單穩(wěn)態(tài)電路多諧振蕩器

1、一、微分型單穩(wěn)態(tài)電路一、微分型單穩(wěn)態(tài)電路1、電路組成：、電路組成：CMOS或非門、反相器和或非門、反相器和RC電路組成電路組成DDTHOLDDOH21, 0,VVVVV 2、原理分析、原理分析電路處于電路處于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)：1)沒有觸發(fā)信號時，沒有觸發(fā)信號時， I=0 o =0、 c =0 o1 =1、電容電容C上沒有電壓上沒有電壓9.3 單穩(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)電路 RC微微分電路分電路觸發(fā)脈沖觸發(fā)脈沖2)2)外加觸發(fā)信號（外加觸發(fā)信號（正脈沖正脈沖） I I =VTH產(chǎn)生如下產(chǎn)生如下正反饋正反饋過程：過程：迅速迅速使使 o1 = 0 o =1電路進入電路進入暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)。這時即使這時即使 I I回到低電

2、平，回到低電平， O O的高電平仍然會維持下去。的高電平仍然會維持下去。維持多久呢？維持多久呢？01v0v2Iv電容的端電電容的端電壓不能突變壓不能突變3)3)在暫穩(wěn)態(tài)期間，電容在暫穩(wěn)態(tài)期間，電容C C充電充電電路由暫穩(wěn)態(tài)自動返回到穩(wěn)態(tài)。電路由暫穩(wěn)態(tài)自動返回到穩(wěn)態(tài)。 I2 I2 =VTH產(chǎn)生如下產(chǎn)生如下正反饋正反饋過程：過程： vI2 vO vO1 迅速使迅速使 o1 = 1、 o =04 4）電路的恢復(fù)過程：）電路的恢復(fù)過程：電容放完電使電容放完電使 c =0，電路回到電路回到初始初始的穩(wěn)態(tài)。的穩(wěn)態(tài)。由于這由于這時時 I I已經(jīng)已經(jīng)回到低電平回到低電平01v0v電容的端電電容的端電壓不能突變

3、壓不能突變2Iv tw= 0.69RC （1） 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tw：(3) 恢復(fù)時間恢復(fù)時間tre ：電容電容C放完電所需時間放完電所需時間tre =（35）RON（P）C(4) 分辨時間分辨時間td： 3、 主要參數(shù)的估算主要參數(shù)的估算 vO1 vI vO vI2 0 0 t t t t tW 0 VTH VDD t1 t2 vd 0 t 0 )()()0()(WCCCCWttl ln n R RC CTHDDDDw0VVVlnRCt = RCln2(2) 輸出脈沖幅度輸出脈沖幅度Vm ：Vm = VOH-VOL VDDtd = tw+tre指在保證電路能指在保證電路能正常工作正常

4、工作的情況下，允許兩個的情況下，允許兩個相相鄰鄰觸發(fā)脈沖之間的觸發(fā)脈沖之間的最小最小間隔時間。間隔時間。輸出脈沖的寬度等于暫穩(wěn)態(tài)的持輸出脈沖的寬度等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，而暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間等續(xù)時間，而暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間等于于從電容從電容C開始充電到充電至開始充電到充電至 I2I2等于等于V VTHTH的時間。的時間。 1 1、電路具有一個穩(wěn)、電路具有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。在外加觸發(fā)信號態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。在外加觸發(fā)信號的作用下，電路將從穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)一段的作用下，電路將從穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)一段時間以后，電路又自動返回到穩(wěn)態(tài)。時間以后，電路又自動返回到穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)電路的工作特點：單穩(wěn)

5、態(tài)電路的工作特點：2、暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間僅取決于電路中的、暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間僅取決于電路中的RC參數(shù)值，與參數(shù)值，與外加觸發(fā)脈沖的特性無關(guān)。外加觸發(fā)脈沖的特性無關(guān)。 利用單穩(wěn)態(tài)電路的這種工作特點，能夠把不同寬度或利用單穩(wěn)態(tài)電路的這種工作特點，能夠把不同寬度或者不同幅度、不同波形的觸發(fā)脈沖變換為者不同幅度、不同波形的觸發(fā)脈沖變換為等寬等寬的輸出脈沖，的輸出脈沖，作為一種定時信號使用。作為一種定時信號使用。思考：思考：從電壓波形觀察，輸入觸發(fā)脈沖的寬度能否大于從電壓波形觀察，輸入觸發(fā)脈沖的寬度能否大于輸出脈寬？輸出脈寬？ 如果大于，要保證電路正常工作則應(yīng)在輸入端加入如果大于，要保證電路正常工作則應(yīng)在輸

6、入端加入一個微分電路。一個微分電路。單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用定時定時 該電路可用于頻率計該電路可用于頻率計 vO 與與門門 vA vB tW 單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器觸發(fā)器 vI vI O vB O vA O vO O tW t t t t 集成單穩(wěn)態(tài)電路集成單穩(wěn)態(tài)電路 74121R：可外接電阻，取值范圍：可外接電阻，取值范圍：2 30k 也可采用內(nèi)部電阻（也可采用內(nèi)部電阻（ 2 k） C：外接電容，取值范圍：外接電容，取值范圍：10pF 10uF B A1 A2 G1 & G2 & G3 & G4 & a G5 & 1 G6 & Cext

7、Rext Rext/Cext Rint Rint G7 1 G8 1 G9 1 Q Q 觸發(fā)信號控制電路觸發(fā)信號控制電路 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 輸出緩沖電路輸出緩沖電路 (a) 邏輯圖 74121功能表功能表 HHHH0vA1A2B OL HL LHL LLHH LHHHHHL L電路穩(wěn)態(tài)：電路穩(wěn)態(tài)： O=0A1、A2中有一個或兩個接低電平，中有一個或兩個接低電平，在在B端輸入端輸入上升沿上升沿時電路被觸發(fā)時電路被觸發(fā)B 和和A1、A2 中不作為輸入端的一中不作為輸入端的一個接高電平，在個接高電平，在A1、A2的一個或的一個或兩個端輸入兩個端輸入下降沿下降沿時電路被觸發(fā)時電路被

8、觸發(fā)下降沿下降沿觸發(fā)時的接法觸發(fā)時的接法1UI利用利用Rext 時的接法時的接法Cext RextCextUo RintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121上升沿上升沿觸發(fā)時的接法觸發(fā)時的接法UI利用利用Rint 時的接法時的接法（Rint2 K）+VCCCRC+VCCCext RextCextUo RintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121電路的連接：電路的連接：輸出脈沖寬度：輸出脈沖寬度： tw = 0.69RC 集成單穩(wěn)態(tài)器件集成單穩(wěn)態(tài)器件(a)v vO Ov vI It tw wt tw w(b)vOvItwtw不可重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)

9、觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)被重復(fù)觸發(fā)被重復(fù)觸發(fā)沒有被重復(fù)觸發(fā)沒有被重復(fù)觸發(fā) 電路一旦被觸發(fā)進入暫電路一旦被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)以后，再加入觸發(fā)脈穩(wěn)態(tài)以后，再加入觸發(fā)脈沖不會影響電路的工作過沖不會影響電路的工作過程，必須等到暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束程，必須等到暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束之后，才可能再次被觸發(fā)。之后，才可能再次被觸發(fā)。 電路如果被觸發(fā)進入暫電路如果被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)以后再加入觸發(fā)脈沖，穩(wěn)態(tài)以后再加入觸發(fā)脈沖，電路將被重新觸發(fā)，再繼電路將被重新觸發(fā)，再繼續(xù)維持一個等于續(xù)維持一個等于tw的暫穩(wěn)態(tài)的暫穩(wěn)態(tài)時間。時間。74121屬于不可重復(fù)觸發(fā)型屬于不可重復(fù)觸發(fā)型74122、74123屬于可重復(fù)觸發(fā)型屬于可重復(fù)觸發(fā)型9.4 多諧

10、振蕩電路多諧振蕩電路多諧振蕩器的工作特點：多諧振蕩器的工作特點：1、電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。、電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。2、在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號，在、在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號，在RC電路電路的充、放電作用下，電路在兩個暫穩(wěn)態(tài)間自動轉(zhuǎn)換，的充、放電作用下，電路在兩個暫穩(wěn)態(tài)間自動轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生矩形脈沖。從而產(chǎn)生矩形脈沖。用途：產(chǎn)生矩形脈沖。用途：產(chǎn)生矩形脈沖。1、組成、組成2、工作原理、工作原理（1）接通電源瞬間，電路的初始狀態(tài)是未知的。）接通電源瞬間，電路的初始狀態(tài)是未知的。9.4.1 對稱式和非對稱式多諧振蕩電路對稱式和非對稱式多諧振蕩電路一一. 對稱式多諧振蕩電

11、路對稱式多諧振蕩電路由由CMOS反相器組成反相器組成P 由于由于P點處在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折點處在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，區(qū)，P點附近輸入電壓的微小變化都會點附近輸入電壓的微小變化都會引起輸出電壓更大的變化，所以輸入電引起輸出電壓更大的變化，所以輸入電壓的任何噪聲和擾動都將被放大，并且壓的任何噪聲和擾動都將被放大，并且引發(fā)正反饋過程，產(chǎn)生振蕩。引發(fā)正反饋過程，產(chǎn)生振蕩。電路進入第二個暫穩(wěn)態(tài)迅速跳變?yōu)榈汀Ｑ杆偬優(yōu)楦?，而使時，引起如下正反饋：，當?shù)街饾u的放電隨著O2O1O2I2O1I1THI1vvvvvvVvC2)3(。vvvvvvv電路進入第一個暫穩(wěn)態(tài)迅速跳變?yōu)楦摺Ｑ杆偬優(yōu)榈?，而使，則有：有微小

12、由于干擾使O2O1O2I2O1I1I1)2(隨后電容隨后電容C1開始充電、開始充電、C2開始放電。開始放電。隨后電容隨后電容C2開始充電、開始充電、C1開始放電。開始放電。vvvvvvVvCTH電路進入第一個暫穩(wěn)態(tài)迅速跳變?yōu)楦?。迅速跳變?yōu)榈?，而使引起如下正反饋：時，當?shù)街饾u的充電隨著O2O1O2I2O1I1I1,)4(2這樣電路便在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間反復(fù)這樣電路便在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間反復(fù)轉(zhuǎn)換，輸出周期性的矩形脈沖。轉(zhuǎn)換，輸出周期性的矩形脈沖。電壓波形：電壓波形：振蕩周期計算：振蕩周期計算：的的時時間間從從充充電電開開始始到到充充至至的的時時間間從從充充電電開開始始到到充充至至THI2THI1VvVvT

13、 CRCRTRRRVVVVVVVCRRRTFFON(P)ON(N)FDDTHTHDDDDTHDDON(P)ON(N)F2 . 23ln22/)/()(ln()(2 的條件下，的條件下，和和遠大于遠大于、在在二二. 非對稱式多諧振蕩器非對稱式多諧振蕩器CRCRTFF2 . 23ln2 振蕩周期：振蕩周期：三三. 石英晶體多諧振蕩電路石英晶體多諧振蕩電路1、石英晶體、石英晶體當要求多諧振蕩器的振蕩頻率十分穩(wěn)定（如數(shù)字鐘的當要求多諧振蕩器的振蕩頻率十分穩(wěn)定（如數(shù)字鐘的秒脈沖頻率）時，上述電路的都達不到要求。最簡便的穩(wěn)秒脈沖頻率）時，上述電路的都達不到要求。最簡便的穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器中接入頻方法是

14、在多諧振蕩器中接入石英晶體石英晶體，構(gòu)成，構(gòu)成石英晶體多石英晶體多諧振蕩器。諧振蕩器。石英晶體的固有振蕩頻率石英晶體的固有振蕩頻率 fo 由晶體由晶體切片的幾何尺寸和結(jié)晶方向所確定，幾切片的幾何尺寸和結(jié)晶方向所確定，幾乎不受環(huán)境溫度和時間變化的影響，具乎不受環(huán)境溫度和時間變化的影響，具有極高的穩(wěn)定度。有極高的穩(wěn)定度。fo電容性電感性fXO電抗電抗-頻率特性頻率特性符號符號2、石英晶體振蕩器、石英晶體振蕩器（1）、組成）、組成將石英晶體接到多諧振蕩器的正反饋回路中。將石英晶體接到多諧振蕩器的正反饋回路中。當外加電壓的頻率當外加電壓的頻率f = fo 時，其電抗時，其電抗 X=0 。（2）、工作原

15、理）、工作原理只有輸出電壓中的頻率只有輸出電壓中的頻率為為 fo 的分量最容易通過石的分量最容易通過石英晶體并使電路產(chǎn)生振蕩英晶體并使電路產(chǎn)生振蕩。（3）、參數(shù)選擇）、參數(shù)選擇各種固有振蕩頻率各種固有振蕩頻率fo的石英晶體已做成成品，可根的石英晶體已做成成品，可根據(jù)需要選購。據(jù)需要選購。fo一般都很高，應(yīng)利用分頻器將一般都很高，應(yīng)利用分頻器將fo分頻為所需頻率。分頻為所需頻率。例如，需要頻率為例如，需要頻率為1Hz的秒脈沖，的秒脈沖，可選購可選購 fo=32768Hz的的晶振，通過晶振，通過15次二分頻獲得次二分頻獲得1Hz。結(jié)論：結(jié)論： 電路的振蕩頻率就等于電路的振蕩頻率就等于 fo 。 對

16、稱式和非對稱式多諧振蕩電路都是利用閉合回路的正反對稱式和非對稱式多諧振蕩電路都是利用閉合回路的正反饋作用產(chǎn)生振蕩的。而利用閉合環(huán)路中的延遲負反饋作用同饋作用產(chǎn)生振蕩的。而利用閉合環(huán)路中的延遲負反饋作用同樣也能產(chǎn)生自激振蕩。樣也能產(chǎn)生自激振蕩。1、組成、組成利用門電路的傳輸延遲時間利用門電路的傳輸延遲時間t tpd ，將，將奇數(shù)奇數(shù)個反相器首尾相接。個反相器首尾相接。2、工作波形、工作波形tUO1tUO2tUO3tpd3、計算、計算tW = nt tpd ；T=2tW ；f =1/T一般，般，t tpd = =TTL類幾十類幾十 nsCMOS類幾百類幾百nstWn是門的數(shù)目。是門的數(shù)目。9.4.

17、2 環(huán)形振蕩電路環(huán)形振蕩電路最簡單的環(huán)形振蕩電路：最簡單的環(huán)形振蕩電路：缺點：輸出頻率太高，且不可調(diào)節(jié)。缺點：輸出頻率太高，且不可調(diào)節(jié)。改進的環(huán)形振蕩電路改進的環(huán)形振蕩電路T 2.2RC為了獲得較低的、可調(diào)的為了獲得較低的、可調(diào)的f ，可在環(huán)形回路中增加，可在環(huán)形回路中增加RC延時環(huán)節(jié)。延時環(huán)節(jié)。1、組成、組成2、工作原理、工作原理接通接通VCC瞬間，瞬間，C中無電荷，所以：中無電荷，所以：1）UC=0 3、電壓波形、電壓波形2）UO=1 C充電 UI ，3）UO=0 C放電 UI ，tUOtUI00VT+VT-若是若是CMOS電路電路，T1T2TUI =VT+ UO=0UI =VT- UO=1T1= RC ln VDD -VDD -T=T1+T2 ；f =1/T； q =T1/TUI =0 UO=1VT-VT+T2= RC ln 0 -0 -VT+VT-則：則：9.4.3 利用施密特觸發(fā)電路構(gòu)成的多諧振蕩電路利用施密特觸發(fā)電路構(gòu)成的多諧振蕩電路4、電路改進、電路改進占空比可調(diào)電路如圖：占空比可調(diào)電路如圖：1CUIUOR2R1+充電經(jīng)過充電經(jīng)過R2 ，放電經(jīng)過，放電經(jīng)過R1 ，T1= R2C ln VDD-VT-VDD-VT+T2= R1C ln VT+VT-q =T1/TT=T1+T2調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R1 或或 R2 ，即