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1、第七章第七章 脉冲波形的脉冲波形的 产生与整形产生与整形 7.1 概述概述 7.2 555 555定时器定时器7.3 单稳态触发器单稳态触发器 7.4 施施密特触发器密特触发器7.5 多谐振荡器多谐振荡器2024/7/311GUET School of Information & Communications7.1 7.1 概述概述一、脉冲信号一、脉冲信号 脉冲是脉冲是脉动脉动和和短促短促的意思，凡是具有的意思，凡是具有不连续波形不连续波形的信号均的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦信号非正弦信号都是脉冲信号。都是脉冲信号。(a)(a)矩形波矩形波(b)(b)
2、方波方波(c)(c)尖脉冲尖脉冲(d)(d)锯齿波锯齿波2024/7/312GUET School of Information & Communications 在在数数字字系系统统中中常常常常需需要要用用到到各各种种幅幅度度、宽宽度度以以及及具具有有陡陡峭边沿的矩形脉冲信号峭边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（，如触发器的时钟脉冲（CPCP）。）。获取这些脉冲信号的方法通常有两种：获取这些脉冲信号的方法通常有两种： 脉冲产生电路直接产生；脉冲产生电路直接产生； 利用已有的周期信号整形、变换得到。利用已有的周期信号整形、变换得到。脉冲整形、变换电路脉冲整形、变换电路单稳态触发器单稳态触发
3、器 施密特触发器施密特触发器；脉冲产生电路脉冲产生电路多谐振荡器；多谐振荡器；多用途的定时电路多用途的定时电路555定时器定时器。2024/7/313GUET School of Information & Communications二、脉冲信号的参数二、脉冲信号的参数trtftWT0.9 Um0.5 Um0.1 UmUm矩形脉冲信号的主要参数矩形脉冲信号的主要参数 脉脉冲冲幅幅度度 脉冲周期脉冲周期脉冲宽度脉冲宽度上升时间上升时间下降时间下降时间占空比占空比q q脉冲宽度与脉冲周期的比值，脉冲宽度与脉冲周期的比值，q qt tW W/T/T 。2024/7/314GUET School o
4、f Information & Communications三、脉冲产生电路的暂态分析三、脉冲产生电路的暂态分析脉冲波形产生与整形电路多是由脉冲波形产生与整形电路多是由RCRC充放电电路充放电电路构成的。构成的。 开开关关闭闭合合的的一一瞬瞬间间，电电容容器器上上电电压压不不能能突突变变，满满足足开开关关定定理理U UC C(0(0+ +)=)=U UC C(0(0- -) )。 充充电电暂暂态态过过程程结结束束后后，流流过过电电容容器器的的电电流流i iC C()()为为0 0，即即电电容容器相当于开路器相当于开路。tMU (t)UTtU ()0U (0+)CCCUC(t)SUCR2024/
5、7/315GUET School of Information & Communications令令u uC C(t(tW W)=U)=UT T，则则从从暂暂态态过过程程的的起起始始值值U UC C(0(0+ +) )变变到到U UT T所所经经历历的时间的时间t tW W（脉冲宽度）可用下式计算：（脉冲宽度）可用下式计算： 电电路路的的时时间间常常数数= =RCRC，决决定定了了暂暂态态时时间间的的长长短短。根根据据三要素公式三要素公式，可以得到电压随时间变化的方程为，可以得到电压随时间变化的方程为 tWU (t)UTtU ()0U (0+)CCC2024/7/316GUET School
6、of Information & Communications7.2 5557.2 555定时器定时器 555电路又称为电路又称为集成定时器集成定时器。555555定时器是一种多用途的定时器是一种多用途的数字数字模拟混合集成电路模拟混合集成电路，可以方便地构成单稳态触发器，可以方便地构成单稳态触发器，施密特触发器和多谐振荡器。施密特触发器和多谐振荡器。 1972年由年由Signetics公司推出。既有双极型产品，也有公司推出。既有双极型产品，也有MOS型产品。双极型产品型号的最后型产品。双极型产品型号的最后3位数码是位数码是555，单极型最，单极型最后数字是后数字是7555如：如：CB555
7、是国产双极型电路；是国产双极型电路；CH7555是是CMOS型电路。型电路。2024/7/317GUET School of Information & Communications一、一、555555定时器的电路结构定时器的电路结构TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT7UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu12348765地2oRDUCC放电端6UCO555uuu双极型双极型555电路电路CMOS型型555电路电路电源电电源电压范围压范围最大负最大负载电流载电流516V318V200mA4mA电压比较器，电压比较器，若若u+u-，则输出为
8、，则输出为高电平，反之输出高电平，反之输出为低电平。为低电平。基本触发器基本触发器清零端：清零端：0有效有效输出缓冲器，起输出缓冲器，起整形和提高负载整形和提高负载的作用。的作用。2024/7/318GUET School of Information & CommunicationsTRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu1.1.分压器分压器电压控制端电压控制端5 5脚悬空时，脚悬空时， ， ；5 5脚外接控制电压脚外接控制电压U UCOCO时，时， 。注：注：当当5 5脚不加控制电压时，通常经过一个脚
9、不加控制电压时，通常经过一个0.010.01 F F的电容接地的电容接地，以抑制干扰。以抑制干扰。2024/7/319GUET School of Information & CommunicationsTRC1 1UR15k5kC2 25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu2.2.电压比较器电压比较器U U+ +U U- -时，时，C Ci i1 1；U U+ +U U- -时，时，C Ci i0 0。 阈值输入端阈值输入端触发输入端触发输入端3.3.基本基本RSRS触发器触发器R SR Su u0 00 00 01(1(约束
10、）约束）0 10 10 01 01 01 11 11 1保持保持异步清零端异步清零端2024/7/3110GUET School of Information & CommunicationsTRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端放电端uu4.4.放电三极管放电三极管VTVT是一个是一个集电极开路集电极开路的放电三极管。的放电三极管。当当u uO O0 0时，时，VTVT导通；导通；当当u uO O1 1时，时，VTVT截止。截止。 2024/7/3111GUET School of Information
11、 & Communications二、二、555555定时器的功能定时器的功能TRC1 1UR15k5kC2 25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu5 5脚不外接控制电压。脚不外接控制电压。 定时器的主要功能取决于两个比较器输出对定时器的主要功能取决于两个比较器输出对RSRS触发器和放触发器和放电管电管VTVT状态的控制。状态的控制。2024/7/3112GUET School of Information & Communications不不不不变变变变不不不不变变变变1 1 1 1导导导导通通通通0 0 0 0 1 1 1
12、 1截截截截止止止止1 1 1 1 1 1 1 1导导导导通通通通0 0 0 0 0 0 0 0V VT Tu uOOu u2 2u u6 6输输输输出出出出输输输输入入入入555555定时器功能表定时器功能表5 5脚不接控制电压脚不接控制电压: :TRC1 1UR15k5kC2 25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH )5()6217oRD2放电端uu RD TH TR TD状态状态低低导通导通1低低导通导通1导通导通低低（不变）（不变）高高截止截止11高高截止截止 （不变）（不变）uCOuCO 2当在当在uCO端外接控端外接控制电压时，阈值电制电压时，阈值
13、电压将变化：压将变化：变为变为uCO;变为变为uCO/2。随着随着TH端和端和TR端的电压不同，端的电压不同，其工作状态将发生变化：其工作状态将发生变化：02024/7/3113GUET School of Information & CommunicationsTHTR23VCC23VCC13VCC13VCC23VCC13VCCu01保 持表表2 RD =1时的表时的表1由表2可得如下口诀：大于、大于、出0；小于、小于、出1；小于、大于、保持2024/7/3114GUET School of Information & Communications7.3 7.3 施密特触发器施密特触发器一、
14、一、555555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器1.1.电路结构和逻辑符号电路结构和逻辑符号UIUO+VCC123456785550.01uF2024/7/3115GUET School of Information & Communications2.2.工作原理工作原理UITH TRUO23VCC23VCC13VCC13VCC23VCC 23 VCC01013VCC13VCC1tUItUO13VCC 23VCC 电压波形电压波形演示演示2024/7/3116GUET School of Information & Communications施密特触发器是一种施密特触发器是
15、一种施密特触发器是一种施密特触发器是一种常用的常用的常用的常用的脉冲信号整形脉冲信号整形脉冲信号整形脉冲信号整形电路电路电路电路。工作特性：工作特性：3.3.工作特性工作特性tUItUO13VCC 23VCC 1、电平触发：、电平触发：触发信号UI可以是变化缓慢的模拟信号， UI达某一电平值时，输出电压U0突变。 U0为脉冲信号。 2、电压滞后传输：电压滞后传输：输入信号UI从低电平上升过程中，电路状态转换时对应的输入电平，与UI 从高电平下降过程中电路状态转换时对应的输入电平不同。 利用上述两个特点，施密特触发器不仅能将边沿缓慢变化利用上述两个特点，施密特触发器不仅能将边沿缓慢变化的信号波形
16、整形为边沿陡峭的矩形波，还可以将叠加在矩形脉的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，还可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。冲高、低电平上的噪声有效地清除。2024/7/3117GUET School of Information & CommunicationstUItUO13VCC 23VCC uo0UU+uI电电压压传传输输特特性性输入信号输入信号上升上升时对应的转换电平时对应的转换电平U U+ + ，称为，称为正向正向阈值电压；阈值电压；输入信号输入信号下降下降时对应的转换电平时对应的转换电平U U ，称为，称为负向负向阈值电压；阈值电压；差值差值U UU U+ +U U- -，
17、称为回差电压。，称为回差电压。正向阈值电压U+负向阈值电压U U2024/7/3118GUET School of Information & CommunicationsUO1UIUIUO11R2R1G1G2二、二、 用门电路构成用门电路构成施密特触发器施密特触发器1、构成、构成UIUO1UO说 明UI =00010同相施密特触发器 UI上升过程中U+U-VTH010110U-VTH=U-=VTHG1、G2门将要翻转UO突变1UI（用CMOS非门）= = = = 2、工作原理、工作原理U+VTH0110U-= 电路中电流流向和电位情况见图。2024/7/3121GUET School of
18、Information & Communications、求、求UUOL1UI，G1R1R2UIG21UO在UI从最大值开始下降时，UO=UOH。UOHVTH U 从求从求UI ,入手求入手求U ：UI , = UTH = UOH UR2 =U =R2R1+R2VTH R2R1UOHR2R1+R2 UOH （UOH VT ）又：故：UOH = VDD； VTH = VDD12 U =（1 ）VTHR1R2电路中电流流向和电位情况见图。在UI U+ ， UI , VTH ，G1、G2 门要翻转前的瞬间，= = 2024/7/3122GUET School of Information & Com
19、munications5、电压传输特性、电压传输特性 UI =0时，UO=UOL 是同相施密特特性UIUOVDDVTH2 VTHR1R2、求回差电压、求回差电压UU =U+ - U =2 VTH R1R2=R1R2VDD当VDD一定时，调R1、R2 ，可调UT ，即可调U+ U，可调UO脉宽。6、逻辑符号、逻辑符号11&1UU+2024/7/3123GUET School of Information & Communications三、施密特触发器的应用三、施密特触发器的应用1.1.波形变换波形变换 施密特触发器可以将施密特触发器可以将边沿变化缓慢边沿变化缓慢的周期性信号变换的周期性信号变换
20、成边沿陡峭的成边沿陡峭的矩形脉冲矩形脉冲信号。信号。例：已知UI为半波，UI m= 9V，电路的U+ =6V， U-=3VUOH =VDD，试画UO波形。963U+U-VDDVDD11UI（V）totUOotUOo2024/7/3124GUET School of Information & Communications2.2.波形整形波形整形 施密特触发器可以将施密特触发器可以将不规则的波形整形为矩形波不规则的波形整形为矩形波。若。若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。回差电压回差电压是由是由5脚接入的控制电压脚接入的控制电压UCO来控制的。来
21、控制的。UItOUOtOU+U-1UItOUOtOU+U-2024/7/3125GUET School of Information & Communications 从从一一系系列列幅幅度度不不同同的的脉脉冲冲信信号号中中选选出出幅幅度度大大于于正正向向阈值电压阈值电压U U+ +的输入脉冲的输入脉冲， 即对幅度进行鉴别。即对幅度进行鉴别。 3.3.幅度鉴别幅度鉴别UItOUOtOU+U-12024/7/3126GUET School of Information & Communications一、一、555555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器48762315uCCuou
22、IRUCC0.01F5555 5脚经过脚经过0.010.01 F F电容接地，容接地，则 ， 。7.4 7.4 单稳态触发器单稳态触发器2024/7/3127GUET School of Information & CommunicationsUO+VCC123456785550.01uFRCUI+-2、工作原理、工作原理U2 = UI ，和 比较；13VCCU6 = UC，和 比较。23VCC要求触发信号为负的窄脉冲CUCU6（UC）U2（UI）UO（Q）TD说 明充电=23VCC23VCC13VCC0导通 稳态：UO =0放电= 023VCC13VCC保 持接通VCC 不触发UI=1023
23、VCC13VCC23VCC13VCC0导通 返回：UO =0放电= 023VCC13VCC保 持UI =1无电荷触发演示演示2024/7/3128GUET School of Information & Communications总之：不触发，UO=0；UO=1维持一段时间又返回UO=0充电回路：VCC+RC VCC- -（充电慢）放电回路：C+ TD C - -（放电快）3、电压波形、电压波形tUITW23VCC tUOtUCTWRC ln VCC-02VCC -3VCC TWRC ln3 = 1.1RC触发, UO=1注意：第二次触发必须在第一次触发稳定之后进行。注意：第二次触发必须在第
24、一次触发稳定之后进行。2024/7/3129GUET School of Information & Communications4、工作特性：、工作特性：tUITW23VCC tUOtUC 它有它有稳态稳态和和暂稳态暂稳态两个不同的工作状态；两个不同的工作状态； 在在外界触发脉冲外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，电路能稳态维持一段时间以后，电路能自动返回稳态自动返回稳态； 暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参数，与外界触发脉冲无关。身参数，与外界触发脉冲无关。稳
25、态暂稳态触发脉冲2024/7/3130GUET School of Information & Communications三、微分型单稳态触发器三、微分型单稳态触发器1、组成、组成（用CMOS或非门）2、工作原理、工作原理（用正窄脉冲触发）UI UO1UI2UO说 明接通VDD不触发VDDUOL00110稳态：UO=0C中无电荷触发1001暂态：UO=1C充电UI2=VTH000110返回稳态：UO=0C放电UI2=VDD000110恢复为起始稳态 C中无电荷中无电荷注释：此时的逻辑电平“1”，对应的电位为（VDD+0.7）V。UIUO1UI2UOUI，11VDDCRG1G2UI，2024/
26、7/3131GUET School of Information & Communications总之：总之：不触发：UO=0，C中无电荷触发：UO=1C充电：返回 UO=0C放电：恢复为起始稳态，放电：恢复为起始稳态，UO=0， C中无电荷中无电荷3、电压波形、电压波形tUIVTHtUO1tUI2tUO* 为了保证触发时间极短，通常在UI端加RC微分电路：1G1UO1CdRdUIUdtUItUdtUOVDD+0.7注意；第二次触发必须在第一次触发稳定之后进行。 电压波形2024/7/3132GUET School of Information & Communications4、输出脉宽、输
27、出脉宽 TW 和幅度和幅度 UOmVTHtUI2tUOTW根据一阶RC电路暂态过程中，求任意变量的一般公式：可得：tA(t)=A()+()+ A(0(0+ +)-)-A()() e A() - A() -t =ln 从波形图中看出，TW是C充电使UI2从0上升到VTH对应的时间，UI2()=VDD , UI2(0+)=0,12UI2(TW)=VTH = VDD ,RCTW = RC ln1VDD - 0VDD - VDD2Uom = UOH -UOL VDD1）求）求TW2）求）求Uom= RC ln2 A(0+)A(t)所以：= 0.69 RC2024/7/3133GUET School o
28、f Information & Communications5、分辨时间、分辨时间 TdTd是指在保证电路正常工作的前提下，两个相邻触发脉冲之间，允许的最小时间间隔。VTHtUI2tUOTWTreTd由波形图知： Td = TW + TreTW：输出脉冲的宽度 Tre ：恢复时间，即 C放电达稳定值VDD所需的时间 T放。RO ND1G2G1R- +VDDC由放电回路知：由放电回路知：放电回路（D1是G2 门输入保护电路中的二极管。）Tre =T放= (35)(RON +R/rD)C当D1的等效电阻rD远远小于RON 和R时，Tre =T放 (35)RON C2024/7/3134GUET S
29、chool of Information & Communications四、积分型单稳态触发器四、积分型单稳态触发器1、组成、组成可用TTL与非门组成，门之间用RC积分电路耦合。UAUBUO1UOUI2、工作原理、工作原理（用正的宽脉冲触发）UI UAUBUO说 明接通VCC不触发10VCC01自然稳态：UO=1触发10VCC10暂稳态：UO=01返回稳态：UO=1C放电UAVTH恢复为自然稳态101不触发10VCC01UO=1RCG1G2&UO12024/7/3135GUET School of Information & Communications3、电压波形、电压波形tUItUO1t
30、UAtUOVTHTTRTreTw4、输出脉宽、输出脉宽 TW 和幅度和幅度 UOmTW RC lnVOL - UOHVOL - VTHUom = UOH -UOL5、分辨时间、分辨时间 TdTd由波形图知：由波形图知： Td = TTR + TreTTR ：触发脉冲的宽度Tre ：恢复时间，即 UO1跳到UOH后，C充电达稳定值所需的时间 T充。+-CRUOHRO+VCCG1UA由充电回路知：由充电回路知：充电回路Tre =T充 = (35)(RO+R)C2024/7/3136GUET School of Information & Communications五、单稳态触发器的应用五、单稳态
31、触发器的应用1.1.脉冲整形脉冲整形IutWOu 单稳态触发器能够把输入的单稳态触发器能够把输入的不规则不规则脉冲信号脉冲信号u uI I，整，整形为具有一定幅度和一定宽度的标准形为具有一定幅度和一定宽度的标准矩形脉冲矩形脉冲u uO O。u uO O的的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度t tW W决定决定于定时元件于定时元件R R和和C C。单稳态触发器的整形波形单稳态触发器的整形波形2024/7/3137GUET School of Information & Communications2.2.脉冲延时脉冲延时 脉冲延时电路一般要用脉冲
32、延时电路一般要用两个两个单稳态触发器完成。单稳态触发器完成。延时时间延时时间为为t tW1W1，它决定于第一级单稳态触发器的定时元件，它决定于第一级单稳态触发器的定时元件R R和和C C。tUItUO1tUO2tUO1TW1TW22024/7/3138GUET School of Information & Communications3.3.定时定时 由于由于单稳触发器可产生宽度为单稳触发器可产生宽度为t tW W的矩形脉冲的矩形脉冲，利用这个矩，利用这个矩形脉冲去控制某电路使它在形脉冲去控制某电路使它在t tW W的时间内动作或不动作，这就是的时间内动作或不动作，这就是单稳态触发器的单稳态
33、触发器的定时作用定时作用。定时时间为。定时时间为t tW W，可通过调节定时元，可通过调节定时元件件R R和和C C来调节定时时间。来调节定时时间。1&uIOuuO单稳与门uFtWuIuOuFOu单稳态触发器的定时波形单稳态触发器的定时波形2024/7/3139GUET School of Information & Communications7.5 7.5 多谐振荡器多谐振荡器一、一、555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器1.1.电路结构电路结构48762315CUCCR1R2555uo0.01FuC2024/7/3140GUET School of Informatio
34、n & Communications2.2.工作原理工作原理UO+VCC123456785550.01uFR1R2CUCU6U2UOVT起始时023VCC13VCC23VCC13VCC0导通C放电23VCC1截止= 13VCC13VCC循环往复，直到关机。演示演示2024/7/3141GUET School of Information & Communications3、电压波形、电压波形总之：起始时，UC=0，UO=UOHUO 在 UOLUOH 之间振荡UC在 之间变化23VCC 13VCC 23VCC 13VCC tUCOtUOOT1T2充电回路：VCC+R1R2 C VCC- -（充电
35、慢）放电回路：C+ R2 V T C - -（放电快）T1 = 0.69(R1+R2)C；T2 = 0.69R2C；T= 0.69(R1+2 R2)C；q = T1/T以后T1=(R1+R2)C ln VCC -VCC -U-U+T2= R2C ln 0 -0 -U+U-4、电路计算、电路计算本例： = R1+R2R1+2 R22024/7/3142GUET School of Information & Communications5、工作特性、工作特性23VCC 13VCC tUCOtUOOT1T2多谐振荡器是一种常多谐振荡器是一种常多谐振荡器是一种常多谐振荡器是一种常用的用的用的用的脉冲
36、信号产生电脉冲信号产生电脉冲信号产生电脉冲信号产生电路路路路。 无稳态无稳态，具有两个暂稳态；，具有两个暂稳态； 自激振荡器自激振荡器在接通电源后，不需外加触发信号，在接通电源后，不需外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲；便能自动产生矩形脉冲； 矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波故称矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波故称为为多谐振荡器多谐振荡器。2024/7/3143GUET School of Information & Communications用门电路构成多谐振荡器用门电路构成多谐振荡器二、对称式多谐振荡器二、对称式多谐振荡器1、组成（用、组成（用TTL门电路）门电路）UI1UO
37、2UO1UI211C1C2G1G2RF1RF22、工作原理、工作原理则，暂态则，暂态 ： UO1=0、UO2=1 接下来：接下来：C1充电、充电、C2 放电放电假设，某一时刻，电路出现假设，某一时刻，电路出现 UO1=0、UO2=1的状态，的状态，2024/7/3144GUET School of Information & Communications0011UI1UO2UO1UI211C1C2G1G2RF1RF2+C2放电回路：放电回路：UI1UOL1UOH2RF1C2+ -C2+ RF1 UOL1 UOH2 C2- -C2放电使放电使UI1。C2放电：放电：UI2UOH2UOL1R1VC
38、CG2RF2C1- +C1充电：充电：暂态暂态 ： UO1=0、UO2=1C1充电等效回路：充电等效回路：UOH2 RE1 C1 UOL1（RE1=RF2R1）C1充电使充电使UI2。2024/7/3145GUET School of Information & Communications由于由于RE1 RF1（当电路对称时），（当电路对称时）， 所以，充电比放电快。所以，充电比放电快。C1充电充电 UI2 = VTH 时时 G2导通导通 UO2=0UI1=0 UO1=1暂态暂态： UO1=1、 UO2=0C2充电充电 UI1 = VTH 时时 G1导通导通 UO1=0UI2=0 UO2=1
39、电路回到暂态电路回到暂态。循环往复，直到关机。循环往复，直到关机。总之：总之：UO1 =0UO2 =1UO2=0UO1=1UO1=1UO2=0UO1=0UO2=1 C1充电充电 UI2 C2充电充电 UI1 C2放电放电UI1 C1放电放电UI22024/7/3146GUET School of Information & CommunicationstUI1tUO1tUO2tUI2VTHVTHVIKVIKT1T4、计算、计算在在RF1=RF2=RF，C1=C2=C 时：时：T1 RFC ln UOH -UOH -如果G1、G2为74LS系列反相器，UOH=3.4V，VIK= -1V，VTH=
40、1.1V在在RFR1时时， T1=0.65 RFC振荡周期：振荡周期：T = 2T1=1.3RFC振荡频率：振荡频率：f =1/T占空比：占空比： q = (T1/T)100%3、电压波形、电压波形C2放电、充电C1充电、放电VTHVIK2024/7/3147GUET School of Information & Communications三、环形振荡器三、环形振荡器1、组成、组成利用门电路的传输延迟时间利用门电路的传输延迟时间t tpd ， 将奇数个反相器首尾相接。将奇数个反相器首尾相接。UO1UO2UO31G11G21G32、工作波形、工作波形tUO1tUO2tUO3tpd3、计算、计
41、算TW = ntpd ；T=2TW ； f =1/T一般，tpd =TTL类几十 nsCMOS类几百ns（所以，环形振荡器的振荡频率f 特别高）为了获得较低的、可调的为了获得较低的、可调的f ，可在环形回路中增加，可在环形回路中增加RC延时环节。延时环节。TWn是门的数目。2024/7/3148GUET School of Information & Communications四、四、 用施密特触发器构成多谐振荡器用施密特触发器构成多谐振荡器1、组成、组成UIUO2、工作原理、工作原理接通VCC瞬间，C中无电荷，所以：1）UC=0 3、电压波形、电压波形2）UO=1 C充电 UI ，3）UO
42、=0 C放电 UI ，tUItUI00U+U-若是CMOS电路，T1T2T1RC+UI =U+ UO=0UI =U- UO=1T1= RC ln VDD -VDD -T=T1+T2 ； f =1/T；q =T1/TUI =0 UO=1U-U+T2= RC ln 0 -0 -U+U-则：2024/7/3149GUET School of Information & Communications5、电路改进、电路改进占空比可调电路如图：1CUIUOR2R1+充电经过R2 ，放电经过R1 ，T1= R2C ln VDD-U-VDD-U+T2= R1C ln U+U-q =T1/TT=T1+T2调节R
43、1 或 R2 ，即可调节q2024/7/3150GUET School of Information & Communications 当频率为谐振频率当频率为谐振频率f f0 0时，时，石英晶体的等效阻抗最小，石英晶体的等效阻抗最小，信号最容易通过，而其它频信号最容易通过，而其它频率信号均被衰减掉。率信号均被衰减掉。晶体的晶体的选频特性极好选频特性极好。 为为了了提提高高振振荡荡器器的的频频率率稳稳定定度度，往往往往使使用用石石英英晶晶体体多谐振荡器。多谐振荡器。五、石英晶体多谐振荡器五、石英晶体多谐振荡器555555构成的多谐振荡器的特点：构成的多谐振荡器的特点： 优点：工作可靠，调节方便
44、。优点：工作可靠，调节方便。 缺点：振荡频率不能太高，一般不超过几百千赫；缺点：振荡频率不能太高，一般不超过几百千赫； 受电源波动、温度变化等影响，受电源波动、温度变化等影响，频率稳定性较差频率稳定性较差。 f f0 0只与晶体的材料、几只与晶体的材料、几何形状和尺寸大小有关，何形状和尺寸大小有关， 而与电路中的而与电路中的R R、C C数值无数值无关。关。输出频率稳态性很高输出频率稳态性很高。X0f0f石英晶体的石英晶体的图形符号和电抗频率特性图形符号和电抗频率特性石英晶体的固有石英晶体的固有频率或谐振频率频率或谐振频率2024/7/3151GUET School of Informatio
45、n & Communications石英晶体振荡器可分为石英晶体振荡器可分为: :无源晶振无源晶振和和有源晶振有源晶振电电阻阻R R1 1、R R2 2的的作作用用：保保证证两两个个反反相相器器在在静静态态时时都都能能工工作作在在线线性性放放大大区区。对对TTLTTL反反相相器器，常常取取R R0.7k0.7k2k2k，而而对对于于CMOSCMOS门门，则常取则常取R R10M10M；C C1 1是耦合电容；是耦合电容；C C2 2的作用：抑制高次谐波。的作用：抑制高次谐波。电路的振荡频率等于石英晶体的谐振频率电路的振荡频率等于石英晶体的谐振频率f f0 0。11RRC1f0G1G2C2无源晶
46、振，称为无源晶振，称为crystal，有有2个引脚的无极性元件，需要借助于个引脚的无极性元件，需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以“无源晶无源晶振振”这个说法并不准确；这个说法并不准确； 2024/7/3152GUET School of Information & Communications有源晶振，称为有源晶振，称为oscillator ，有有4只引脚，是一个完整的振荡器，其只引脚，是一个完整的振荡器，其中除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件，因此体积较大。中除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件，因此体积较大。1: E
47、N或或NC2:GND3:output 4: VCC2024/7/3153GUET School of Information & Communications秒脉冲发生器秒脉冲发生器CMOSCMOS石英晶体多谐振荡器产生石英晶体多谐振荡器产生f f=32768Hz=32768Hz的基准信号；的基准信号；经经TT触发器构成的触发器构成的1515级级异步计数器异步计数器分频分频后，便可得到稳后，便可得到稳定度极高的定度极高的秒脉冲信号秒脉冲信号。这种秒脉冲发生器可做为各种这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源计时系统的基准信号源。2024/7/3154GUET School of Info
48、rmation & Communications555定时器应用举例：定时器应用举例：下图是用下图是用555定时器接成的延时报警器。当开关定时器接成的延时报警器。当开关S断开后，断开后，经过一定的延迟时间后扬声器开始发出声音。试求延迟的时经过一定的延迟时间后扬声器开始发出声音。试求延迟的时间间TD和扬声器发出声音的频率和扬声器发出声音的频率f。UO1UO2解：解：（1）（2）（1）片接成施密特触发器）片接成施密特触发器，U6=U2= UC1 的的电压波形电压波形通过操纵开关通过操纵开关S获得。获得。（2）片不工作。（2）片的 RD=0，（2）片接成多谐振荡器。）片接成多谐振荡器。当当UO1=1
49、时；时；当当UO1=0时；时； （2）片自激振荡，）片自激振荡，喇叭出声。喇叭出声。123468555VCC=12V1642385550.01F175K5K100F10F1MS+C12024/7/3155GUET School of Information & Communications工作波形：工作波形：S闭合S断开23VCC13VCCS闭合VCC喇叭响TDTO2=0.69 (R1+2R2 ) C= 0.69 (5 +25 ) 103 0.0110-6103.5SfO2 9.66KHZU6、U2UO1tUO2ttUC1TO2VCC-0VCC -TD= RC ln =10610 10-6 ln 11（S）1212-823VCC 2024/7/3156GUET School of Information & Communications第第7 7章章 小结小结1.1.熟练掌握熟练掌握555555定时器的工作原理及应用；定时器的工作原理及应用；2.2.正确理解单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器正确理解单稳态触发器、施密特触发器和多谐振荡器的工作原理及应用。的工作原理及应用。2024/7/3157GUET School of Information & Communications
