第6章波形产生和变换

1、电工电子学电工电子学下页下页上页上页16.1 6.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路6.2 6.2 多谐振荡电路多谐振荡电路6.3 6.3 单稳态触发器和施密特触发器单稳态触发器和施密特触发器主要内容主要内容电工电子学电工电子学下页下页上页上页2l波形产生电路：波形产生电路：无需外加输入信号无需外加输入信号便能自动产生各种便能自动产生各种周期性周期性的波的波形的电路（也称为形的电路（也称为振荡电路）振荡电路）。如正弦波、矩形波、三角波等。如正弦波、矩形波、三角波等。l波形产生电路分类：波形产生电路分类：正弦波正弦波产生电路、产生电路、非正弦波非正弦波产生电路两种。产生电路两种。l波形变换电路：波

2、形变换电路：将某种波形将某种波形变换成变换成另一种波形的电路，或对某种另一种波形的电路，或对某种波形进行波形进行整形的电路整形的电路。l正弦波振荡电路：正弦波振荡电路：将直流电能转换成频率和幅值一定的将直流电能转换成频率和幅值一定的正弦交流正弦交流信号的电路信号的电路。它是一种正反馈电路。它是一种正反馈电路。l振荡电路组成：振荡电路组成：由由放大放大、反馈反馈、选频选频、稳幅稳幅环节组成。环节组成。波形产生和变换波形产生和变换电工电子学电工电子学下页下页上页上页3主要内容主要内容6.1.16.1.1 正弦波振荡电路的基本原理正弦波振荡电路的基本原理6.1.26.1.2 RCRC正弦波振荡电路正

3、弦波振荡电路6.1.3 LC6.1.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路振荡电路分析的主要内容是：振荡电路分析的主要内容是：l建立振荡的建立振荡的起振条件起振条件l保持振荡的保持振荡的平衡条件平衡条件l振荡电路的振荡电路的振荡频率振荡频率电工电子学电工电子学下页下页上页上页41.1.自激振荡条件自激振荡条件：正反馈放大电路原理图正反馈放大电路原理图放大环节放大环节6.1.1 正弦波振荡电路的基本原理正弦波振荡电路的基本原理可见，净输入为可见，净输入为+ + +/oiAUU正正反馈环节反馈环节/foFUUoUfUiUsUisfUUU如果逐渐增大如果逐渐增大 ，减小，减小 ，当，当fUsU0sUf

4、iUU时变成自激振荡电路，如图所示时变成自激振荡电路，如图所示可见，自激振荡必须做到可见，自激振荡必须做到fiUUoiUUAfoUUFooU AFU自激振荡的平衡条件为自激振荡的平衡条件为1AF | /AAA| /FFF振荡的两个平衡条件为：振荡的两个平衡条件为：（1 1）相位平衡条件）相位平衡条件（2 2）幅频平衡条件）幅频平衡条件2AFn| 1AF 因为因为所以所以其中其中放大环节放大环节/oiAUU正正反馈环节反馈环节/foFUUoUfUiU自激振荡电路自激振荡电路 该条件是该条件是必要条件必要条件，但不是，但不是充分条件充分条件，在电源，在电源接通时接通时起振的幅值条件起振的幅值条件应

5、为：应为：| 1AF 注意：注意：振荡电路要产生一种频率的正弦信号，必须有振荡电路要产生一种频率的正弦信号，必须有选频电路选频电路0,1,2,n 电工电子学电工电子学下页下页上页上页52.2.振荡的建立和振荡的建立和稳定：稳定：6.1.1 正弦波振荡电路的基本原理正弦波振荡电路的基本原理l 自激振荡电路的起振过程自激振荡电路的起振过程放大环节放大环节/oiAUU正正反馈环节反馈环节/foFUUoUfUiU自激振荡电路自激振荡电路接通电源接通电源噪声（扰动）噪声（扰动）放大放大正反馈正反馈再放再放大大振幅不断增大振幅不断增大进入非线性区进入非线性区使使|AF|=1|AF|=1电路维持稳定的等幅振

6、荡电路维持稳定的等幅振荡。l 选频电路的选频过程选频电路的选频过程噪声（扰动）中含有丰富的频谱成分噪声（扰动）中含有丰富的频谱成分选频电路选频电路将某一频率的正将某一频率的正弦信号挑选出来弦信号挑选出来使其满足振荡条件，而其它频率成分不满足振荡使其满足振荡条件，而其它频率成分不满足振荡条件条件振荡电路产生单一频率的正弦波振荡电路产生单一频率的正弦波l 振荡电路振荡电路按选频按选频电路的不同分为：电路的不同分为：RCRC振荡电路、振荡电路、LCLC振荡电路振荡电路电工电子学电工电子学下页下页上页上页61.1.电路结构电路结构6.1.2 RC RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路可以证明：当可以证明：

7、当 时，时， 且且u uf f与与u uo o同相同相 R R、C C构成串、并联构成串、并联选频电路选频电路；Z Z1 1、Z Z2 2构成构成正反馈正反馈；R Rf f、R R1 1构成构成负反馈负反馈。可见：可见：R R1 1R Rf fA Ao o+ + +- -R RR RC CC CZ Z1 1Z Z2 2+ +- -oUfUiUR R1 1R Rf fA Ao o+ + +- -Z Z1 1Z Z2 2+ +- -oUfUiU Z Z1 1、Z Z2 2、R Rf f、R R1 1构成文氏电桥，故称构成文氏电桥，故称文氏电桥正弦文氏电桥正弦波振荡电路波振荡电路。012fRC13f

8、oUU当反馈系数当反馈系数 时时满足幅值平衡条件满足幅值平衡条件13foUFU该电路满足该电路满足相位平衡条件相位平衡条件同相输入比例运算同相输入比例运算电压放大倍数电压放大倍数为为11fRAR 即即, ,当当A=3,A=3,即即R Rf f=2R=2R1 1时就能满足自激振荡条件时就能满足自激振荡条件考虑到起振条件考虑到起振条件|AF|1|AF|1，一般选取，一般选取R Rf f略大于略大于2R2R1 1012fRC该电路振荡频率为该电路振荡频率为: :电工电子学电工电子学下页下页上页上页72.2.实用电路实用电路6.1.2 RC RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路(1)R(1)Rf f采用负

9、温度系数的热敏电阻采用负温度系数的热敏电阻R R1 1R Rf fA Ao o+ + +- -R RR RC CC CZ Z1 1Z Z2 2+ +- -oUfUiU原理原理: :刚通电时刚通电时R Rf f2R2R1 1,|AF|1,|AF|1,负反馈较弱负反馈较弱( (A A较大较大););随随U Uo o的增大的增大, ,R Rf f的电流增加的电流增加, ,温度升高温度升高电阻值下降电阻值下降, ,使放大使放大倍数倍数A A下降下降, ,最后稳定于最后稳定于|AF|=1,U|AF|=1,Uo o不再增大不再增大. .t t(2)(2)采用二极管实现稳幅的电路采用二极管实现稳幅的电路R

10、R1 1R Rf1f1A Ao o+ + +- -R RR RC CC CZ Z1 1Z Z2 2oUD D1 1D D2 2R Rf2f2原理原理: :图中图中R Rf1f1+R+Rf2f2略大于略大于2R2R1 1, ,起振时二极管呈现较起振时二极管呈现较大电阻大电阻, ,随随U U0 0的增加的增加, ,二极管逐渐导通二极管逐渐导通,D,D1 1、D D2 2、R Rf1f1并并联等效电阻减小联等效电阻减小,A,A自动下降自动下降, ,直到满足维持等幅振直到满足维持等幅振荡的幅值条件荡的幅值条件, ,实现实现自动稳幅的目的自动稳幅的目的。 两个二极管并联目的是正弦波正负半周总有两个二极管

11、并联目的是正弦波正负半周总有一个二极管导通，使波形对称。一个二极管导通，使波形对称。RCRC构成的振荡电路振荡频率通常在构成的振荡电路振荡频率通常在200KH200KHZ Z以下，以下，如需高频正弦信号，常用如需高频正弦信号，常用LCLC正弦波振荡电路正弦波振荡电路。11fRAR 电工电子学电工电子学下页下页上页上页81.1.电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路6.1.3 LC LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路振荡频率为：振荡频率为：交流通路交流通路C CE E1 1u uo oR RB2B2原理原理: :电容电容C C1 1、C C2 2、电感、电感L L组成组成谐振回路谐振回路，三个端点，

12、三个端点1 1、2 2、3 3分别接三极管分别接三极管C C、E E、B B极，故称为三点式振极，故称为三点式振荡电路；荡电路；C C2 2两端电压经两端电压经C CB B引入基极构成引入基极构成正反馈正反馈；lL L、C C1 1、C C2 2构成并联谐振电路构成并联谐振电路, ,总电流很小；总电流很小；lu uo o与与u ui i反相、反相、u uf f与与u uo o反相、反相、u uf f与与u ui i同相同相, ,满足满足自振的自振的平衡条件平衡条件；l适当选择适当选择A A、F,F,使起振时使起振时|AF|1,|AF|1,起振后起振后|AF|=1|AF|=1。 该电路用电容该电

13、路用电容C C1 1、C C2 2调节谐振频率时不方便，所以，此电路常调节谐振频率时不方便，所以，此电路常用于用于固定谐振频率固定谐振频率的振荡电路；该电路振荡频率可达的振荡电路；该电路振荡频率可达100MH100MHZ ZR RB1B1R RE ER RC CC C1 1C C2 2C CC C+U+UCCCC2 23 31 12 23 3R RB1B1/R/RB2B2R RC CL LL L+ + +- -u ui iu uf fu uo oC C1 1C C2 2C CB B012121122fLCC CLCC特点：特点：电工电子学电工电子学下页下页上页上页9改进型电容三点式振荡电路改进

14、型电容三点式振荡电路6.1.3 LC LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路改进型改进型C C3 31 1u uo oR RB2B2原理原理: :在电感支路串一容量在电感支路串一容量较小的电容较小的电容C C3 3, ,电容电容C C1 1、C C2 2起分压和正反馈作用，振荡频率由起分压和正反馈作用，振荡频率由L L和和C C3 3决定，决定，即即l调节调节C C3 3可以改变输出信号频率；可以改变输出信号频率；l原电路是原电路是共发射极接法共发射极接法, ,改进电路是改进电路是共基极共基极接法接法；l由于晶体管共基极接法时的由于晶体管共基极接法时的截止频率截止频率是共射是共射极的极的( (+1)

15、+1)倍倍, ,所以所以, ,改进型电容三点式振荡电改进型电容三点式振荡电路的振荡频率很高路的振荡频率很高, ,可达可达1000MH1000MHZ Z。R RB1B1R RE ER RC CC C1 1C C2 2C CC C+U+UCCCC2 23 3L LC CB B0312fLCC CE E1 1u uo oR RB2B2R RB1B1R RE ER RC CC C1 1C C2 2C CC C+U+UCCCC2 23 3L LC CB B- -+ +- -特点：特点：电工电子学电工电子学下页下页上页上页102.2.电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路6.1.3 LC LC正弦波振荡电路

16、正弦波振荡电路振荡频率为：振荡频率为：交流通路交流通路C CE E1 1u uo oR RB2B2电路结构电路结构: :若两线圈的自感分别为若两线圈的自感分别为L L1 1和和L L2 2, ,两个线圈两个线圈的互感为的互感为M M，则两线圈的总电感为，则两线圈的总电感为: :R RE EC CC CC C+U+UCCCC2 23 31 12 23 3R RB1B1/R/RB2B2L L1 1C C+ + +- -u ui iu uo oC CB B01212(2)fLLM Cl调节调节C C可以改变振荡频率；可以改变振荡频率；l由于反馈电压取自电感由于反馈电压取自电感L L2 2上上, ,它

17、对高次谐波阻抗大它对高次谐波阻抗大, ,反反馈电压中高次谐波成分大馈电压中高次谐波成分大, ,易产生高次谐波自激振荡易产生高次谐波自激振荡, ,使毛剌叠加在波形上使毛剌叠加在波形上, ,易使输出波形失真易使输出波形失真。L L2 2L L2 2L L1 1u uf f特点：特点：T TT T因此因此, ,电感三点式振荡电路工作频率不宜太高电感三点式振荡电路工作频率不宜太高, ,常在几十兆赫以下。常在几十兆赫以下。12=(2)LLLM电工电子学电工电子学下页下页上页上页11三点式三点式LCLC正弦振荡电路总结正弦振荡电路总结6.1.3 LC LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 幅值平衡条件幅值平衡

18、条件是通过提供合适的是通过提供合适的直流通路直流通路和选取恰当的和选取恰当的电抗参数电抗参数来加以满足。来加以满足。（1 1）发射极两侧支路的电抗应为同一性质（）发射极两侧支路的电抗应为同一性质（均为电均为电感感或或均为电容均为电容）（2 2）基极与集电极之间支路的电抗与发射极两侧电）基极与集电极之间支路的电抗与发射极两侧电抗性质不同。抗性质不同。相位平衡条件相位平衡条件的满足必须遵循以下原则：的满足必须遵循以下原则： 另外另外, ,振荡频率不仅与振荡频率不仅与C C和和L L有关有关, ,也与晶体管参数有关。由于晶体管参数也与晶体管参数有关。由于晶体管参数受温度的影响而变化受温度的影响而变化

19、, ,所发所发LCLC三点式振荡电路频率不稳定。如果要求频率稳三点式振荡电路频率不稳定。如果要求频率稳定定, ,常用常用石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路。1 12 23 3R RB1B1/R/RB2B2C C+ + +- -u ui iu uo oL L2 2L L1 1u uf fT T1 12 23 3R RB1B1/R/RB2B2R RC CL L+ + +- -u ui iu uf fu uo oC C1 1C C2 2电工电子学电工电子学下页下页上页上页12主要内容主要内容6.2.16.2.1 用集成运放构成的多谐振荡器用集成运放构成的多谐振荡器6.2.26.2.2 用石英晶体构成的

20、多谐振荡器用石英晶体构成的多谐振荡器6.2.3 6.2.3 用用555555集成定时器构成的多谐振荡器集成定时器构成的多谐振荡器多谐振荡器：多谐振荡器：一种能直接产生一种能直接产生方波方波或或矩形波矩形波的自激振荡器的自激振荡器电工电子学电工电子学下页下页上页上页136.2.1 用集成运放构成的多谐振荡器用集成运放构成的多谐振荡器 它是在它是在滞回比较器滞回比较器上引入了具有上引入了具有延迟特性延迟特性的的RCRC负反馈支路负反馈支路构成。电路及波形如图构成。电路及波形如图A A0 0+ +- -+ +u uC Cu uo oC CR R0 0U UZ Z+ +- -u u- -D DZ ZR

21、 R1 1R R2 2R Ru u+ + 当电源接通瞬间当电源接通瞬间u uC C=0,=0,设运放处于设运放处于正饱和正饱和, ,则则112HZRuURR 此时此时C C充电充电, ,u uC C=u=u- -, ,按指数曲线上升按指数曲线上升, ,当当u u- -升到略升到略大于大于u u+ +时时, ,运放输出变为运放输出变为负饱和负饱和, ,则则112LZRuURR 此时此时C C放电放电, ,u uC C=u=u- -, ,按指数曲线降低按指数曲线降低, ,当当u u- -降降到略小于到略小于u u+ +时时, ,运放输出变为运放输出变为正饱和正饱和。以后重。以后重复形成振荡复形成振

22、荡, ,输出矩形波。频率为：输出矩形波。频率为：当取当取R R2 21.16R1.16R1 1时时, ,矩形波频率近似为矩形波频率近似为12ofRCt tu uo o0 0u u+H+Hu u+L+LU UZ Z-U-UZ ZT T1 1T T2 2T T工作原理工作原理u uC C121=22ln(1)ofRRCR电工电子学电工电子学下页下页上页上页146.2.1 用集成运放构成的多谐振荡器用集成运放构成的多谐振荡器占空比可调的多谐振荡器占空比可调的多谐振荡器A A0 0+ +- -+ +R Ru uo oC CR R0 0U UZ Zu u- -D DZ ZR R1 1R R2 2D D1

23、 1u u+ +占空比：占空比：矩形波矩形波高电平的时间高电平的时间T T1 1与与周期周期T T之之比的百分数，称为矩形波的比的百分数，称为矩形波的占空比占空比。即。即 图示电路中图示电路中, ,通过调节通过调节R RP P, ,利用二极管的单向利用二极管的单向导电性导电性, ,使使充放电时间常数不相等充放电时间常数不相等, ,实现输出波形实现输出波形占空比可调。调节占空比可调。调节R RP P矩形波周期不变。矩形波周期不变。 集成运放构成的多谐振荡器集成运放构成的多谐振荡器, ,常用于常用于10KH10KHZ Z以下的低频率振荡电路中。以下的低频率振荡电路中。D D2 2R RP1P1R

24、RP2P2R Rp pt tu uo o0 0u u+H+Hu u+L+LT T1 1T T2 2T T工作原理工作原理u uC C1100%TT1()PRRC2()PR RC充电时充电时放电时放电时电工电子学电工电子学下页下页上页上页156.2.2 用石英晶体构成的多谐振荡器用石英晶体构成的多谐振荡器石英晶体：石英晶体：利用石英晶体的利用石英晶体的压电效应压电效应制成的一种制成的一种谐振器件谐振器件。压电效应：压电效应：若在石英晶体的两个电极上若在石英晶体的两个电极上加一电压加一电压, ,晶体晶体就会产生就会产生机械变形机械变形；若在晶体的两侧；若在晶体的两侧加机械压力加机械压力或或拉力拉力

25、, ,则晶体会在相应的方向上则晶体会在相应的方向上产生电场产生电场。可见：可见：若在石英晶体的两极加交变电压若在石英晶体的两极加交变电压, ,晶体就会晶体就会产生机械振动；而机械振动又会产生交变电压。产生机械振动；而机械振动又会产生交变电压。压电谐振：压电谐振：外加交变电压的频率为某一特定值时外加交变电压的频率为某一特定值时, ,晶体振幅达最大晶体振幅达最大, ,这时这时称为称为压电谐振压电谐振。这时的频率称为石英晶体的。这时的频率称为石英晶体的固有谐振频率固有谐振频率。晶体的固有谐振频率：晶体的固有谐振频率：取决于晶体的切割方式、尺寸取决于晶体的切割方式、尺寸结构：结构：将二氧化硅（将二氧化

26、硅（SiOSiO2 2）结晶体按一定方向切割成很薄的晶片）结晶体按一定方向切割成很薄的晶片, ,表面抛表面抛光后涂敷银层光后涂敷银层, ,引出管脚引出管脚, ,加一封装即成。如图加一封装即成。如图晶片晶片管脚管脚敷银层敷银层电工电子学电工电子学下页下页上页上页166.2.2 用石英晶体构成的多谐振荡器用石英晶体构成的多谐振荡器石英晶体石英晶体符号符号和和等效电路等效电路及及电抗频率特性曲线电抗频率特性曲线：C CO O为晶体不振时的为晶体不振时的静态电容静态电容（几至几十皮法）；（几至几十皮法）；L L是晶体振动时的是晶体振动时的动态电感动态电感（几十至几百毫亨）；（几十至几百毫亨）；C C是

27、晶体振动时的是晶体振动时的等效动态电容等效动态电容（1010-4-41010-1-1pFpF）；）；R R是晶体振动时的内部摩擦是晶体振动时的内部摩擦损耗电阻损耗电阻（100100左右）。左右）。JTJT0 0C CL LR Rf fC Co of fs sf fp pX X感性感性容性容性容性容性符号符号等效电路等效电路电抗频率特性电抗频率特性晶体的品质因数晶体的品质因数Q Q很大很大, ,可达可达10104 410106 6，为，为1LQRC石英晶体有两个谐振频率石英晶体有两个谐振频率, ,一是一是LCRLCR支路的支路的串联谐振串联谐振频率频率f fs s, ,一个是一个是LCRLCR支

28、路与电容支路与电容C Co o的的并联谐振频率并联谐振频率f fp p，实，实际际f fs s和和f fp p很接近。很接近。当当ffff fp p时呈时呈容性容性；当；当f=f=f fs s时，时，X=0,X=0,呈呈电阻电阻性性；当；当f fs sfff fp p时，呈时，呈感性感性。12sfLC1psoCffC因为因为所以所以psff0CC电工电子学电工电子学下页下页上页上页176.2.2 用石英晶体构成的多谐振荡器用石英晶体构成的多谐振荡器1.1.串联型石英晶体多谐振荡电路串联型石英晶体多谐振荡电路R R1 1、R R2 2是偏置电阻；是偏置电阻；C C1 1、C C2 2为耦合电容为

29、耦合电容R R1 1R R2 2C C1 1C C2 2JTJTu uo2o2u uo1o1u ui2i2u uo oG G2 2G G1 1G G3 31 11 11 1工作原理：工作原理：正反馈起振过程：正反馈起振过程：晶体的选频过程：晶体的选频过程： 反馈支路中的石英晶体反馈支路中的石英晶体, ,对反馈信号中频率等于对反馈信号中频率等于串联谐振频率串联谐振频率f fs s的的信号信号阻抗最小阻抗最小, ,且呈电阻性且呈电阻性, ,而对其它频率的信号呈现高阻抗被衰减。因而对其它频率的信号呈现高阻抗被衰减。因此电路产生此电路产生频率为频率为f fs s的脉冲波的脉冲波。uui1i1uuo1o

30、1uui2i2uuo2o2非门非门G G3 3的作用是：的作用是：整形、缓冲隔离作用。整形、缓冲隔离作用。u ui1i1G G1 1与与R R1 1、G G2 2与与R R2 2构成构成两个两个反相放大器反相放大器C C2 2与与JTJT构成构成正反馈正反馈( (选频选频) )支路支路电工电子学电工电子学下页下页上页上页186.2.2 用石英晶体构成的多谐振荡器用石英晶体构成的多谐振荡器2.2.并联型石英晶体多谐振荡电路并联型石英晶体多谐振荡电路R RF FC C1 1C C2 2JTJTu uo oG G2 2G G1 11 11 1lR RF F是是偏置电阻偏置电阻；l石英晶体石英晶体工作

31、频率位于工作频率位于串联串联谐振频率谐振频率f fs s和和并联并联谐振频率谐振频率f fp p之间之间, ,它等效成一它等效成一电感电感; ;lJTJT与与C C1 1、C C2 2及及反相放大器反相放大器G G1 1构成构成电容三电容三点式振荡器。点式振荡器。u非门非门G G1 1输出为一失真的矩形脉冲波；输出为一失真的矩形脉冲波；u经经非门非门G G2 2整形整形后后, ,得到比较理想的得到比较理想的矩形脉冲矩形脉冲。0 0f ff fs sf fp pX X感性感性容性容性容性容性电抗频率特性电抗频率特性电工电子学电工电子学下页下页上页上页19有源有源晶振及应用电路晶振及应用电路1.1

32、.有源晶振有源晶振R RC C 有源晶振有有源晶振有4 4只引脚只引脚, ,内部除了内部除了石英晶体石英晶体外外, ,还有还有晶体管晶体管和和阻容阻容元件元件, ,因此体积较大。是一个完整的因此体积较大。是一个完整的振荡器振荡器。1 1脚脚悬空悬空，2 2脚脚接地接地，3 3脚脚输出输出，4 4脚接脚接电源电源U UCCCC（+5V+5V）；）；0.010.01 F F200200U UCCCCOUTOUT+5V+5V2.2.实用电路实用电路1 12 23 34 4振荡频率有：振荡频率有：10kH10kHZ Z250MH250MHZ ZJTJTNCNC电工电子学电工电子学下页下页上页上页206

33、.2.3 用用555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器1.5551.555集成定时器集成定时器 将将模拟功能模拟功能与与数字功能数字功能结合在一起的多用途集成器件。很容易结合在一起的多用途集成器件。很容易构成多构成多谐振荡器谐振荡器、单稳态触发器单稳态触发器、施密特触发器。施密特触发器。 广泛用于广泛用于定时定时、检测检测、控制控制和和报警报警电路中。电路中。分为：分为：l双极型双极型 特点：特点：带负载能力强，如带负载能力强，如5G15555G1555、NE555NE555；lCMOSCMOS型型 特点：特点：功耗低、输入阻抗大、电源范围宽，如功耗低、输入阻抗大、电源范围宽，

34、如CB7555CB7555。 它们结构、工作原理、逻辑功能、引脚相同。它们结构、工作原理、逻辑功能、引脚相同。（1 1）基本特点）基本特点电工电子学电工电子学下页下页上页上页216.2.3 用用555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器+ +- -+ + +- -+ +（2 2）内部结构）内部结构1 11111111 11 1R RR RR RC C1 1C C2 2G G1 1G G2 2G G3 3G G4 4G G5 5G G6 6U UDDDDTHTHCOCOD DGNDGNDOUTOUT1 12 23 34 45 56 67 78 8DRTRQT TN NU UR1R1

35、U UR2R2C C1 1、C C2 2：比较器；：比较器；G G1 1、G G2 2、G G3 3：RSRS触发器；触发器；TNTN：放电管；：放电管；三个三个R R构成分压器。构成分压器。DDRUU321比较器比较器C C1 1的的基准基准电压为：电压为：比较器比较器C C2 2的的基准基准电压为：电压为：当当电压控制端电压控制端COCO外接固定电压外接固定电压U UCOCO时，则：时，则：CO221UURQD D：放电端；：放电端；THTH：阈值端；：阈值端；COCO：控制端；：控制端；TRTR：触发端：触发端( (低电平低电平) )；R RD D：复位端：复位端( (低电平低电平) )

36、；OUTOUT：输出端：输出端; ;U UDDDD：电源正极；：电源正极；GNDGND：电源负极。：电源负极。5k5k5k5k5k5kG G1 1、G G2 2、G G3 3为或非门为或非门G G4 4、G G5 5、G G6 6为非门为非门DDRUU312电工电子学电工电子学下页下页上页上页226.2.3 用用555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器（3 3）工作原理）工作原理电源接通电源接通(TN (TN 、TRTR引脚悬空）引脚悬空）时，时，23THDDUU10C 13DDTRUU21C 11G 20G 40G 1Q 0Q 1OUT T TN N截止截止（1 1）电源接通

37、）电源接通（2 2）当）当11C 20C 10G 21G 0Q1Q T TN N导通放电导通放电0OUT 时时23THDDUU13DDTRUU（3 3）当）当10C 20C RSRS触发器输出触发器输出Q Q保持不变。保持不变。OUTOUT保持不变保持不变时时23THDDUU13DDTRUU（4 4）当）当10C 21C 11G 20G 1Q 0QT TN N截止截止1OUT 时时23THDDUU13DDTRUU（5 5）当）当11C 21C 10G 20G RSRS触发器输出不定触发器输出不定是不允许出现的是不允许出现的时时（6 6）当）当0DR 41G 0Q1Q T TN N导通放电导通放

38、电0OUT称为复位称为复位时时1DR 电工电子学电工电子学下页下页上页上页236.2.3 用用555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器（3 3）工作原理）工作原理555555时基电路功能表时基电路功能表 当当电压控制端电压控制端COCO施加一个电压时施加一个电压时, ,比较器的参考电压发生变化比较器的参考电压发生变化, ,电路的电路的阈值阈值和和触发电平触发电平的大小相应变化的大小相应变化, ,从而可改变电路的定时参数从而可改变电路的定时参数。输入输入输出输出( (复位复位) )( (阈值阈值) )( (触发触发) )T TN N状态状态(D(D放电端放电端) )低电平低电平低

39、电平低电平导通导通(7(7端放电端放电) )高电平高电平低电平低电平导通导通(7(7端放电端放电) )高电平高电平原状态原状态原状态原状态高电平高电平高电平高电平截止截止(7(7端截止端截止) )高电平高电平输出、输出、TNTN状态不定状态不定( (禁用禁用) )DDU32DDU31DDU32DDU31DDU32DDU31DDU32DDU31DRTRTHOUT电工电子学电工电子学下页下页上页上页246.2.3 用用555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器（4 4）引脚功能）引脚功能8 87 76 65 51 12 23 34 4CB7555CB7555电压控制端电压控制端阈值端

40、阈值端放电端放电端电源端电源端复位端复位端输出端输出端电源地端电源地端触发端触发端时基电路时基电路DRTRDDUOUTGNDDCOTH电工电子学电工电子学下页下页上页上页256.2.3 用用555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器（5 5）注意事项）注意事项l当当控制端控制端COCO不用时，应通过不用时，应通过0.010.01F F电容接地，电容接地，以防外部干扰以防外部干扰；l不应出现不应出现THTH端电压大于端电压大于U UDDDD的的2/32/3，TRTR端电压小于端电压小于U UDDDD的的1/31/3的情况，否的情况，否则两个则两个比较器输出均为高电平比较器输出均为高

41、电平，当它们同时从高电平变为低电平时，当它们同时从高电平变为低电平时，使基本使基本RSRS触发器触发器输出不确定输出不确定；lU UDDDD范围在范围在318V318V之间，双极型输出电流可达之间，双极型输出电流可达200mA,200mA,而而CMOSCMOS型输出电型输出电流在流在4mA4mA以下。以下。l实际有双实际有双555555时基电路时基电路(556)(556)。电工电子学电工电子学下页下页上页上页26555555定时器应用总结定时器应用总结 端接低电平时，端接低电平时，T TN N导通，导通，OUT=0OUT=0，处于，处于复位状态复位状态。23THDDUU13DDTRUUDR时时

42、T TN N导通，导通，D D端放电，端放电，OUT=0OUT=023THDDUU13DDTRUU时时T TN N、OUTOUT为为原来状态原来状态时时T TN N截止，截止，D D端不通（阻断）端不通（阻断）, ,OUT=1OUT=123THDDUU13DDTRUU23THDDUU13DDTRUU时时T TN N、OUTOUT不定，不定，禁用禁用电压控制电压控制端端COCO一般经一般经0.010.01F F电容接地。电容接地。当当COCO端接一电压端接一电压U UOCOC时，则成为时，则成为压控振荡压控振荡电路，电路，振荡频率与振荡频率与U UOCOC有关有关。 接高电平时，可以构成接高电平

43、时，可以构成多谐振荡器多谐振荡器(P254(P254图图6.2.9)6.2.9)；或或单稳态电路单稳态电路(P258(P258图图6.3.2)6.3.2)。DR当当当当当当当当当当当当电工电子学电工电子学下页下页上页上页276.2.3 用用555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器2.2.用用555555集成定时器构成的多谐振荡器集成定时器构成的多谐振荡器（2 2）工作原理）工作原理U UDDDDR RD DU UDDDDR R1 1R R2 2C CD DTHTHTRTRGNDGNDCOCOOUTOUT1 12 23 34 45 56 67 78 80.010.01 F Fu

44、uo ol电源接通瞬间电源接通瞬间, ,u uC C=0,TH=0,TH和和TRTR相接相接, ,输出输出u uo o为为1,1,放放电管电管T TN N截止截止, ,电源通过电源通过R R1 1、R R2 2向向C C充电充电, ,u uC C上升。上升。0 00 0t tt tu uo ou uC CT TT T1 1T T2 2DDU32DDU31l当当u uC C上升上升到略大于到略大于U UCCCC的的2/32/3时时, ,u uo o ( (翻转翻转) )从从1 1变为变为0,0,同时放电管同时放电管T TN N导通导通, ,使电容使电容C C通过通过R R2 2和和T TN N放

45、电放电, ,u uC C下降。下降。l当当u uC C下降下降到略小于到略小于U UCCCC的的1/31/3时时, ,u uo o ( (翻转翻转) )从从0 0变为变为1,1,同时放电管同时放电管T TN N截止截止, ,电容电容再次充电再次充电。如此重复形成如此重复形成矩形波输出矩形波输出。（1 1）电路结构）电路结构u uC C+ +- -充电充电放电放电555555电工电子学电工电子学下页下页上页上页286.2.3 用用555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器2.2.用用555555集成定时器构成的多谐振荡器集成定时器构成的多谐振荡器振荡频率分析振荡频率分析振荡频率振荡

46、频率为为112121223() ln() ln20.693()13DDDDDDDDUUTRR CRR CRR CUU222ln 20.693TR CR C12120.693(2)TTTRRCCRRTf)2(44.11210U UDDDDR RD DU UDDDDR R1 1R R2 2C CD DTHTHTRTRGNDGNDCOCOOUTOUT1 12 23 34 45 56 67 78 80.010.01 F Fu uo o0 00 0t tt tu uo ou uC CT TT T1 1T T2 2DDU32DDU31u uC C+ +- -充电充电放电放电矩形波的矩形波的占空比占空比为为

47、1100%TTt t1 1t t2 2t t3 3充电时间充电时间放电时间放电时间11()3CDDutU()CDDuU12()RRC112()1( )()3ttRRCCDDDDDDutUUUe当当 时时, , ,代入解方程代入解方程, ,得得23CDDuU2tt(1)(1)充电时间充电时间T T1 1(2)(2)放电时间放电时间T T2 2555555电工电子学电工电子学下页下页上页上页29用用555555定时器构成的压控多谐振荡器定时器构成的压控多谐振荡器（习题（习题6.2.66.2.6）如图，分极振荡周期，画出如图，分极振荡周期，画出u uC C、u uO O的波形图的波形图电容电容C C

48、的充电时间的充电时间T T1 1分析：（三要素法）分析：（三要素法）当当t=tt=t2 2时时, ,u uc c=U=UCOCO即即1( )0.5CCOu tU12112()ln0.5CODDCODDUUTttRR CUU 3220.5ttR CCOCOUUeU UDDDDR RD DU UDDDDR R1 1R R2 2C CD DTHTHTRTRGNDGNDCOCOOUTOUT1 12 23 34 45 56 67 78 8U UCOCOu uo o0 00 0t tt tu uo ou uC CT TT T1 1T T2 2COU0.5COUu uC C+ +- -充电充电放电放电+ +

49、- -t t1 1t t2 2t t3 3( )CDDuU 12()RR C112()(0.5)ttRRCCDDCODDuUUUe2112()(0.5)ttRR CCODDCODDUUUUe电容电容C C的放电时间的放电时间T T2 2分析：分析：2( )CCOutU( )0Cu 2R C22220(0)ttttR CR CCCOCOuUeUe当当t=tt=t3 3时时, ,u uc c=0.5U=0.5UCOCO即即u uC C、u uO O波形图波形图23222ln0.5ln 2TttR CR C 121220.5()lnln 2CODDCODDUUTTTRR CR CUU555555电工

50、电子学电工电子学下页下页上页上页30用用555555定时器构成的压控多谐振荡器定时器构成的压控多谐振荡器（习题（习题6.2.66.2.6）如图，分极振荡周期，画出如图，分极振荡周期，画出u uC C、u uO O的波形图的波形图电容电容C C的充电时间的充电时间T T1 1分析：（三要素法）分析：（三要素法）12112()ln0.5CODDCODDUUTttRR CUU U UDDDDR RD DU UDDDDR R1 1R R2 2C CD DTHTHTRTRGNDGNDCOCOOUTOUT1 12 23 34 45 56 67 78 8U UCOCOu uo o0 00 0t tt tu

51、uo ou uC CT TT T1 1T T2 2COU0.5COUu uC C+ +- -充电充电放电放电+ +- -t t1 1t t2 2t t3 3电容电容C C的放电时间的放电时间T T2 2分析：分析：u uC C、u uO O波形图波形图23222ln0.5ln 2TttR CR C 121220.5()lnln 2CODDCODDUUTTTRR CR CUUl若若U UDDDD、R R1 1、R R2 2、C C不变不变, ,改变改变U UCOCO的大小的大小, ,即可即可改变输出矩形波的频率改变输出矩形波的频率( (即压控振荡器即压控振荡器) )。 lU UCOCO增大增大输

52、出矩形波的输出矩形波的频率降低频率降低；U UCOCO减小减小, ,频频率升高率升高。l电路中电路中U UCOCO必须必须小于小于U UDDDD。结论结论555555电工电子学电工电子学下页下页上页上页316.2.3 用用555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器 例题例题6.2.16.2.1图是模拟公安警车音响电路，试说明工作原理。图是模拟公安警车音响电路，试说明工作原理。解：解：R RD DU UDDDDR R1 1R R2 2C C1 1D DTHTHTRTRICIC1 11 12 23 34 45 56 67 78 8电路组成：电路组成：ICIC1 1及外围元件构成低频多

53、谐振荡器，及外围元件构成低频多谐振荡器，周期约为周期约为6 6秒秒；ICIC2 2构成构成电压控制高频振荡器，电压控制高频振荡器，频率在频率在800H800HZ Z50H50HZ Z范围范围；R R3 3、T T构成射极输出器。构成射极输出器。R RD DU UDDDDR R4 4R R5 5C C3 3D DTHTHTRTRT TCOCOOUTOUT1 12 23 34 45 56 67 78 8C C2 2R R3 3R R6 6C C4 4ICIC2 2工作原理：工作原理：C C1 1两端电压按指数规律上升、下降，近似三角波；该电压经两端电压按指数规律上升、下降，近似三角波；该电压经射极

54、输出器加到射极输出器加到ICIC2 2的电压控制端，对高频振荡器的信号进行调制，当三角的电压控制端，对高频振荡器的信号进行调制，当三角波电压最低时，高频信号频率最高约为波电压最低时，高频信号频率最高约为800H800HZ Z，当三角波电压由低向高变化，当三角波电压由低向高变化时，时，ICIC2 2输出频率由高向低变化，输出频率在输出频率由高向低变化，输出频率在3 3秒内由低变高，另秒内由低变高，另3 3秒由高变秒由高变低，喇叭发出警车音响鸣叫声。低，喇叭发出警车音响鸣叫声。3s3s3s3su uC Cu uO Ou uC Cu uO O+U+UDDDD（5-15V5-15V）555555555

55、555电工电子学电工电子学下页下页上页上页32主要内容主要内容6.3.26.3.2 用用555555集成定时器构成的施密特触发器集成定时器构成的施密特触发器6.3.1 6.3.1 用用555555集成定时器构成的单稳态器集成定时器构成的单稳态器电工电子学电工电子学下页下页上页上页33触发器的基本概念触发器的基本概念触发器：触发器：是一个具有是一个具有记忆功能记忆功能的基本逻辑单元；它的基本逻辑单元；它的输出有的输出有两个逻辑状态两个逻辑状态0 0和和1,1,当输入一个触发信号当输入一个触发信号时，输出状态会发生时，输出状态会发生翻转翻转。触发器触发器双稳态触发器：双稳态触发器：输出有两个稳定状

56、态输出有两个稳定状态0 0和和1 1的触发器；的触发器；每输入一个触发信号每输入一个触发信号，输出状输出状态就态就翻转翻转一次一次。单稳态触发器：单稳态触发器：输出只有输出只有一个稳定状态一个稳定状态（0 0或或1 1）的触发器；当无触发信号时，保持这）的触发器；当无触发信号时，保持这一稳态；当一稳态；当外加触发信号后外加触发信号后，输出状态就，输出状态就翻翻转转到另一个暂时的状态，到另一个暂时的状态，持续一段时间持续一段时间后后自自动动返回到原来的稳态。返回到原来的稳态。u uI Iu uO Ou uI Iu uO Ou uI Iu uO O触发器示意图触发器示意图双稳态触发器功能图双稳态触

57、发器功能图单稳态触发器功能图单稳态触发器功能图触发触发翻转翻转触发触发翻转翻转触发触发翻转翻转自动自动翻转翻转稳态稳态暂态暂态稳态稳态稳态稳态电工电子学电工电子学下页下页上页上页346.3.1 用用555555构成的单稳态触发器构成的单稳态触发器1.1.电路结构电路结构电源接通电源接通, ,未加触发脉冲未加触发脉冲( (负脉冲负脉冲) )时时13IDDTRUuU+U+UDDDDR RD DU UDDDDR RC CD DTHTHTRTRGNDGNDCOCOOUTOUT1 12 23 34 45 56 67 78 80.010.01 F Fu uo ou uI Iu uC C- -+ +2.2.

58、工作原理工作原理当当u uO O=0=0时时,T,TN N导通导通当当u uO O=1=1时时,T,TN N截止截止,U,UDDDD经经R R向向C C充电充电, ,当当u uC C升到升到203THCDDUuU u uO O保持低电平保持低电平, ,即即u uO O=0=0203THCDDUuU u uO O跳变为低电平跳变为低电平, ,即即u uO O=0=0总之总之, ,电源接通电源接通, ,输出输出一定是低电平一定是低电平的的稳态稳态。l当当t=tt=t1 1时时u uI I加加负触发脉冲负触发脉冲时时13IDDTRUuUu uO O翻转翻转为为高电平高电平,T,TN N截止截止, ,

59、这时这时,U,UDDDD经经R R向向C C充电。充电。u uI Iu uC Cu uO Ot tt tt tt t1 1t t2 2t tW W23DDU0 00 00 0l当当u uC C升到略大于三分之二升到略大于三分之二U UDDDD时时, ,输出输出翻转翻转回到回到低电平低电平的的稳态稳态。t t3 3电工电子学电工电子学下页下页上页上页356.3.1 用用555555构成的单稳态触发器构成的单稳态触发器3.3.结论及特点结论及特点+U+UDDDDR RD DU UDDDDR RC CD DTHTHTRTRGNDGNDCOCOOUTOUT1 12 23 34 45 56 67 78

60、80.010.01 F Fu uo ou uI Iu uC C- -+ +当无触信号时当无触信号时, ,输出保持稳态输出保持稳态( (低电平低电平) )。当加一当加一负负触发信号后触发信号后, ,输出翻转为输出翻转为暂态暂态, ,经过一段时间后，输出返回到经过一段时间后，输出返回到原稳态原稳态。ln31.1WtRCRCu uI Iu uC Cu uO Ot tt tt tt t1 1t t2 2t tW W23DDU0 00 00 0脉冲宽度（脉冲宽度（暂态持续时间暂态持续时间）为）为输入脉冲宽度要小于输入脉冲宽度要小于t tW W, ,当当u uI I宽度大于宽度大于t tW W时时, ,可