脈沖波形產(chǎn)生與整形

關(guān)于脈沖波形產(chǎn)生與整形第一頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三6.1概述一、脈沖信號(hào)脈沖是脈動(dòng)和短促的意思，凡是具有不連續(xù)波形的信號(hào)均可稱(chēng)為脈沖信號(hào)。廣義講，各種非正弦信號(hào)都是脈沖信號(hào)。(a)矩形波(b)方波(c)尖脈沖(d)鋸齒波第二頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三6.1概述在數(shù)字系統(tǒng)中常常需要用到各種幅度、寬度以及具有陡峭邊沿的矩形脈沖信號(hào)，如觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖（CP）。獲取這些脈沖信號(hào)的方法通常有兩種：①脈沖產(chǎn)生電路直接產(chǎn)生；②利用已有的周期信號(hào)整形、變換得到。脈沖整形、變換電路——單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器；脈沖產(chǎn)生電路——多諧振蕩器；多用途的定時(shí)電路——555定時(shí)器。第三頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三6.1概述二、脈沖信號(hào)的參數(shù)trtftWT0.9

Um0.5

Um0.1

UmUm矩形脈沖信號(hào)的主要參數(shù)脈沖幅度脈沖周期脈沖寬度上升時(shí)間下降時(shí)間占空比D－－脈沖寬度與脈沖周期的比值，D＝tW/T

。第四頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三6.1概述三、脈沖產(chǎn)生電路的暫態(tài)分析脈沖波形產(chǎn)生與整形電路多是由RC充放電電路構(gòu)成的。①開(kāi)關(guān)閉合的一瞬間，電容器上電壓不能突變，滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)定理UC(0+)=UC(0-)。②充電暫態(tài)過(guò)程結(jié)束后，流過(guò)電容器的電流iC(∞)為0，即電容器相當(dāng)于開(kāi)路。tMU(t)UTtU(∞)0U(0+)CCCUC(t)SUCR第五頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三④令uC(tW)=UT，則從暫態(tài)過(guò)程的起始值UC(0+)變到UT所經(jīng)歷的時(shí)間tW（脈沖寬度）可用下式計(jì)算：③電路的時(shí)間常數(shù)τ=RC，τ決定了暫態(tài)時(shí)間的長(zhǎng)短。根據(jù)三要素公式，可以得到電壓隨時(shí)間變化的方程為6.1概述tWU(t)UTtU(∞)0U(0+)CCC第六頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三6.2施密特觸發(fā)器主要用途：把變化緩慢的信號(hào)波形變換為邊沿陡峭的矩形波。

特點(diǎn)：

⑴電路有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。兩種穩(wěn)定狀態(tài)的維持和轉(zhuǎn)換完全取決于外加觸發(fā)信號(hào)。觸發(fā)方式：電平觸發(fā)。⑵電壓傳輸特性特殊，電路有兩個(gè)轉(zhuǎn)換電平（上限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT+和下限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT－）。⑶狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)有正反饋過(guò)程，從而輸出邊沿陡峭的矩形脈沖。

返回第七頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三6.2.1

用集成門(mén)電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器返回1.電路組成

兩個(gè)CMOS反相器，兩個(gè)分壓電阻。圖6-7用集成門(mén)電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（a）電路（b）邏輯符號(hào)第八頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.工作原理

（1）工作過(guò)程設(shè)CMOS反相器的閾值電壓UTH=VDD/2，輸入信號(hào)uI為三角波。怎樣確定UT+、UT－的值？第九頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三當(dāng)uI=0V時(shí)，G1截止、G2導(dǎo)通，輸出為UOL，即uO=0V。只要滿(mǎn)足uI1＜UTH，電路就會(huì)處于這種狀態(tài)（第一穩(wěn)態(tài)）。當(dāng)uI上升，使得uI1=UTH時(shí)，電路會(huì)產(chǎn)生如下正反饋過(guò)程：第十頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三電路會(huì)迅速轉(zhuǎn)換為G1導(dǎo)通、G2截止，輸出為UOH，即uO=VDD的狀態(tài)（第二穩(wěn)態(tài)）。此時(shí)的uI值稱(chēng)為施密特觸發(fā)器的上限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT+。顯然，uI繼續(xù)上升，電路的狀態(tài)不會(huì)改變。第十一頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三如果uI下降，uI1也會(huì)下降。當(dāng)uI1下降到UTH時(shí)，電路又會(huì)產(chǎn)生以下的正反饋過(guò)程：電路會(huì)迅速轉(zhuǎn)換為G1截止、G2導(dǎo)通、輸出為UOL的第一穩(wěn)態(tài)。此時(shí)的uI值稱(chēng)為施密特觸發(fā)器的下限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT－。uI再下降，電路將保持狀態(tài)不變。第十二頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（2）工作波形與電壓傳輸特性

施密特觸發(fā)器將三角波uI變換成矩形波uO。圖6-8施密特觸發(fā)器的工作波形及電壓傳輸特性（a）工作波形（b）電壓傳輸特性3.重要參數(shù)上限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT+

下限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT－

回差ΔUT=UT+－UT－（通常UT+＞UT－）改變R1和R2的大小可以改變回差ΔUT

第十三頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三集成施密特觸發(fā)器的UT+和UT－的具體數(shù)值可從集成電路手冊(cè)中查到。

如CT74132的UT+＝1.7V、UT－＝0.9V，所以，ΔUT＝UT+—UT－＝1.7V—0.9V＝0.8V。

6.2.2

集成施密特觸發(fā)器1.

施密特反相器

TTL的74LS14和CMOS的CC40106均為六施密特觸發(fā)的反相器。下面以CC40106為例說(shuō)明其功能。

返回第十四頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖6-9施密特觸發(fā)反相器(a)原理框圖(b)電壓傳輸特性(c)邏輯符號(hào)

為了提高電路的性能，電路在施密特觸發(fā)器的基礎(chǔ)上，增加了整形級(jí)和輸出級(jí)。

整形級(jí)可以使輸出波形的邊沿更加陡峭，

輸出級(jí)可以提高電路的負(fù)載能力。第十五頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.施密特觸發(fā)與非門(mén)電路

為了對(duì)輸入波形進(jìn)行整形，許多集成門(mén)電路采用了施密特觸發(fā)形式。比如CMOS的CC4093和TTL的74LS13就是施密特觸發(fā)的與非門(mén)電路。

圖6-10施密特觸發(fā)與非門(mén)的邏輯符號(hào)第十六頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.波形變換

將變化緩慢的波形變換成矩形波（如將三角波或正弦波變換成同周期的矩形波）。圖6-11波形變換

6.2.3

施密特觸發(fā)器的應(yīng)用返回第十七頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.脈沖整形

在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變，或者邊沿產(chǎn)生振蕩等。通過(guò)施密特觸發(fā)器整形，可以獲得比較理想的矩形脈沖波形。

圖6-12脈沖整形

波形畸變邊沿振蕩第十八頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三3．脈沖鑒幅

將一系列幅度各異的脈沖信號(hào)加到施密特觸發(fā)器的輸入端，只有那些幅度大于UT+的脈沖才會(huì)在輸出端產(chǎn)生輸出信號(hào)?？梢?jiàn)，施密特觸發(fā)器具有脈沖鑒幅能力。

圖6-13脈沖鑒幅第十九頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三4.構(gòu)成多諧振蕩器工作原理：電容上初始電壓為零，即uI＝0，則uO＝1，并經(jīng)R向C充電，當(dāng)充至uI＝U+時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝0。電容C又經(jīng)R進(jìn)行放電，當(dāng)放電至uI＝U-時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝1。第二十頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三工作特點(diǎn)：第一，它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)；第二，在外加脈沖作用下，觸發(fā)器能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；第三，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，將自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路本身的參數(shù)，與外加觸發(fā)信號(hào)無(wú)關(guān)。例：樓道的路燈。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第二十一頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三6.3.1用集成門(mén)電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器返回1.電路組成及工作原理

暫穩(wěn)態(tài)是靠RC電路的充放電過(guò)程來(lái)維持的。由于圖示電路的RC電路接成微分電路形式，故該電路又稱(chēng)為微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖6-14集成門(mén)電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第二十二頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（1）

輸入信號(hào)uI為0時(shí)，電路處于穩(wěn)態(tài)。

uI2=VDD，uO=UOL=0，uO1＝UOH=VDD。

（2）外加觸發(fā)信號(hào)，電路翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)uI產(chǎn)生正跳變時(shí)，uO1產(chǎn)生負(fù)跳變，經(jīng)過(guò)電容C耦合，使uI2產(chǎn)生負(fù)跳變，G2輸出uO產(chǎn)生正跳變；uO的正跳變反饋到G1輸入端，從而導(dǎo)致如下正反饋過(guò)程：

第二十三頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三使電路迅速變?yōu)镚1導(dǎo)通、G2截止的狀態(tài)，此時(shí)，電路處于uO1=UOL、uO=uO2=UOH的狀態(tài)。然而這一狀態(tài)是不能長(zhǎng)久保持的，故稱(chēng)為暫穩(wěn)態(tài)。

第二十四頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（3）電容C充電，電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。

在暫穩(wěn)態(tài)期間，VDD經(jīng)R對(duì)C充電，使uI2上升。當(dāng)uI2上升達(dá)到G2的UTH時(shí)，電路會(huì)發(fā)生如下正反饋過(guò)程：

第二十五頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三使電路迅速由暫穩(wěn)態(tài)返回穩(wěn)態(tài)，uO1=UOH、uO=uO2=UOL。從暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)之后，電容C將通過(guò)電阻R放電，使電容上的電壓恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的初始值。第二十六頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖6-15單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形第二十七頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.

主要參數(shù)

（1）輸出脈沖寬度tw

輸出脈沖寬度tw，就是暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間。根據(jù)uI2的波形可以計(jì)算出：

tw≈0.7RC（2）

恢復(fù)時(shí)間tre

暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電路需要一段時(shí)間恢復(fù)到初始狀態(tài)。一般，恢復(fù)時(shí)間tre為（3~5）放電時(shí)間常數(shù)（通常放電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于RC）。

第二十八頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三設(shè)觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間間隔為T(mén)，為了使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠正常工作，應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足T＞tw+tre的條件，即Tmin=tw+tre。因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最高工作頻率為fmax=1/Tmin=1/（tw+tre）

在使用微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時(shí)，輸入觸發(fā)脈沖uI的寬度tw1應(yīng)小于輸出脈沖的寬度tw，即tw1＜tw，否則電路不能正常工作。如出現(xiàn)tw1＞tw的情況時(shí)，可在觸發(fā)信號(hào)源uI和G1輸入端之間接入一個(gè)RC微分電路。3.

對(duì)輸入觸發(fā)脈沖寬度的要求

（3）最高工作頻率fmax（或最小工作周期Tmin）第二十九頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三6.3.2

集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用集成門(mén)電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雖然電路簡(jiǎn)單，但輸出脈沖寬度的穩(wěn)定性較差，調(diào)節(jié)范圍小，而且觸發(fā)方式單一。因此實(shí)際應(yīng)用中常采用集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。返回1.輸入脈沖觸發(fā)方式

上升沿觸發(fā)下降沿觸發(fā)

第三十頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.不可重復(fù)觸發(fā)型與可重復(fù)觸發(fā)型圖（a）為不可重復(fù)型觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器該電路在觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)期間如再次受到觸發(fā)，對(duì)原暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間沒(méi)有影響，輸出脈沖寬度tw仍從第一次觸發(fā)開(kāi)始計(jì)算。圖（b）為可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器該電路在觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)期間如再次被觸發(fā)，則輸出脈沖寬度可在此前暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的基礎(chǔ)上再展寬tw。因此，采用可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時(shí)能比較方便地得到持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的輸出脈沖寬度。第三十一頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三3.TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路74121的功能及其應(yīng)用

74121是一種不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它既可采用上升沿觸發(fā)，又可采用下降沿觸發(fā)，其內(nèi)部還設(shè)有定時(shí)電阻Rint(約為2kΩ)。

表6-174121電路的功能表

圖6-16

74121的電路符號(hào)觸發(fā)輸入端輸出端外接定時(shí)元件引腳內(nèi)部電阻引腳第三十二頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三功能：

（1）觸發(fā)方式：

第三十三頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖6-1774121應(yīng)用電路（2）定時(shí)元件接法：輸出脈沖uO的寬度：tw≈0.7RCext外接電容Cext一般取值范圍為10pF～10μF，在要求不高的情況下最大值可達(dá)1000μF。圖(a)：外接電阻R=Rext（1.4~40kΩ）。圖(b)：用內(nèi)部電阻R＝Rint(約為2kΩ)。第三十四頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三6.3.3

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用返回1.脈沖延時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要應(yīng)用是整形、定時(shí)和延時(shí)。圖6-18單穩(wěn)電路的延時(shí)作用

如果需要延遲脈沖的觸發(fā)時(shí)間，可利用單穩(wěn)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

uO的下降沿比uI的下降沿延遲了tw的時(shí)間。第三十五頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.脈沖定時(shí)

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠產(chǎn)生一定寬度tw的矩形脈沖，利用這個(gè)脈沖去控制某一電路，則可使它在tw時(shí)間內(nèi)動(dòng)作(或者不動(dòng)作)。

圖6-19脈沖定時(shí)第三十六頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三作業(yè)題P357—6.2P359—6.9返回第三十七頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

1．多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。

2．通過(guò)電容的充電和放電，使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，無(wú)需外觸發(fā)。

3．輸出周期性的矩形脈沖信號(hào)，由于含有豐富的諧波分量，故稱(chēng)作多諧振蕩器。6.4多諧振蕩器第三十八頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三6.4.1對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器返回1.電路組成由兩個(gè)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(shí)反相器工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，具有較強(qiáng)的放大能力，應(yīng)滿(mǎn)足ROFF＜RF＜RON的條件。

圖6-20對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器第三十九頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

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(huì)引起如下的正反饋過(guò)程

：

使uO1迅速跳變?yōu)榈碗娖健O2迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。此后，uO2的高電平對(duì)C1電容充電使uI2升高，電容C2放電使uI1降低。由于充電時(shí)間常數(shù)小于放電時(shí)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(guò)程：第四十頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三使uO2迅速跳變?yōu)榈碗娖健O1迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。此后，C1放電、C2充電，C2充電使uI1上升，會(huì)引起又一次正反饋過(guò)程，電路又回到第一暫穩(wěn)態(tài)。這樣，周而復(fù)始，電路不停地在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間振蕩，輸出端產(chǎn)生了矩形脈沖。

第四十一頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖6-21對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器的工作波形第四十二頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三3.

主要參數(shù)

矩形脈沖的振蕩周期為

T≈1.4RFC當(dāng)取RF＝1kΩ、C＝100pF～100μF時(shí)，則該電路的振蕩頻率可在幾赫到幾兆赫的范圍內(nèi)變化。第四十三頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三6.4.2

環(huán)形振蕩器返回1.最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器

圖6-22最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器(a)電路(b)工作波形

利用集成門(mén)電路的傳輸延遲時(shí)間，將奇數(shù)個(gè)反相器首尾相連便可構(gòu)成最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器。該電路沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)。

如此周而復(fù)始，便產(chǎn)生了自激振蕩。振蕩周期

T=6tpd。

第四十四頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.RC環(huán)形振蕩器

最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器構(gòu)成十分簡(jiǎn)單，但是并不實(shí)用。因?yàn)榧砷T(mén)電路的延遲時(shí)間tpd極短，而且振蕩周期不便調(diào)節(jié)。圖6-23

RC環(huán)形振蕩器

利用電容C的充放電，改變uI3的電平(因?yàn)镽S很小,在分析時(shí)往往忽略它。)來(lái)控制G3周期性的導(dǎo)通和截止，在輸出端產(chǎn)生矩形脈沖。RS是限流電阻（保護(hù)G3），通常選100Ω左右。增加RC延遲環(huán)節(jié)，即可組成RC環(huán)形振蕩器電路。

第四十五頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖6-24RC環(huán)形振蕩器的工作波形電路的振蕩周期為

T≈2.2RC

R不能選得太大（一般1kΩ左右），否則電路不能正常振蕩。

。

第四十六頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三3.CMOS反相器構(gòu)成的多諧振蕩器(非對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器）

R的選擇應(yīng)使G1工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)。此時(shí)，由于uO1即為uI2，G2也工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，若uI有正向擾動(dòng)，必然引起下述正反饋過(guò)程：

圖6-25CMOS反相器構(gòu)成的多諧振蕩器第四十七頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三使uO1迅速變成低電平，而uO2迅速變成高電平，電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。此時(shí)，電容C通過(guò)R放電，然后uO2向C反向充電。隨著電容C的的放電和反向充電，uI不斷下降，達(dá)到uI＝UTH時(shí)，電路又產(chǎn)生一次正反饋過(guò)程：

從而使uO1迅速變成高電平，uO2迅速變成低電平，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。此時(shí)，uO1通過(guò)R向電容C充電。

第四十八頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三隨著電容C的不斷充電，uI不斷上升，當(dāng)uI≥UTH時(shí)，電路又迅速跳變?yōu)榈谝粫悍€(wěn)態(tài)。如此周而復(fù)始，電路不停地在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換，電路將輸出矩形波。振蕩周期為

T＝2.2RC圖6-26

CMOS反相器構(gòu)成多諧振蕩器的工作波形第四十九頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三6.4.3

石英晶體振蕩器返回前面介紹的多諧振蕩器的一個(gè)共同特點(diǎn)就是振蕩頻率不穩(wěn)定，容易受溫度、電源電壓波動(dòng)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(hào)常用作時(shí)鐘信號(hào)來(lái)控制和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。因此，控制信號(hào)頻率不穩(wěn)定會(huì)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(mǎn)足要求的，必須采用頻率穩(wěn)定度很高的石英晶體多諧振蕩器。第五十頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三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(dāng)振蕩信號(hào)的頻率和石英晶體的固有諧振頻率fo相同時(shí)，石英晶體呈現(xiàn)很低的阻抗，信號(hào)很容易通過(guò)，而其它頻率的信號(hào)則被衰減掉。第五十一頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三因此，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(shí)，振蕩頻率只取決于石英晶體的固有諧振頻率fo，而與RC無(wú)關(guān)。圖6-27石英晶體振蕩器電路在對(duì)稱(chēng)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(gè)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。

第五十二頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三目前，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)定度很高，所以走時(shí)很準(zhǔn)。通常選用振蕩頻率為32768HZ的石英晶體諧振器，因?yàn)?2768＝215，將32768HZ經(jīng)過(guò)15次二分頻，即可得到1HZ的時(shí)鐘脈沖作為計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。第五十三頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三作業(yè)題P360—6.14返回第五十四頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三為數(shù)字—模擬混合集成電路。可產(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個(gè)5KΩ的電阻分壓器，故稱(chēng)555。在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。6.5555定時(shí)器及其應(yīng)用第五十五頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三各公司生產(chǎn)的555定時(shí)器的邏輯功能與外引線排列都完全相同。

雙極型產(chǎn)品CMOS產(chǎn)品單555型號(hào)的最后幾位數(shù)碼5557555雙555型號(hào)的最后幾位數(shù)碼5567556優(yōu)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)能力較大低功耗、高輸入阻抗電源電壓工作范圍5~16V3~18V負(fù)載電流可達(dá)200mA可達(dá)4mA第五十六頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三6.5.1555定時(shí)器返回1.電路組成圖6-28555定時(shí)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緩沖器第五十七頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（1）

電阻分壓器由3個(gè)5kΩ的電阻R組成，為電壓比較器C1和C2提供基準(zhǔn)電壓。第五十八頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（2）

電壓比較器

C1和C2。當(dāng)U＋＞U－時(shí)，

UC輸出高電平，反之則輸出低電平。

第五十九頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

CO為控制電壓輸入端。當(dāng)CO懸空時(shí)，UR1＝2/3VCC，UR2＝1/3VCC。當(dāng)CO＝UCO時(shí)，UR1＝UCO，UR2＝1/2UCO

第六十頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

TH稱(chēng)為高觸發(fā)端，TR稱(chēng)為低觸發(fā)端。

第六十一頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（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(shí)，必須使R處于高電平。

第六十二頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（4）

放電管T

T是集電極開(kāi)路的三極管。相當(dāng)于一個(gè)受控電子開(kāi)關(guān)。

輸出為0時(shí)，T導(dǎo)通，輸出為1時(shí)，T截止。第六十三頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（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。第六十四頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

2.工作原理

TH接至反相輸入端，當(dāng)TH＞UR1時(shí)，UC1輸出低電平，使觸發(fā)器置0，故稱(chēng)為高觸發(fā)端（有效時(shí)置0）；

TR接至同相輸入端，當(dāng)TR＜UR2時(shí)，UC2輸出低電平，使觸發(fā)器置1，故稱(chēng)為低觸發(fā)端（有效時(shí)置1）。

表6-2555定時(shí)器的功能表第六十五頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三6.5.2

555定時(shí)器的應(yīng)用舉例返回1.

構(gòu)成施密特觸發(fā)器

思考：施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)？回差特性：上升過(guò)程和下降過(guò)程有不同的轉(zhuǎn)換電平UT＋和UT－。

如何與555定時(shí)器發(fā)生聯(lián)系？

內(nèi)部比較器有兩個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓UR1和UR2。第六十六頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.

構(gòu)成施密特觸發(fā)器

圖6-29555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（a）電路（b）工作波形如果在UIC加上控制電壓，則可以改變電路的UT+和UT－。第六十七頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

（1）得到負(fù)脈沖

外觸發(fā)：使高觸發(fā)置0端TH有效→暫穩(wěn)態(tài)0自動(dòng)返回：通過(guò)電容C的充放電使低觸發(fā)置1端TR有效→穩(wěn)態(tài)1

思路：外觸發(fā)→自動(dòng)返回

（2）得到正脈沖外觸發(fā)：使低觸發(fā)置1端TR有效→暫穩(wěn)態(tài)1

自動(dòng)返回：通過(guò)電容C的充放電使高觸發(fā)置0端TH有效→穩(wěn)態(tài)0第六十八頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖6-30555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（a）電路（b）工作波形工作原理：穩(wěn)態(tài)為0低觸發(fā)有效置1T截止，C充電自動(dòng)高觸發(fā)返0提高基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定性的濾波電容輸出脈沖的寬度tw≈1.1RC。當(dāng)觸發(fā)脈沖uI為高電平時(shí)，VCC通過(guò)R對(duì)C充電，當(dāng)TH=uC≥2/3VCC時(shí)，高觸發(fā)端TH有效置0；此時(shí)，放電管導(dǎo)通，C放電，TH=uC=0。穩(wěn)態(tài)為0狀態(tài)。此時(shí)放電管T截止，VCC通過(guò)R對(duì)C充電。當(dāng)TH=uC≥2/3VCC時(shí)，使高觸發(fā)端TH有效，置0狀態(tài)，電路自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)，此時(shí)放電管T導(dǎo)通。電路返回穩(wěn)態(tài)后，C通過(guò)導(dǎo)通的放電管T放電，使電路迅速恢復(fù)到初始狀態(tài)。第六十九頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三工作原理：當(dāng)觸發(fā)脈沖uI下降沿到來(lái)時(shí)，低觸發(fā)端TR有效置1狀態(tài)，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)觸發(fā)脈沖uI為高電平時(shí)，VCC通過(guò)R對(duì)C充電，當(dāng)TH=uC≥2/3VCC時(shí)，高觸發(fā)端TH有效置0；此時(shí)，放電管導(dǎo)通，C放電，TH=uC=0。穩(wěn)態(tài)為0狀態(tài)。此時(shí)放電管T截止，VCC通過(guò)R對(duì)C充電。當(dāng)TH=uC≥2/3VCC時(shí)，使高觸發(fā)端TH有效，置0狀態(tài)，電路自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)，此時(shí)放電管T導(dǎo)通。電路返回穩(wěn)態(tài)后，C通過(guò)導(dǎo)通的放電管T放電，使電路迅速恢復(fù)到初始狀態(tài)。第七十頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三3.構(gòu)成多諧振蕩器

設(shè)計(jì)思想：是無(wú)穩(wěn)態(tài)電路，兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)不斷地交替。利用放電管T作為一個(gè)受控電子開(kāi)關(guān)，使電容充電、放電而改變TH=TR，則交替置0、置1。

圖6-29555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器（a）電路（b）工作波形電容C充電τ充=(R1+R2)C電容C放電τ放=R2C振蕩器輸出脈沖uO的工作周期為：

T≈0.7(R1+2R2)C第七十一頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三返回本章介紹了各種產(chǎn)生和變換矩形脈沖的電路。

施密特觸發(fā)器有兩種穩(wěn)態(tài)，但狀態(tài)的維持與翻轉(zhuǎn)受輸入信號(hào)電平的控制，所以輸出脈沖的寬度是由輸入信號(hào)決定的。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)，在外加觸發(fā)脈沖作用下，能夠從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)。但暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間取決于電路內(nèi)部的元件參數(shù)，與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)。因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以用于產(chǎn)生脈寬固定的矩形脈沖波形。本章小結(jié)第七十二頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，是由電路內(nèi)部電容的充、放電作用自動(dòng)進(jìn)行的，所以它不需要外加觸發(fā)信號(hào)，只要接通電源就能自動(dòng)產(chǎn)生矩形脈沖信號(hào)。

555定時(shí)器是一種用途很廣的集成電路，除了能構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器以外，還可以接成各種應(yīng)用電路。讀者可參閱有關(guān)書(shū)籍自行設(shè)計(jì)出所需的電路。

第七十三頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三作業(yè)題P361—6.24P361—6.31返回第七十四頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三為數(shù)字—模擬混合集成電路?？僧a(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個(gè)5KΩ的電阻分壓器，故稱(chēng)555。在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。6.5555定時(shí)器及其應(yīng)用第七十五頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三R=5kΩ2/3VDD1/3VDD

555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及邏輯符號(hào)555定時(shí)器的工作原理

基本RS觸發(fā)器比較器①③⑤④⑥⑦⑧②RDVDDDiscVCOvSGNDQvR555第七十六頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

555定時(shí)器的功能表555定時(shí)器的工作原理

－+C1R2/3VDDvR⑥－+C2S1/3VDDvS②

輸入

輸出RSQN1××0

導(dǎo)通

011

截止

100

導(dǎo)通

00不變不變

×

×＜2/3VDD＜1/3VDD＞2/3VDD＞1/3VDD＜2/3VDD＞1/3VDD＞2/3VDD＜1/3VDD

0

1

1

1

1

111

截止RDvRvS第七十七頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三用555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

電路結(jié)構(gòu)第七十八頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三－+C1R2/3VDDvI⑥－+C2S1/3VDDvI

②2/3VDD1/3VDDvI0tvO0t（1）當(dāng)vI＜1/3VDD時(shí)，R=0，S=1，Q=1，vO=1；（2）當(dāng)1/3VDD＜vI＜2/3VDD時(shí)，R=0，S=0，Q=1，vO=1；（3）當(dāng)vI＞2/3VDD時(shí)，R=1，S=0，Q=0，vO=0；（4）當(dāng)1/3VDD＜vI＜2/3VDD時(shí)，R=0，S=0，Q=0，vO=0；（5）當(dāng)vI＜1/3VDD時(shí)，R=0，S=1，Q=1，vO=1；原理分析用555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

第七十九頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三主要參數(shù)用555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

1.閥值電平VT+=2/3VDDVT-=1/3VDD2.回差電壓=VT+－VT-=1/3VDD第八十頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三用555構(gòu)成的多諧振蕩器電路結(jié)構(gòu)（教材P148）第八十一頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三用555構(gòu)成的多諧振蕩器工作原理－+C1R2/3VDDvC⑥－+C2S1/3VDDvC②1.上電時(shí)，vC=0，得R=0，S=1，Q=1，N1管截止,vO=1。3.當(dāng)vC

＞2/3VDD時(shí)，R=1，S=0，基本RS觸發(fā)器被置0，Q=0，N1管導(dǎo)通，vO=0。2.當(dāng)VDD通過(guò)R1、R2向C充電，vC

逐漸上升;第八十二頁(yè)，共九十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三用555構(gòu)成的多諧振蕩器工作原理（續(xù)）－+C1R2/3VDDvC⑥－+C2S1/3VDDvC②5.當(dāng)vC下降到vC

＜1/3VDD時(shí)，R=0，S=1，RS觸發(fā)器置成1態(tài)，Q=1，T1管截止，vO=1。對(duì)電容C充電又重新開(kāi)始。4.電容C將通過(guò)R2和N1管放電，vC逐漸下降；第八十三頁(yè)，共