第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形

第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形內(nèi)容提要本章主要介紹矩形波的產(chǎn)生和整形電路。在矩形波產(chǎn)生電路中介紹幾種常用的多諧振蕩器－對稱式和非對稱多諧振蕩器、環(huán)形振蕩器以及用施密特觸發(fā)器和555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器等。此外對幾種不同類型的壓控振蕩器也做了介紹。在整形電路中，介紹了施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。本章也討論了最常用的555定時器及其所構(gòu)成的施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及多諧振蕩器的電路及工作原理。本章內(nèi)容10.1概述10.2施密特觸發(fā)器10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器10.4多諧振蕩器10.5555定時器及其應(yīng)用10.1概述一、產(chǎn)生矩形脈沖的途徑1.利用各種形式的多諧振蕩器電路；2.通過各種整形電路把已有的周期性變化波形變換成符合要求的矩形脈沖。二、矩形脈沖特性的描述通常的矩形脈沖波形如圖10.1.1所示。圖10.1.1圖10.1.1其中：10.1概述脈沖周期T：周期行重復(fù)的脈沖序列中，兩個相鄰脈沖之間的時間間隔。有時也用頻率f＝1/T表示單位時間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)脈沖幅度Vm：脈沖電壓的最大變化幅度。?上升時間tr：脈沖上升沿從0.1Vm上升到0.9Vm所需要的時間圖10.1.1?脈沖寬度tW：從脈沖前沿到達0.5Vm起，到脈沖后沿到達0.5Vm為止的一段時間。?下降時間tf：脈沖下降沿從0.9Vm下降到0.1Vm所需要的時間10.1概述占空比q：脈沖寬度與脈沖周期的比值，即q＝tw/T圖10.1.110.1概述注：在脈沖整型或產(chǎn)生電路用于數(shù)字系統(tǒng)時，有時對脈沖有些特殊要求，如脈沖周期和幅度的穩(wěn)定性等，這時需要另增加一些參數(shù)來描述脈沖。10.2施密特觸發(fā)器（SchmittTrigger）第一輸入信號從低電平上升的過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的輸入電平，與輸入信號從高電平下降過程中對應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同；第二在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。注：利用這兩個特點不僅能將邊沿變化緩慢地信號波形整形為邊沿陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形波脈沖高、低電平上的噪聲有效地清除。施密特觸發(fā)器時脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路，它具有下面兩個性能特點：10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器將兩極反相器串接起來，通過分壓電阻把輸出端的電壓反饋到輸入端就夠成施密特觸發(fā)器電路，其電路及其圖形符號如圖10.2.1所示。圖10.2.1設(shè)反相器G1和G2均為CMOS門，其閾值電壓為VTH＝VDD/2，輸出高低電平分別為VOH＝VDD，VOL＝0，且R1<R21.其工作原理10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器①當vI＝0時，vo1＝VOH，vo＝VOL≈0，此時G1門的輸入電壓為10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器②當vI從0逐漸升高到使得vA＝VTH時，反相器進入電壓傳輸特性的放大區(qū)（轉(zhuǎn)折區(qū)），故vA的增加，會引起下面的正反饋，即使電路迅速跳變到vo＝VOH≈VDD由疊加原理得10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器設(shè)施密特觸發(fā)器在輸入信號vI正向增加時的門檻電壓（閾值電壓）為VT＋，稱為正向閾值電壓，此時vo＝0，G1門的輸入電壓為當vA>VTH時，電路狀態(tài)維持在vo＝VOH＝VDD不變10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器③當vI從高電平VDD逐漸下降到vA＝VTH時，由于也存在正反饋，即使電路迅速跳變到vo＝VOL≈0此時施密特觸發(fā)器在vI下降時對應(yīng)輸出電壓由高電平轉(zhuǎn)為低電平時的輸入電壓為VT－，稱為負向閾值電壓，此時vo＝VDD，G1門的輸入電壓為10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器由于VTH＝VDD/2，故只要vI<VT-，vo≈0將VT＋和VT－之間的差值定義為回差電壓，用△VT表示，即10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性為圖10.2.2所示圖10.2.2施密特觸發(fā)器的兩個輸出電壓傳輸特性為圖10.2.3所示10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器圖10.2.3(a)是以vo做為輸出的，vo和vI同相位；而圖10.2.3(b)是以vA做為輸出的，vA和vI反相位。另通過調(diào)節(jié)R1和R2的比值，可調(diào)節(jié)VT＋、VT－和回差電壓△VT的大小。利用施密特觸發(fā)器可以將邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖2.施密特觸發(fā)器的主要特點：10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器輸入信號在上升和下降過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的輸入電平不同電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時有正反饋過程，使輸出波形邊沿變陡3.施密特觸發(fā)器的應(yīng)用(1)用于波形變換利用施密特觸發(fā)器將一系列幅度不同的脈沖信號，其中幅度大于正向閾值電壓的幅度鑒別出來。二、用于鑒幅10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器三、用于脈沖整形10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器在數(shù)字系統(tǒng)中，經(jīng)常出現(xiàn)干擾信號，使得信號波形變差，這樣可通過施密特觸發(fā)器整型獲得比較理想的波形。例10.2.1由CMOS反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器如圖10.2.2所示，設(shè)VTH＝3V，VDD＝6V，輸入電壓為峰－峰值6V的三角波。試畫出輸出電壓vo的波形，注明VT＋和VT－的大小，并求回差電壓△VT。10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器圖10.2.2解：閾值電壓為回差電壓為△VT＝VT＋－VT－

＝4.5-1.5=3V其輸出波形如圖10.2.3所示10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點：第一它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)；第二在外界觸發(fā)脈沖的作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，再自動返回穩(wěn)態(tài)；第三暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。應(yīng)用：脈沖整形、延時、定時等10.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常是靠RC電路的充放電過程來維持的，根據(jù)RC的電路不同接法，把單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分成微分型和積分型。一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖10.3.1是由CMOS門電路G1、G2和Rd、Cd微分電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖10.3.1設(shè)VOH≈VDD，VOL≈0，且CMOS門的轉(zhuǎn)折電壓為VTH≈VDD/2，a.無觸發(fā)信號時，電路處于穩(wěn)態(tài)，vo=010.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖10.3.1在穩(wěn)態(tài)下vI=0，vI2=VDD，故vo=0，vo1=VDD，電容C兩端無電壓，vc=0b.外加觸發(fā)信號時，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)當輸入信號vI加觸發(fā)脈沖時，在Rd、Cd組成的微分電路輸出端得到很窄的正負脈沖vd，如圖10.3.2波形所示。圖10.3.210.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器當vI上升，vd也隨之上升，當上升到VTH后，此時存在下列正反饋：圖10.3.2則vo1迅速跳變?yōu)榈碗娖?，由于電容電壓不能躍變，故vI2同時為低電平，使得輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，此時電路進入暫態(tài)，電容隨后開始充電暫態(tài)c.電容充電，電路由暫穩(wěn)態(tài)自動返回至穩(wěn)態(tài)10.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖10.3.2電源VDD通過R和G1門的輸出電路給電容C充電C充電電路10.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器隨著vI2的增加，當增加到vI2＝VTH，產(chǎn)生另一正反饋，即圖10.3.2此時vo1和vI2迅速跳變?yōu)楦唠娖剑娐否R上翻為穩(wěn)態(tài)，即vo＝010.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器此時電容C通過R和G2門的輸入保護電路很快放電，知道電容電壓為0，電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。圖10.3.2C放電電路C放電10.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的脈沖寬度為注：微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以用窄脈沖觸發(fā)，但輸出脈沖的下降沿較差。圖10.3.2二、積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖10.3.3為由TTL與非門、反相器及RC積分電路構(gòu)成的積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。用于正脈沖觸發(fā)。a.無觸發(fā)信號時，電路處于穩(wěn)態(tài)10.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖10.3.3當vI＝0時，輸出電壓vo＝VOH為高電平,vo1＝VOH，vo1通過R很快給電容C充電到vA＝VOH（R值比較?。゜.當有正脈沖輸入后，電路進入暫穩(wěn)態(tài)當vI由低電平轉(zhuǎn)為高電平時，vo1＝VOL。由于電容不能突變，vA仍保持高電平，使得輸出vo＝VOL為低電平，電路進入暫態(tài)過程，此時電容C放電C放電回路圖10.3.4其輸出波形如圖10.3.4所示10.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)暫態(tài)電容放電c.電容放電，電路回到穩(wěn)態(tài)隨著電容C的放電，vA下降到G2門的開啟電壓VTH時，輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，回到穩(wěn)定狀態(tài)（“1”）。當vI回到低電平后，vo1重新為低電平，并向電容C充電。輸出的脈沖寬度為10.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖10.3.4C放電回路微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出波形比較理想，前后沿比較陡，因為有正反饋存在，但抗干擾能力差；積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器抗干擾能力強，但輸出波形邊沿比較差，而且要求輸入觸發(fā)脈沖的寬度要大于輸出脈沖寬度。10.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器兩種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的比較：10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121是在普通微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的基礎(chǔ)上，附加了輸入控制電路和輸出緩沖電路，是TTL邏輯電路。其簡化邏輯電路如圖10.3.5所示。圖10.3.5其中：A1和A2為下降沿觸發(fā)端，此時B＝1，B為上升沿觸發(fā)端，此時A1和A2當中至少要有一個接低電平其圖形符號和功能表如圖10.3.6所示10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121)Cext和Rext為外接電容和外接電阻,通常Rext取值在2KΩ～30KΩ之間，Cext的取值在10pF～10μF之間，得到的脈沖寬度tW的范圍為20ns～200ms。10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121)輸出脈沖寬度可由下面公式計算：Rint為內(nèi)置電阻，可以代替外接電阻，但阻值不大，約為2KΩ。10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121)其典型外部連線方式如圖10.3.7所示10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121)（a）（b）圖10.3.7集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的典型外部連接方法（a）使用外接電阻（下降沿觸發(fā)）（b）使用內(nèi)部電阻（上升沿觸發(fā)）圖10.3.8為74121在觸發(fā)脈沖作用下的波形圖10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121)圖10.3.8目前使用的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復(fù)觸發(fā)型和重復(fù)觸發(fā)型兩種。其波形如圖10.3.9所示。10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121)**不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)后，再加入觸發(fā)脈沖也不會影響電路的工作工程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，它才能接受下一個觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。如圖6.3.8（a）所示。10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121)**可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電路被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)后，若再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個tW的脈沖寬度，如圖6.3.8(b）所示。**74121、74221、74LS221都屬于不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；而74122、74LS122、74123、74LS123等都屬于可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；有些還設(shè)有復(fù)位端，如74221、74122、74123等例10.3.1由集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121組成的電路如圖10.3.10所示，試定性畫出輸出端Q1和Q2的波形，并說明電路的功能。10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121)解：第一片的A1＝A2＝v

I，B＝Q

2，第二片的A1＝A2＝Q

1，B＝v

I10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121)當vI＝0時，第一片A1＝A2＝1，其輸出Q1＝0；第二片的B＝0，A1＝A2＝0，其輸出Q2＝0，Q2＝110.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121)當vI跳變?yōu)楦唠娖綍r，如圖10.3.11所示，則第一片的A1、A2出現(xiàn)下降沿，而B＝Q2＝1，故在Q1端輸出一個正脈沖。10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121)圖10.3.11而第二片B＝vI＝1，A1＝A2＝Q1，則在Q1的下降沿，Q2輸出正脈沖。而第一片的B＝Q2，則A1＝A2＝0，在Q2上升沿的作用下，Q1輸出一個正脈沖，電路不斷振蕩下去10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121)圖10.3.1110.4多諧振蕩器多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號，便能自動產(chǎn)生矩形波形。由于矩形波中含有高次諧波故把矩形波振蕩器叫做多諧振蕩器。10.4.1對稱式多諧振蕩器圖10.4.1為對稱式多諧振蕩器的典型電路。1.構(gòu)成：它是由兩個反相器G1、G2經(jīng)耦合電容C1、C2連接起來的正反饋電路。圖10.4.12.產(chǎn)生自激振蕩的條件：由圖10.4.2所示TTL反相器電壓傳輸特性可知，若靜態(tài)時G1和G2工作在轉(zhuǎn)折區(qū)或線性區(qū)，它們即工作在放大狀態(tài)，其電壓放大倍數(shù)為10.4.1對稱式多諧振蕩器為了產(chǎn)生自激振蕩，電路不能有穩(wěn)定狀態(tài)，即靜態(tài)（未振蕩）時應(yīng)是不穩(wěn)定的圖10.4.2此時只要輸入電壓有微小的波動，就會被正反饋回路放大而引起振蕩故為了使反相器工作在放大狀態(tài)，則要給它們設(shè)置適當?shù)钠秒妷海鋽?shù)值在高、低電平之間。這個偏置電壓可以由RF來設(shè)定。10.4.1對稱式多諧振蕩器由反相器的輸入電路（圖10.4.3)和疊加原理可得圖10.4.3在反相器的電壓傳輸特性上做出此直線，交點P即為反相器的靜態(tài)工作點，如圖10.4.2所示。計算標明，對于74系列的門電路而言，RF1的阻值應(yīng)取0.5KΩ～1.9KΩ。此式是輸出與輸入的線性關(guān)系方程。10.4.1對稱式多諧振蕩器圖10.4.23.工作情況分析假使當電路接通電源后，由于電沖擊，使得輸入有微小的正跳變，則由于下列正反饋：10.4.1對稱式多諧振蕩器此正反饋使得vo1迅速跳變?yōu)榈碗娖剑瑅o2翻轉(zhuǎn)成高電平，電路進入第一個暫穩(wěn)態(tài)。同時C1充電，而C2放電C1充電回路C2放電回路由于充電的速度比放電速度快，故vI2首先達到閾值電壓VTH，并有下面的正反饋：C1充電回路C2放電回路10.4.1對稱式多諧振蕩器vo2迅速跳變?yōu)榈碗娖剑鴙o1跳變?yōu)楦唠娖?，電路進入第二個暫穩(wěn)態(tài)，同時C1放電C2充電。由于電路對稱，過程與前相似，C2充電的速度比C1充電快，很快vI1首先達到閾值電壓VTH，使得vo1迅速跳變?yōu)榈碗娖?，而vo2跳變?yōu)楦唠娖剑只氐降谝粫悍€(wěn)態(tài)電路中各處的電壓波形如圖10.4.3所示。若取RF1=RF2＝RF，C1＝C2=C，則振蕩周期為10.4.1對稱式多諧振蕩器圖10.4.310.4.2非對稱式多諧振蕩器將對稱式多諧振蕩器的C1和RF2去掉，兩個反相器仍工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)上，輸出仍然沒有穩(wěn)定狀態(tài)。這就是非對稱式多諧振蕩器，其電路如圖10.4.5所示，反相器為CMOS門。1.自激振蕩的條件：若反相器為CMOS反相器，則為了使電路靜態(tài)不穩(wěn)定，工作點仍在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，且工作點恰好在轉(zhuǎn)折區(qū)的中點，對RF的選擇沒有嚴格限制。圖10.4.5

vo22.工作情況分析10.4.2非對稱式多諧振蕩器當vI1由于某種原因產(chǎn)生正跳變時，存在下面的正反饋這樣使得vo1迅速跳變?yōu)榈碗娖剑瑅o2跳變?yōu)楦唠娖?，電路進入第一暫穩(wěn)態(tài)，同時電容放電圖10.4.5

vo2電容放電電路10.4.2非對稱式多諧振蕩器隨著C放電，vI1下降，當vI1＝VTH時，產(chǎn)生下面正反饋圖10.4.5

vo2這樣使得vo1迅速跳變?yōu)楦唠娖?，vo2跳變?yōu)榈碗娖剑娐愤M入第二暫穩(wěn)態(tài)，同時電容充電，vI1增加，當升到閾值電壓VTH時，電路又迅速調(diào)到第一暫穩(wěn)態(tài)電容充電電路其各處波形如圖10.4.6所示其振蕩周期為其振蕩頻率為10.4.2非對稱式多諧振蕩器圖10.4.610.4.3環(huán)形振蕩器利用閉合回路中的正反饋作用可以產(chǎn)生自激振蕩，而利用閉合回路中的延遲負反饋作用也可以產(chǎn)生自激振蕩，但需要負反饋信號足夠強。環(huán)形振蕩器就是利用延遲負反饋產(chǎn)生振蕩的。它是利用門電路的傳輸延遲時間將奇數(shù)個反相器首尾相接而構(gòu)成的。1.最簡單的環(huán)形振蕩器電路如圖10.4.7所示。圖10.4.710.4.3環(huán)形振蕩器vI1由于某種原因產(chǎn)生一微小正跳變，則經(jīng)過G1門的傳輸時間tpd后，vI2產(chǎn)生幅度增大的負跳變，再經(jīng)過G2門的傳輸時間tpd后，vI3產(chǎn)生幅度增大的正跳變，再經(jīng)過G3門的傳輸時間tpd后，vo（vI1）產(chǎn)生幅度更大的負跳變，同理再經(jīng)過3tpd后vI1跳變?yōu)楦唠娖?。周而?fù)始，產(chǎn)生振蕩。工作原理：圖10.3.8輸出波形如圖10.3.8所示振蕩周期為其中tpd為反相器的傳輸延遲時間圖10.3.810.4.3環(huán)形振蕩器同理若將任何大于、等于3的奇數(shù)個反相器首尾相聯(lián)成環(huán)形電路，都你能產(chǎn)生自激振蕩，且周期為其中n為串聯(lián)反相器的個數(shù)改進電路如圖10.4.8所示，其中增加了RC積分環(huán)節(jié)，加大了第二節(jié)的延遲時間圖10.4.7所示的環(huán)形振蕩器電路雖然簡單，但由于門電路的傳輸時間很小，故振蕩頻率很高，頻率很難調(diào)節(jié)。10.4.3環(huán)形振蕩器2.實用的環(huán)形振蕩器圖10.4.7圖10.4.8但RC電路的充、放電的持續(xù)時間很短，為了獲取更大的延遲，將C的接地端改到G1的輸出端，如圖10.4.9所示圖10.4.810.4.3環(huán)形振蕩器圖10.4.9其中Rs為保護電阻各處的波形如圖10.4.9所示10.4.3環(huán)形振蕩器圖10.4.9其振蕩周期可由下式估算注：上式成立的條件應(yīng)滿足R1+RS>>R.，VOL≈0vo26.4.4用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路如圖10.4.10所示。其工作原理如下圖10.4.10其輸出波形如圖10.4.11所示其振蕩周期的計算公式為6.4.4用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器圖10.4.11圖10.4.10為了可調(diào)節(jié)占空比，電路可修改為圖10.4.12所示的電路。電容充電是通過R2進行，電容放電是通過R1進行，故只要改變R1和R2的比值即可改變占空比。6.4.4用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器圖10.4.1210.4.5石英晶體多諧振蕩器前面介紹的多諧振蕩器的振蕩周期或頻率不僅與時間常數(shù)RC有關(guān)，而且還取決于門電路的閾值電壓VTH。VTH容易受溫度、電源電壓及干擾的影響，故頻率的穩(wěn)定性很差，不能適應(yīng)對頻率穩(wěn)定性要求較高的場合。１９２２年美國卡第提出用石英壓電效應(yīng)調(diào)制電磁振蕩的頻率。巴黎廣播電臺首先用嚴濟慈制作的石英振蕩片實現(xiàn)了無線電播音中的穩(wěn)頻，隨后各國相繼采用，使無線廣播振蕩電磁回路穩(wěn)頻成為壓電晶體的最重要應(yīng)用之一。為了提高振蕩頻率的穩(wěn)定性，目前普遍采用的一種穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器電路中，接入石英晶體，組成石英晶體多諧振蕩器圖10.4.12給出了石英晶體的外形、符號和電抗頻率特性。10.4.5石英晶體多諧振蕩器圖10.4.12由電抗頻率特性可知，當外加電壓頻率為fo時，其阻抗最小，此頻率的信號最易通過，其他頻率被衰減，故振蕩器的工作再頻率fo處。圖10.4.13為對稱式石英晶體多諧振蕩器由于振蕩器的頻率只取決于石英晶體的固有頻率fo，與外接電容、電阻和門電路的閾值電壓無關(guān)，其固有頻率fo是由石英晶體本身特性決定，故石英晶體多諧振蕩器的頻率穩(wěn)定性極高，到達10-10～10-11。目前石英晶體已被制成標準化和系列化出售。10.4.5石英晶體多諧振蕩器圖10.4.1310.5.1555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能10.5555定時器555定時器是一種多用途的數(shù)字－模擬混合的集成電路。它可以很方便地構(gòu)成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。555定時器為雙極型產(chǎn)品，7555為CMOS型的產(chǎn)品，為了實際需求，又出現(xiàn)了雙極型556和CMOS型7556.盡管廠家不同，但各種；類型的555定時器的功能及外部引腳排列都是相同的。一、電路結(jié)構(gòu)圖10.5.1為國產(chǎn)雙極型定時器CB555的電路結(jié)構(gòu)圖它由電壓比較器（C1，C2）觸發(fā)器輸出緩沖器（G3，G4）OC輸出的三極管（TD）組成圖10.5.1其圖形符號和功能表如圖10.5.2所示10.5.1555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能2.各管腳的名稱和功能1－接地端2－低電平觸發(fā)端3－輸出端，輸出電流可達200mA，直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、揚聲器、指示燈等，輸出電壓約低于電源電壓1－3V。10.5.1555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能4－復(fù)位端，若此端輸入一負脈沖，而使觸發(fā)器直接復(fù)位。不用時加以高電平。5－電壓控制端，此端可外加一電壓以改變比較器的參考電壓，不用是可懸空或通過0.01μF的電容接地。10.5.1555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能8－電源端，可在5－18V范圍內(nèi)使用。6－高電平觸發(fā)端7－放電端，當觸發(fā)器的Q＝0時，TD導(dǎo)通，外接電容C通過此管放電。10.5.1555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能10.5.2用555定時器接成的施密特觸發(fā)器電路如圖10.5.3所示圖10.5.3其電壓傳輸特性如圖10.5.4所示。由圖可知，這是個典型的反相輸出的施密特觸發(fā)器。圖10.5.310.5.2用555定時器接成的施密特觸發(fā)器工作原理：10.5.2用555定時器接成的施密特觸發(fā)器圖10.5.3（1）當vI<VCC/3，Q=1（vo＝VOH），Q=0；當vI增加時，2VCC/3>vI>VCC/3，Q=1，Q=0，觸發(fā)器保持原態(tài)；當vI>2VCC/3時，Q=0（vo＝VOL），Q=1。圖10.5.310.5.2用555定時器接成的施密特觸發(fā)器（2）當vI>2VCC/3時，Q=0，Q=1；當vI減少時，2VCC/3>vI>VCC/3，Q=0，Q=1，觸發(fā)器保持原態(tài)；當vI減少到vI<VCC/3，Q=1（vo＝VOH），Q=0；故其正向閾值電壓為VT＋＝2VCC/3，負向閾值電壓為VT－＝VCC/3，故電路的回差電壓為△VT＝VCC/3。若改變回差電壓的大小，則可通過5腳外接電壓VCO來改變。圖10.5.310.5.2用555定時器接成的施密特觸發(fā)器10.4.3用555定時器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器其電路如圖10.5.5所示圖10.5.5R波形如圖10.5.6所示其工作