第29讲信号发生器与变换电路

1、电工电子技术电工电子技术 张立宏、谭甜源张立宏、谭甜源 办公地点：办公地点：3 3教教33013301 手手 机：机：1592725685415927256854 E-Mail: E-Mail: QQ: QQ: 8238323582383235 QQ QQ群：群： 213738876213738876第第7 7章章 信号发生器与变换电路信号发生器与变换电路 振荡电路（又称信号发生器）和放大电路一样，都是把振荡电路（又称信号发生器）和放大电路一样，都是把直流电能转换成交流电能的电路，统称直流电能转换成交流电能的电路，统称能量转换器能量转换器。所不同。所不同的是放大电路的输出规律（波形、频率）是取

2、决于外加信号的是放大电路的输出规律（波形、频率）是取决于外加信号（输入）的变化规律，而振荡电路的输出规律由电路的参数（输入）的变化规律，而振荡电路的输出规律由电路的参数所决定，且不需要外界输入。所决定，且不需要外界输入。 实际电路中广泛应用的信号波形，通常可由两种途径获实际电路中广泛应用的信号波形，通常可由两种途径获得，其一是由振荡器直接产生，而这种电路称信号发生器；得，其一是由振荡器直接产生，而这种电路称信号发生器；其二是通过对周期信号整形而得到，而这种电路称波形变其二是通过对周期信号整形而得到，而这种电路称波形变换器。换器。 信号发生器可分为正弦波和非正弦波两大类。正弦波信号发生器可分为正

3、弦波和非正弦波两大类。正弦波发生电路广泛应用于通信、广播、电视等系统。而非正弦发生电路广泛应用于通信、广播、电视等系统。而非正弦波（矩形波、三角波、锯齿波等）发生电路则广泛应用于波（矩形波、三角波、锯齿波等）发生电路则广泛应用于测量仪器、数字系统及自动控制系统中。本章将讨论信号测量仪器、数字系统及自动控制系统中。本章将讨论信号的发生及变换电路的原理及其典型电路。的发生及变换电路的原理及其典型电路。u0tuitu0uiR1+R+U0-U0过零比较器及工作波形过零比较器及工作波形7.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路7.1.7.1.0 0 反馈的基本概念反馈的基本概念 凡是通过一定方式将放大电路（或

4、系统）的输出信号凡是通过一定方式将放大电路（或系统）的输出信号部分或全部送回输入回路，这种部分或全部送回输入回路，这种信号反送的过程信号反送的过程，叫反馈。，叫反馈。用框图表示则为：用框图表示则为：AFiXdX0XFX+-净输入净输入输出量输出量输入输入反馈量反馈量合成环节合成环节正向网络正向网络反馈网络反馈网络1.1.反馈系统的组成反馈系统的组成2 2反馈种类反馈种类 反馈使净输入增加的，则为正反馈，反馈使净输入反馈使净输入增加的，则为正反馈，反馈使净输入减小的，则为负反馈。减小的，则为负反馈。 判别方法：判别方法：瞬时极性法瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始，。即在电路中，从输入端开始，

5、沿着信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率沿着信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率（正斜率或负斜率，用（正斜率或负斜率，用“+ +”、“- -”号表示）。号表示）。净输入量减小净输入量减小净输入量增大净输入量增大反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路负反馈负反馈正反馈正反馈3. 3. 反馈系统的闭环放大倍数反馈系统的闭环放大倍数00XFAXXiAFAXXi10AFAAf1ifXXA0令00XXFXXAFdFidXXX01XFA01XAAFAFiXdX0XFX+-1+1+AFAF 称为称为反馈深度反馈深度，它是衡量闭环系统性质的物理量。，它是衡量闭环系统性质的物理量。1+1+AF AF

6、1 A1 Af f AA1+1+AF AF 1 A1 Af f AA1+1+AF AF 0 A0 Af f 负反馈负反馈正反馈正反馈自激振荡自激振荡提高放大倍数的稳定提高放大倍数的稳定性、改善波形失真程性、改善波形失真程度、展宽通频带度、展宽通频带7.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路7.1.1 7.1.1 基本工作原理基本工作原理1.1.反馈放大电路中的自激反馈放大电路中的自激AFdX0XFXiX+- 放大电路在正常情况下，只有在输入端加有输入信号时，放大电路在正常情况下，只有在输入端加有输入信号时，才有输出。才有输出。 当放大电路出现自激，那么放大电路就无法正常工作，所当放大电路出现自激，那

7、么放大电路就无法正常工作，所以放大电路是要设法消除自激。但自激在以放大电路是要设法消除自激。但自激在振荡电路振荡电路中却得以应中却得以应用。用。但有时不加输入信号，却有一定频率和幅度的信号输出，但有时不加输入信号，却有一定频率和幅度的信号输出，AFdX0XFX放大器的这种现象，称为放大器的这种现象，称为自激振荡自激振荡。2.2.自激振荡的条件自激振荡的条件 电路中无外加输入电压，而在输出端有一定频率和幅度电路中无外加输入电压，而在输出端有一定频率和幅度的信号输出，称这种现象为电路的自激振荡。的信号输出，称这种现象为电路的自激振荡。S当当 S 合于合于 1 时，时，开环电压放大倍数开环电压放大倍

8、数diuu doUUA 则输出电压保持不变。则输出电压保持不变。反馈系数反馈系数又又所以自激振荡的条件是：所以自激振荡的条件是：difuuu ofUUF dfUU 1ofdo UUUUAFAuduiuo12Fuf若若当当 S 合于合于 2 时，时， a+ f=2n振幅条件振幅条件相位条件相位条件1AF反馈电压反馈电压与输入电压与输入电压同相同相, 为正反馈；为正反馈；fUiU幅度特性幅度特性Uom= f(Ufm)反馈特性反馈特性Ufm=FUomUimUom1Ufm1Uom2A自激振荡的建立过程自激振荡的建立过程3 3 振荡的建立和稳定振荡的建立和稳定振荡建立时应满足：振荡建立时应满足：即即df

9、UU 1 AFSAuduiuo12FufUfmUomO微小的扰动起始信号微小的扰动起始信号不断通过放大不断通过放大 反馈反馈 再再放大放大 再反馈，使再反馈，使 Uom不断增大，一不断增大，一直到达交点直到达交点 A 时，稳定下来。时，稳定下来。振荡稳定振荡稳定不能振荡不能振荡1 AF1 AF4 4正弦波正弦波振荡电路的组成振荡电路的组成由前面分析可知，正弦波振荡电路必须具备如下几部分：由前面分析可知，正弦波振荡电路必须具备如下几部分： 放大网络放大网络反馈网络（应含有正反馈）反馈网络（应含有正反馈）选频网络（利用选频网络（利用LCLC和和RCRC电路的选频特性）正反馈与选电路的选频特性）正反

10、馈与选频合二为一。频合二为一。5 5正弦波振荡器的分类正弦波振荡器的分类根据选频网络的组成元件的不同分为根据选频网络的组成元件的不同分为LCLC振荡电路振荡电路RCRC振荡电路振荡电路石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路7.1.2 7.1.2 RCRC正弦波振荡电路正弦波振荡电路1.1.桥式桥式RCRC振荡电路振荡电路（1）电路结构）电路结构由于反馈网络组成为桥式电路，故称桥式振荡电路。由于反馈网络组成为桥式电路，故称桥式振荡电路。Z1Z2（2）计算）计算A与与F 11RRAf0021231jZZZFu0Rf+R1Z1Z2C1R1R2C2u0ufCjRZ11RCjRZ12（3）振荡频率）振荡频率

11、AF=1=0RCf210 振荡器对频率为振荡器对频率为 f0的分量产生正反馈，最后稳定的分量产生正反馈，最后稳定输出频率为输出频率为 f0的信号。的信号。 当信号的频率等于电路的固有频率时，电路发生谐当信号的频率等于电路的固有频率时，电路发生谐振，所以谐振频率为：振，所以谐振频率为： a=0 a+ f=2n f=2n11RRAfSin2n=0表明表明F的虚部为零的虚部为零0021231jZZZF0=1/RCuo+RFR1u+ui+CRRC1F2RR 3 uA1 FAuRCf 2101 FAu3 uA在特定频率在特定频率 ui 和和 uo 同相，即同相，即 RC 串并联电路具有串并联电路具有正反

12、馈和选频作用，正反馈和选频作用， ui 和和 uo 为正弦波。为正弦波。时，时，则，则电路将等幅振荡；电路将等幅振荡；若若1F2RR 1F2RR 1 FAu，则，则电路将不能幅振荡；电路将不能幅振荡；若若，则，则电路起振后，振幅越来至饱和；电路起振后，振幅越来至饱和；所以，振荡时应满足所以，振荡时应满足即即 RF 2R1 RF = 2R1起振时应满足起振时应满足3 uA若若uo+RFR12 2 RC RC 正弦波振荡电路稳幅措施正弦波振荡电路稳幅措施CRRC( (1) )用热敏电阻稳幅用热敏电阻稳幅起振时由于温度低，起振时由于温度低，RT 2R1，振荡后温度增加振荡后温度增加 RT 减少到等于

13、减少到等于2R1。( (2) )用二极管稳幅用二极管稳幅RT 用具有负温度系数的热敏电阻用具有负温度系数的热敏电阻RT 代替代替 RF。3 3 振荡频率的改变振荡频率的改变RCf 210由由可知可知 改变改变 R、C 或同时改变或同时改变 RC 都都可改变振荡频率。可改变振荡频率。RF1RF2D1D27.1.3 7.1.3 LCLC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 LC 正弦波振荡电路常用分立元件组成，常见的形式正弦波振荡电路常用分立元件组成，常见的形式有有电感反馈式电感反馈式（哈特莱（哈特莱 Hartley）、）、电容反馈式电容反馈式（考毕慈（考毕慈 Colpitts）和和变压器反馈式变压器反馈

14、式等类型，这里介绍等类型，这里介绍电感反馈式电感反馈式和电容反馈式和电容反馈式振荡电路又称作振荡电路又称作三点式三点式振荡电路。振荡电路。 LC 正弦波振荡电路以正弦波振荡电路以LC谐振回路为选频网络，可产生谐振回路为选频网络，可产生频率高于频率高于1GHz的正弦波，由于的正弦波，由于LC谐振回路的品质因数高，谐振回路的品质因数高，故振荡频率的稳定性较好。故振荡频率的稳定性较好。 所谓三点式，系指选频网络对外有且仅有分别与放大所谓三点式，系指选频网络对外有且仅有分别与放大网络的输入、输出和公共地连接三个端点。网络的输入、输出和公共地连接三个端点。下面介绍下面介绍三点式三点式振荡电路。振荡电路。

15、 振荡回路中的电感是中间带抽头的电感线圈，抽头振荡回路中的电感是中间带抽头的电感线圈，抽头把电感线圈分成三端两部分，即把电感线圈分成三端两部分，即L1和和L2串联。电感线圈串联。电感线圈的三点分别和晶体管的三个电极相连。反馈量从的三点分别和晶体管的三个电极相连。反馈量从L2两端两端获得，这样能保证实现正反馈。获得，这样能保证实现正反馈。 1. 1. 电感电感三点式振荡电路三点式振荡电路（1）电路图）电路图（2）振荡频率）振荡频率f0CMLLf）（221210该电路又称哈特莱该电路又称哈特莱 （Hartley）振荡电路振荡电路2.2.电容电容三点式振荡电路三点式振荡电路 （1）电路图）电路图21

16、21210CCCCLf（2）振荡频率）振荡频率f0该电路又称考毕慈该电路又称考毕慈 （Colpitts）振荡电路。振荡电路。反馈电压从反馈电压从C2上取出，这样能保证实现正反馈。上取出，这样能保证实现正反馈。该电路的振荡频率近似等于该电路的振荡频率近似等于LC回路的谐振频率，即回路的谐振频率，即在电感支路中串联一个电容C3 ，且取且取C3远小于远小于C1和和C2。故故谐振回路的振荡频率主要由L和C3来决定：改变C3，即可改变fo REC2C1RCRB1RB2CBLT+UCCC3改进型电容三点式振荡电路改进型电容三点式振荡电路3.3.正弦波振荡电路的频率稳定问题正弦波振荡电路的频率稳定问题（1

17、1）稳定度）稳定度 在许多应用中，如实验用的低频及高频信号产生电路，在许多应用中，如实验用的低频及高频信号产生电路，往往要求振荡电路的振荡频率有比较稳定，有时甚至要求十往往要求振荡电路的振荡频率有比较稳定，有时甚至要求十分稳定。衡量振荡器振荡频率稳定程度的指标称频率分稳定。衡量振荡器振荡频率稳定程度的指标称频率稳定度稳定度，用在特定时间（用在特定时间（1 1小时或小时或1 1天）内频率的天）内频率的相对变化率相对变化率表示，即表示，即（2 2）LCLC振荡电路的限制振荡电路的限制0ff频率偏移频率偏移振荡频率振荡频率 LC LC电路稳定一般有限，即使采用了各种稳频措施，稳电路稳定一般有限，即使

18、采用了各种稳频措施，稳定度也很难突破定度也很难突破1010-5-5数量级。所以在在频率稳定度要求较数量级。所以在在频率稳定度要求较高（高（ 10 10-5-51010-8-8甚至高数量级）的场合，甚至高数量级）的场合， LCLC电路将显得难电路将显得难满足需求，这就需要采用石英晶体组成的振荡电路。满足需求，这就需要采用石英晶体组成的振荡电路。 若在石英晶体的两个电极间若在石英晶体的两个电极间加电场加电场，晶片就会产，晶片就会产生生机械变形机械变形；反之，若在石英晶体的两侧；反之，若在石英晶体的两侧加机械力加机械力，则在晶片相应的方向上将则在晶片相应的方向上将产生电场产生电场，这种机电相互转，这

19、种机电相互转换的物理现象称为压电效应。换的物理现象称为压电效应。7.1.4 7.1.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器1.1.石英晶体的特性及等效电路石英晶体的特性及等效电路（1 1） 结构及电路符号结构及电路符号（2 2） 压电效应压电效应晶片晶片敷银层敷银层电极电极晶晶体体 当外加交变电压时，晶片将产生机械振动，其振当外加交变电压时，晶片将产生机械振动，其振动频率（固有频率）与晶片的切割方法、几何形状和动频率（固有频率）与晶片的切割方法、几何形状和尺寸有关。当外加交变电压的频率等于晶片的固有频尺寸有关。当外加交变电压的频率等于晶片的固有频率时，其振幅最大，此称为率时，其振幅最大，此称为压电谐

20、振压电谐振。电路符号 串联谐振时，串联支路谐振阻抗等于串联谐振时，串联支路谐振阻抗等于R，由于由于C0很小，很小，则则Xc很大，且很大，且 Xc R，故故C0的分流作用可以忽略。因此的分流作用可以忽略。因此串联谐振频率为串联谐振频率为 由等效电路可知，晶体有两个振荡频率，即串联由等效电路可知，晶体有两个振荡频率，即串联fs s和和并联并联fp p。其电抗。其电抗频率特性为。频率特性为。（3）等效电路及谐振频率）等效电路及谐振频率 晶体不振动时，等效为电容为晶体不振动时，等效为电容为C0的电容器，的电容器， 振动时振动时可用可用LC串联谐振来表示，同时晶体振动时的摩擦损耗串联谐振来表示，同时晶体

21、振动时的摩擦损耗用用R描述。晶体的等效电路如图所示，描述。晶体的等效电路如图所示，LCfs210021CCCCLfpfxC0CLR晶晶体体并联谐振频率为并联谐振频率为00121CCLC001121CCLC01CCfs晶体的等效电路中晶体的等效电路中R和和C0都很小，都很小， C0称称晶体静态电容晶体静态电容。f sf p感性容性容性通常通常0CC 所以所以很很接接近近与与 psff（约几（约几几十几十pFpF）1010-3 -31010-2 -2H H1010-4 -41010-1 -1pFpF2.2.石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 石英晶体正弦振荡电路的形式是多种多样的，但石英晶体正弦振荡

22、电路的形式是多种多样的，但可概括为可概括为串联型串联型和和并联型并联型两类基本电路。两类基本电路。+UCCR3T1R1R2R4R6CR5u0晶体晶体T2 串联型串联型晶体振荡电路，晶体振荡电路，其振荡频率为其振荡频率为fs sCb+UCCTR2R1CERBRLC1C2晶晶体体 并联型并联型晶体振荡电路，晶体振荡电路，其振荡频率其振荡频率近似近似为为fs s 可见，可见，振荡频率振荡频率基本上由晶体的基本上由晶体的固有频率固有频率fs s所决定，因所决定，因此振荡频率稳定度很高。此振荡频率稳定度很高。 集成定时器功能较强，利用它组成各种集成定时器功能较强，利用它组成各种定时定时电路、电路、延时延

23、时电电路以及数字电路中的路以及数字电路中的时间基准时间基准（时钟脉冲），因而又称为（时钟脉冲），因而又称为时基时基电路电路。 集成定时器的品种类型繁多，但几乎所有双极性产品，型集成定时器的品种类型繁多，但几乎所有双极性产品，型号的号的最后最后3位数位数都是都是555，所有，所有CMOS型产品型号的最后型产品型号的最后4位数位数都是都是7555，因此这类产品又称为，因此这类产品又称为555电路。若将两个电路。若将两个555电路集电路集成在一个芯片中的产品，型号为成在一个芯片中的产品，型号为556。 集成定时器是一种模拟电路与数字相结合的中规模集成电集成定时器是一种模拟电路与数字相结合的中规模集成

24、电路。它由两个电压比较器、一个由路。它由两个电压比较器、一个由“与非与非”门组成基本门组成基本RS触发触发器、一个放电三极管器、一个放电三极管T和三个和三个5k电阻组成的分压器组成。电阻组成的分压器组成。7.2 555定时器定时器1. 5551. 555集成定时器电路图集成定时器电路图41235876555+ + + +- -+ +- -5 5kk5 5kk5 5kkT TC C1 1C C2 28 +8 +U UCCCCQ Q5 56 67 72 21 14 43 3DSDRQ2.5552.555集成电路工作原理集成电路工作原理V6高电平触发端高电平触发端(TH)电位。电位。+ + + +-

25、 -+ +- -5 5kk5 5kk5 5kkT TC C1 1C C2 28 +8 +U UCCCCQ Q5 56 67 72 21 14 43 3DSDRQVR1 比较器比较器C1的参考电压的参考电压VR2 比较器比较器C1的参考电压的参考电压2/3 UCC2/3 UCC1/3 UCC011/3 UCC112/3 UCC1/3 UCC00RDSDV6V2不允许不允许1/3 UCC2/3 UCCV2低电平触发端低电平触发端(TL)电位。电位。555+ + + +- -+ +- -5 5kk5 5kk5 5kkT TC C1 1C C2 28 +8 +U UCCCCQ Q5 56 67 72

26、21 14 43 3DSDRQ 3 3、555555定时器的逻辑功能表定时器的逻辑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00放电放电管管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 31562784555+UCCRdQVCTHTLDIS7.3 7.3 多谐振荡器多谐振荡器 多谐振荡器是一种能直接产生方波或矩形波的自激振多谐振荡器是一种能直接产生方波或矩形波的自激振荡器。由于方波中含有丰富的谐波，故称为多谐振荡器。荡器。由于方波中含有丰富的谐波，故

27、称为多谐振荡器。多谐振荡器一旦振荡起来后，电路没有稳态，只有两个暂多谐振荡器一旦振荡起来后，电路没有稳态，只有两个暂稳态，因此它又被称作稳态，因此它又被称作无稳态无稳态触发器。触发器。 多谐振荡器的电路形式很多，有分立元件的，有门电多谐振荡器的电路形式很多，有分立元件的，有门电路的，还有集成的多谐振荡器，下面介绍常用的几种。路的，还有集成的多谐振荡器，下面介绍常用的几种。多谐振荡器多谐振荡器是一种常用的脉冲波形发生器是一种常用的脉冲波形发生器,触发器和时触发器和时序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的。序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的。1.1.由由555555定时器构成多谐振荡器

28、定时器构成多谐振荡器（1 1）电路组成电路组成ucu0u0CCU31CCU32于是周而复始的充电放电，触发器置于是周而复始的充电放电，触发器置“0” 置置“1”。（2）工作原理及波形工作原理及波形接通电源后，电源通过接通电源后，电源通过R向向C充电：充电： 当当 ucVR1 时时 C10 ，RD=0 SD=1 触发器置触发器置“0” Q=0 T导通，电容放电导通，电容放电 ucVR2 C20，SD=0 触发器置触发器置 “1” Q=1 T截止，电容又充电截止，电容又充电 当当 ucVR1 时时 C10 ，触发器置触发器置“0” Q=0 + + + +- -+ +- -5 5kk5 5kk5 5

29、kkT TC C1 1C C2 28 +8 +U UCCCCQ Q1 14 43 3DSDRQu05 56 67 72 2+UccucRARBC1Q0Q当当ucVR2 C20，SD=0 RD=1 触发器置触发器置 “1” Q=1 （3）技术参数）技术参数1）充电时间常数充电时间常数tp10u3CCU32CCUuctp1=（ RA +RB ）Cln2tp2=RB Cln2T=tp1+ tp22）放电时间常数）放电时间常数tp20.7 （ RA +RB ）C0.7 RB C3）振荡周期）振荡周期4）占空比）占空比TtDp12ABABRRRR=0.7 （ RA +2RB ） Cln20.7 （ RA

30、 +2RB ）Ctp1tp2T 当当S闭合时，闭合时，UCC通过通过D1给给C1快速充电，当快速充电，当4端达到高电端达到高电平时，平时，555开始振荡，振荡的充电时间常数是（开始振荡，振荡的充电时间常数是（R3+R4）C2，放电时间常数放电时间常数R4C2 扬声器发出叮叮声音。扬声器发出叮叮声音。 松开松开S时，电容时，电容C1经经R1缓慢放电，只要缓慢放电，只要4端处于高电平，端处于高电平，555就维持振荡，但充电电路串入了就维持振荡，但充电电路串入了R2使振荡频率降低，扬使振荡频率降低，扬声器发出咚咚声器发出咚咚”声音。直到声音。直到C1放电到低电平，放电到低电平，555停止振荡。停止振

31、荡。 2.2.多谐振荡器的应用举例多谐振荡器的应用举例（1）“叮咚叮咚”门铃电路门铃电路uC31562784555+UCCR3D1R4D2R2R1C1SC2C30.01F 图中图中555接成多谐振荡器，当按钮接成多谐振荡器，当按钮S断开时，电容断开时，电容C1未被充未被充电，电，4端处于低电平，端处于低电平，555复位，扬声器不发声。复位，扬声器不发声。（2）过电压监视电路）过电压监视电路 图示是由图示是由555定时器组成的过电压监视电路。定时器组成的过电压监视电路。31562784555+UCCR3R4LDR1C0.01FUXR2DW 当监视电压当监视电压UX超过一定数值时，晶体管就饱和导通

32、，使超过一定数值时，晶体管就饱和导通，使555的的管脚管脚1近似接地，于是近似接地，于是555成为多谐振荡器而产生振荡方波，由成为多谐振荡器而产生振荡方波，由引脚引脚3输出，使发光二极管输出，使发光二极管LD闪亮，发出过电压报警信号。闪亮，发出过电压报警信号。7.4 7.4 单稳态触发器单稳态触发器 单稳态触发器只有单稳态触发器只有1 1个稳态，个稳态，即在没有外加触即在没有外加触发脉冲作用时，电路将保持某种（发脉冲作用时，电路将保持某种（ “0 0”或或“1 1” ）状态；）状态；在外加触发脉冲作用后，电路会在外加触发脉冲作用后，电路会由稳态转到另一状态由稳态转到另一状态暂态，经过一段时间后

33、，暂态，经过一段时间后，会自动返回到原来的稳态。会自动返回到原来的稳态。 暂稳定状态的长短，取决于电路的参数暂稳定状态的长短，取决于电路的参数，与触发脉冲无关。与触发脉冲无关。单稳态触发器一般用做定时、整形及延时。单稳态触发器一般用做定时、整形及延时。 该电路是在该电路是在555555定时器的基础上，外接了少量的阻容元件定时器的基础上，外接了少量的阻容元件就可以构成就可以构成单稳触发器单稳触发器、其工作波形如图示。、其工作波形如图示。7.4.17.4.1单稳态触发器的原理单稳态触发器的原理1.1.单稳态触发器电路图单稳态触发器电路图CCU32uiucu0 单稳态单稳态，即未触发时，即未触发时（

34、此电路为低电平触发）（此电路为低电平触发）的工作状态。此电路的稳态为的工作状态。此电路的稳态为“0”。005 56 67 72 2+Uccui+ + + +- -+ +- -5 5kk5 5kk5 5kkT TC C1 1C C2 28 +8 +U UCCCCQ Q1 14 43 3DSDRQu0uc稳态时：稳态时：RD=1 SD=1 Q=0 ，11不变不变，保持，保持Q=0的状态。的状态。 电源接通的瞬间，电路由开路过渡到电源接通的瞬间，电路由开路过渡到工作稳态工作稳态，即电，即电源通过源通过R向向C充电。充电。 C10 ， 触发器置触发器置“0” Q=0 ，电路恢复至稳电路恢复至稳态。态。

35、 T截止，截止， Ucc对电容对电容C充电。即使在充电。即使在t2时负时负脉冲消失，脉冲消失，C2的输出变为的输出变为“1”，即，即SD=1，此时此时RD=1 SD=1 “11不变，不变，Q=1，继续充电继续充电”。，此时0Q2. 2. 工作过程工作过程1）进入稳态）进入稳态2）暂稳态）暂稳态时当CCCUu32C10 ，RD=0 触发器置触发器置“0” Q=0 电路进入稳态电路进入稳态 当当uI=“0”（负脉冲，其幅度负脉冲，其幅度 ），），SD=0，将触将触发器置发器置“1”，u0由由“0”“1”电路进入暂稳态。电路进入暂稳态。CCiUu313）恢复至稳态）恢复至稳态5672+Uccui+-

36、+-5k5k5kTC1C28 +UCCQ143DSDRQu0ucCCU32uiucu0uiucu00RC时，当CCCUu32输 出 脉 冲 宽 度 tp。 tp 1 .1 R C0 因为任何外来波形只要能使单稳态触发器触发翻转，它因为任何外来波形只要能使单稳态触发器触发翻转，它就能输出一个定宽、定幅且边沿陡削的矩形脉冲，即起到就能输出一个定宽、定幅且边沿陡削的矩形脉冲，即起到整形作用。整形作用。7.4.2 7.4.2 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用 单稳态触发器主要用于整形、定时和延时。单稳态触发器主要用于整形、定时和延时。t0uit0u0tp1.1.单稳态触发器的波形整形单稳态触发器的

37、波形整形单稳态触发器的波形整形示例如图单稳态触发器的波形整形示例如图7-21所示。所示。 如果用单稳态触发器的输出脉冲去控制某一电路，使该电如果用单稳态触发器的输出脉冲去控制某一电路，使该电路在路在t tp p的时间内工作（或停止），的时间内工作（或停止）， 就可以实现定时控制。就可以实现定时控制。 2.2.单稳态触发器脉冲波形的定时单稳态触发器脉冲波形的定时uit0u0t0u0/t0tp0uf0ttpi&uiufu0/u0单稳态触发器脉冲波形的定时示例如图单稳态触发器脉冲波形的定时示例如图7-227-22所示。所示。 它是利用单稳态触发器输出的正脉冲去控制一个与门，在它是利用单稳态触

38、发器输出的正脉冲去控制一个与门，在t tpopo这段时间内能让频率很高的这段时间内能让频率很高的u uf f脉冲信号通过。否则，脉冲信号通过。否则，u uf f就会就会被单稳输出的低电平所禁止。被单稳输出的低电平所禁止。本章小结本章小结主要知识点：主要知识点：1.1.了解了解555555定时器定时器的工作原理的工作原理2.2.了解了解多谐振荡器多谐振荡器的工作原理及常见的电路形式的工作原理及常见的电路形式3.3.了解了解555555定时器组成的定时器组成的单稳态触发器单稳态触发器的工作原理的工作原理思考题思考题计算题计算题回顾回顾一、下图为用一、下图为用555构成的开机延时电路，若给定构成的开

39、机延时电路，若给定C=25F，R =91k，VCC=5V，试计算常闭开关，试计算常闭开关S断开以后经过多长的延断开以后经过多长的延迟时间迟时间vO才跳变为高电平。要求说明计算原理。才跳变为高电平。要求说明计算原理。 解：解： S断开之前，电容断开之前，电容C两端的电压为两端的电压为0，此时，此时定时器输出定时器输出Vo为低电平。为低电平。 S断开之后，电容断开之后，电容C经过经过VCC-C-R支路开始支路开始充电，其两端电压充电，其两端电压Uc缓慢升高，充电的时间常缓慢升高，充电的时间常数为数为RC。于此同时，。于此同时，555定时器的定时器的6脚和脚和2脚电脚电压开始下降，其电压为压开始下降

40、，其电压为Vcc-Uc。当该电压下降。当该电压下降到到Vcc/3时，时，555定时器输出电压定时器输出电压Vo变为高电平，变为高电平，此时电容此时电容C两端的电压为两端的电压为2Vcc/3。 根据一阶电路的三要素法求电容根据一阶电路的三要素法求电容C的的充电时间充电时间t，即开机延迟时间：，即开机延迟时间： 0 tf tfffe203tRCCCCCCCVVVe36ln391 1025 10ln32.5tRCs输入输入输出输出阀值输入（阀值输入（6脚）脚）触发输入（触发输入（2脚）脚）输出（输出（vo）(2/3)VCC(2/3)VCC(1/3)VCC 0(1/3)VCC 不变定时器功能表定时器功

41、能表思考题思考题计算题计算题回顾回顾二、电路如图示，试分析电路的功能，并画出二、电路如图示，试分析电路的功能，并画出uC和和u0的波形。的波形。 解：解：（1）uC和和u0的波形：的波形：（2）由）由u0的波形可知，该电路为一多谐振荡器的波形可知，该电路为一多谐振荡器。 +UCC31562784555R1R2C0.01FuCu0UCC/3u0tuCt00tp22UCC/3tp16.8 6.8 可编程逻辑器件可编程逻辑器件 可编程逻辑器件（可编程逻辑器件（Programmable Logic Device）是是20世纪末期蓬勃发展起来的新型世纪末期蓬勃发展起来的新型半导体通用集成电路，它泛指可由

42、半导体通用集成电路，它泛指可由用户自用户自行定义逻辑功能（编程）行定义逻辑功能（编程）的一类逻辑器件的一类逻辑器件的总称。的总称。 该类器件集成度非常高，一块芯片即可容纳一该类器件集成度非常高，一块芯片即可容纳一个数字系统。现代数字系统愈来愈多地采用个数字系统。现代数字系统愈来愈多地采用PLD来来构成，这不仅能大大简化系统的设计过程，而且还构成，这不仅能大大简化系统的设计过程，而且还能使系统结构简单，可靠性提高。能使系统结构简单，可靠性提高。PLD技术从一个技术从一个方面反映了现代电子技术的发展趋势。方面反映了现代电子技术的发展趋势。6.8.1 PLD的基本结构及逻辑表示的基本结构及逻辑表示与

43、门与门阵列阵列或门或门阵列阵列乘积项乘积项和项和项PLD主体主体输入输入电路电路输入信号输入信号互补互补输入输入输出输出电路电路输出函数输出函数反馈输入信号反馈输入信号 可由或阵列直接输出，构成组合输出；可由或阵列直接输出，构成组合输出； 通过寄存器输出，构成时序方式输出通过寄存器输出，构成时序方式输出。1、PLD的基本结构的基本结构输 出 或门阵列 与门阵列 输 入 B A Y Z (b) 与门与门阵列阵列或门或门阵列阵列乘积项乘积项和项和项互补互补输入输入2.逻辑符号及逻辑符号及PLD的的表示方法表示方法(1)(1) 连接的方式连接的方式 硬硬线线连连接接单单元元 被被编编程程接接通通单单

44、 被被编编程程擦擦除除单单元元 (2)(2)基本门电路的表示方式基本门电路的表示方式L=A+B+C+ DDA BCF1=ABC与门与门或门或门A B C DF1 AB C& L AB C1L DF1=A+B+C+D A A A A EN EN 三态输出缓冲器三态输出缓冲器 A A A 输入缓冲器输入缓冲器(3) (3) 编程连接技术编程连接技术 A L B C D L VCC A B C D 熔丝熔丝 PLD表示的与门表示的与门熔丝工艺的与门原理图熔丝工艺的与门原理图VCC+(5V) R 3kW L D1 D2 D3 A B C 高电平高电平A、B、C有一个输入低电平有一个输入低电平0

45、VA、B、C三个都输入高电平三个都输入高电平+5V5V0V5V低电平低电平 L VCC A B C D 5V5V5VL=ABC L T1 T2 T3 T4 A B C D VCC 连接连接连接连接连接连接断开断开A、B、C 中有一个为中有一个为0A、B、C 都为都为1输出为输出为0；输出为输出为1。L=AC断开断开连接连接连接连接断开断开L=ABCXX器件的开关状态不同器件的开关状态不同, 电路实现逻辑函数也就不同电路实现逻辑函数也就不同1 0 11 1 16.8.6.8.2 PLD2 PLD类型及特点类型及特点 PLD PLD的发展非常迅速。的发展非常迅速。PROMPLAPALGAL低密度可

46、编程逻辑器件低密度可编程逻辑器件（LDPLD）EPLDCPLDFPGA高密度可编程逻辑器件高密度可编程逻辑器件（HDPLD）可编程逻辑器件可编程逻辑器件（PLD）按集成密度划分为按集成密度划分为 与与阵阵列列 B A L1 L0 可可编编程程 或或阵阵列列 固固定定 与阵列、或阵列与阵列、或阵列均可编程均可编程(PLA)与阵列固定，或阵与阵列固定，或阵列可编程列可编程(PROM)与阵列可编程，或与阵列可编程，或阵列固定阵列固定(PAL等等) 与阵列与阵列 B A L1 L0 可编程可编程 或阵列或阵列 可编程可编程 与与阵阵列列 B A L1 L0 或或阵阵列列 可可编编程程 固固定定 按按PLD中的与、或阵列是否编程分中的与、或阵列是否编程分按编程技术分按编程技术分 离离系统编程和系统编程和在在系统编程（系统编程（ISP-PLDISP-PLD），），前者需要专用前者需要专用编程器，而后者用工控机（计算机）运行产生的编程数据编程器，而后者用工控机（计算机）运行产生的编程数据直接写入直接写入PLDPLD。按结构特点划分按结构特点划分简单简单PLD (PALPLD (PAL，GAL)GAL)复杂的可编程器件复杂的可编程器件(CPLD) :(CPLD) :CPLDCPLD的代表芯片如：的代表芯片如：AlteraA