數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)第十章

1、CH2 ?邏輯門與組合邏輯電路邏輯門與組合邏輯電路CH3 ?觸發(fā)器與時序邏輯電路觸發(fā)器與時序邏輯電路輸入：輸入： 高電平、低電平、脈沖高電平、低電平、脈沖輸出：輸出： 高電平、低電平高電平、低電平兩個穩(wěn)態(tài)兩個穩(wěn)態(tài)雙穩(wěn)態(tài)雙穩(wěn)態(tài)如何產(chǎn)生、如何產(chǎn)生、如何變換？如何變換？實際中可能需要實際中可能需要其他的狀態(tài)其他的狀態(tài)單穩(wěn)態(tài)、無穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)、無穩(wěn)態(tài)CH7CH7 波形變換、脈沖產(chǎn)生波形變換、脈沖產(chǎn)生和定時電路和定時電路 在前面各章的討論中，常常需要用到各種幅度、寬在前面各章的討論中，常常需要用到各種幅度、寬度以及具有陡峭邊沿的度以及具有陡峭邊沿的脈沖信號脈沖信號，如觸發(fā)器就需要，如觸發(fā)器就需要時鐘時鐘脈沖

2、（脈沖（CP），等等。事實上，現(xiàn)代電子系統(tǒng)都離不開脈，等等。事實上，現(xiàn)代電子系統(tǒng)都離不開脈沖信號。獲取這些脈沖信號的方法通常有兩種：直接沖信號。獲取這些脈沖信號的方法通常有兩種：直接產(chǎn)生產(chǎn)生； 利用已有信號利用已有信號變換變換得到。得到。 與產(chǎn)生模擬信號要用模擬振蕩器一樣，產(chǎn)生脈沖信與產(chǎn)生模擬信號要用模擬振蕩器一樣，產(chǎn)生脈沖信號要用號要用脈沖振蕩器脈沖振蕩器。 脈沖波形變換則包括脈沖波形變換則包括脈沖寬度、幅脈沖寬度、幅度、相位及上升和下降時間等等度、相位及上升和下降時間等等的改變，通過變換，使的改變，通過變換，使這些特性符合要求。這些特性符合要求。 本章將介紹常用的脈沖變換電路本章將介紹常用

3、的脈沖變換電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和和施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器，脈沖產(chǎn)生電路，脈沖產(chǎn)生電路多諧振蕩器多諧振蕩器，和一，和一種多用途的定時電路種多用途的定時電路555定時器定時器。 掌握脈沖電路的基本分析方法掌握脈沖電路的基本分析方法 掌握常用脈沖電路的工作原理掌握常用脈沖電路的工作原理 掌握幾種集成電路的應(yīng)用掌握幾種集成電路的應(yīng)用 理解雙穩(wěn)態(tài)理解雙穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)無穩(wěn)態(tài)等幾種電路無穩(wěn)態(tài)等幾種電路 原理的內(nèi)在聯(lián)系原理的內(nèi)在聯(lián)系Email me please if you have any questions: win_ 脈沖電路分析的關(guān)鍵脈沖電路分析的關(guān)鍵 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、晶體振蕩器、微

4、分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、晶體振蕩器、 555定時器的基本原理定時器的基本原理74221、4538、4098、74HC14、555 等集成電路的應(yīng)用等集成電路的應(yīng)用7.1.1 7.1.3 7.1.2 7.1.4 7.1.1 RC積分電路積分電路 電路條件：電路條件： = RC tW tW輸入脈沖寬度輸入脈沖寬度tW 7.1.1 RC微分電路微分電路 電路條件：電路條件： = RC tW tW輸入脈沖寬度輸入脈沖寬度tW7.1.2 A1、以微分型為例、以微分型為例7.1.2 ABABQQVth 7.1.2 ABABQQVth 7.1.2 ABABQQVth 穩(wěn)穩(wěn) 態(tài)態(tài)穩(wěn)穩(wěn) 態(tài)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)7.1.2 A

5、BABQQVth tWtre暫穩(wěn)態(tài)時間暫穩(wěn)態(tài)時間恢復(fù)時間恢復(fù)時間7.1.2 AB計算計算 tW及及tre運用運用“三要素法三要素法”： UB(0+)= VCC UB()= 0=RC（忽略其他電阻） uB(t)= UB()+ UB(0+)UB() = VCCteteABQQVth tWtreACQQVth tWtre計算計算 tW及及treRCtCCCCeVVVtV)()0 ()()(11)(thCVTV求求1T1)()0 ()()(1TtRCtCCCCeVVVTV)()0 ()()(11CCCCTtRCtVVVTVe)()()0()()()()()0(111TVVVVRCLnVTVVVRCLn

6、TCCCCCCCC(tW)()()0()()()()()0(111TVVVVRCLnVTVVVRCLnTCCCCCCCC21TTT2111TTTfACQQVth tWtre若 Vth=VCC/2 VC(0+)= VCCVC ()= 0則 tW 0.7=0.7RCtre=(35)re rewttTTT211. 只有一個穩(wěn)態(tài)，另有一個暫穩(wěn)態(tài)。只有一個穩(wěn)態(tài)，另有一個暫穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 暫態(tài)暫態(tài) 2何時翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)取決于輸入信號。何時翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)取決于輸入信號。3何時翻轉(zhuǎn)回穩(wěn)態(tài)取決于電路參數(shù)何時翻轉(zhuǎn)回穩(wěn)態(tài)取決于電路參數(shù)R與與C。 單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)器AQAQtAtW試設(shè)計一自動延時樓道照明燈。試設(shè)計

7、一自動延時樓道照明燈。幾點討論：幾點討論：反饋環(huán)節(jié)也可采用反饋環(huán)節(jié)也可采用RC積分電路（見習(xí)題積分電路（見習(xí)題6-5）。）。若采用若采用TTL門電路，為保證穩(wěn)態(tài)時門門電路，為保證穩(wěn)態(tài)時門2輸入低電平，電輸入低電平，電阻阻R必須小于某一數(shù)值。采用必須小于某一數(shù)值。采用 CMOS 電路無此限制。電路無此限制。為減小恢復(fù)時間為減小恢復(fù)時間tre，可在，可在R上并聯(lián)一個二極管，給電容上并聯(lián)一個二極管，給電容C提供放電回路。提供放電回路。若輸入脈沖過寬（若輸入脈沖過寬（tAtW），電路工作可能不正常時，），電路工作可能不正常時，可在輸入端另加一可在輸入端另加一RC微分電路，形成短輸入脈沖。微分電路，形成

8、短輸入脈沖。采用或非門電路同樣可構(gòu)成單穩(wěn)電路。采用或非門電路同樣可構(gòu)成單穩(wěn)電路。 7.1.2 ABABQQVth tWtreRdCd。+VDD7.1.2 ABQQVth tWtreABRdCd。+VDDA7.1.2 Vth tWtreABRdCd。+VDDAABQQAuAuo2uiC11(a) 電路(b) 波形RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVT0000tP2 、 積 分 型 單 穩(wěn) 態(tài) 觸 發(fā) 器穩(wěn)態(tài)時，ui1，G1、G2均導(dǎo)通。uo10，uA0，uo20。ui負(fù)跳變到負(fù)跳變到0時時，G1截止，uo1隨之跳變到1。由于電容電壓不能躍變，uA仍為0，故門G2截止，uo2

9、跳變到1。在G1、G2截止時，C通過R和G1的導(dǎo)通管放電，使uA逐漸上升。當(dāng)uA上升到管子的開啟電壓UT時，如果ui仍為低電平，G2導(dǎo)通，uo2變?yōu)?。當(dāng)ui回到高電平后，G1導(dǎo)通，C又通過R和G1的導(dǎo)通管充電，電路恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。7.1.3 常用集成單穩(wěn)態(tài)觸法器：常用集成單穩(wěn)態(tài)觸法器：54/74121，54/74221，54/74HC123，CD4098，CD4538等等。 3 集 成 單 穩(wěn) 態(tài) 觸 發(fā) 器(a) 74121 的引腳排列圖 14 13 12 11 10 9 874121 1 2 3 4 5 6 7 Rext/CextVCC NC NC Cext Rin NC Q NC TR

10、- TR-B TR+ Q GNDTR-A、TR-B是兩個下降沿有效的觸發(fā)信號輸入端，TR+是上升沿有效的觸發(fā)信號輸入端。Q和是兩個狀態(tài)互補(bǔ)的輸出端。Rext/Cext、Cext是外接定時電阻和電容的連接端，外接定時電阻R（R=1.4k40k）接在VCC和Rext/Cext之間，外接定時電容C（C=10pF10F）接在Cext（正）和Rext/Cext之間。74121內(nèi)部已設(shè)置了一個2k的定時電阻，Rin是其引出端，使用時只需將Rin與VCC連接起來即可，不用時則應(yīng)將Rin開路。74121的輸出脈沖寬度：tp0.7RC 14 13 12 11 10 9 874122 1 2 3 4 5 6 7(

11、b) 74122 的引腳排列圖 TR- TR-B TR+A TR+B RD Q GND Rext/CextVCC NC Cext NC Rin QTR-A、TR-B是兩個下降沿有效的觸發(fā)信號輸入端，TR+A、TR+B是兩個上升沿有效的觸發(fā)信號輸入端。Q和是兩個狀態(tài)互補(bǔ)的輸出端。Rext/Cext、Cext、Rin3個引出端是供外接定時元件使用的，外接定時電阻R（R=5k50k）、電容C（無限制）的接法與74121相同。RD為直接復(fù)位輸入端，低電平有效。當(dāng)定時電容C1000pF時，74122的輸出脈沖寬度：tp0.32RC1. TTL雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74221 74221內(nèi)部有一個內(nèi)

12、部有一個2k的電阻可供使用。若不用內(nèi)電阻則的電阻可供使用。若不用內(nèi)電阻則需外接。無論何種接法，暫穩(wěn)態(tài)時間均為需外接。無論何種接法，暫穩(wěn)態(tài)時間均為 tW=0.7RC4538CMOS雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7.1.4 7.1.4 “看門狗看門狗”（Watching Dog) 7.2.2 7.2.1 7.2.3 7.3.1 由門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器由門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形整形成為適合成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。1&DuiuoRS(a) 電路(b) 工作波形uoui(V)UT+UTtt001.40

13、.7G1G2G3（1）ui0時，R1，S0，uo為高電平，這是第一種穩(wěn)態(tài)。0011 1 & & D ui uo R S (a) 電路 (b) 工作波形 uo ui(V) UT+ UT t t 0 0 1.4 0.7 G1 G2 G3 0111（2）uiUD=0.7V 時，R1，S1，RS 觸發(fā)器不翻轉(zhuǎn)，uo仍為高電平，電路仍維持在第一種穩(wěn)態(tài)。（1）ui0時，R1，S0，uo為高電平，這是第一種穩(wěn)態(tài)。1&DuiuoRS(a) 電路(b) 工作波形uoui(V)UT+UTtt001.40.7G1G2G31100（2）ui上升到 UD=0.7V 時，R1，S1，RS 觸發(fā)器不翻轉(zhuǎn)，uo仍為高電平，電

14、路仍維持在第一種穩(wěn)態(tài)。（3）ui繼續(xù)上升到 UT+=UT=1.4V 時，R0，S1，RS 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，uo為低電平，這是第二種穩(wěn)態(tài)。電路翻轉(zhuǎn)后 ui再上升，電路狀態(tài)不變。（1）ui0時，R1，S0，uo為高電平，這是第一種穩(wěn)態(tài)。1&DuiuoRS(a) 電路(b) 工作波形uoui(V)UT+UTtt001.40.7G1G2G30110（3）ui繼續(xù)上升到 UT+=UT=1.4V 時，R0，S1，RS 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，uo為低電平，這是第二種穩(wěn)態(tài)。電路翻轉(zhuǎn)后 ui再上升，電路狀態(tài)不變。1&DuiuoRS(a) 電路(b) 工作波形uoui(V)UT+UTtt001.40.7G1G2G3（1）ui0

15、時，R1，S0，uo為高電平，這是第一種穩(wěn)態(tài)。0011（2）ui上升到 UD=0.7V 時，R1，S1，RS 觸發(fā)器不翻轉(zhuǎn)，uo仍為高電平，電路仍維持在第一種穩(wěn)態(tài)。uoui(b) 邏輯符號(a) 傳輸特性uiuoUTUT+0uoui(b) 邏輯符號(a) 傳輸特性uiuoUTUT+0下限閾值電壓上限閾值電壓回差電壓（滯后電壓）：UT UTUT前面介紹的施密特觸發(fā)器的回差電壓為：UTUTUTUT(UTUD)UD 0.7V缺點是回差太小，且不能調(diào)整。(a) 40106 的引腳排列圖 14 13 12 11 10 9 840106 1 2 3 4 5 6 7VDD 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y

16、 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y VSS 14 13 12 11 10 9 84093 1 2 3 4 5 6 7(b) 4093 的引腳排列圖VDD 3A 3B 3Y 4Y 4B 4A 1A 1B 1Y 2Y 2B 2A VSS(a) 7414 的引腳排列圖 14 13 12 11 10 9 87414 1 2 3 4 5 6 7VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND 14 13 12 11 10 9 874132 1 2 3 4 5 6 7(b) 74132 的引腳排列圖VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A

17、2B 2Y GND 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門。是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門。 電路具有兩個閾值電壓，分別稱為電路具有兩個閾值電壓，分別稱為正向閾值正向閾值電電壓和壓和負(fù)向閾值負(fù)向閾值電壓，二者的差值稱為電壓，二者的差值稱為回差回差。輸出電。輸出電平的變化滯后于輸入，形成平的變化滯后于輸入，形成回環(huán)回環(huán)。 與雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不同，與雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不同，施密特施密特觸發(fā)器觸發(fā)器屬于屬于“電平觸發(fā)電平觸發(fā)”型電路，不依賴于邊沿陡型電路，不依賴于邊沿陡峭的脈沖。峭的脈沖。 特點：特點：uoui(b) 邏輯符號(a) 傳輸特性uiuoUTUT+0 電路舉例一

18、電路舉例一 電路舉例二電路舉例二 電路舉例三電路舉例三 施密特觸發(fā)器就是帶有回施密特觸發(fā)器就是帶有回差特性的門電路。差特性的門電路。 如如74HC14 和和74HC132等。等。74HC14：六反：六反相器，相器，74HC132：四：四2與非門。與非門。在在VDD=6V時，典型回差為時，典型回差為0.91.2V。 7.2.3 7.2.3 施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例 3. 3. 幅度鑒別幅度鑒別 施密特觸發(fā)器的輸施密特觸發(fā)器的輸出狀態(tài)取決于輸入信號出狀態(tài)取決于輸入信號的電壓值，因此可用作的電壓值，因此可用作幅度鑒別。幅度鑒別。陰影部分電壓大于陰影部分電壓大于UT+7.3.0 7.3

19、.1 單穩(wěn)回憶單穩(wěn)回憶4.1.2 A以微分型為例以微分型為例7.3.0 A7.3.0 對稱多諧振蕩器：對稱多諧振蕩器：7.3.0 ABQQVth Vth 對稱多諧振蕩器：對稱多諧振蕩器：7.3.0 ABQQVth Vth 對稱多諧振蕩器：對稱多諧振蕩器：7.3.0 ABQQVth Vth 對稱多諧振蕩器：對稱多諧振蕩器：7.3.0 ABQQVth Vth 暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)1暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)2對稱多諧振蕩器：對稱多諧振蕩器：7.3.0 ABQQVth Vth tW1tW2對稱多諧振蕩器：對稱多諧振蕩器：“多諧多諧”能產(chǎn)生矩形脈沖的自激振蕩電路叫做多諧振蕩器。多諧振蕩器的計算多諧振蕩器的計算 1、 對稱式

20、引起電路正反饋 11V02120111VVVV結(jié)果111V001V012V102VC1充電)(21221BEOHCCFFOHEVVVRRRVV2121211FFERRRRRRRC2放電)()()0()()()()()0(111TVVVVRCLnVTVVVRCLnTCCCCCCCC,)0(112KVV, 00LV112CVV,)0(11KCVV,)(11ECVVTHcVTV)(11 THEKEEVVVVLnCRT111111如設(shè)EEERRR21CCC21THEKEEVVVVCLnRTT1122例：已知為74LS04反相器， ,k121FFRRuF1 . 021CC、1G2G,V4 . 3OHV,

21、V11KV,V1 . 1THV,k201R,V5CCV求：電路振蕩器頻率解： k95. 012012011FFERRRRRV44. 3)(1BEOHCCFFOHEVVVRRRVVS1022. 1)1 . 144. 3144. 31095. 02(2441LnVVVVCLnRTTHEKEEZkH22. 81Tfui1 uo1 ui2 uo0(a) 電路圖& RCuoui1ttt(b) 波形圖00G1G2 ui2(uo1)UTt1t2t3非對稱多諧振蕩器（非對稱多諧振蕩器（CMOS多諧振蕩器）多諧振蕩器）在t1時刻， uo由0變?yōu)?，由于電容電壓不能躍變，故ui1必定跟隨uo發(fā)生正跳變，于是ui2

22、（uo1）由1變?yōu)?。這個低電平保持uo為1，以維持已進(jìn)入的這個暫穩(wěn)態(tài)。在這個暫穩(wěn)態(tài)期間，電容C通過電阻R放電，使ui1逐漸下降。在t2時刻，ui1上升到門電路的開啟電壓UT，使uo1（ui2）由0變?yōu)?，uo由1變?yōu)?。同樣由于電容電壓不能躍變，故ui1跟隨uo發(fā)生負(fù)跳變，于是ui2（uo1）由0變?yōu)?。這個高電平保持uo為0。至此，第一個暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路進(jìn)入第二個暫穩(wěn)態(tài)。第一暫穩(wěn)態(tài)及其自動翻轉(zhuǎn)的工作過程ui1 uo1 ui2 uo0(a) 電路圖& RCuoui1ttt(b) 波形圖00G1G2 ui2(uo1)UTt1t2t3第二暫穩(wěn)態(tài)及其自動翻轉(zhuǎn)的工作過程在t2時刻，uo1變?yōu)楦唠娖剑?/p>

23、這個高電平通過電阻R對電容C充電。隨著放電的進(jìn)行，ui1逐漸上升。在t3時刻，ui1上升到UT，使uo（ui1）又由0變?yōu)?，第二個暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路返回到第一個暫穩(wěn)態(tài)，又開始重復(fù)前面的過程。若 UT0.5VDD，振蕩周期為：T1.4RC2 非對稱多諧振蕩器的計算、1G2GCMOS門 021211VVV正反饋結(jié)果 、001V, 102V暫穩(wěn)態(tài) 、001V, 102VTHFVVVVCLnRT)()0()(1111111,21DDTHVVDDTHVVV)0(110)(11V30)(01CLnRVVVCLnRTFTHDDTHF暫穩(wěn)態(tài)二021211VVV結(jié)果 101V002V3)()()0()(1111

24、112LnCRVVVVVCLnRVVVVCLnRTFTHDDDDTHDDFTHF周期CRTTTF2 . 221頻率CRTfF2 . 211 ONFRR S58311046. 910103 . 42 . 22 . 2CRTFZ1kH6 .101Tf例：已知：CMOS反相器CC4007， 200ONR,V10DDV,k30 PR,3 . 4kRFuFC01. 0求： 解：f7.3.0 環(huán)形多諧振蕩器：環(huán)形多諧振蕩器：RC（改進(jìn)）（改進(jìn)）環(huán)形多諧振蕩器環(huán)形多諧振蕩器0(a) 電路圖&ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RSC uo(ui1)uo2ui3tttt(b) 波形圖000G1G2&G3

25、 ui2(uo1)UTt1t2t3在t1時刻，ui1（uo）由0變?yōu)?，于是uo1（ui2）由1變?yōu)?，uo2由0變?yōu)?。由于電容電壓不能躍變，故ui3必定跟隨ui2發(fā)生負(fù)跳變。這個低電平保持uo為1，以維持已進(jìn)入的這個暫穩(wěn)態(tài)。在這個暫穩(wěn)態(tài)期間，uo2（高電平）通過電阻R對電容C充電，使ui3逐漸上升。在t2時刻，ui3上升到門電路的閾值電壓UT，使uo（ui1）由1變?yōu)?，uo1（ui2）由0變?yōu)?，uo2由1變?yōu)?。同樣由于電容電壓不能躍變，故ui3跟隨ui2發(fā)生正跳變。這個高電平保持uo為0。至此，第一個暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路進(jìn)入第二個暫穩(wěn)態(tài)。第一暫穩(wěn)態(tài)及其自動翻轉(zhuǎn)的工作過程0(a) 電路圖&

26、ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RSC uo(ui1)uo2ui3tttt(b) 波形圖000G1G2&G3 ui2(uo1)UTt1t2t3第二暫穩(wěn)態(tài)及其自動翻轉(zhuǎn)的工作過程在t2時刻，uo2變?yōu)榈碗娖?，電容C開始通過電阻R放電。隨著放電的進(jìn)行，ui3逐漸下降。在t3時刻，ui3下降到UT，使uo（ui1）又由0變?yōu)?，第二個暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路返回到第一個暫穩(wěn)態(tài)，又開始重復(fù)前面的過程。造 成 振 蕩 器 自 動 翻 轉(zhuǎn) 的 原 因 是 電 容 C 的 充 放 電 。振 蕩 周 期 為 ： T 2.2RCTHFVVVVCLnRT)()0()(1111111THEOLOHTHEEVVVVV

27、VCRT)(ln1OLTHOLOLOHTHVVVVVVRCT)(ln2OLTHOLTHOHVVVVVRC2lnSOHBECCOHERRRRVVVVV1)(SSERRRRRRR11)(RRRS10OLVRRVVEOHE, 如:THOHTHOHVVVVRCLnT21THTHOVVVRCLnT2)2(21THTHOHTHOHTHOHVVVVVVVRLnTTT假定,4 . 1,3VVVVTHOH帶入上式后得到 RCT2 . 2 7.3.0 施密特多諧振蕩器：施密特多諧振蕩器：vivo設(shè)0,OLDDOHVVVTTTDDTDDVVRCLnVVVVRCTTTln21TTTDDTDDVVVVVVRCln 【例

28、6.4.3】已知圖6.4.15電路中的施密特觸發(fā)器為CMOS電路CC40106，,01. 0,10,10FCkRVVDD 試求該電路的振蕩周期。解解：由圖6.2.7（a）CC40106的電壓傳遞特性上查到VVVVTT7 . 2,3 . 6TTTDDTDDVVVVVVRCTln mss153. 0)7 . 23 . 67 . 33 . 7ln(101084 振蕩器的頻率穩(wěn)定度（10-3）VTH fVTH 不穩(wěn)定 1）電源電壓、溫度變化 2）干擾石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器（10-10 10-11）7.3.1 石英晶體石英晶體多諧振蕩器多諧振蕩器7.3.1 & R1 C2 R2C1uof(

29、a) 石英晶體多諧振蕩器(b) 石英晶體阻抗頻率特性0Xf0電容性電感性電阻電阻R1、R2的作用是保證兩個反相器在靜態(tài)時都的作用是保證兩個反相器在靜態(tài)時都能工作在線性放大區(qū)。對能工作在線性放大區(qū)。對TTL反相器，常取反相器，常取R1R2R0.7 k2k，而對于，而對于CMOS門，則常取門，則常取R1R2R10k100k；C1C2C是耦合電是耦合電容，它們的容抗在石英晶體諧振頻率容，它們的容抗在石英晶體諧振頻率f0時可以忽時可以忽略不計；石英晶體構(gòu)成選頻環(huán)節(jié)。略不計；石英晶體構(gòu)成選頻環(huán)節(jié)。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f0。4.3.1 振蕩頻率等于石英晶體的諧振頻率

30、振蕩頻率等于石英晶體的諧振頻率 f0。 為為數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬混合模擬混合集成電路。集成電路。 可產(chǎn)生精確的時間延遲和振蕩，內(nèi)可產(chǎn)生精確的時間延遲和振蕩，內(nèi)部有部有3個個5K的電阻分壓器，故稱的電阻分壓器，故稱555。 在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了到了應(yīng)用應(yīng)用。 美國美國Signetics公司公司 1972年研制，用于取代機(jī)械式定時器。年研制，用于取代機(jī)械式定時器。電路組成(a) 原理圖 (b)外引線排列圖R=5k各公司生產(chǎn)的各公司生產(chǎn)的555定時器的定時器的邏輯功能邏輯功能與與外引線外引線排

31、列排列都完全相同。都完全相同。 雙極型產(chǎn)品CMOS產(chǎn)品單555型號的最后幾位數(shù)碼5557555雙555型號的最后幾位數(shù)碼5567556優(yōu)點驅(qū)動能力較大低功耗、高輸入阻抗電源電壓工作范圍516V318V負(fù)載電流可達(dá)200mA可達(dá)4mA555定時器的結(jié)構(gòu)及工作原理定時器的結(jié)構(gòu)及工作原理 1. 電路組成圖6-28 555定時器(a) 原理圖 (b)外引線排列圖電阻分壓器電壓比較器基本RS觸發(fā)器放電管T緩沖器1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ電平觸發(fā)端電平觸發(fā)端電壓控制端復(fù)位端電平有效放電端4.516V（1） 電阻分壓器 由3個5k的電阻R組成，為電

32、壓比較器C1和C2提供基準(zhǔn)電壓。 （2） 電壓比較器C1和C2。當(dāng)UU時， UC輸出高電平，反之則輸出低電平。CO為控制電壓輸入端。當(dāng)CO懸空時，UR12/3VCC，UR21/3VCC。當(dāng)COUCO時，UR1UCO，UR21/2UCO TH稱為高觸發(fā)端，TR 稱為低觸發(fā)端。 （3） 基本RS觸發(fā)器 其置0和置1端為低電平有效觸發(fā)。R是低電平有效的復(fù)位輸入端。正常工作時，必須使R處于高電平。 （4） 放電管T T是集電極開路的三極管。相當(dāng)于一個受控電子開關(guān)。 輸出為0時，T導(dǎo)通，輸出為1時，T截止。 （5）緩沖器 緩沖器由G3和G4構(gòu)成，用于提高電路的負(fù)載能力。1&COTHTR+VCCuOD5k

33、5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ001R=0時，Q=1，uo=0，T導(dǎo)通。1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQR=0時，Q=1，uo=0，T飽和導(dǎo)通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3時，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T飽和導(dǎo)通。2VCC/3VCC/3000111&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQR=0時，Q=1，uo=0，T飽和導(dǎo)通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3時，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T飽和導(dǎo)通。2VCC/

34、3VCC/310011R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3時，C1=1、C2=1，Q、Q不變，uo不變，T狀態(tài)不變。1101&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQR=0時，Q=1，uo=0，T飽和導(dǎo)通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3時，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T飽和導(dǎo)通。2VCC/3VCC/311100R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3時，C1=1、C2=1，Q、Q不變，uo不變，T狀態(tài)不變。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3時，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。5

35、55定時器的功能表 用用555定時器接成的施密特觸發(fā)器定時器接成的施密特觸發(fā)器逐漸升高的過程：從01vOHOCCCCVvQvvVv故, 1, 0, 1時，31當(dāng)211保持不 變 故, 1時，3231當(dāng)211OHOCCCCCCVvvvVvVCCTOOCCCCVVVvQvvVv32因此， 故, 0, 1, 0以后，32當(dāng)211L;保持不變故, 1時，3231當(dāng)211OLOCCCCCCVvvvVvV開始下降的過程：32從高于1CCVvCCTOOCCCCVVVvQvvVv31。因此，故, 1, 0, 1以后，31當(dāng)H211回差電壓為 CCTTTVVVV31典型的反向輸出施密特電路 如參考電壓由外接的電

36、壓COV供給，則COTCOTCOTVVVVVV21,21,通過改變COV值可以調(diào)節(jié)回差電壓的大小。用555定時器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)態(tài) 1v1v高電平， 0, 0 如, 121OCCvQvv1QDT截止 C充電 CCCVv32，01Cv，0QDT導(dǎo)通， C經(jīng)DT迅速放電， 0Cv121CCvv，0Q；當(dāng)觸發(fā)脈沖的下降沿到達(dá)， IvCCV3102Cv11Cv1QC充電 CCCVv3201Cv12Cv輸入端的的觸發(fā)脈沖已消失 0Q0Ov后C迅速放電，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài) 脈沖的寬度RCRCLnVVVRCLntCCCCCCW1 . 13320用555定時器接成的多諧振蕩器2)(ln)(21211CLnRRV

37、VVVCRRTTCCTCC200222CLnRVVCLnRTTT2)(2121CLnRRTTT2)(1121CLnRRTf輸出脈沖的占空比為212112RRRRTTq電路輸出脈沖的占空比始終大于50。 為了得到小于或等于50的占空比，可以采用如圖6.5.8所示的改進(jìn)電路。 電容C的充電時間變?yōu)?11CLnRT 放電時間為222CLnRT 占空比為 211RRRq2)(2121CLnRRTTT【例子6.5.1】試用CB555定時器設(shè)計一個多諧振蕩器，要求振蕩周期為1秒，輸出脈沖幅度大于3V而小于5V，輸出脈沖的占空比32q。解：由CB555的特性參數(shù)可知，當(dāng)電源電壓取為5V時 ，在100mA地輸

38、出電流下輸出電壓的典型值為3.3V，所以取5V可以滿足對輸出脈沖幅度的要求。 1212223RRqRR21RR 12)2(21CLnRRT若取C10 F1231CLnRkCLnR4869. 0103123151故CR1uc8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCR2ucuotttP1tP20VCC/32VCC/30(a) 電路(b) 工作波形2 2、由、由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器定時器構(gòu)成的多諧振蕩器接通VCC后，VCC經(jīng)R1和R2對C充電。當(dāng)uc上升到2VCC/3時，uo=0，T導(dǎo)通，C通過R2和T放電，uc下降。當(dāng)uc下降到VCC/3時，uo又由0變?yōu)?，T截止，VCC又

39、經(jīng)R1和R2對C充電。如此重復(fù)上述過程，在輸出端uo產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈沖。CR1uc8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCR2ucuotttP1tP20VCC/32VCC/30(a) 電路(b) 工作波形第一個暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度tp1，即uc從VCC/3充電上升到2VCC/3所需的時間：tp 10 . 7 ( R1+ R2) C第二個暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度tp2，即uc從2VCC/3放電下降到VCC/3所需的時間：tp20.7R2C振蕩周期：Ttp1tp20.7(R12R2)C由由555定時器構(gòu)成的定時器構(gòu)成的RS觸發(fā)器觸發(fā)器& R1 C2 R2C1& f0 f1 f2 f14 f32768Hz 16384Hz 8192Hz 2Hz 1HzC1C1C1C1 FF1 FF2 FF14 FF15 Q1 Q2 Q14 Q157.1.3 多諧振蕩器的應(yīng)用多諧振蕩器的應(yīng)用多諧振蕩器分頻電路C1R1uo18 47 3 6 5552 5 10.01Fuo1VCCR2(a) 電路(b) 工作波形C2R3uo28 47 3 6 5552 5 10.01Fuo2R4C將振蕩器的輸出電壓uo1，接到振蕩器中555定時器的復(fù)位端（4腳），當(dāng)uo1為高電