数字电子技术 第六版 课件 7ch5 多谐振荡器

第7章脉冲信号的产生和整形7.5

多谐振荡器7.5.1用555定时器组成多谐振荡器7.5.2石英晶体振荡器即距形脉冲产生电路，由于距形脉冲中含有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。(1)不需输入信号，接通电源就能输出矩形脉冲。(2)无稳定状态，只有两个暂稳态。

多谐振荡器的工作特点与逻辑符号

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，输出周期性的矩形脉冲信号。GuO工作特点AstableMultivibrator7.5.1用555定时器组成多谐振荡器逻辑符号GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01

FR1CuOuC-+R27.5.1用

555定时器组成多谐振荡器一、电路结构DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01

FOUTuOCuC-+R2定时电容定时电阻二、工作原理与周期估算uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ充电UOHTH=TR=uC很小Ⅰ

接通VCC后，开始时TH=TR=uC

0，uO为高电平UOH，放电管VT截止，VCC经R1、R2向C充电，uC

上升，这时电路处于暂稳态Ⅰ。

工作原理

uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡUOLTH

=

TR

≥

2/3

VCC

当uC上升到

TH=TR=uC

≥

2/3VCC时，uO跃变为低电平，同时放电管VT导通，C经R2和VT放电，uC

下降，电路进入暂稳态Ⅱ。工作原理

Ⅱ

接通VCC后，开始时TH=TR=uC

0，uO为高电平，放电管VT截止，VCC

经R1、R2向C充电，uC

上升，这时电路处于暂稳态Ⅰ。

放电

当uC下降到

TH=TR=uC

≤1/3

VCC时，uO重新跃变为高电平，同时放电管VT截止，C又被充电，uC

上升，电路又返回到暂稳态Ⅰ。二、工作原理与周期估算uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡTH=TR≤1/3VCCⅠ工作原理

当uC上升到

TH=TR=uC≥

2/3

VCC时，uO跃变为低电平UOL，同时放电管VT导通，C经R2和VT放电，uC下降，电路进入暂稳态Ⅱ。

接通VCC后，开始时TH=TR=uC

0，uO为高电平UOH，放电管VT截止，VCC经R1、R2向C充电，uC

上升，这时电路处于暂稳态Ⅰ。

电容C如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出周期性矩形脉冲。uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ周期与占空比估算tWH

0.7(R1+R2)CtWL

0.7R2CT=tWH+tWL

0.7(R1+2R2)C三、占空比可调的多谐振荡器tWH

0.7R1CtWL

0.7R2CT=tWH+tWL

0.7(R1+R2)CGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01

FR1C+R2RP1RP2指出右图中控制扬声器鸣响与否和调节音调高低的分别是哪个电位器？若原来无声，如何调节才能鸣响？欲提高音调，又该如何调节？解：

R1、R2、RP1和C共同构成定时元件，因此调节RP1可调节音调高低。欲提高音调，则应减小RP1，因此触头应向下移。RP2调节RP2可控制RD为0或1，从而控制振荡器工作与否，因此能控制扬声器鸣响与否。调节RP2使触头左移至适当位置，使RD=1，电路工作，扬声器鸣响。RP1四、应用举例模拟声响电路555(1)为低频振荡器，555(2)为1kHz的高频振荡器。当555(1)输出低电平时，555(2)的RD为低电平，停止振荡，扬声器不发声响。当555(1)输出高电平时，555(2)的RD为高电平，开始振荡，扬声器发出1kHz的声响。(1)(2)振荡频率稳定

由石英晶体的阻抗频率特性可知，只有外加信号的频率f和石英晶体的固有谐振频率f0

相同时，石英晶体才呈现极低的阻抗，而在其他频率时，则呈现很高的阻抗。因此，石英晶体具有很好的选频特性。石英晶体的阻抗频率特性7.5.2石英晶体多谐振荡器

一、石英晶体的选频特性符号

电阻RF1、RF2用于确定反相器G1和G2的工作点，使其工作在放大区，有利于电路起振。对于TTL反相器，RF1和RF2通常取0.7~2k

；对于CMOS反相器，RF1和RF2通常取10~100M

，电容C1和C2为G1和G2间的耦合电容，在频率为f0时，它们呈现的容抗极小，可忽略不计，使G1和G2之间形成正反馈环路。对称石英晶体多谐振荡器7.5.2石英晶体多谐振荡器

二、石英晶体多谐振荡器1.对称石英晶体多谐振荡器

由于石英晶体接在G1和G2两级反相器之间，且具有很好的选频特性，因此，在接通电源后，对频率为f0的信号非常容易通过石英晶体而产生频率为

f0的自激振荡。反相器G3用于整形，使输出uO的波形更接近于矩形脉冲，G3还具有缓冲隔离作用，也提高了负载能力。对称石英晶体多谐振荡器7.5.2石英晶体多谐振荡器

二、石英晶体多谐振荡器1.对称石英晶体多谐振荡器C1G1uOC2G2RFCMOS石英晶体多谐振荡器7.5.2石英晶体多谐振荡器振荡频率稳定G1G2RF

RF通常取5~10M

，使G1门工作在电压传输特性的转折区，G1门处在放大状态。选频和形成正反馈。振荡频率

晶体频率采用CMOS门调节C1可微调振荡频率；调节C1、C2比值可调节反馈系数。

用于整形,改善输出波形的前沿和后沿,使输出较理想的矩形波。振荡产生电路六、石英晶体多谐振荡器7.5.2石英晶体多谐振荡器

二、石英晶体多谐振荡器3.并联石英晶体振荡器G1和G2为CMOS反相器，电阻R1通常取1~30M

；G1组成石英晶体多谐振荡器，输出频率f=32768Hz的脉冲信号；G2为整形电路，其输出32768Hz的矩形脉冲经15级由边沿D触发器组成的分频电路后，FF15的Q15端输出稳定度很高的1Hz秒脉冲作为计时用的秒信号。秒信号发生器本章小结555定时器是一种用途很广的多功能电路，只需外接少量的阻容元件就可很方便地组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，使用方便灵活，有较强的驱动负载的能力，获得了广泛的应用。施密特触发器有两个稳态状态，而每个稳定状态都是依靠输入电平来维持的。当输入电压大于正向阈值电压UT+时，输出状态转换到另一个稳定状态；而当输入电压小于负向阈值电压UT-时，输出状态又返回到原来的稳定状态。利用这个特性可将输入的任意电压波形变换成边沿陡峭的矩形脉冲输出，特别是可将边沿变化缓慢的信号变换成边沿陡峭的矩形脉冲。

在数字集成电路中有TTL和CMOS施密特触发器。其性能优越，正向阈值电压和负向阈值电压都很稳定，有很强的抗干扰能力。

施密特触发器具有回差特性，调节回差电压的大小，可改变电路的抗干扰能力。回差电压越大，抗干扰能力越强。

施密特触发器主要用于波形变换成、脉冲整形、幅度鉴别等。单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态，在没有触发脉冲作用时，电路处于稳定状态。在输入触发脉冲作用下，电路进入暂稳态，经一段时间后，自动返回到稳定状态，从而输出宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲。输出脉冲宽度取决于定时元件R、C值的大小，与输入触发脉冲没有关系。调节R、C值的大小，可改变输出脉冲的宽度。

集成单稳态触发器有非重复触发和可重复触发两类，由于其工作稳定性好、脉冲宽度调节范围大、使用方便灵活等优点，是一种较为理想的脉冲整形电路。单稳态触发器主要用于脉冲整形、定时、和展宽等。

在振荡频率稳定度要求很高的情况下，可采用石英晶体多谐振