22多諧振蕩電路、單穩(wěn)態(tài)電路觸

1、4、重點(diǎn)掌握由555定時(shí)器組成的多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器的電路、工作原理及電路主要參數(shù)的估算。1、熟練掌握多諧振蕩電路、單穩(wěn)態(tài)電路、施密特觸發(fā)電路的工作特點(diǎn)；理解其電路組成及工作原理。2、了解多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器MSI器件的邏輯功能及主要參數(shù)的估算。3、掌握555定時(shí)器的工作原理。教學(xué)基本要求第9章 脈沖波形的產(chǎn)生和整形9.1 矩形脈沖的特性參數(shù)脈沖幅度Vm：脈沖電壓波形的高、低電平之差。脈沖寬度Tw：從脈沖前沿的0.5Vm到達(dá)脈沖后沿0.5Vm所需的時(shí)間。上升時(shí)間tr：脈沖上升沿從0.1Vm上升到0.9Vm所需要的時(shí)間。下降時(shí)間tf：脈沖下降沿從0.9Vm下降到0.1Vm所需要的時(shí)間。脈

2、沖周期T：相鄰兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔。占空比q：脈沖寬度與脈沖周期的比值。脈沖波形的獲取，通常有兩種方法:1、將已有的非脈沖波形通過(guò)波形變換電路獲得；如單穩(wěn)態(tài)電路、施密特觸發(fā)電路。2、采用脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路直接獲得；如多諧振蕩電路。2、電路組成：9.2 施密特觸發(fā)電路 G1、G2為CMOS反相器，其閾值電壓為1/2VDD。電路中要求R1R2 。1、電路符號(hào)：(2)當(dāng) =VTH， A此時(shí)電路存在正反饋 ，使輸出的電平轉(zhuǎn)換迅速： I為三角波 3、工作原理：(3) A VTH，電路維持 不變。 O=VOH正向閾值電壓 (VT+): 輸入信號(hào)在上升過(guò)程中，使輸出電平發(fā)生跳變時(shí)所對(duì)應(yīng)I 的值。VT+I為三

3、角波 (5)當(dāng)VA VTH， (4)當(dāng)I下降, 也下降，AVT+負(fù)向閾值電壓 (VT-): 輸入信號(hào)在下降過(guò)程中，使輸出電平發(fā)生跳變時(shí)所對(duì)應(yīng)I 的值。VT-負(fù)向閾值電壓VT-求?。赫蜷撝惦妷?VT+求?。狠斎胼敵霾ㄐ?、施密特觸發(fā)器特點(diǎn)（1）輸入為模擬信號(hào)；輸出為數(shù)字信號(hào)； （2）對(duì)于正向和負(fù)向增長(zhǎng)的輸入信號(hào)，電路有不同的閾值電平（VT+和VT-）。（3）由于輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)有正反饋過(guò)程發(fā)生，所以輸出電壓波形的邊沿很陡，可以得到比較理想的矩形輸出脈沖。5、施密特觸發(fā)電路的電壓傳輸特性：同相輸出施密特觸發(fā)器反相輸出施密特觸發(fā)器 oVT+ vO VOH VOL VT- vI 波形變換 脈沖整形9.

4、2.2 施密特觸發(fā)電路的應(yīng)用 1 脈沖鑒幅 構(gòu)成多諧振蕩器根據(jù)輸入 波形畫出施密特觸發(fā)器輸出波形：UItOUOtOUItOUOtOUItOUOtOVT+VT-VT+VT-VT+VT-11（2）平時(shí)處于穩(wěn)態(tài)，在外部觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)進(jìn)入 暫穩(wěn)態(tài)； 有兩種狀態(tài)：0態(tài)和1態(tài)，但只有一種狀態(tài)能長(zhǎng)久保持，故名單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 例子樓道聲控?zé)魡畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)： （1）有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩種狀態(tài)； （3）暫穩(wěn)態(tài)維持一定時(shí)間后自動(dòng)回到穩(wěn)態(tài)。 什么是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器？9.3 單穩(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器根據(jù)電路結(jié)構(gòu)主要有以下三類：(1)微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(2)積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(3)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類G

5、1、G2為CMOS門電路，vO1、vO分別為G1、G2的輸出，vI2為G2輸入。 電路結(jié)構(gòu)RC微分電路觸發(fā)脈沖一、微分型單穩(wěn)態(tài)電路1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器的穩(wěn)態(tài)為 vO1 VDD，vO 0V。此時(shí)，電容兩端的電壓相等，無(wú)充放電。 工作原理分析 穩(wěn)態(tài)時(shí)，無(wú)觸發(fā)脈沖輸入，vI 為低電平，C 沒(méi)有充放電,相當(dāng)于斷開(kāi)。0100111001暫穩(wěn)態(tài)：vO1= VOL，vO = VOH2.當(dāng)vI 加一正脈沖時(shí)，由穩(wěn)態(tài)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。 工作原理分析（續(xù)） 01001作用：改善vO1、 vO邊沿。 這里有一正反饋現(xiàn)象：vIvO1vI2vO3. 暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)回到穩(wěn)態(tài) 隨著VDD通過(guò)電阻向電容C的充電，vI2逐漸上

6、升，當(dāng)vI2 上升到VT時(shí)，010VT00110 工作原理分析（續(xù)） 作用：改善vO1、 vO邊沿。 正反饋現(xiàn)象： vO1vI2vO電路回到穩(wěn)態(tài)：vO1= VOH，vO = VOL 工作波形分析 VT(1)輸出脈沖寬度Tw 電容C充電電壓方程： 參數(shù)計(jì)算 VTTwTre將VC（0）0V，VC（）VDD，T=RC 代入上式得 ：當(dāng)vC（t）=VT=1/2VDD時(shí)，t=Tw，代入上式可求得 ：(2)恢復(fù)時(shí)間Tre :輸出電平回到0直到電路全部恢復(fù)到起始 狀態(tài)所需要的時(shí)間Tre（35）RC 參數(shù)計(jì)算（續(xù)） VTTwTre(3) 輸出脈沖幅度Vm ：Vm = VOH-VOL VDD(4) 分辨時(shí)間Td

7、： Td = Tw+Tre指在保證電路能正常工作的情況下，允許兩個(gè)相鄰觸發(fā)脈沖之間的最小間隔時(shí)間。思考：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？ 不能，如果大于，要保證電路正常工作則應(yīng)在輸入端加入一個(gè)微分電路。1、電路具有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在外加觸發(fā)信號(hào)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(shí)間以后，電路又自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)電路的工作特點(diǎn)：2、暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間僅取決于電路中的RC參數(shù)值，與外加觸發(fā)脈沖的特性無(wú)關(guān)。 利用單穩(wěn)態(tài)電路的這種工作特點(diǎn)，能夠把不同寬度或者不同幅度、不同波形的觸發(fā)脈沖變換為等寬的輸出脈沖，也可以作為一種定時(shí)信號(hào)使用。 單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用定時(shí) 該

8、電路可用于頻率計(jì) 多諧振蕩器就是方波發(fā)生器。由于方波中除基波外還包含了許多高次諧波，因此，又稱為多諧振蕩器。 多諧振蕩器不需要外加信號(hào)，只要一上電就會(huì)產(chǎn)生方波信號(hào)。 什么是多諧振蕩器？ 多諧振蕩器的構(gòu)成由門電路構(gòu)成:對(duì)稱結(jié)構(gòu)、非對(duì)稱結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)由施密特觸發(fā)器構(gòu)成用石英晶體構(gòu)成由555定時(shí)器構(gòu)成9.4 多諧振蕩電路1、組成2、工作原理（1）如果電路沒(méi)有震蕩，處于靜止?fàn)顟B(tài)，則這個(gè)狀態(tài)不穩(wěn)定。由于兩個(gè)反饋電阻的存在，則VI=VO=1/2VDD9.4.1 對(duì)稱式和非對(duì)稱式多諧振蕩電路一. 對(duì)稱式多諧振蕩電路由CMOS反相器組成1010電壓波形：1010振蕩周期計(jì)算：二. 非對(duì)稱式多諧振蕩器三. 石英

9、晶體多諧振蕩電路1、石英晶體當(dāng)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(shí)，上述電路的都達(dá)不到要求。最簡(jiǎn)便的穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器中接入石英晶體，構(gòu)成石英晶體多諧振蕩器。石英晶體的固有振蕩頻率 fo 由晶體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(shí)間變化的影響，具有極高的穩(wěn)定度。fo電容性電感性fXO電抗-頻率特性當(dāng)外加電壓的頻率f = fo 時(shí)，其電抗 X=0 。2）、工作原理只有輸出電壓中的頻率為 fo 的分量最容易通過(guò)石英晶體并使電路產(chǎn)生振蕩。結(jié)果： 電路的振蕩頻率就等于 fo 。符號(hào)2、石英晶體振蕩器1）、組成將石英晶體接到多諧振蕩器的正反饋回路中。（3）、參數(shù)

10、選擇各種固有振蕩頻率fo的石英晶體已做成成品，可根據(jù)需要選購(gòu)。fo一般都很高，應(yīng)利用分頻器將fo分頻為所需頻率。例如，需要頻率為1Hz的秒脈沖，可選購(gòu) fo=32768Hz的晶振，通過(guò)15次二分頻獲得1Hz。 (215=32768) 對(duì)稱式和非對(duì)稱式多諧振蕩電路都是利用閉合回路的正反饋?zhàn)饔卯a(chǎn)生振蕩的。而利用閉合環(huán)路中的延遲負(fù)反饋?zhàn)饔猛瑯右材墚a(chǎn)生自激振蕩。1、組成利用門電路的傳輸延遲時(shí)間tpd ，將奇數(shù)個(gè)反相器首尾相接。2、工作波形tUO1tUO2tUO3tpd3、計(jì)算tW = ntpd ；T=2tW ；f =1/T一般，tpd =TTL類幾十 nsCMOS類幾百nstWn是門的數(shù)目。9.4.2

11、 環(huán)形振蕩電路最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩電路：缺點(diǎn)：輸出頻率太高，且不可調(diào)節(jié)。改進(jìn)的環(huán)形振蕩電路在G2的輸出端接入RC延遲環(huán)節(jié)T 2.2RC為了獲得較低的、可調(diào)的f ，可在環(huán)形回路中增加RC延時(shí)環(huán)節(jié)。10放電1接通VCC瞬間，C中無(wú)電荷，所以：9.4.3 利用施密特觸發(fā)電路構(gòu)成的多諧振蕩電路若是CMOS電路，T1= RC ln VDD -VDD -T=T1+T2 ；f =1/T；q =T1/TVT-VT+T2= RC ln 0 -0 -VT+VT-則：VI =0 VO=1VT+VT-4、電路改進(jìn)占空比可調(diào)電路如圖：1CUIUOR2R1+充電經(jīng)過(guò)R2 ，放電經(jīng)過(guò)R1 ，T1= R2C ln VDD-VT-VDD-VT+T2=