLPHL8.7542.5典型延迟时间典型延迟时间/ns8.825.58.625.5典型典型UT+ /V典型每门典型每门功耗功耗/mW双双 4 输入输入与非与非门门四四 2 输入输入与非与非门门六反六反相器相器电路电路名称名称CT74LS13CT7413CT74LS132CT74132CT74LS14CT7414型号型号tPLHPLH典型典型UT- /V典型典型UT /V1.61.71.61.71.61.70.80.90.80.90.80.

14、90.80.80.80.80.80.8181515151515151815151515第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页OuItuOUT+UT- -Ot一、脉冲波形变换一、脉冲波形变换 将三角波、正弦波和其他将三角波、正弦波和其他不规则信号变换成矩形脉冲。不规则信号变换成矩形脉冲。 UOHUOL 当当 uI UT+ 后，后，uO = UOL ；当当 uI下降到小于下降到小于 UT- - 时，时，uO 才跃变到才跃变到 UOH。 当当 uI UT- -后，后，uO = UOH ；当；当 uI 上升到大于上升到大于 UT+时，时，uO 才跃变到才跃变到UOL。 uOuI7

15、.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页二、脉冲整形二、脉冲整形 将受到干扰的或不符合边沿要求将受到干扰的或不符合边沿要求的信号整形成较好的矩形脉冲。的信号整形成较好的矩形脉冲。 uOuIOuItOuOtUT+UT- -UOHUOL第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页OuItuOUT+UT- -Ot三、脉冲幅度鉴别三、脉冲幅度鉴别 鉴别并取出鉴别并取出幅度幅度大于大于 UT+ 的脉冲。的脉冲。UOLUOHuOuI第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页主要要求：主要要求： 理解单稳态触

16、发器的逻辑功能、工作特点。理解单稳态触发器的逻辑功能、工作特点。 理解单稳态触发器的典型应用。理解单稳态触发器的典型应用。 7.3 单稳态触发器单稳态触发器第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页有一个稳态和一个暂稳态。无外触发脉冲有一个稳态和一个暂稳态。无外触发脉冲输入时，电路处于稳输入时，电路处于稳态；在外触发脉冲作用下，态；在外触发脉冲作用下，电路将从稳态翻转到电路将从稳态翻转到暂稳态，暂稳态，经一段时间后，经一段时间后，电路又自动返回到原来的稳态。电路又自动返回到原来的稳态。工工作作特特点点暂稳态时间长短取决于电路本暂稳态时间长短取决于电路本身的参数，与外加触发脉冲

17、无关。身的参数，与外加触发脉冲无关。Monostable flip-flop单稳态触发器单稳态触发器 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页一、电路组成一、电路组成 uIG1uI2uO1uO2G2VDD微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器RC uC+ + - -7.3.1 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页OOuO2tVDD工作波形工作波形uI2tUTHOuO1tVDDOuItUOLUOL二、二、工作原理工作原理 稳定状态稳定状态: 当输入电压当输入电压 uI 为低为低电平时，电平时，由于由于 G2 输入通过电

18、阻输入通过电阻 R接接 VDD ，因此因此 uI2 也为高电平，也为高电平，G2 输出输出 uO2 为低电平为低电平 UOL 0V ，G1 输入全输入全 0 ，输出，输出 uO1 为高电平为高电平 UOH VDD。电容电容 C上的电压上的电压 uC 0V。电路处于。电路处于稳定状态。稳定状态。uIG1uI2uO1uO2G2VDDRC uC + + - -第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页OOuO2tVDD工作波形工作波形uI2tUTHOuO1tVDDOuItUOLUOL二、二、工作原理工作原理 触发进入暂稳态触发进入暂稳态: 当输入电压当输入电压uI 由低电平正跃到大

19、于由低电平正跃到大于 G1 的阈值电压的阈值电压 UTH 时，时，G1 开通，输出开通，输出 uO1 负跃到负跃到UOL，G2 输出电压输出电压 uO2 由低电平跃由低电平跃到高电平到高电平 VDD，使，使 G1 维持开通，电维持开通，电源源VDD 对电容对电容 C 充电，电路进入暂充电，电路进入暂稳态。在暂稳态期间输入电压稳态。在暂稳态期间输入电压 uI 回回到低电平。到低电平。 uIG1uI2uO1uO2G2VDDRC uC + + - -第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页OOuO2tVDD工作波形工作波形uI2tUTHOuO1tVDDOuItUOLUOL二、二、

20、工作原理工作原理 自动翻转自动翻转: 随着电容随着电容 C 的充电，的充电，电压电压 uI2 也逐渐升高，当也逐渐升高，当 uI2 上升到上升到 G2 的阈值电压的阈值电压 UTH 时，时， G2 开通，开通，输出输出 uO2 跃到低电平跃到低电平 UOL， G1 关闭，关闭，输出电压输出电压 uO1 跃到高电平跃到高电平VDD ，电路，电路返回到初始的稳态状态。返回到初始的稳态状态。uIG1uI2uO1uO2G2VDDRC uC - - + +第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页OOuO2tVDD工作波形工作波形uI2tUTHOuO1tVDDOuItUOLUOL二、二

21、、工作原理工作原理 恢复过程恢复过程: 暂稳态结束后，电暂稳态结束后，电容容 C 通过电阻通过电阻 R 、G2 的输入保护回的输入保护回路放电，使电容路放电，使电容 C 上的电压恢复到上的电压恢复到初始的初始的 0 状态。状态。uIG1uI2uO1uO2G2VDDRC uC + + - -第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页OOuO2tVDD工作波形工作波形uI2tUTHOuO1tVDDOuIt三、输出脉冲宽度的计算三、输出脉冲宽度的计算 单稳态触发器输出脉冲的宽度单稳态触发器输出脉冲的宽度实际上是暂稳态维持的时间，用实际上是暂稳态维持的时间，用t W 表示，它为电容表

22、示，它为电容 C 上的电压由低电上的电压由低电平平 0 V 充到充到 G2 的的 UTH 所需的时间。所需的时间。tW 将将uC ( 0+) =0V，uC ()= VDD，uC (tW)= VDD/2 和和=RC 代入上式得代入上式得）（）（）（）（）（）（）（）（tuuuuteuuutuCCCCCCCCt = = = =+ + + 0ln0即即RCVVVRCt7 . 0210lnDDDDDDW = =第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页 在使用微分型单稳态触发器时，输入触发脉在使用微分型单稳态触发器时，输入触发脉冲冲 uI 的宽度的宽度 tWI 应小于输出脉冲的宽度应

23、小于输出脉冲的宽度 tW，即，即 tWI tW 的情况，可在触发信号源的情况，可在触发信号源 uI 和和 G1 输入端之间输入端之间接入一个接入一个 Rd Cd 微分电路微分电路。uIG1uOG2VDDRCCdRd第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页集集成成单单稳稳态态触触发发器器暂稳态期间如再次被触发，对原暂稳时暂稳态期间如再次被触发，对原暂稳时间无影响，输出脉冲宽度间无影响，输出脉冲宽度 tW 仍从第一次触发仍从第一次触发开始计算。开始计算。 暂稳态期间如再次被触发，输出脉冲宽暂稳态期间如再次被触发，输出脉冲宽度可在此前暂稳态时间的基础上再展宽度可在此前暂稳态时间的

24、基础上再展宽 tW 。 可可重重复复触触发发型型 非非重重复复触触发发型型 uOuI1uOuI限定符号限定符号“1 ”表示不可重复触发型单稳表示不可重复触发型单稳态触发器。态触发器。限定符号限定符号“ ”“ ”表表示可重复触发型单稳态示可重复触发型单稳态触发器。触发器。 7.3.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页单单稳稳工工作作波波形形举举例例单稳输出波形单稳输出波形不可重复触发型不可重复触发型 单稳输出波形单稳输出波形可重复触发型可重复触发型 输入波形输入波形OuItOuOtOuOttWtWtWtW暂稳态期间暂稳态期间不能再次触发

25、。不能再次触发。暂稳态期间能再暂稳态期间能再次触发。其输出脉宽次触发。其输出脉宽将在原暂稳态时间基将在原暂稳态时间基础上再展宽础上再展宽 tW 。触发脉冲到来触发脉冲到来时，输出翻转为暂时，输出翻转为暂稳态，经暂稳态持稳态，经暂稳态持续时间续时间 tW 后自动回后自动回到稳态。到稳态。外触发脉冲未来外触发脉冲未来时，输出为稳态。时，输出为稳态。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页单稳态触发器单稳态触发器 CT74121 的逻辑图的逻辑图一、非重复触发单稳态触发器一、非重复触发单稳态触发器1. 电路组成与逻辑符号电路组成与逻辑符号输入触发输入触发脉冲控制电路脉冲控制电路输

26、出缓冲级输出缓冲级微分型单稳态微分型单稳态触发器触发器第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页一、非重复触发单稳态触发器一、非重复触发单稳态触发器1. 电路组成与逻辑符号电路组成与逻辑符号有有 3 个个触发信号输触发信号输入端，入端，TR- -A和和 TR- -B 用负用负脉冲触发，脉冲触发， TR+ 用正脉用正脉冲触发。冲触发。 有有 2 个互补输出端个互补输出端TR+TR- -BTR- -AQQRI CX RX/CXRintCextRext/CextRI CX RX/CX不可重复触发型不可重复触发型单稳的限定符号单稳的限定符号 外接定时元件端外接定时元件端 “”号表示非

27、逻号表示非逻辑连接，即没有任何逻辑连接，即没有任何逻辑信息的连接，例如外辑信息的连接，例如外接接 R、C 和和 VCC 等。等。 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页如何使用如何使用 Rint、Cext 和和 Rext / Cext 端？端？RI CX RX/CXTR+TR- -BTR- -AQQ悬空不接悬空不接CextRextVCC一般接法一般接法tW 0.7 RextCext通常取：通常取：Rext = 2 40 k ，Cext = 10 pF 10 F。当输出脉宽不大时，当输出脉宽不大时，可用内部电阻可用内部电阻 Rint = 2 k 取代取代 Rext ，接法如

28、下：，接法如下：RI CX RX/CXTR+TR- -BTR- -AQQCext+VCCtW 0.7 RintCext第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页负脉冲触发应用举例负脉冲触发应用举例RI CX RX/CXTR+TR- -BTR- -AQQ+VCC+VCC 欲负脉冲触发，则将欲负脉冲触发，则将触发脉冲从触发脉冲从 TR- -A 或或 TR- -B 加入加入，而而 TR+ 接接 1 1。 CT74121 可可正脉冲正脉冲触发，触发，也可也可负脉冲负脉冲触发。触发。QTR- -B2. 逻辑功能与应用方法逻辑功能与应用方法 CT74121 的功能表的功能表 0 00 0

29、1 11 11 11 11 11 10 0111 10 00 01 10 01 10 01 10 01 10 0QQTR+TR- -BTR- -A输输 出出输输 入入第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页正脉冲触发应用举例正脉冲触发应用举例RI CX RX/CXuO+VCCuITR+ 欲正脉冲触发，则将触欲正脉冲触发，则将触发脉冲从发脉冲从 TR+ 加入加入，而而 TR- -A 和和 TR- -B 至少有一接至少有一接0 0。uIuO2. 逻辑功能与应用方法逻辑功能与应用方法 CT74121 的功能表的功能表 0 00 01 11 11 11 11 11 10 01 11

30、 11 10 00 01 10 01 10 01 10 01 10 0QQTR+TR- -BTR- -A输输 出出输输 入入第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页1RD1TR- -1TR+ +1Q1Q1Cext1Rext /Cext2TR- -2TR+ +2RD2Cext2Rext /Cext2Q2Q二、可重复触发单稳态触发器二、可重复触发单稳态触发器1. 逻辑符号逻辑符号 有两个触有两个触发信号输入端，发信号输入端，1TR- -用负脉冲用负脉冲触发，触发，1TR+ 用正脉冲触发。用正脉冲触发。 可重可重复触发型复触发型单稳的限单稳的限定符号定符号 互补互补输出输出 直接

31、复位直接复位端为端为1RD，低，低电平有效。电平有效。 CT74HC123由两个独由两个独立的可重复触发单稳组成。立的可重复触发单稳组成。 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页2. 逻辑功能逻辑功能CT74HC123 的功能表的功能表 1 11 10 01 10 01 11 10 00 01 11 10 01 11 11 10 00 0QQTR+TR- -RD D输输 出出输输 入入下降沿触发下降沿触发上升沿上升沿触发触发稳稳 定定状状 态态复复 位位说说 明明第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页uAuBuCuOG单稳态触发器组成的定时电路和工作

32、波形单稳态触发器组成的定时电路和工作波形uAuCuBuOuB经过长距离传输后，脉冲信号的边经过长距离传输后，脉冲信号的边沿会变差或波形上叠加某些干扰，利用沿会变差或波形上叠加某些干扰，利用整形可使其变成符合要求的波形。整形可使其变成符合要求的波形。 二、脉冲定时二、脉冲定时 一、脉冲整形一、脉冲整形 利用单稳态触发器可以控制门开通与否以及开通多长时间。利用单稳态触发器可以控制门开通与否以及开通多长时间。 uCtW7.3.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页若已知若已知 Rext = 10 k ，Cext = 1 F则可得则可得 t

33、W 0.7 RextCext = 7 msRI CX RX/CXQ+VCCuIRextCextQOuItOuOt脉脉冲冲展展宽宽电电路路和和工工作作波波形形三、三、脉冲展宽脉冲展宽 tW接成正脉冲接成正脉冲触发方式触发方式将窄脉冲展宽成将窄脉冲展宽成宽度为宽度为 tW 的脉冲的脉冲第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页7.4 多谐振荡器多谐振荡器主要要求：主要要求： 理解不对称多谐振荡器的电路组成及其工作原理。理解不对称多谐振荡器的电路组成及其工作原理。理解对称多谐振荡器的电路组成及其工作原理。理解对称多谐振荡器的电路组成及其工作原理。 理解石英晶体多谐振荡器的工作原理。

34、理解石英晶体多谐振荡器的工作原理。 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页即矩形脉冲产生电路，由于矩形脉冲含即矩形脉冲产生电路，由于矩形脉冲含有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。 ( (1) )不需输入信号。不需输入信号。( (2) )无稳定状态，只有两个无稳定状态，只有两个暂稳态暂稳态。 通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。 工作特点工作特点Astable MultivibratorGuO逻辑符号

35、逻辑符号多谐振荡器多谐振荡器 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页1. 要求要求CMOS 非非门门 G1 和和 G2 都工作在电压传输特性的转折区。都工作在电压传输特性的转折区。2. 静态时静态时 uO1 = uI1 = UTH = VDD / 2 uI2 = uO1 = VDD / 2一、电路组成一、电路组成 静态工作点静态工作点uI1G1uI2uO1uOuO2CG2RF电路图电路图7.4.1 不对称多谐振荡器不对称多谐振荡器 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页uI1G1uI2uO1uOuO2CG2RFVDDUOL+ - - 工作波形工作波形

36、OuO1tOuO2tVDDUOLVDDUOLuI1UTHtOt1t2t3t47.4.1 不对称多谐振荡器不对称多谐振荡器 二、工作原理二、工作原理 输出波形输出波形设电路已经开始振荡。设电路已经开始振荡。 t t1 时，时，uI1UTH，G1 关闭，关闭，uO1=VDD，G2 开通，开通，uO2 = UOL。uO1=VDD 经经 RF 对对 C 充电，充电，uI1增大。在增大。在 t t1 时，时，uI1 上升到上升到G1的的UTH时，电路产生正反馈过程：时，电路产生正反馈过程： O22IO1I1)(uuuu箭头表示正反馈路径箭头表示正反馈路径第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电

37、路返回首页uI1G1uI2uO1uOuO2CG2RFVDDUOL+ - - 工作波形工作波形OuO1tOuO2tVDDUOLVDDUOLuI1UTHtOt1t2t3t47.4.1 不对称多谐振荡器不对称多谐振荡器 二、工作原理二、工作原理 设电路已经开始振荡。设电路已经开始振荡。 t t1 时，时，uI1UTH，G1 关闭，关闭，uO1=VDD，G2 开通，开通，uO2 = UOL。uO1=VDD 经经 RF 对对 C 充电，充电，uI1增大。在增大。在 t t1 时，时，uI1 上升到上升到G1 的的UTH时，电路产生正反馈过程。时，电路产生正反馈过程。最终最终G1开通，开通，uO1由高电平

38、由高电平VDD跃到跃到低电平，使低电平，使G2关闭，关闭，uO2则由低电平跃到则由低电平跃到高电平高电平VDD。电路进入第。电路进入第 1 个暂稳态。个暂稳态。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页uI1G1uI2uO1uOuO2CG2RFVDDUOL+ - - 工作波形工作波形OuO1tOuO2tVDDUOLVDDUOLuI1UTHtOt1t2t3t47.4.1 不对称多谐振荡器不对称多谐振荡器 二、工作原理二、工作原理 输出波形输出波形 uO2的高电平经的高电平经 C、RF和和G1的输出电的输出电阻对阻对C 进行反向充电，进行反向充电，uI1随之下降。在随之下降。在

39、t t2 时，时，uI1 下降到下降到G1 的的UTH时，电路时，电路又产生另一个正反馈过程：又产生另一个正反馈过程： O22IO1I1)(uuuu第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页uI1G1uI2uO1uOuO2CG2RFVDDUOL+ - - 工作波形工作波形OuO1tOuO2tVDDUOLVDDUOLuI1UTHtOt1t2t3t47.4.1 不对称多谐振荡器不对称多谐振荡器 二、工作原理二、工作原理 输出波形输出波形最终最终G1关闭，关闭，uO1由低电平跃到高电由低电平跃到高电平平VDD ，G2开通，开通，uO2则由高电平则由高电平VDD跃跃到低电平。经电容耦

40、合，使到低电平。经电容耦合，使uI1负跃到小负跃到小于于G1的的UTH，电路进入另一个暂稳态。，电路进入另一个暂稳态。uO2的高电平经的高电平经 C、RF和和G1的输出电的输出电阻对阻对C 进行反向充电，进行反向充电，uI1随之下降。在随之下降。在 t t2 时，时，uI1 下降到下降到G1 的的UTH时，电路又时，电路又产生另一个正反馈过程。产生另一个正反馈过程。箭头表示正反馈路径箭头表示正反馈路径第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页工作波形工作波形OuO1tOuO2tVDDUOLVDDUOLuI1UTHtOt1t2t3t47.4.1 不对称多谐振荡器不对称多谐振荡器

41、 二、工作原理二、工作原理 输出波形输出波形uO1的高电平又经的高电平又经 C、RF和和G2的输的输出电阻对出电阻对C进行充电，进行充电，uI1随之升高。在随之升高。在 t t3 时，时，uI1上升到上升到G1的的UTH，G1开通开通，G2关闭，电路返回到第一个暂稳态。关闭，电路返回到第一个暂稳态。 由于电容由于电容 C 周而复始地进行充、周而复始地进行充、放电，使两个暂稳态相互交替，从而输放电，使两个暂稳态相互交替，从而输出周期性的矩形脉冲出周期性的矩形脉冲 。uI1G1uI2uO1uOuO2CG2RFVDDUOL+ - - 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页uI1

42、G1uI2uO1uOuO2CG2RF7.4.1 不对称多谐振荡器不对称多谐振荡器 三、振荡周期的估算三、振荡周期的估算 振荡周期的估算振荡周期的估算当当 UTH = VDD / 2 时，时，T 1.4 RFC工作波形工作波形OuO1tOuO2tVDDUOLVDDUOLuI1UTHtOt1t2t3t4第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页工作波形工作波形OuO2tOuO1tUOHUOLUOHUOLuI2UTHOtUTHuI1tOt1t2t3t4uI1C1G1uI2uO1uOuO2C2G2RF1RF2RF1RF2输出波形输出波形 RF1 和和 RF2 取值合理，使取值合理，使

43、 G1和和G2 门工作在电压传输特性的转门工作在电压传输特性的转折区折区放大区。放大区。7.4.2 对称多谐振荡器对称多谐振荡器 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页uI1C1G1uI2uO1uOuO2C2G2RF1RF2UOHUOL7.4.2 对称多谐振荡器对称多谐振荡器 二、工作原理二、工作原理 工作波形工作波形OuO2tOuO1tUOHUOLUOHUOLuI2UTHOtUTHuI1tOt1t2t3t4设电路已开始振荡。当设电路已开始振荡。当 t = t1 时，时，uI2 = UTH，G2开通，开通，uO2 = UOL，使，使 uI1 t1 后，后，uO1=UOH

44、经经 RF2 、 G2的的输出电阻输出电阻对对 C1反向充电，反向充电，uI2下降；同下降；同 时，时，uO1= UOH 经经 RF1 、G2的的输出输出电阻电阻对对C2 充电充电， uI1 增大。增大。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页uI1C1G1uI2uO1uOuO2C2G2RF1RF2UOHUOL7.4.2 对称多谐振荡器对称多谐振荡器 二、工作原理二、工作原理 工作波形工作波形OuO2tOuO1tUOHUOLUOHUOLuI2UTHOtUTHuI1tOt1t2t3t4箭头表示正反馈路径箭头表示正反馈路径 使使G1开通，开通，uO1 = UOL， uI2 t2

45、 后，后，uO2 = UOH 经经 RF1 、 G1的输出电阻对的输出电阻对 C2 充电，使充电，使 uI1下降；下降；同同 时，时，uO2 = UOH 经经 RF2 、 G1的输出的输出电阻对电阻对 C1 充电，充电， 使使 uI2 增大。增大。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页uI1C1G1uI2uO1uOuO2C2G2RF1RF2UOLUOH7.4.2 对称多谐振荡器对称多谐振荡器 二、工作原理二、工作原理 工作波形工作波形OuO2tOuO1tUOHUOLUOHUOLuI2UTHOtUTHuI1tOt1t2t3t4使使G2开通，开通， uO2 =UOL，uI1

46、VDD，TH = uC 0 VDD，TH = uI VDD，因此，因此 uO 为低为低电平，电平，V 导通，电容导通，电容 C 经放电管经放电管 V 迅速迅速放电完毕，放电完毕，uC 0 V。132323第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页 2. 触发进入暂稳态触发进入暂稳态 二、二、工作原理工作原理uCOtOuOtUOLUOH tWDD32VOtUIHDD31VuIVDDUILUOH充电充电当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平( (应小于应小于 VDD ) )时，使时，使 TR=UIL VDD ，而而TH = uC 0 V VDD，因此，因此

47、uO 跃变跃变为高电平，进入暂稳态为高电平，进入暂稳态，这时放电管，这时放电管 V截止，截止，VDD 又经又经 R 向向 C 充电，充电，uC 上升上升。132313第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页 3. 自动返回稳定状态自动返回稳定状态 二、二、工作原理工作原理uCOtOuOtUOLUOH tWDD32VOtUIHDD31VuIVDDUOLUIH放电放电V这时这时 uI 必须已必须已恢复为高电平恢复为高电平TH VDD23当当 uC 上升到上升到 uC VDD时时， TH = uC VDD，而，而 TR = uI = UIH ( (大于大于 VDD ) )，因此，

48、因此 uO 重新跃变为低电平。重新跃变为低电平。同同时，放电管导通，时，放电管导通，C 经经 V 迅速放电迅速放电 uC 0 V，放电完毕后，电路返回稳态。放电完毕后，电路返回稳态。132313第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页 例例 用上述单稳态电路输出定时用上述单稳态电路输出定时时间为时间为1 s 的的正脉冲，正脉冲，R = 27 k ，试确定定时元件试确定定时元件 C 的取值。的取值。 二、二、工作原理工作原理uCOtOuOtUOLUOH tWDD32VOtUIHDD31VuIVDD输出脉冲宽度输出脉冲宽度 tW 即为暂稳态维持时即为暂稳态维持时间，主要取决于充

49、放电元件间，主要取决于充放电元件 R、C。 该电路为不可重复触发单稳，且要该电路为不可重复触发单稳，且要求输入负脉宽小于输出脉宽求输入负脉宽小于输出脉宽 tW 。解：解：因为因为 tW 1.1 RC故故可取标称值可取标称值 33 F。F33.7k271 . 1s11 . 1WO = = =RtC估算公式估算公式 tW 1.1 RC第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页GNDVDDRDOUTCO555THTRDISVDD0.01 FRCuIuOCdRd三、具有三、具有 RC 输入微分电路的单稳态触发器输入微分电路的单稳态触发器当输入当输入 uI 负脉冲宽度大于输出脉冲宽度负

50、脉冲宽度大于输出脉冲宽度 t W 时，时，需在需在 TR 端和输入触发信号端和输入触发信号 uI 之间接入之间接入 RdCd 微分电微分电路后，电路才能正常工作。路后，电路才能正常工作。VDDRdCd第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页GNDVDDRDOUTCO555THTRDISVDD0.01 FR1CuOuC- -+R27.5.4 用用 555 定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器 一、一、电路组成电路组成 DISVDDR1CuC- -+R2THTRGNDVDDRDCO0.01 FOUTuO第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页uCOtOu

51、OtUOLUOHtWHtWLDD32VDD31V 二、二、工作原理工作原理 充电充电UOHTH = TR = uC 很小很小接通接通 VDD 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，电路电路处于暂稳态处于暂稳态。 这时这时放电管截止，放电管截止，VDD 经经 R1、R2 向向 C 充充电，电，uC 上升。上升。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLDD32VDD31V 二、二、工作原理工作原理 UOLTH = TR 2/3 VCC当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3VD

52、D 时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。这时放电管。这时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放放电，电，uC 下降。下降。接通接通 VDD后后，开始时，开始时TH = TR = uC 0，uO 为高电平，为高电平，电路电路处于暂稳态处于暂稳态。这时放电管截止，这时放电管截止，VDD经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升。放电放电第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLDD32VDD31V 当当 uC 下降到下降到 TH = TR = uC 1/3VDD 时，时， uO

53、 重新跃变为高电平重新跃变为高电平，同时放电管，同时放电管 V 截止，电路截止，电路返回到暂稳态返回到暂稳态。 二、二、工作原理工作原理TH=TR1/3VCC接通接通 VDD 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，电路电路处于暂稳态处于暂稳态。这时放电管截止，这时放电管截止，VDD 经经 R1、R2 向向 C 充充电，电，uC 上升上升。当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3VDD 时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。这时放电管。这时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放放电，电

54、，uC 下降。下降。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页 二、二、工作原理工作原理电容电容 C 如此循环充电和放电，如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。使电路产生振荡，输出矩形脉冲。周期与占空比估算周期与占空比估算tW1 0.7 (R1 + R2)C tW2 0.7 R2CT = tW1 + tW2 0.7 (R1 + 2R2)C2121 W12RRRRTtq+=uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLDD32VDD31V 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页 三、占空比可调的多谐振荡器三、占空比可调的多谐振荡器 充电回路为充电回路为 VDD 经经R1、VD1 对对 C 充电，时充电，时间常数为间常数为 R1C。 放电回路为放电回路为 C 经经VD2、 R2和放电管和放电管 V 放放电，时间常数为电，时间常数为R2C 。GNDVDDRDOUTCO555THTRDISVDD0.01 FR1CuOVD2R2RPVD1R1R2VDDCVD2RPVD1占空比占空比估算估算tW1 0.7 R1C tW2 0.7 R2C211211 W17 . 07 . 07 .