第八脉冲波形的变换与产生

1、 8.3 多谐振荡器多谐振荡器 8.1 单稳态触发器单稳态触发器 8.2 施密特触发器施密特触发器 8.4 555定时器及其应用定时器及其应用8.3.1 门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器8.3.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器8.3 多谐振荡器多谐振荡器 电路的组成及工作原理电路的组成及工作原理 振荡周期的计算振荡周期的计算 多谐振荡器是一种自激振荡器，电路在接通电源多谐振荡器是一种自激振荡器，电路在接通电源后无需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩后无需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形波脉冲波或方波。形波脉冲波或方波。 多谐振荡器多谐振荡器 VCC8.3 多谐振荡器多谐

2、振荡器8.3.0 概概 述述 开开关关电电路路 延时环节延时环节8.3 多谐振荡器多谐振荡器开关器件：开关器件：产生高、低产生高、低电平；电平； 多谐振荡器电路应由哪几部分组成？多谐振荡器电路应由哪几部分组成？反馈延迟环节：反馈延迟环节：利用利用RC电路的充放电特性实现延电路的充放电特性实现延时，将输出电压恰当地反时，将输出电压恰当地反馈给开关器件使之改变输馈给开关器件使之改变输出状态，以获得所需要的出状态，以获得所需要的振荡频率。振荡频率。8.3.0 概概 述述 1. 电路组成电路组成 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 开关器件：开关器件：反馈延迟环节：反馈延迟环节：由由CMO

3、S门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器逻辑门电路逻辑门电路R、C 电路电路 2. 工作原理工作原理假定假定vO1 = 1，vO2 = 0 Vth=VON=VOFF=VDD/2 vI D1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vO2 G1 G2 +VDD VC t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0(1) 第一暂稳态及第一暂稳态及电路自动翻转过程电路自动翻转过程 (2) 第二暂稳态及第二暂稳态及电路自动翻转过程电路自动翻转过程 变化至? 3. 振荡周期振荡周期T的计算的计算 t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO

4、2VDD0T1T2thDDDD1lnVVVRCT thDD2lnVVRCT ththDD221)(lnVVVVRCTTTDDTRC1n41.4RC T = T1(充充) + T2(放放)( )( )(0 )( )ettvvvv (0 )( )ln( )( )vvtv tv4、加补偿电阻的、加补偿电阻的CMOS多谐振荡器多谐振荡器 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 R RON(P)+RON(N)电源电压波动时，会使振荡频率不稳定电源电压波动时，会使振荡频率不稳定。RSC C分布分布（分布电容）（分布电容），RsR (一般取一般取 Rs=10R )。 当当2DDthVV 由门电路组成

5、的多谐振荡器，周期由门电路组成的多谐振荡器，周期 T 取决于取决于R C 和和 Vth，频率稳定性较差。，频率稳定性较差。 X 0 fs fp 电感性 电容性 f 电路符号电路符号 阻抗频率特性阻抗频率特性 1 1 G1 G2 C1 R R C2 R：使反相器工作在线性放大区：使反相器工作在线性放大区 C1：两个反相器间的耦合：两个反相器间的耦合 C2：抑制高次谐波，以保证稳定的频率输出。：抑制高次谐波，以保证稳定的频率输出。 石英晶体振荡器石英晶体振荡器优点：振荡频率稳定性高，常用作基准信号源优点：振荡频率稳定性高，常用作基准信号源1、石英晶体振荡器电路、石英晶体振荡器电路2、石英晶体振荡器

6、应用、石英晶体振荡器应用 1 2 1 & 石 英 晶 体 振 荡 器 1J 1K VCC CP vO Q Q & C1 CPQ128.1 8.1 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器简称单稳态触发器简称单稳单稳。 特点是特点是: 输出端只有一个输出端只有一个稳定状态稳定状态, 另一个另一个状态是状态是暂稳态暂稳态.外加外加触发信号触发信号后后,它可以由稳态它可以由稳态跳入暂稳态跳入暂稳态,但是但是 , 经过一定时间后经过一定时间后,它又会它又会自自动返回动返回原来的原来的 稳态。稳态。稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态由外界触发由外界触发自动返回自动返回8.1.1 微

7、分型单稳态触发器微分型单稳态触发器tW=0.7RC稳态稳态:vI=1,vc=0vo1=0,vo2=1vI 使其进入暂稳态使其进入暂稳态开始开始,vo1=1,vc=0V,vo2=0Vo1通过电阻对电容充通过电阻对电容充电电, 使使vR当当vR至至Vth时时,vo2=1,如果此时如果此时VI=1则则vo1=0VR跃变至跃变至-Vth, 电容通过电容通过R放电放电, VR至至0V,又回到又回到稳态稳态tWVR8.1.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器不可重复触发不可重复触发可重复触发可重复触发在暂稳态期间，不接受新在暂稳态期间，不接受新的触发信号的触发信号在暂稳态期间，接受新的在暂稳态期间，接受新

8、的触发信号，触发器从重新触发信号，触发器从重新被触发时刻起，再保持暂被触发时刻起，再保持暂稳态一个稳态一个tw时间。时间。观察触发方式的不同观察触发方式的不同1. 不可重复触发集成单稳态触发器不可重复触发集成单稳态触发器 74121 74121功能表功能表 HHQA1A2BQL HL LHL LLHHH LHHHHHHL L逻辑功能表逻辑功能表不可触发，保持稳态不变不可触发，保持稳态不变A1、A2中有一个或两个为低电平，中有一个或两个为低电平，在在B端输入上升沿时电路被触发端输入上升沿时电路被触发B 和和A1、A2、 中有一个或两个为中有一个或两个为高电平，输入端有一个或两个下高电平，输入端有

9、一个或两个下降沿时电路被触发降沿时电路被触发BAA)(21触发条件2。可重复触发集成单稳态触发器。可重复触发集成单稳态触发器 MC145288.1.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用1。定时。定时2。整形。整形 A1 Rext/ Cext VCC Cext A2 B Cext Rext/ Cext A1 A2 B Q Q VCC VCC vI vO R1 C1 R2 C2 74121 （1） 74121 （2） vO1 vI t t1 0 t tw1 tw1 vO1 0 t tw2 tw2 vO 0 3. 延时延时 8.2.1 门电路组成的施密特触发器门电路组成的施密特触发器 8.2.2

10、 集成施密特触发器集成施密特触发器CC401068.2 施密特触发器施密特触发器(Schimitte Trigger) 电路的组成及工作原理电路的组成及工作原理 参数的计算参数的计算 8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用8.2 Schimitte Trigger施密特触发器的工作特点：施密特触发器的工作特点： 施密特触发器属于电压触发器件，适用于缓慢变化的信号施密特触发器属于电压触发器件，适用于缓慢变化的信号 电路有两个阈值电压。电路有两个阈值电压。 输入信号增大和减小时，电路的阈值电输入信号增大和减小时，电路的阈值电压不同，电路具有如下图所示的传输特性压不同，电路具有如下图所示的

11、传输特性 o vI vO VOH VOL (a) VT+VT_ o vI vO1 VOH VOL (b) VT+VT_ 1 vovI 1 vovI回差电压回差电压TTVVV8.2.1 门电路组成的施密特触发器门电路组成的施密特触发器 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 v I1 1 vovIR1 R2 I为三角波为三角波 作如下假定：作如下假定： 2/DDthVV 8.2.1 门电路组成的施密特触发器门电路组成的施密特触发器vI VT+VT_vO00tt0vIvOVT+VT_VDD(a) 工作波形工作波形(b) 传输特性曲线传输特性曲线 1 1 G1 G2 vI vO R2 R

12、1 vO1 vI1O211I2121I RRRRRRthVVT+0VVT-VthVDDO211I2121I RRRRRRthVVT+0VVT-VthVDDthTVRRV)1(211T +th2(1)RVVRvIVT+VT_0t DDthVRRVRRV21212V为什么要取为什么要取R1R2? 8.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器-CC40106 vov vDDvITP1TN4TP2TP3TP7TP11TN5TN6TN8TN10TP9TN12vO施密特触发器施密特触发器 整形级整形级 输出缓冲级输出缓冲级 o vI vO1 VOH VOL (b) VT+VT_ 1 vovI6反相器反相器

13、(带施密特触发器）带施密特触发器）替代产品：，替代产品：，8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用 vI VT+ VT 0 t vO vI 1 1. 波形变换波形变换 2. 波形的整形与抗干扰波形的整形与抗干扰 IvOvOvtttv vT1v vT2为去掉干扰信号为去掉干扰信号回差回差电压应如何选择？电压应如何选择？ vO VOH VOL 0 t tpo 8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用3. 幅度鉴别幅度鉴别 vovI00ttVth(VT+)8.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用4. 多谐振荡器多谐振荡器 CvovIR112DDTT+DDTTDDTT+DDTT

14、-lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVVvovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t 8.4.1 555定时器定时器 8.4.2 用用555定时器组成定时器组成施密特触发器施密特触发器 8.4 555定时器定时器(555 Timer)及其应用及其应用 电路结构电路结构 工作原理工作原理 8.4.3 用用555定时器组成定时器组成单稳态触发器单稳态触发器 8.4.4 用用555定时器组成定时器组成多谐振荡器多谐振荡器 8.4.1 555 Timer电阻分压器电阻分压器电压比较器电压比较器基本基本SR锁存器锁存器复位输入端复位输入端(0)输出缓冲反相器输出缓冲反相器集电极开

15、路输出三极管集电极开路输出三极管1、电路组成、电路组成 TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G0 01 10 08.4.1 555定时器定时器 CC32VCC31V如果悬空如果悬空CC31V 1 12、工作原理、工作原理R、S低电平有效低电平有效ovCC32V TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G8.4.1 555定时器定时器 CC32VCC31VCC32V CC31

16、V 0 01 10 01 10 0CC32V CC31V 1 10 01 11 10 01 1CC32V CC31V 1 11 1保持保持保持保持2、工作原理、工作原理 TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G如果加入如果加入控制电压控制电压ICv21 TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G 555定时器功能表定时器功能表不变不变不变不变1导通导通01截止截止11导通导通

17、00放电管放电管T输出输出(VO)复位复位(RD)触发输入触发输入(VI2)阈值输入阈值输入(VI1)输输 出出输输 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 8.4.1 555 Timer同低出高同低出高同高出低同高出低不同保持不同保持复位复位 TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G电源电源地地直接复位直接复位输出输出控制电压控制电压阈值输入阈值输入触发输入触发输入放电端放电端8.4.2 用用555定时器组成的定时器组成的施密特触发器施密特触发器

18、 VCC VCC1 8 4 555 6 2 vI R vO2 vO1 VIC 0.01F 7 3 5 1 t vO 1 VO H 0 t 1 3 VCC 2 3 VCC vI 0 不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 013VCC23VCCvIvOVOH施密特触发器（温度控制电路）施密特触发器（温度控制电路）全高出低全高出低全低出高全低出高不同保持不同保持回差电压：回差电压： VT = VT+ - VT- =ccccccVRRRVRRRVRRR21121121122回差电压

19、回差电压?作业: 8.2.28.4.4 用用555定时器组成定时器组成多谐振荡器多谐振荡器 VCC vC vO 0.01 F C 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R1R2v 2 3 VCC 1 3 VCC vC 0 t1 t2 tPLtPHtPL=R2C1n20.7R2C tpH = (R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C PLPH1211.43(2)fttRR C 不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 截止截止导通导通占空比可调的占空比可调的多谐振荡器多谐振

20、荡器 VCC R1 vO 0.01F C RB 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R2 RA RB R3 D2 + vC D1 tPL=RBC1n20.7RBC tpH = RAC1n20.7RAC PLPH11.43()ABfttRR CAAB(%)100%RQRR48162357R1C555uoVCCR21R28S8S1简易电子琴电路图简易电子琴电路图简易电子琴就是通过改变简易电子琴就是通过改变R2 的阻值来改变输出的阻值来改变输出方波的周期方波的周期 , 使外接的喇叭发出不同的音调使外接的喇叭发出不同的音调 。简易电子琴电路：简易电子琴电路：EWB仿真8.4.3 用用555定时器组

21、成定时器组成单稳态触发器单稳态触发器 VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 一、不可重复触发单稳一、不可重复触发单稳不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V vO vI o v o C t t2 t1 a、接通电源电路进入稳态、接通电源电路进入稳态 O =0t t 2 3 VCC o Vc=0 23 VCC 13 VCC1、工作原理、工作原理 t vO VOH o vI o t vC o 1 3 VCC 2 3 VCC t t2

22、 t1 0 VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V b、当输入信号下降沿到达时、当输入信号下降沿到达时, 电路进入暂稳态电路进入暂稳态 tWtw=RC1n31.1RC c、电容放电、电容放电, 电路自动返回到稳态电路自动返回到稳态 1、工作原理、工作原理2、用用555定时器组成定时器组成可重复触发单稳可重复触发单稳 55576218435RR1CT+-vovIVCC0.01 FvI=0V时

23、时, T导通导通, C的两端相当于导通的两端相当于导通, R=1, S=0, vo=VoH 但但C不能被充电不能被充电vI=VIH时时, T截止截止, 不影响不影响C的工作的工作48162357voviVCCRRTCTDTHTRSJJ红红白白D1D2按一下按一下按钮按钮 S未按未按vo0J的线圈的线圈不通电不通电J 的结点的结点不动作不动作红灯红灯 白灯白灯亮亮灭灭1通电通电闭合闭合亮亮灭灭白灯亮的时间即为曝光时间白灯亮的时间即为曝光时间 TWTW = 1.1 RT CT洗相曝光定时器：洗相曝光定时器：（延时灯控制电路）（延时灯控制电路）EWB仿真 脉冲宽度调制器脉冲宽度调制器vIC无输入时无

24、输入时, tw=RC1n31.1RC ICCCCCwvVVRCt0lnvIC有输入时有输入时单稳态触发器单稳态触发器多谐振荡器多谐振荡器 施密特触发器施密特触发器555定时器的应用定时器的应用555定时器的应用定时器的应用EWB仿真仿真单稳态触发器电路单稳态触发器电路多谐振荡器电路多谐振荡器电路 施密特触发器电路施密特触发器电路本节小结：本节小结：施密特触发器施密特触发器是一种能够把输入波形整是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能路。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。力也很强。施密特触发器可以由分立元件构成，也施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及可以由门电路及555定时器构成。定时器构成。施密特触发器在脉冲的产生和整形电路施