数电课件第四篇第1章(14-1)

集成电子技术基础教程2003~2004学年第1学期自动化(控制系)0101~0103班第四篇电子系统组成与应用第一章信号发生电路第一章信号发生电路4.1.1RC正弦波振荡器产生自激振荡的两个条件：幅值条件相位条件产生正弦波振荡的两个关键环节：选频网络——产生唯一频率信号稳幅环节——输出不出现非线性失真放大环节正反馈

选频网络RC桥式(串并联)正弦波振荡器若R1＝R2＝R

C1＝C2＝CRCfp=2104.1.2LC正弦波振荡器振荡频率较高（几百KHz以上）电路型式：变压器反馈式电感三点式电容三点式变压器反馈式：增益条件非常容易满足，主要是判断相位条件是否为正反馈即可。电感三点式电容三点式4.1.3其它正弦波振荡器石英晶体振荡器等效电路电路符号频率特性并联式其中串联式石英晶体接在正反馈支路中。当f

＝fs时，正反馈最强，满足振荡条件，所以振荡频率为fs。4.1.4电压比较器一、滞回比较器输入比较电压接反相端，参考电压在同相端，输出与输入构成正反馈。滞回比较器有同相输入和反相输入两种方式。输入比较电压接同相端，参考电压在反相端，输出与输入构成正反馈。反相滞回比较器当vO＝VOH时，vP＝VTH，称为上触发电平当vO＝VOL时，vP＝VTL，称为下触发电平VTH和VTL是比较器输出电平翻转的两个阈值电平。如输入信号为三角波，VREF为正参考电压，则输出是一个方波。初始状态为：vO＝VOH在vO＝VOH时，vP＝VTH。只有当vS上升到＞VTH时，输出才跳变为低电平。在vO＝VOL时，vP＝VTL。只有当vS下降到＜VTL时，输出才跳变为高电平。输入和输出之间的关系用电压传输特性表示由于其特性如同滞迟回线，故称滞迟比较器（或施密特触发器）同相滞回比较器从滞回比较器电压传输特性可知，它有一个十分重要的特性：回差特性。以同相滞回比较器为例，电路由低电平翻转到高电平所需的触发电平VTH，和由高电平翻转到低电平所需的触发电平VTL不一致特性。这两个触发电平之差称回差电压（简称回差）。回差特性反相

滞回比较器同相

滞回比较器回差电压回差是滞回比较器的固有特性，它的大小可以通过有关电阻调节。回差电压越大，电路越不易误触发，即抗干扰能力越强。二、单限比较器过零比较器单门限比较器三、窗口比较器和三态比较器窗口比较器当vS＜VRL时，vO1=VOL，

vO2=VOH，

vO

=VOH；当vS＞VRH时，vO1=VOH，

vO2=VOL，

vO=VOH；当VRL＜vS＜VRH时，

vO1=VOL，

vO2=VOL，

vO=0；三态比较器D2导通，D1截止时D2截止，D1导通时D2截止，D1截止时四、集成电压比较器前面介绍的各种电压比较器都是由通用型运放构成的，工作速度较低，响应时间较长，且输出电平与数字电路TTL器件不兼容。集成电压比较器实质上是一种模拟电路与数字电路之间的接口电路。其优点是：

输入级与通用型运放相同，输出级与数字电路要求一致，多为集电极开路(OC)或发射极开路(OE)

频带较宽，无需相位补偿翻转速度较快常带有可控制的选通端，当需要结果的时候，输出被选通；不需要的时候，比较器与外电路隔离。LM311型集成比较器电源电压可以单组+5V，也可±15V，适应范围宽。输出与TTL或CMOS电平兼容；可以直接驱动多种负载（灯泡、继电器等）。输入和输出都可以与系统地隔离，输出可以驱动以地为参考或以正、负电源为参考的负载。功能框图与引脚特点：常用接线方式集电极输出，以正、负电源为参考集电极输出，以外接电源和地为参考射极输出，以正电源和地为参考应用举例磁性传感器检测电路继电器驱动电路

MC14574（CMOS）集成四电压比较器与CMOS电路兼容，功耗低，输入阻抗高电源电压范围宽：5~15V或(2.5~7.5)V转换速率快功能框图与引脚特点：应用举例单限比较器双电源供电单限比较器单电源供电施密特触发器4.1.5非正弦波发生器一、由集成运放组成的非正弦波发生器电路中的R和C组成电容充放电回路，R0、Dz1、Dz2是输出电压的双向限幅电路，与运放、R1和R2构成反相滞回比较器电路。工作原理当合上电源瞬间，vC＝0，假设输出为高电平（vO＝+VZ)。当vO＝-VZ时，电容C放电，vC

下降。当降至下限触发电平VTL时()，输出状态翻转为高电平，即vO＝+VZ。当vO＝+VZ时，输出电压vO通

过R对电容C充电，电容电压

vC以指数规律上升。当升至反

相滞回比较器的上限触发电平

VTH时()，输出状态翻转为低电平，即vO＝-VZ。周而复始，得到方波和三角波振荡频率f利用一阶RC电路电容电压的过渡过程计算（三元素法）可求振荡周期或频率。当时，改进电路（改善三角波的线性度）该电路的三角波线性不好是主要的缺点，设想采用恒流充放电的积分电路来取代RC回路，则可得到线性优良的三角波。积分器同相滞回比较器振荡原理定性说明：合上电源瞬间，假定比较器输出为高电平，vO2=VOH=+VZ。积分器负方向积分，vO1下降，当vO1下降至VTL时，比较器翻转成低电平，vO2=VOL=-VZ；积分器又作正方向积分，vO1线性上升，当升至VTH时，比较器翻转为高电平，vO2=VOH=+VZ。所以，vO1输出为线性优良的三角波，vO2输出方波。三角波的幅度可从同相滞回比较器的临界转换条件来求。当vP=vN时，流过电阻R1和R2的电流相等。三角波的幅度和周期三角波的周期可通过积分器的运算关系式来求。改进电路（锯齿波发生电路）这只要将积分器的正向和负向积分回路分开，并能调节正负方向积分的时间常数即可。二、CMOS门电路组成的晶体振荡器用逻辑门电路和石英晶体能构成振荡频率很稳定的脉冲波形，通常用在数字逻辑电路中，作为时钟脉冲信号。串联型晶体多谐振荡器将谐振频率选在串联谐振频率fs。由于谐振时电抗为0，把晶体设置在正反馈回路。电路中，R是偏置电阻，静态时使门G1工作在线性放大区，以利容易起振。并联型晶体多谐振荡器频率选在fs和fp之间，使晶体呈现电感性，以便形成电容三点式的振荡。温度校正电容波形整形频率微调电容三、555集成定时器构成的波形发生器555是由模拟和数字电路巧妙结合在一起后形成的单片集成电路。由于设计思路的独突，该集成电路广泛地用在脉冲的产生、整形、定时和延时等方面。1.电路组成（CC7555）8只引脚封装，控制信号主要由高触发端VTH和低触发端VTL加入。基准电压比较器放电管触发器时，S=0时，S=1时，R=1时，R=011禁用01110000保持RSQ2.集成定时器的应用构成基本RS触发器6脚高触发端作R输入，2脚低触发端作S输入，其它引脚不用。引脚5连接的电容器作高频旁路用，以保证参考电压稳定。外触发内部输出RSRSQ000110100保持1011禁用11100构成多谐振荡器多谐振荡器的工作特点：只要一合上电源，电路的输出就能在输出高电平和输出低电平两个状态间进行自动的转换，产生前后沿都很陡的矩形波。R1、R2、C是电路中的定时元件合上电源时，电容电压不能突变，引脚2、6都为0，输出为高电平，放电管截止。因此C充电，引脚2、6电压升高，当升至VDD/3时，输出仍继续保持，当升到2VDD/3后，电路输出变为低电平，放电管导通。电路的振荡过程：C上电压通过R2→放电管而放电。只要一开始放电，电路状态继续保持。当放至VDD/3时，电路的输出又变为高电平。振荡周期计算占空比几种改进电路：

实现压控振荡(VCO或V/F)基本思路：通过外加电压使两个比较器的参考电压实现可调，从而改变振荡频率。VC实现脉冲调制波输出可以在555的第4引脚（即复位端）加调制信号，当调制信号高电平时，电路产生高频振荡，调制信号低电平时，不振荡，输出低电平。占空比可调的多谐振荡器实现占空比可调的基本思路是：设法使充放电回路分开，可通过二极管选择充放电回路。充电时间常数为：

(R1＋Rw)C；放电时间常数为：

(R2＋Rw)C充电、放电电容分开的多谐振荡器T2tttT1构成单稳态触发器单稳态触发器的工作特点：电路需要触发信号，无触发信号输入时，电路一直处在稳定状态（由电路结构决定），电路一旦受触发，输出状态立刻进入暂稳态，触发信号消失后，电路状态能在暂态维持一定时间后，自动返回到稳态，等待下一次触发。暂态的维持时间长短由电路中的定时元件决定。R、C为定时元件

Cd、Rd是微分电路，D为旁路正向脉冲而设置。工作原理无触发信号输入时，引脚2高电平，引脚6低电平，所以电路处在稳态，输出为低电平，放电管导通。触发信号加入后（下降沿），引脚2变低电平，使输出跳变为高电平，放电管截止。电容C充电（触发信号撤消后），vC

上升，当上升至2VDD/3时，输出变为低电平，T导电，电容又放电。等待第二次触发。RDS是场效应管导通时的沟导电阻。电路被触发进入暂态后，必须等待暂态结束后，并让电路状态完全回到稳态时，才能加入第二次触发信号，否则电路工作将会混乱。因此，暂态结束，并使电容放光电所需时间称为电路的恢复时间。脉冲宽度：可重触发的单稳态触发器可重触发是指：单稳电路在第一次受触发进入暂态定时后，可以连续加入触发脉冲，每加入一次触发信号，电路的延迟时间将从原延时继续，使暂态时间不断地延续下去，以得到长时间的延迟时间。线性优良的锯齿波发生器利用镜像电流源对电容C进行恒流充电可以产生线性良好的锯齿波。其中由可求出I电流构成斯密特触发器（双稳态触发器）电路的工作特点：电路有两个稳定状态，在输入触发信号的作用下，电路的输出状态能从一个状态转换到另一个状态。电压传输特性逻辑符号工作原理：触发信号从大到小变化时：只要，输出状态保持不变，只有当，输出重新跳变为高电平。触发信号从小到大变化时：当时，集成定时器内部的R=0,S=1，输出为高电平。当时，定时器内部R=S=0，定时器输出状态保持不变。当时，R=1，S=0，定时器输出变为低电平。施密特触发器用于波形整形，多谐振荡器，也用于组成单稳态触发器等电路。将三角波变换为方波组成多谐振荡器组成单稳态触发器四、压控振荡器（VCO或V/F)在一些使用场合，要求电路的振荡频率与控制电压成比例，即电压控制振荡频率。电路由一个积分器和一个同相滞回比较器组成。二极管作隔离，并作快速放电通路。稳压管用作同相比较器输出限幅。

VS>0时，假定同