第二十三课时：多谐振荡器、施密特触发器

1、6.4.16.4.1 由门电路构成的多谐振荡器由门电路构成的多谐振荡器 6.4.26.4.2 555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器 6.4.36.4.3 多谐振荡器的应用多谐振荡器的应用 1多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。 2通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，无需外触发。 3输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的谐波分量，故称作多谐振荡器。6.4.1 6.4.1 对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器 1. 电路组成由两个TTL反相器经电容交叉耦合而成。通常令C1=C2=C，R1=R2=RF。为了使静态时反相器工作在转折区，具有较强的放大能力，应满

2、足ROFFRFRON的条件。 图6-20对称式多谐振荡器 2.工作原理 假定接通电源后，由于某种原因使uI1有微小正跳变，则必然会引起如下的正反馈过程 ： 使uO1迅速跳变为低电平、uO2迅速跳变为高电平，电路进入第一暂稳态。此后，uO2的高电平对C1电容充电使uI2升高，电容C2放电使uI1降低。由于充电时间常数小于放电时间常数，所以充电速度较快，uI2首先上升到G2的阈值电压UTH，并引起如下的正反馈过程： 使uO2迅速跳变为低电平、uO1迅速跳变为高电平，电路进入第二暂稳态。此后，C1放电、C2充电，C2充电使uI1上升，会引起又一次正反馈过程，电路又回到第一暂稳态。这样，周而复始，电路

3、不停地在两个暂稳态之间振荡，输出端产生了矩形脉冲。 图6-21 对称式多谐振荡器的工作波形 3.主要参数 矩形脉冲的振荡周期为 T1.4RFC当取RF1k、CI00 pF100 F时，则该电路的振荡频率可在几赫到几兆赫的范围内变化。6.4.2. RC环形振荡器 最简单的环形振荡器构成十分简单，但是并不实用。因为集成门电路的延迟时间tpd极短，而且振荡周期不便调节。 利用电容利用电容C的充放电，改变的充放电，改变uI3的电平的电平(因为因为RS很小很小,在分析时往往忽略它。在分析时往往忽略它。)来控制来控制G3周期性的导周期性的导通和截止，在输出端产生矩形脉冲。通和截止，在输出端产生矩形脉冲。

4、RS是 限 流 电 阻是 限 流 电 阻（保护（保护G3），通），通常选常选100左右。左右。增加RC延迟环节，即可组成RC环形振荡器电路。 图6-24 RC环形振荡器的工作波形 电路的振荡周期为 T2.2RCR不能选得太大（一般1k左右），否则电路不能正常振荡。 。 6.4.36.4.3石英晶体振荡器石英晶体振荡器 前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振荡频率不稳定，容易受温度、电源电压波动和RC参数误差的影响。而在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信号来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面讨论的多谐振荡器是不能满足要求的，必须采用频率稳定度

5、很高的石英晶体多谐振荡器。 石英晶体的阻抗频率特性图 石英晶体具有很好的选频特性。当振荡信号的频率和石英晶体的固有谐振频率fo相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，而其它频率的信号则被衰减掉。因此，将石英晶体串接在多谐振荡器的回路中就可组成石英晶体振荡器，这时，振荡频率只取决于石英晶体的固有谐振频率fo，而与RC无关。图6-27石英晶体振荡器电路 在对称式多谐振荡器的基础上，串接一块石英晶体，就可以构成一个石英晶体振荡器电路。该电路将产生稳定度极高的矩形脉冲，其振荡频率由石英晶体的串联谐振频率fo决定。 目前，家用电子钟几乎都采用具有石英晶体振荡器的矩形波发生器。由于它的频率稳定度很

6、高，所以走时很准。通常选用振荡频率为32768HZ的石英晶体谐振器，因为32768215，将32768HZ经过15次二分频，即可得到1HZ的时钟脉冲作为计时标准。555 定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器+VCCuOQ&1TDR1R2CuCCC32VCC31V uCtUOH uOtUOL一、电路组成和工作原理一、电路组成和工作原理 6278 4153555R1C1+R2C2+VCCAstable Multivibrator二、振荡频率的估算和占空比可调电路二、振荡频率的估算和占空比可调电路62784153555R1C+R2C2+VCC1. C 充电时间充电时间 tw1uC（0

7、+） = VCC / 3, uC（ ） = VCC)()()0()(ln1W1W1tuuuutCCCC 2lnln1CC32CCCC31CC1 VVVVCRRt）（21W17 . 0 充电时间常数充电时间常数 1= （R1+R2）C2. C 放电时间放电时间 tw22ln2W2 t可求得可求得: :CRt2W27 . 0 放电时间常数放电时间常数 2 = R2C（一一） 振荡频率的估算振荡频率的估算3. 振荡频率振荡频率 f uCCC32VCC31VtUOH uOtUOLtw1tw2Ttw1= 0.7 ( (R1+R2) Ctw2 = 0.7R2CT = 0.7（R1+2R2）C振荡周期：振荡

8、周期：振荡频率：振荡频率：CRRCRRTf）（）（2121243. 127 . 011 占空比：占空比：CRRCRRTtq）（）（2121W127 . 07 . 0 002121502 RRRR6.5.26.5.2 555 555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施密特触发器的特点：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；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）；6.

9、5.6.5. 施密特触发器施密特触发器 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，C1C10 0，C2C21 1，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vivott00UT+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=

10、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 1V6=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 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压控制电压

11、调节回差调节回差vivott00UT+UT2VCC/3VCC/3（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，