第二十三課時：多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器

1、6.4.16.4.1 由門電路構(gòu)成的多諧振蕩器由門電路構(gòu)成的多諧振蕩器 6.4.26.4.2 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器定時器構(gòu)成的多諧振蕩器 6.4.36.4.3 多諧振蕩器的應(yīng)用多諧振蕩器的應(yīng)用 1多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。 2通過電容的充電和放電，使兩個暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，無需外觸發(fā)。 3輸出周期性的矩形脈沖信號，由于含有豐富的諧波分量，故稱作多諧振蕩器。6.4.1 6.4.1 對稱式多諧振蕩器對稱式多諧振蕩器 1. 電路組成由兩個TTL反相器經(jīng)電容交叉耦合而成。通常令C1=C2=C，R1=R2=RF。為了使靜態(tài)時反相器工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，具有較強的放大能力，應(yīng)滿

2、足ROFFRFRON的條件。 圖6-20對稱式多諧振蕩器 2.工作原理 假定接通電源后，由于某種原因使uI1有微小正跳變，則必然會引起如下的正反饋過程 ： 使uO1迅速跳變?yōu)榈碗娖?、uO2迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進入第一暫穩(wěn)態(tài)。此后，uO2的高電平對C1電容充電使uI2升高，電容C2放電使uI1降低。由于充電時間常數(shù)小于放電時間常數(shù)，所以充電速度較快，uI2首先上升到G2的閾值電壓UTH，并引起如下的正反饋過程： 使uO2迅速跳變?yōu)榈碗娖?、uO1迅速跳變?yōu)楦唠娖剑娐愤M入第二暫穩(wěn)態(tài)。此后，C1放電、C2充電，C2充電使uI1上升，會引起又一次正反饋過程，電路又回到第一暫穩(wěn)態(tài)。這樣，周而復(fù)始，電路

3、不停地在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間振蕩，輸出端產(chǎn)生了矩形脈沖。 圖6-21 對稱式多諧振蕩器的工作波形 3.主要參數(shù) 矩形脈沖的振蕩周期為 T1.4RFC當取RF1k、CI00 pF100 F時，則該電路的振蕩頻率可在幾赫到幾兆赫的范圍內(nèi)變化。6.4.2. RC環(huán)形振蕩器 最簡單的環(huán)形振蕩器構(gòu)成十分簡單，但是并不實用。因為集成門電路的延遲時間tpd極短，而且振蕩周期不便調(diào)節(jié)。 利用電容利用電容C的充放電，改變的充放電，改變uI3的電平的電平(因為因為RS很小很小,在分析時往往忽略它。在分析時往往忽略它。)來控制來控制G3周期性的導周期性的導通和截止，在輸出端產(chǎn)生矩形脈沖。通和截止，在輸出端產(chǎn)生矩形脈沖。

4、RS是 限 流 電 阻是 限 流 電 阻（保護（保護G3），通），通常選常選100左右。左右。增加RC延遲環(huán)節(jié)，即可組成RC環(huán)形振蕩器電路。 圖6-24 RC環(huán)形振蕩器的工作波形 電路的振蕩周期為 T2.2RCR不能選得太大（一般1k左右），否則電路不能正常振蕩。 。 6.4.36.4.3石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 前面介紹的多諧振蕩器的一個共同特點就是振蕩頻率不穩(wěn)定，容易受溫度、電源電壓波動和RC參數(shù)誤差的影響。而在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖信號常用作時鐘信號來控制和協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的工作。因此，控制信號頻率不穩(wěn)定會直接影響到系統(tǒng)的工作，顯然，前面討論的多諧振蕩器是不能滿足要求的，必須采用頻率穩(wěn)定度

5、很高的石英晶體多諧振蕩器。 石英晶體的阻抗頻率特性圖 石英晶體具有很好的選頻特性。當振蕩信號的頻率和石英晶體的固有諧振頻率fo相同時，石英晶體呈現(xiàn)很低的阻抗，信號很容易通過，而其它頻率的信號則被衰減掉。因此，將石英晶體串接在多諧振蕩器的回路中就可組成石英晶體振蕩器，這時，振蕩頻率只取決于石英晶體的固有諧振頻率fo，而與RC無關(guān)。圖6-27石英晶體振蕩器電路 在對稱式多諧振蕩器的基礎(chǔ)上，串接一塊石英晶體，就可以構(gòu)成一個石英晶體振蕩器電路。該電路將產(chǎn)生穩(wěn)定度極高的矩形脈沖，其振蕩頻率由石英晶體的串聯(lián)諧振頻率fo決定。 目前，家用電子鐘幾乎都采用具有石英晶體振蕩器的矩形波發(fā)生器。由于它的頻率穩(wěn)定度很

6、高，所以走時很準。通常選用振蕩頻率為32768HZ的石英晶體諧振器，因為32768215，將32768HZ經(jīng)過15次二分頻，即可得到1HZ的時鐘脈沖作為計時標準。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+VCCuOQ&1TDR1R2CuCCC32VCC31V uCtUOH uOtUOL一、電路組成和工作原理一、電路組成和工作原理 6278 4153555R1C1+R2C2+VCCAstable Multivibrator二、振蕩頻率的估算和占空比可調(diào)電路二、振蕩頻率的估算和占空比可調(diào)電路62784153555R1C+R2C2+VCC1. C 充電時間充電時間 tw1uC（0

7、+） = VCC / 3, uC（ ） = VCC)()()0()(ln1W1W1tuuuutCCCC 2lnln1CC32CCCC31CC1 VVVVCRRt）（21W17 . 0 充電時間常數(shù)充電時間常數(shù) 1= （R1+R2）C2. C 放電時間放電時間 tw22ln2W2 t可求得可求得: :CRt2W27 . 0 放電時間常數(shù)放電時間常數(shù) 2 = R2C（一一） 振蕩頻率的估算振蕩頻率的估算3. 振蕩頻率振蕩頻率 f uCCC32VCC31VtUOH uOtUOLtw1tw2Ttw1= 0.7 ( (R1+R2) Ctw2 = 0.7R2CT = 0.7（R1+2R2）C振蕩周期：振蕩

8、周期：振蕩頻率：振蕩頻率：CRRCRRTf）（）（2121243. 127 . 011 占空比：占空比：CRRCRRTtq）（）（2121W127 . 07 . 0 002121502 RRRR6.5.26.5.2 555 555定時器做施密特觸發(fā)器定時器做施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的特點：的特點：（1 1）雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)；）雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)；（2 2）電平觸發(fā)）電平觸發(fā)電壓達到某個值時電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；電壓達到某個值時電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；（3 3）具有滯后電壓傳輸特性）具有滯后電壓傳輸特性回差特性回差特性 （兩次翻轉(zhuǎn)輸入電平不同）；（兩次翻轉(zhuǎn)輸入電平不同）；6.

9、5.6.5. 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器 電路電路： 2 2，6 6端連在一起作為信號輸入端端連在一起作為信號輸入端+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2vIVcc1 vo1V VI I1/3V2/3V2/3VCCCC時，時，C1C10 0，C2C21 1，V VO O=0=0構(gòu)成構(gòu)成集電集電極開極開路型路型輸出輸出端。端。Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓控制電壓調(diào)節(jié)回差調(diào)節(jié)回差vivott00UT+UT2VCC/3VCC/3工作原理：工作原理：（a a）當）當V Vi i 0 0 時，由于比較器時，由于比較器 C C1 1=

10、1=1、C C2 2=0=0，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 1 1，即，即Q Q1 1、0 0= =Q Q，。升高時，在未到達升高時，在未到達 2V2Vcccc/3/3以前，以前，的狀態(tài)不會改變。的狀態(tài)不會改變。V VO O 1 1V Vi iV VO O 1 1V6=VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導通導通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓控制電壓

11、調(diào)節(jié)回差調(diào)節(jié)回差vivott00UT+UT2VCC/3VCC/3（b）vi升高到升高到 2VCC/3 時，比較器時，比較器 C1輸出為輸出為 0、C2輸出為輸出為 1，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 0，即，即Q0、1 Q， vo=0。此后，。此后， vi上升到上升到 VCC，然后再降低，但在未到達，然后再降低，但在未到達VCC/3以前，以前，vo0 的狀態(tài)不會改變。的狀態(tài)不會改變。（a）當）當 vi0 時，由于比較器時，由于比較器 C1=1、C2=0，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 1，即，即 Q1、0 Q，vo1。vi升高時，在未到達升高時，在未到達 2VCC/3 以前，以前， vo1 的狀態(tài)不會改變。的狀態(tài)不會改變。Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓控制電壓調(diào)節(jié)回差調(diào)節(jié)回差vivott00UT+UT2VCC/3VCC/3（c）vi下降到下降到 VCC/3 時，比較器時，比較器 C1輸出為輸出為 1、C2輸出為輸出為 0，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 1，即即 Q1、0 Q，vo=1。此后，。此后，vi繼續(xù)下降到繼續(xù)下降到 0，但，但 vo1 的狀態(tài)的狀態(tài)不會改變。不會改變。（b）vi升高到升高到 2VCC/3 時，比較器時，比較器 C1輸出為輸出為 0、C2輸出為輸出為 1，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 0，即，即Q0、1 Q， vo=0。此后，