单稳态电路多谐振荡器课件

一、微分型单稳态电路1、电路组成：CMOS或非门、反相器和RC电路组成2、原理分析电路处于稳态：1)没有触发信号时，I=0o=0、c=0o1=1、电容C上没有电压9.3单稳态电路

RC微分电路触发脉冲一、微分型单稳态电路2、原理分析电路处于稳态：1)没有触发信12)外加触发信号（正脉冲）II=VTH产生如下正反馈过程：迅速使o1=

0o=1电路进入暂稳态。这时即使I回到低电平，O的高电平仍然会维持下去。维持多久呢？0v电容的端电压不能突变2)外加触发信号（正脉冲）II=VTH产生如下正反馈过23)在暂稳态期间，电容C充电电路由暂稳态自动返回到稳态。I2I2=VTH产生如下正反馈过程：迅速使o1=

1、o=04）电路的恢复过程：电容放完电使c=0，电路回到初始的稳态。由于这时I已经回到低电平0v电容的端电压不能突变3)在暂稳态期间，电容C充电电路由暂稳态自动返回到稳态。I3

tw=0.69RC

（1）输出脉冲宽度tw：(3)恢复时间tre：电容C放完电所需时间tre=（3~5）RON（P）C(4)分辨时间td：3、主要参数的估算

=RCln2

(2)输出脉冲幅度Vm

：Vm=VOH-VOLVDDtd=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。输出脉冲的宽度等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间等于从电容C开始充电到充电至I2等于VTH的时间。tw=0.69RC（1）输出脉冲宽度tw：(3)41、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，作为一种定时信号使用。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？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5单稳态电路的应用定时

该电路可用于频率计单稳态电路的应用定时该电路可用于频率计6集成单稳态电路74121R：可外接电阻，取值范围：2~30kΩ

也可采用内部电阻（2kΩ）

C：外接电容，取值范围：10pF~10uF集成单稳态电路74121R：可外接电阻，取值范围：2~774121功能表HHHHA1A2BOLHLLHLLLHHLHHHHHLL电路稳态：O=0A1、A2中有一个或两个接低电平，在B端输入上升沿时电路被触发B

和A1、A2中不作为输入端的一个接高电平，在A1、A2的一个或两个端输入下降沿时电路被触发74121功能表HHHHA1A2BOLHLLHL8下降沿触发时的接法1UI利用Rext时的接法Cext

RextCextUo

RintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121上升沿触发时的接法UI利用Rint时的接法（Rint≈2KΩ）+VCCCRC+VCCCext

RextCextUo

RintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121电路的连接：输出脉冲宽度：tw=0.69RC下降沿触发时的接法1UI利用Rext时的接法CextRe9集成单稳态器件vOvItwtwvOvItwtw不可重复触发可重复触发被重复触发没有被重复触发电路一旦被触发进入暂稳态以后，再加入触发脉冲不会影响电路的工作过程，必须等到暂稳态结束之后，才可能再次被触发。电路如果被触发进入暂稳态以后再加入触发脉冲，电路将被重新触发，再继续维持一个等于tw的暂稳态时间。74121属于不可重复触发型74122、74123属于可重复触发型集成单稳态器件vOvItwtwvOvItwtw不可重复触发可109.4多谐振荡电路多谐振荡器的工作特点：1、电路没有稳态，只有两个暂稳态。2、在接通电源后，不需要外加触发信号，在RC电路的充、放电作用下，电路在两个暂稳态间自动转换，从而产生矩形脉冲。用途：产生矩形脉冲。9.4多谐振荡电路多谐振荡器的工作特点：1、电路没有111、组成2、工作原理（1）接通电源瞬间，电路的初始状态是未知的。9.4.1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P由于P点处在电压传输特性的转折区，P点附近输入电压的微小变化都会引起输出电压更大的变化，所以输入电压的任何噪声和扰动都将被放大，并且引发正反馈过程，产生振荡。1、组成2、工作原理（1）接通电源瞬间，电路的初始状态是未知12随后电容C1开始充电、C2开始放电。随后电容C2开始充电、C1开始放电。这样电路便在两个暂稳态之间反复转换，输出周期性的矩形脉冲。随后电容C1开始充电、C2开始放电。随后电容C2开始充电、C13电压波形：电压波形：14振荡周期计算：振荡周期计算：15二.非对称式多谐振荡器二.非对称式多谐振荡器16三.石英晶体多谐振荡电路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。当外加电压的频率f=fo时，其电抗X=0。三.石英晶体多谐振荡电路1、石英晶体当要求多谐振荡器的振荡17（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。（3）、参数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。结论：电路的振荡频率就等于

fo。

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。（2）、工作原理只有输出电压中的频率为fo的分量最容易通181、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。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19改进的环形振荡电路

T2.2RC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。改进的环形振荡电路 T2.2RC为了获201、组成2、工作原理接通VCC瞬间，C中无电荷，所以：1）UC=0→

3、电压波形2）UO=1→C充电→UI，3）UO=0→C放电→UI，tUOtUI00VT+VT-若是CMOS电路，T1T2TUI=VT+→UO=0UI=VT-→UO=1T1=RCln————VDD-VDD-T=T1+T2；f=1/T；q=T1/TUI=0→UO=1VT-VT+T2=RCln———0-0-VT+VT-则：9.4.3利用施密特触发电路构成的多谐振荡电路1、组成2、工作原理接通VCC瞬间，C中无电荷，所以：1）U214、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=R2Cln————VDD-VT-VDD-VT+T2=R1Cln——VT+VT-q=T1/TT=T1+T2调节R1或R2，即可调节q注意：若采用TTL集成门电路构成上述电路时，则计算振荡周期时必须考虑输入电流，不能简单地套用上述计算式。4、电路改进占空比可调电路如图：1CUIUOR2R1+充电经22小结作业作业：P2509.9思考：查阅集成手册学会使用74HC4060构成秒信号发生器。掌握单稳态电路的工作特点、输出脉宽的估算和应用。掌握多谐振荡电路的工作特点和振荡周期的估算方法。小结作业作业：P2509.9掌握单稳态电路的23一、微分型单稳态电路1、电路组成：CMOS或非门、反相器和RC电路组成2、原理分析电路处于稳态：1)没有触发信号时，I=0o=0、c=0o1=1、电容C上没有电压9.3单稳态电路

RC微分电路触发脉冲一、微分型单稳态电路2、原理分析电路处于稳态：1)没有触发信242)外加触发信号（正脉冲）II=VTH产生如下正反馈过程：迅速使o1=

0o=1电路进入暂稳态。这时即使I回到低电平，O的高电平仍然会维持下去。维持多久呢？0v电容的端电压不能突变2)外加触发信号（正脉冲）II=VTH产生如下正反馈过253)在暂稳态期间，电容C充电电路由暂稳态自动返回到稳态。I2I2=VTH产生如下正反馈过程：迅速使o1=

1、o=04）电路的恢复过程：电容放完电使c=0，电路回到初始的稳态。由于这时I已经回到低电平0v电容的端电压不能突变3)在暂稳态期间，电容C充电电路由暂稳态自动返回到稳态。I26

tw=0.69RC

（1）输出脉冲宽度tw：(3)恢复时间tre：电容C放完电所需时间tre=（3~5）RON（P）C(4)分辨时间td：3、主要参数的估算

=RCln2

(2)输出脉冲幅度Vm

：Vm=VOH-VOLVDDtd=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。输出脉冲的宽度等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间等于从电容C开始充电到充电至I2等于VTH的时间。tw=0.69RC（1）输出脉冲宽度tw：(3)271、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，作为一种定时信号使用。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？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28单稳态电路的应用定时

该电路可用于频率计单稳态电路的应用定时该电路可用于频率计29集成单稳态电路74121R：可外接电阻，取值范围：2~30kΩ

也可采用内部电阻（2kΩ）

C：外接电容，取值范围：10pF~10uF集成单稳态电路74121R：可外接电阻，取值范围：2~3074121功能表HHHHA1A2BOLHLLHLLLHHLHHHHHLL电路稳态：O=0A1、A2中有一个或两个接低电平，在B端输入上升沿时电路被触发B

和A1、A2中不作为输入端的一个接高电平，在A1、A2的一个或两个端输入下降沿时电路被触发74121功能表HHHHA1A2BOLHLLHL31下降沿触发时的接法1UI利用Rext时的接法Cext

RextCextUo

RintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121上升沿触发时的接法UI利用Rint时的接法（Rint≈2KΩ）+VCCCRC+VCCCext

RextCextUo

RintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121电路的连接：输出脉冲宽度：tw=0.69RC下降沿触发时的接法1UI利用Rext时的接法CextRe32集成单稳态器件vOvItwtwvOvItwtw不可重复触发可重复触发被重复触发没有被重复触发电路一旦被触发进入暂稳态以后，再加入触发脉冲不会影响电路的工作过程，必须等到暂稳态结束之后，才可能再次被触发。电路如果被触发进入暂稳态以后再加入触发脉冲，电路将被重新触发，再继续维持一个等于tw的暂稳态时间。74121属于不可重复触发型74122、74123属于可重复触发型集成单稳态器件vOvItwtwvOvItwtw不可重复触发可339.4多谐振荡电路多谐振荡器的工作特点：1、电路没有稳态，只有两个暂稳态。2、在接通电源后，不需要外加触发信号，在RC电路的充、放电作用下，电路在两个暂稳态间自动转换，从而产生矩形脉冲。用途：产生矩形脉冲。9.4多谐振荡电路多谐振荡器的工作特点：1、电路没有341、组成2、工作原理（1）接通电源瞬间，电路的初始状态是未知的。9.4.1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P由于P点处在电压传输特性的转折区，P点附近输入电压的微小变化都会引起输出电压更大的变化，所以输入电压的任何噪声和扰动都将被放大，并且引发正反馈过程，产生振荡。1、组成2、工作原理（1）接通电源瞬间，电路的初始状态是未知35随后电容C1开始充电、C2开始放电。随后电容C2开始充电、C1开始放电。这样电路便在两个暂稳态之间反复转换，输出周期性的矩形脉冲。随后电容C1开始充电、C2开始放电。随后电容C2开始充电、C36电压波形：电压波形：37振荡周期计算：振荡周期计算：38二.非对称式多谐振荡器二.非对称式多谐振荡器39三.石英晶体多谐振荡电路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。当外加电压的频率f=fo时，其电抗X=0。三.石英晶体多谐振荡电路1、石英晶体当要求多谐振荡器的振荡40（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。（3）、参数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。结论：电路的振荡频率就等于

fo。

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。（2）、工作原理只有输出电压中的频率为fo的分量最容易通411、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。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42改进的环形振荡电路

T2.2RC