22多谐振荡电路、单稳态电路触

1、4、重点掌握由555定时器组成的多谐、单稳、施密特触发器的电路、工作原理及电路主要参数的估算。1、熟练掌握多谐振荡电路、单稳态电路、施密特触发电路的工作特点；理解其电路组成及工作原理。2、了解多谐、单稳、施密特触发器MSI器件的逻辑功能及主要参数的估算。3、掌握555定时器的工作原理。教学基本要求第9章 脉冲波形的产生和整形9.1 矩形脉冲的特性参数脉冲幅度Vm：脉冲电压波形的高、低电平之差。脉冲宽度Tw：从脉冲前沿的0.5Vm到达脉冲后沿0.5Vm所需的时间。上升时间tr：脉冲上升沿从0.1Vm上升到0.9Vm所需要的时间。下降时间tf：脉冲下降沿从0.9Vm下降到0.1Vm所需要的时间。脉

2、冲周期T：相邻两个脉冲之间的时间间隔。占空比q：脉冲宽度与脉冲周期的比值。脉冲波形的获取，通常有两种方法:1、将已有的非脉冲波形通过波形变换电路获得；如单稳态电路、施密特触发电路。2、采用脉冲信号产生电路直接获得；如多谐振荡电路。2、电路组成：9.2 施密特触发电路 G1、G2为CMOS反相器，其阈值电压为1/2VDD。电路中要求R1R2 。1、电路符号：(2)当 =VTH， A此时电路存在正反馈 ，使输出的电平转换迅速： I为三角波 3、工作原理：(3) A VTH，电路维持 不变。 O=VOH正向阈值电压 (VT+): 输入信号在上升过程中，使输出电平发生跳变时所对应I 的值。VT+I为三

3、角波 (5)当VA VTH， (4)当I下降, 也下降，AVT+负向阈值电压 (VT-): 输入信号在下降过程中，使输出电平发生跳变时所对应I 的值。VT-负向阈值电压VT-求取：正向阈值电压 VT+求取：输入输出波形4、施密特触发器特点（1）输入为模拟信号；输出为数字信号； （2）对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值电平（VT+和VT-）。（3）由于输出状态转换时有正反馈过程发生，所以输出电压波形的边沿很陡，可以得到比较理想的矩形输出脉冲。5、施密特触发电路的电压传输特性：同相输出施密特触发器反相输出施密特触发器 oVT+ vO VOH VOL VT- vI 波形变换 脉冲整形9.

4、2.2 施密特触发电路的应用 1 脉冲鉴幅 构成多谐振荡器根据输入 波形画出施密特触发器输出波形：UItOUOtOUItOUOtOUItOUOtOVT+VT-VT+VT-VT+VT-11（2）平时处于稳态，在外部触发脉冲作用下，由稳态进入 暂稳态； 有两种状态：0态和1态，但只有一种状态能长久保持，故名单稳态触发器。 例子楼道声控灯单稳态触发器的特点： （1）有稳态和暂稳态两种状态； （3）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态。 什么是单稳态触发器？9.3 单稳态电路单稳态触发器根据电路结构主要有以下三类：(1)微分型单稳态触发器(2)积分型单稳态触发器(3)集成单稳态触发器 单稳态触发器的分类G

5、1、G2为CMOS门电路，vO1、vO分别为G1、G2的输出，vI2为G2输入。 电路结构RC微分电路触发脉冲一、微分型单稳态电路1.单稳态触发器的稳态 触发器的稳态为 vO1 VDD，vO 0V。此时，电容两端的电压相等，无充放电。 工作原理分析 稳态时，无触发脉冲输入，vI 为低电平，C 没有充放电,相当于断开。0100111001暂稳态：vO1= VOL，vO = VOH2.当vI 加一正脉冲时，由稳态进入暂稳态。 工作原理分析（续） 01001作用：改善vO1、 vO边沿。 这里有一正反馈现象：vIvO1vI2vO3. 暂稳态自动回到稳态 随着VDD通过电阻向电容C的充电，vI2逐渐上

6、升，当vI2 上升到VT时，010VT00110 工作原理分析（续） 作用：改善vO1、 vO边沿。 正反馈现象： vO1vI2vO电路回到稳态：vO1= VOH，vO = VOL 工作波形分析 VT(1)输出脉冲宽度Tw 电容C充电电压方程： 参数计算 VTTwTre将VC（0）0V，VC（）VDD，T=RC 代入上式得 ：当vC（t）=VT=1/2VDD时，t=Tw，代入上式可求得 ：(2)恢复时间Tre :输出电平回到0直到电路全部恢复到起始 状态所需要的时间Tre（35）RC 参数计算（续） VTTwTre(3) 输出脉冲幅度Vm ：Vm = VOH-VOL VDD(4) 分辨时间Td

7、： Td = Tw+Tre指在保证电路能正常工作的情况下，允许两个相邻触发脉冲之间的最小间隔时间。思考：从电压波形观察，输入触发脉冲的宽度能否大于输出脉宽？ 不能，如果大于，要保证电路正常工作则应在输入端加入一个微分电路。1、电路具有一个稳态和一个暂稳态。在外加触发信号的作用下，电路将从稳态转入暂稳态。暂稳态持续一段时间以后，电路又自动返回到稳态。单稳态电路的工作特点：2、暂稳态的持续时间仅取决于电路中的RC参数值，与外加触发脉冲的特性无关。 利用单稳态电路的这种工作特点，能够把不同宽度或者不同幅度、不同波形的触发脉冲变换为等宽的输出脉冲，也可以作为一种定时信号使用。 单稳态电路的应用定时 该

8、电路可用于频率计 多谐振荡器就是方波发生器。由于方波中除基波外还包含了许多高次谐波，因此，又称为多谐振荡器。 多谐振荡器不需要外加信号，只要一上电就会产生方波信号。 什么是多谐振荡器？ 多谐振荡器的构成由门电路构成:对称结构、非对称结构、环形结构由施密特触发器构成用石英晶体构成由555定时器构成9.4 多谐振荡电路1、组成2、工作原理（1）如果电路没有震荡，处于静止状态，则这个状态不稳定。由于两个反馈电阻的存在，则VI=VO=1/2VDD9.4.1 对称式和非对称式多谐振荡电路一. 对称式多谐振荡电路由CMOS反相器组成1010电压波形：1010振荡周期计算：二. 非对称式多谐振荡器三. 石英

9、晶体多谐振荡电路1、石英晶体当要求多谐振荡器的振荡频率十分稳定（如数字钟的秒脉冲频率）时，上述电路的都达不到要求。最简便的稳频方法是在多谐振荡器中接入石英晶体，构成石英晶体多谐振荡器。石英晶体的固有振荡频率 fo 由晶体切片的几何尺寸和结晶方向所确定，几乎不受环境温度和时间变化的影响，具有极高的稳定度。fo电容性电感性fXO电抗-频率特性当外加电压的频率f = fo 时，其电抗 X=0 。2）、工作原理只有输出电压中的频率为 fo 的分量最容易通过石英晶体并使电路产生振荡。结果： 电路的振荡频率就等于 fo 。符号2、石英晶体振荡器1）、组成将石英晶体接到多谐振荡器的正反馈回路中。（3）、参数

10、选择各种固有振荡频率fo的石英晶体已做成成品，可根据需要选购。fo一般都很高，应利用分频器将fo分频为所需频率。例如，需要频率为1Hz的秒脉冲，可选购 fo=32768Hz的晶振，通过15次二分频获得1Hz。 (215=32768) 对称式和非对称式多谐振荡电路都是利用闭合回路的正反馈作用产生振荡的。而利用闭合环路中的延迟负反馈作用同样也能产生自激振荡。1、组成利用门电路的传输延迟时间tpd ，将奇数个反相器首尾相接。2、工作波形tUO1tUO2tUO3tpd3、计算tW = ntpd ；T=2tW ；f =1/T一般，tpd =TTL类几十 nsCMOS类几百nstWn是门的数目。9.4.2

11、 环形振荡电路最简单的环形振荡电路：缺点：输出频率太高，且不可调节。改进的环形振荡电路在G2的输出端接入RC延迟环节T 2.2RC为了获得较低的、可调的f ，可在环形回路中增加RC延时环节。10放电1接通VCC瞬间，C中无电荷，所以：9.4.3 利用施密特触发电路构成的多谐振荡电路若是CMOS电路，T1= RC ln VDD -VDD -T=T1+T2 ；f =1/T；q =T1/TVT-VT+T2= RC ln 0 -0 -VT+VT-则：VI =0 VO=1VT+VT-4、电路改进占空比可调电路如图：1CUIUOR2R1+充电经过R2 ，放电经过R1 ，T1= R2C ln VDD-VT-VDD-VT+T2=