第8章 脉冲波形的产生与整形11-23

1、 主要内容主要内容555定时器的工作原理、逻辑功能 及由555构成的脉冲电路。由门电路构成的脉冲电路。 数字电路区别于模拟电路的主要特点数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。之一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。 最常用的脉冲信号是方波最常用的脉冲信号是方波( (矩形波矩形波) )。如何产生方波以及对不理想的方波如何整如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。形，是本章讨论的重点。脉冲电路分类：脉冲电路分类：脉冲电路作用：脉冲电路作用：脉冲波形的产生和整形。脉冲波形的产生和整形。脉冲电路脉冲电路构成：构成： 开关电路开关电路 + RC+ RC电路

2、电路破坏电路的稳破坏电路的稳态，产生暂态。态，产生暂态。控制暂稳态时控制暂稳态时间的变化规律。间的变化规律。脉冲电路与数字电路的比较：脉冲电路与数字电路的比较：单稳态电路（单稳态触发器）单稳态电路（单稳态触发器）多谐振荡（无稳态）电路多谐振荡（无稳态）电路施密特电路（施密特触发器）施密特电路（施密特触发器）数字信号的波形也是一种脉冲电路数字信号的波形也是一种脉冲电路脉冲电路侧重脉冲电路侧重波形波形，数字电路侧重，数字电路侧重逻辑关系。逻辑关系。电容充放电知识复习：电容充放电知识复习：(1) (1) 电容两端的电压不能突变，电容两端的电压不能突变，VcVc（0 0） VcVc（0 0）， 电容充

3、放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与电容充放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与 RCRC有关有关, ,工程上取工程上取33；（2 2）开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小，相当短路；）开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小，相当短路； 充放电结束，电路处于稳态，充放电结束，电路处于稳态，C C支路电流为支路电流为0 0，阻抗很大，阻抗很大， 相当开路；相当开路； （3 3）简单）简单RCRC电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；（4 4）在简单）在简单RCRC电路中电路中)(tvC= =)(vC- -)(vC)0(vC+ +et)()()0()(lntv

4、vvvtCCCC- - -= =+ +或或1 555定时器的原理和应用定时器的原理和应用 555定时器是将模拟电路和数字电路集定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便成于一体的电子器件。它使用方便, ,带负载带负载能力较强能力较强, , 目前得到了非常广泛的应用。目前得到了非常广泛的应用。单定时器单定时器双极型双极型最后最后3 3位数位数555555单极型单极型最后最后4 4位数位数75557555双定时器双定时器双极型双极型最后最后3 3位数位数556556单极型单极型最后最后4 4位数位数75567556型号：型号：一、一、 555555定时器的电路结构和基本功能定时器

5、的电路结构和基本功能 555555定时器的内部电路包括以下几部分定时器的内部电路包括以下几部分 : : 两个电压比较器两个电压比较器: : C1C1、C2C2 ; ;一个基本一个基本RSRS 触发器触发器; ; 一个晶体管一个晶体管T T；由三个相等电阻组成的分压器由三个相等电阻组成的分压器; ;一个反相器等。一个反相器等。 1. 1.电路结构电路结构电平电平触发端触发端电平电平触发端触发端电压电压控制端控制端复位端复位端电平有效电平有效放电端放电端4.54.518V18V输出端输出端地地v vo o+ + +- - -8 84 45 56 62 27 71 13 31 1R RR RR RR

6、bRbTHTHCOCOTRTRD DQ QQ Q+Vcc+VccR RD D C C1 1C C2 2T T电源电压范围电源电压范围:4.5V 18V555定时器的管脚图定时器的管脚图12345678555VCCD TH COGND TRVoRD电电源源放放电电阈阈值值电控电控压制压制地地触触发发输输出出复复位位2.2.基本功能基本功能vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2TVcc32Vcc31 三个电阻构成的分压器给两个比较器提供三个电阻构成的分压器给两个比较器提供基准电压基准电压: : 分别为分别为 和和 。Vcc32Vcc31001导通,01时0 T

7、 ， VoQ： R vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2TbTHCOTRD+VccRDvo+-845627131RRRRQQC1C22/3VCC1/3 VCC00011导通,01时0 T ， VoQ： RD 。、，导通,001101时 31 ,321 T VoQQ： RD C2C VVVV CCTRCCTH=THCOTRD+VccRDvo+-845627131RRRRQQC1C22VCC/3VCC/311010b状状态态不不变变。不不变变不不变变、， T VoQQ： RD ,;111时 31 ,321 C2C VVVV CCTRCCTH=THCOTRD+

8、VccRDuo+-845627131RRRRQQC1C22VCC/32/3V2/3VCCCC时，时，VoVo0 0，T T导导通，通，C C放电。放电。V6=VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/

9、3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止2/3VCC tvi00vCt0vot 自动返回自动返回（V VI I1 1）: : 由以上过程可以由以上过程可以看出看出 : 每来一次负每来一次负脉冲脉冲 , vo 便输出一便输出一个正脉冲个正脉冲,其宽度其宽度 tW 由由 R C 决定决定 。vIvOVCCRCvC0.01uF123487652/3VCCtvi00vC0

10、votttW 输出脉冲宽度输出脉冲宽度t tw wt tw w是是VcVc从从0 0指数上升到指数上升到2V2VCCCC/3/3时所需的时间时所需的时间注意注意: :t tw w宽度的增加，将降低定时精度和稳度。宽度的增加，将降低定时精度和稳度。 t tw w 的范围为几秒到几分钟。的范围为几秒到几分钟。2/3VCCtvi00vC0votttW0)0(=+cvCCcVv=)(CCcVtv32)(=t tw wCCCCCCCCCCVVVRCtVVVVRC320ln)()()0()(ln-=-=+1.1RC1.1RC2/3VccvCvI(S)vO 在充电过程中在充电过程中v vI I 0 011变

11、化变化,C1=1,C2=0/1,Q,C1=1,C2=0/1,Q保持为保持为1 1，电，电路状态不变（路状态不变（T T截止，截止，C C保持充电状态）。保持充电状态）。多次触发时的情况：多次触发时的情况：故该电路为故该电路为不可重复触发不可重复触发型单稳态触发器：型单稳态触发器：电路图：电路图：可重复触发的单稳态触发器可重复触发的单稳态触发器+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvITbT1可重复触发的单稳态触发器（续）可重复触发的单稳态触发器（续）+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvITbT1工作过程工作过程b.b.触发时触发时: :a.a.稳

12、态时稳态时: :V VI I=1,T1=1,T1截止截止, ,电路状态同电路状态同普通单稳。普通单稳。V VI I=0=0，电路触发翻转，电路触发翻转，VoVo1 1V VI I=0=0期间期间,T1,T1导通导通, ,电容不能充电。电容不能充电。V VI I=1=1后，后， T1T1截止截止, ,电容开始充电。电容开始充电。可重复触发的单稳态触发器（续）可重复触发的单稳态触发器（续）+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvITbT1工作过程工作过程（续）（续）c.c.重复触发时重复触发时: :当当Vc2/3VVc2/3Vcc 2/3Vcc Q=0, Q=0, V VO

13、O=0,=0,恢复稳态，恢复稳态， TT导通导通, ,电容放电电容放电单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用一般用于一般用于（产生一定宽度的矩形波）（产生一定宽度的矩形波）（把不规则的波形转换成宽度、（把不规则的波形转换成宽度、 幅度都相等的波形）幅度都相等的波形）（把输入信号延迟一定时间后输出）（把输入信号延迟一定时间后输出）uo&uiuAuo(a) 电路示意图(b) 波形图单稳态触发器uououiuAtpuiuotp 555 555定时器做多谐振荡器定时器做多谐振荡器多谐振荡器的特点：多谐振荡器的特点： （1 1）不需外触发的自激振荡器；）不需外触发的自激振荡器； （2 2）无稳定状

14、态，均为暂稳态；）无稳定状态，均为暂稳态； （3 3）矩形波中含有丰富的高次谐波，习惯称多谐振荡器。）矩形波中含有丰富的高次谐波，习惯称多谐振荡器。外接外接R1,R2,C电路：电路：+VccRDvo+-84562713RRRRbQQC1C2TR1CR2vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2 Vcc Vcc通过通过R1R1、R2R2向向C C充电充电, ,在在 V VC C 没有充电到没有充电到 2 2V VCCCC/3 /3 之之 前前, ,V Vo o 保持保持 1 1 不变。不变。 当当V VC C2 2V VCCCC /3 /3时时 V Vo o由由1 1翻转为翻转为 0

15、0 。 T T 导通导通 电容电容C C 经经R2R2、T T放电。放电。vC0t0tvoVCC /32VCC /3t1t2t3当当VcVc降至降至V VCCCC /3/3时，使得时，使得 V Vo o回到回到 1 1 TT截止截止 电容电容C C 再充电再充电，进入循环进入循环 .原理原理VCC/32VCC/3所需的时间：所需的时间：3 3/1 1V VCC3 3/ /2 2lnln2 2V VC CR Rt tCCCCw2w2= =0.70.7R R2 2C C第一个暂稳态的脉冲宽度第一个暂稳态的脉冲宽度t tw1w1 ，VcVc从从V VCCCC/3/3充电上升到充电上升到2V2VCCC

16、C/3/3所需的时间：所需的时间：第二个暂稳态的脉冲宽度第二个暂稳态的脉冲宽度t tw2w2 ，V Vc c从从2V2VCCCC/3/3放电下降到放电下降到 V VCCCC/3/33 3/ /2 23 3/ /1 1lnln) )( (2 21 1V VV VV VV VC CR RR Rt tCCCCCCCCCCCCCCCCw1w1- - -+ += =0.7(0.7(R R+ +R R) )C C2 21 1vOtW2tW1vc占占 空空 比：比：q=tw1/T =(R2+R1)/(2R2+R1)频频 率：率：f 1.43/1TR12R2)C(振荡周期振荡周期： Ttw1tw2 0.7(R

17、12R2)C电路特点：电路特点：充放电电路分开充放电电路分开充电路径：充电路径：tw1=RACln2放电路径：放电路径：tw2=RBCln2占空比：占空比：q=tw1/(tw1+tw2) =RA / (RA+RB) 通过调节通过调节R2R2来调节占空比来调节占空比vOVCCR1C0.01uF12348765R2R3RARB占空比可调多谐振荡器占空比可调多谐振荡器: : 555 555定时器做施密特触发器定时器做施密特触发器施密特触发器的特点：施密特触发器的特点：（1 1）双稳态触发器，有两个稳定的状态；）双稳态触发器，有两个稳定的状态；（2 2）电平触发）电平触发电压达到某个值时电路状态翻转；

18、电压达到某个值时电路状态翻转；（3 3）具有滞后电压传输特性）具有滞后电压传输特性回差特性回差特性 （两次翻转输入电平不同）；（两次翻转输入电平不同）； 电路电路： 2 2，6 6端连在一起作为信号输入端端连在一起作为信号输入端+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2vIVcc1 vo1V VI I1/3V2/3V2/3VCCCC时，时，C1C1输出低电平，输出低电平，C2C2输出高电平，输出高电平，V VO O=0=0构成构成集电集电极开极开路型路型输出输出端。端。Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压控制电压调节回差调节回差vi

19、vott00UT+UT2VCC/3VCC/3工作原理：工作原理：（a a）当）当V Vi i 0 0 时，由于比较器时，由于比较器 C C1 1=1=1、C C2 2=0=0，触发器置，触发器置 1 1，即，即Q Q1 1、0 0= =Q Q，。升高时，在未到达升高时，在未到达 2V2Vcccc/3/3以前，以前，的状态不会改变。的状态不会改变。V VO O 1 1V Vi iV VO O 1 1Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压控制电压调节回差调节回差vivott00UT+UT2VCC/3VCC/3（b）vi升高到升高到 2VCC/3 时，比

20、较器时，比较器 C1输出为输出为 0、C2输出为输出为 1，触发器置，触发器置 0，即，即Q0、1= =Q， vo=0。此后，。此后， vi上升到上升到 VCC，然后再降低，但在未到达，然后再降低，但在未到达VCC/3以前，以前，vo0 的状态不会改变。的状态不会改变。（a）当）当 vi0 时，由于比较器时，由于比较器 C1=1、C2=0，触发器置，触发器置 1，即，即 Q1、0= =Q，vo1。vi升高时，在未到达升高时，在未到达 2VCC/3 以前，以前， vo1 的状态不会改变。的状态不会改变。Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压控制电压调

21、节回差调节回差vivott00UT+UT2VCC/3VCC/3（c）vi下降到下降到 VCC/3 时，比较器时，比较器 C1输出为输出为 1、C2输出为输出为 0，触发器置，触发器置 1，即即 Q1、0= =Q，vo=1。此后，。此后，vi继续下降到继续下降到 0，但，但 vo1 的状态的状态不会改变。不会改变。（b）vi升高到升高到 2VCC/3 时，比较器时，比较器 C1输出为输出为 0、C2输出为输出为 1，触发器置，触发器置 0，即，即Q0、1= =Q， vo=0。此后，。此后， vi上升到上升到 VCC，然后再降低，但在未到达，然后再降低，但在未到达VCC/3以前，以前，vo0 的状

22、态不会改变。的状态不会改变。（a）当）当 vi0 时，由于比较器时，由于比较器 C1=1、C2=0，触发器置，触发器置 1，即，即 Q1、0= =Q，vo1。vi升高时，在未到达升高时，在未到达 2VCC/3 以前，以前， vo1 的状态不会改变。的状态不会改变。下限阈值电压下限阈值电压vovi(b)(b)逻辑符号逻辑符号(a)(a)传输特性传输特性VTVT+上限阈值电压上限阈值电压回差电压（滞后电压）回差电压（滞后电压）： VT+=2/3VCC; VT-=1/3VCCVT VTVT =1/3VCCvIvO在在7 7脚外接一电阻，并与脚外接一电阻，并与V VCC1CC1 相连，相连， v vO

23、 O=1=1时，时，v vO1O1=0; =0; v vO O=0=0时，时，v vO1O1=V=VCC1CC1， 可以实现电平移动。可以实现电平移动。在在5 5脚上加控制电压脚上加控制电压V VCOCO可以改变可以改变V VT+T+,V,VT- T- ， 以调节回差电压的大小以调节回差电压的大小Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压控制电压调节回差调节回差说明：说明：施密特触发器的应用：施密特触发器的应用：波形变换波形变换三角波、正弦波变换成方波三角波、正弦波变换成方波vItvOtVT+VT-VT+VT-vItvOt正弦波正弦波方波方波三角波三角

24、波方波方波调节调节V VT+T+,V,VT-T-可以改变宽度可以改变宽度波形整形波形整形消除噪声干扰消除噪声干扰vItvOtVT+VT-vItvOtVT+VT-回差电压比较小回差电压比较小回差电压比较大回差电压比较大 幅度鉴别幅度鉴别vItvOtVT+VT-可以调节可以调节V VT+T+作为鉴别门限作为鉴别门限构成多谐振荡器构成多谐振荡器1vIvO2 2 集成门构成的脉冲电路集成门构成的脉冲电路一、一、 单稳态触发器单稳态触发器RC不同接法不同接法微分型微分型积分型（没有正反馈，波形不好）积分型（没有正反馈，波形不好）1. 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器vO1vO2G2G1vIvR由由与

25、非门与非门和和RC 微分电路微分电路构成，二个与非门首尾构成，二个与非门首尾相接交叉耦合，相接交叉耦合， RC 为定时元件。为定时元件。窄脉冲触发窄脉冲触发RRoff(1)(1)电路构成电路构成: :vo1vo2RCvivR(a)(a)稳态稳态v vI I=1,=1,无触发，无触发，电路处于稳态，电路处于稳态，v vO1O1=0=0，v vO2O2=1=1v vC C00=1=0=1=0vO1vO2G2G1vIvRvIvO1vRvO2（2 2）工作原理：）工作原理：RRoffvIvO1vRvO2(b) 外加触发信号外加触发信号vI=0vO1=1,电容电压不能突变电容电压不能突变vR=1 vO2

26、=0进入进入暂稳态暂稳态vO2=0 vO1=1vO2=0形成正反馈，自锁，形成正反馈，自锁，vI即使为即使为1也不影响也不影响=0=1=1=0vO1vO2G2G1vIvR(c) 自动返回自动返回=1电容电容C C按指数上充电，按指数上充电，v vR R按指数逐渐降低；按指数逐渐降低；vO1vO2G2G1vIvRvIvO1vRvO2VTH当当v vR R 下降到达门电路下降到达门电路阈值电压（阈值电压（1.4V1.4V）时，电路状态将发生翻时，电路状态将发生翻转转v vI I即使恢复为高电平，由即使恢复为高电平，由于电路中的正反馈，输出于电路中的正反馈，输出仍能维持。仍能维持。v vR R下降，

27、电路状态改变下降，电路状态改变v vR R下降下降vO2=1vO1=0电容电压不能突变电容电压不能突变v vC C=V=VTH TH v vR R下降下降V VvIvO1vRvO2VTHvO1vO2G2G1vIvR(d) 恢复稳态恢复稳态电容放电，电容放电，v vC C恢复恢复电路恢复到稳态电路恢复到稳态v vI I=1=1v vO1O1=0=0v vO2O2=1=1v vR R=0=0vO1vO2G2G1vIvRvIvO1vRvO2VTHG1G1的输出电阻的输出电阻vRvO2tWVTH7 . 00ln- -= =tW=0.7（R R 0）CvO1vO2G2G1vIvRvRvO1RR00（RR

28、0）CtW= =)()(lntvvRR- -(vR- -)0(vR+ +（RR0）C- -RR R 0VOH(3) (3) 输出脉冲宽度输出脉冲宽度t tW WVTH（RR0）C取取VOH3.6V3.6V R=330 R 0=100tre)()()0()(lntvvvvRCtRRRR- - - - = =+ +一般认为经过（一般认为经过（35)RC时间，时间，电容已经放电完毕即电容已经放电完毕即最大工作频率：最大工作频率：reWMAXttTf+ += = =11vO2(4)(4)恢复时间恢复时间t treretre=(35)RC（1 1）微分型单稳态触发器电路适于窄脉冲触发，若宽脉冲）微分型单

29、稳态触发器电路适于窄脉冲触发，若宽脉冲触发，输入端另加微分电路触发，输入端另加微分电路说明说明：（2 2）微分型单稳态触发器窄脉冲触发，容易引起误动作；）微分型单稳态触发器窄脉冲触发，容易引起误动作；电路中有正反馈，所以输出的边沿比较好。电路中有正反馈，所以输出的边沿比较好。vdvi( (R Rd dR Ronon) )CdRdvo1vo2RC(Vi)vR( (RRRRoffoff) )不被再次触发不被再次触发tWtWtWtW被再次触发被再次触发2. 集成单稳态触发器：集成单稳态触发器：分类分类可重复触发可重复触发不可重复触发不可重复触发电路进入暂稳态电路进入暂稳态(被触发状态被触发状态)中，

30、不受触中，不受触发输入影响，只有返回稳态后才可以被再发输入影响，只有返回稳态后才可以被再次触发次触发电路在暂稳态中仍然可以接受输入，可以电路在暂稳态中仍然可以接受输入，可以被重复触发，每触发一次，电路暂稳态会被重复触发，每触发一次，电路暂稳态会继续保持继续保持tW。74121(74121(单单) )74221(74221(双双) )74122(74122(单单) )74123(74123(双双) ) B=1 B=1时时 A:10A:10Q QNCNCA A1 1A A2 2B BQ QGNDGNDVCCVCCNCNCNCNCNCNCR Rextext/C/CextextC CextextR R

31、intintA A1 1,A,A2 2,B,B触发输入触发输入Q, Q Q, Q 输出输出R Rextext/C/Cextext,C,Cextext,R,Rintint外接电阻外接电阻/ /电容电容/ /内接电阻引脚内接电阻引脚0XX01111110X11100XX1010X101X0QQBA2A1(1)(1)功能表功能表 A A有有0 0时时 B:01B:01(2)(2)电路电路(3)(3)原理原理稳态稳态01:03101:=G7V ZZG5ZGG4 R又又假假设设Q Q回回到到稳稳态态 G5G61017=+=Q,QG稳态信号：稳态信号：Z0，VR1，G3110=Q Q (3)(3)原理原理

32、( (续续1)1)进进入入暂暂态态时时当当外外触触发发信信号号使使01:=Q Q G6 G5 Z 触发翻转触发翻转11010(3)(3)原理原理( (续续2)2)0G50G31G4 = 0Q延时返回延时返回翻转后翻转后:至此使至此使G5完成了一个窄脉冲输出（完成了一个窄脉冲输出（6级门延时）。级门延时）。0G7G6=VVCVccR4 . 10充充电电，当当向向回回到到稳稳态态= 1G6 0G50G710QQ110101000101(4)(4)触发方式触发方式为使为使 Z可为：可为：B B1 1时，时，A1A2A1A21111变为有变为有0 0 A1A2A1A2有有0 0时，时，B B由由0 0

33、变变1 1。VccVccA1A1A2A2B BZ Z(5)(5)定时参数定时参数R：内接：内接2K 外接外接1.440KC：外接：外接10Pf10ftW0.7RC 外接电容接在外接电容接在1010，1111引脚引脚(C(Cextext, R, Rextext/C/Cextext) )之间，之间，如果如果C C有极性，正极接有极性，正极接1010脚脚(C(Cext)ext) 如如果使用外部电阻果使用外部电阻(1.4(1.440k)40k)，电阻两端分别接，电阻两端分别接11,1411,14脚脚(R(Rextext,VCC),VCC)(6)元件连接元件连接:如果使用内部电阻如果使用内部电阻(2k)

34、(2k)，把，把9 9引脚引脚(R(Rintint) )接接V VCCCC。(7)应用应用:整形、定时、延时。整形、定时、延时。0XX011QQBA2A1外接电阻外接电阻内部电阻内部电阻二、多谐振荡器二、多谐振荡器 一种自激振荡电路，无需外界触发即可产生一定频率和一种自激振荡电路，无需外界触发即可产生一定频率和幅值的矩形脉冲或方波。没有稳定状态幅值的矩形脉冲或方波。没有稳定状态无稳态电路。无稳态电路。方波含有很多高次谐波分量，称为多谐振荡器。方波含有很多高次谐波分量，称为多谐振荡器。方波输出方波输出由数字逻辑器件由数字逻辑器件( (逻辑门电路）完成；逻辑门电路）完成；一定频率一定频率由延时电路

35、由延时电路(RC(RC充放电回路）完成；充放电回路）完成；自动进入振荡状态自动进入振荡状态由反馈回路完成。由反馈回路完成。1. CMOS自激多谐振荡器自激多谐振荡器(1)(1)电路构成电路构成vO2G1G1G2G2vO1RC1 11 1由由2 2个个CMOSCMOS反反相器和外接相器和外接RCRC组成。组成。 CMOSCMOS反相器反相器内置保护二极管。内置保护二极管。VDD+V+V+VC可变范围可变范围(2)(2)工作原理工作原理( (仅分析稳定工仅分析稳定工作时的状态）作时的状态）设设: :反相器翻转反相器翻转门坎电平为门坎电平为V VTHTH1/2V1/2VDDDD设设Vo1=1,Vo2

36、=0:Vo1=1,Vo2=0:暂态暂态V VDDDDV1 R C V4V1 R C V4向向C C充电。充电。当当V VC C上升使上升使V VC CV VTHTH 电路翻转电路翻转, Vo1, Vo1、Vo2Vo2 。 Vo1=0,Vo2=1:Vo1=0,Vo2=1:暂态暂态V VDDDDV3 C R V2V3 C R V2向向C C反向充电。反向充电。当当V VC C下降使下降使V VC CV VTHTH 电路翻转电路翻转,Vo1,Vo1、Vo2Vo2电路回到电路回到暂态暂态。(3)(3)工作波形工作波形t=0t=0时刻接通电源，时刻接通电源，C C未充电；未充电；V VC C=0=0，V

37、 VO1O1= =V VDD DD , , V VO2O2=0;=0;第一暂稳态第一暂稳态; ;VDDVTHVCvO1vO2VDDVDDV VO1O1高电平，高电平，V VO2O2低电平，通低电平，通过过R R向向C C充电充电, , V VC C电压逐渐升高电压逐渐升高. .VO2G1G1G2G2VO1VcVcRC11VDD+VTHVDDVTHvIvO1vO2VDDVDD 当当V VC C上升至上升至V VTHTH时时, ,门电路门电路G1G1发生状态翻转，发生状态翻转， V VO1O1=0 =0 , ,V VO2O2=V=VDDDD电容两端电压不能突变电容两端电压不能突变 V VC C=V

38、=VTH TH 突变成突变成V VC C= =V VDDDD+ +V VTHTHV VC C应该上升到应该上升到1.5V1.5VDDDD，但是由于保护二极管的作用，但是由于保护二极管的作用， V VC C不能上不能上升那么高，仅到达升那么高，仅到达V VDDDD+V+V+ +VDD+V+(3)(3)工作波形工作波形( (续续1)1)VO2G1G1G2G2VO1VcVcRC11VDD+V+VDDVTHvIvO1vO2VDDVDDVDD+V+V VO1O1=0,V=0,VO2O2=VDD,=VDD, 电容通过电容通过R R放电并反向充电放电并反向充电 V VC C电压逐渐下降。电压逐渐下降。 第二

39、暂稳态第二暂稳态; ;(3)(3)工作波形工作波形( (续续2)2)VO2G1G1G2G2VO1VcVcRC11当当V VC C下降到下降到V VTHTH, ,门电路门电路G1G1再次发生状态变化再次发生状态变化 V VO1O1=V=VDDDD, , V VO2O2=0=0此时此时V VC C =V=VDDDD-V-VTHTH, ,电容电压不能突变电容电压不能突变 V VC C =V=VTHTH-V-VDDDDVDDVTHvIvO1vO2VDDVDDVDD+V+ V VC C应该下降到应该下降到-1/2V-1/2VDDDD, , 由于保护二极管的作用，由于保护二极管的作用，V VC C只能只能

40、下降到下降到-V-V- -V-1/2VTHVO2G1G1G2G2VO1VcVcRC11(3)(3)工作波形工作波形( (续续3)3) V VC C =-V=-V- - V VO1O1=VDD=VDD V VO2O2=0,=0,回到第一暂稳态，回到第一暂稳态， 电路继续持续翻转、振荡。电路继续持续翻转、振荡。VDDVTHvcvO1vO2VDDVDDVDD+V+-V-(3)(3)工作波形工作波形( (续续4)4)VO2G1G1G2G2VO1VcVcRC11(4)(4)振荡频率计算振荡频率计算：VDDVTHvCvO2VDDVDD+V+-V-t1t2T1T2RCRC电路的瞬态响应：电路的瞬态响应：eR

41、CtccccVVVtV-+-+=)()0()()()()()0()(lntvvvvRCtcccc-=+VO2G1G1G2G2VO1VcVcRC11VO1VCRCT T1 1: : t t1 1为时间起点为时间起点0 0+ +；T T2 2: : t t2 2为时间起点为时间起点0 0+ + ；计算计算T1T1： VC(0(0+ +)=-V)=-V- - VC(T(T1 1)=V)=VTHTH VC()=V()=VDDDDVDDVTHvCvO2VDDVDD+V+-V-t1t2T1T2THDDDDTHDDDDccccVVVVRCVVVVRCTvvvvRCT-+=-=-=-+ln)(ln)()()0

42、()(ln11=VDDvO2=0VO1VCRC(4)(4)振荡频率计算振荡频率计算( (续续1)1) ：计算计算T2T2： VC()=0()=0 VC(T(T2 2)=V)=VTHTH VC(0(0+ +)=V)=VDDDD+V+V+ +VDDVTHvIvO2VDDVDD+V+-V-t1t2T1T2vO1=0vO2=VDDvIRCTHDDTHDDccccVVVRCVVVRCTvvvvRCT+=-+-=-=+ln0)(0ln)()()0()(ln22(4)(4)振荡频率计算振荡频率计算( (续续2)2) ：+-+=+-+=+=+-+-THDDTHDDDDTHDDTHDDDDVVVVVVVRCVVVRCVVVVRCTTTlnlnln21VV+ +, V, V- -的值为保护二极管的正向导通电压的值为保护二极管的正向导通电压, ,大约为大约为0.7V,0.7V,相对于相对于V VDDDD可以忽略不计可以忽略不计, ,对对CMOSCMOS门电路：门电路：V VTHTH=1/2V=1/2VDDDDRCRCVVRCVVVVVRCTTHDDTHDDTHDDDD4.14lnlnln2 = = = = - -= =(4)(4)振荡频率计算振荡频率计算( (续续3)3) ：2.2.石英晶体多谐振