第 8章 脉冲波形的产生与整形第 8章 脉冲波形的产生与整形
8.1 概述
8.2 555定时器及其应用
8.3 集成单稳态触发器
8.4 集成逻辑门构成的脉冲电路第 8章 脉冲波形的产生与整形
8.1 概 述
8.1.1 脉冲产生电路和整形电路的特点获得矩形脉冲的方法通常有两种：一种是用脉冲产生电路直接产生；另一种是对已有的信号进行整形,然后将它变换成所需要的脉冲信号 。
脉冲产生电路能够直接产生矩形脉冲或方波,它由开关元件和惰性电路组成,开关元件的通断使电路实现不同状态的转换,而惰性电路则用来控制暂态变化过程的快慢 。
典型的矩形脉冲产生电路有双稳态触发电路,单稳态触发电路和多谐振荡电路三种类型 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形双稳态触发电路具有两个稳定状态,两个稳定状态的转换都需要在外加触发脉冲的推动下才能完成 。
单稳态触发电路只有一个稳定状态,另一个是暂时稳定状态,从稳定状态转换到暂稳态时必须由外加触发信号触发,从暂稳态转换到稳态是由电路自身完成的,暂稳态的持续时间取决于电路本身的参数 。
多谐振荡电路能够自激产生脉冲波形,它的状态转换不需要外加触发信号触发,而完全由电路自身完成 。 因此它没有稳定状态,只有两个暂稳态 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形脉冲整形电路能够将其它形状的信号,如正弦波,
三角波和一些不规则的波形变换成矩形脉冲 。 施密特触发器就是常用的整形电路,它有两个特点,① 能把变化非常缓慢的输入波形整形成数字电路所需要的矩形脉冲；
② 有两个触发电平,当输入信号达到某一额定值时,电路状态就会转换,因此它属于电平触发的双稳态电路 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
8.1.2 脉冲电路的基本分析方法图 8-1 RC开关电路
U
C
( t )
U
R
( t )
S
E
C
R
第 8章 脉冲波形的产生与整形
① 开关转换的一瞬间,电容器上电压不能突变,满足开关定理 UC(0+)=UC(0-)。
② 暂态过程结束后,流过电容器的电流 iC(∞)为 0,即电容器相当于开路 。
③ 电路的时常数 τ=RC,τ决定了暂态时间的长短 。 根据三要素公式,可以得到电压 (或电流 )随时间变化的方程为
/)]()0([)()( texxxtx
如果 U(tM)=UT,它是 U(0+)和 U(∞） 之间的某一转换值,
那么从暂态过程的起始值 U(0+)变到 UT所经历的时间 tM(见图
8-2)可用下式计算：
T
M UU
UUnRCt
)(
)0()(1
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-2 从 U(0+)到 UT所经历的时间 tM
U ( 0
+
) t
M
U ( t )
U
T
t
U ( ∞ )
0
第 8章 脉冲波形的产生与整形
8.2 555 定时器及其应用
8.2.1 555 定时器的组成与功能图 8-3 555
(a) 电路结构； (b) 引脚图
＋
－
C
1
U
R1
5k
5k
＋
－
C
2
5k
U
R2
&
&
& 1
4
G
1
R Q
Q
G
2
S
G
3
G
4
3
V
1
8
U
CC
U
CO
U
6
( TH )
5
( TR )
6
2
1
7
U
o
R
D
( a )
1
2
3
4
8
7
6
5
地
U
2
U
o
R
D
U
CC
放电端
U
6
U
CO
5 5 5
( b )
U
2
放电端第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-3(a)中,比较器 C1的输入端 U6(接引脚 6)称为阈值输入端,手册上用 TH标注,比较器 C2的输入端 U2(接引脚 2)称触发输入端,手册上用 TR标注 。 C1和 C2的参考电压 (电压比较的基准 )UR1和 UR2由电源 UCC经三个 5kΩ的电阻分压给出 。
当控制电压输入端 UCO悬空时,,
若 UCO外接固定电压,则 。
RD为异步置 0 端,只要在 RD端加入低电平,则基本 RS触发器就置 0,平时 RD处于高电平 。
CCR UU 3
2
1? CCR UU 3
1
2?
CORCOR UUUU 2
1,
21
第 8章 脉冲波形的产生与整形定时器的主要功能取决于两个比较器输出对 RS触发器和放电管 V1状态的控制 。
时,比较器 C1输出为 0,C2
输出为 1,基本 RS触发器被置 0,V1导通,Uo输出为低电平 。
时,C1输出为 1,C2 输出为
0,基本 RS触发器被置 1,V1截止,Uo输出高电平 。
当 时,C1和 C2输出均为 1,则基本 RS触发器的状态保持不变,因而 V1和 Uo输出状态也维持不变 。
CCCC UUUU 3
1
3
2
26,
CCCC UUUU 3
1
3
2
26,
CCCC UUUU 3
1
3
2
26,
第 8章 脉冲波形的产生与整形表 8-1 555定时器功能表第 8章 脉冲波形的产生与整形
8.2.2 555 定时器的典型应用
1,单稳态触发器图 8-4 用 555 定时器构成的单稳触发器
(a)电路图； (b) 波形图
48
7
6
2
3
1 5
U
C
C
U
o
U
i
( a )
R
T
U
i
1
3
U
CC
0
U
o
0
T
W
T
W
U
C
0
2
3
U
CC
t
t
t
( b )
U
CC
0,0 1 μ
5 5 5
U
CC
第 8章 脉冲波形的产生与整形
1)
① 静止期：触发信号没有来到,Ui为高电平 。 电源刚接通时,电路有一个暂态过程,即电源通过电阻 R向电容 C充电,当 UC上升到 时,RS触发器置 0,Uo=0，
V1导通,因此电容 C又通过导电管 V1迅速放电,直到
UC=0,电路进入稳态 。 这时如果 Ui一直没有触发信号来到,电路就一直处于 Uo=0 的稳定状态 。
CCU3
2
第 8章 脉冲波形的产生与整形
② 暂稳态：外加触发信号 Ui的下降沿到达时,由于
,RS触发器 Q端置 1,因此 Uo=1,
V1截止,UCC开始通过电阻 R向电容 C充电 。 随着电容 C充电的进行,UC不断上升,趋向值 UC(∞)=UCC。
Ui的触发负脉冲消失后,U2回到高电平,在期间,RS触发器状态保持不变,因此,Uo
一直保持高电平不变,电路维持在暂稳态 。 但当电容 C上的电压上升到 时,RS触发器置 0,电路输出 Uo
=0,V1导通,此时暂稳态便结束,电路将返回到初始的稳态 。
0)(31 62 CCC UUUU,
、CCUU 312?
CCUU 3
2
6?
CCUU 3
26?
第 8章 脉冲波形的产生与整形
③ 恢复期,V1导通后,电容 C通过 V1迅速放电,使
UC≈0,电路又恢复到稳态,第二个触发信号到来时,
又重复上述过程 。
输出电压 Uo和电容 C上电压 UC的工作波形如图 8-
4(b)所示。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2) 输出脉冲宽度 TW
输出脉冲宽度 TW是暂稳态的停留时间，根据电容 C的充电过程可知：
,,32)(,)(,0)0( RCUTUUUUU CCWCTCCCC
因而代入式 (8-2)可得
RCnRCUU UUnRCT
TC
CC
W 1.131)(
)0()(1
图 8-4(a)所示电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求,
它必须小于 TW。 若输入触发脉冲宽度大于 TW时,应在 U2输入端加 RiCi微分电路 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
3)
① 延时,将输入信号延迟一定时间 (一般为脉宽
TW)后输出 。
② 定时,产生一定宽度的脉冲信号。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2,多谐振荡器图 8-5 用 555
(a) 电路图； (b) 波形图
48
7
6
2
3
1 5
C
( a )
U
C
1
3
U
CC
U
o
0
T
1
2
3
U
CC
t
t
( b )
U
CC
R
1
R
2
5 5 5
U
CC
T
2
U
o
0,0 1 μ
0
第 8章 脉冲波形的产生与整形
1)
多谐振荡器只有两个暂稳态 。 假设当电源接通后,
电路处于某一暂稳态,电容 C上电压 UC略低于,Uo
输出高电平,V1截止,电源 UCC通过 R1,R2 给电容 C充电 。
随着充电的进行 UC逐渐增高,但只要,
输出电压 Uo就一直保持高电平不变,这就是第一个暂稳态 。
CCCCC UUU 3
2
3
1
第 8章 脉冲波形的产生与整形当电容 C上的电压 UC略微超过 时 (即 U6和 U2均大于等于 时 ),RS触发器置 0,使输出电压 Uo从原来的高电平翻转到低电平,即 Uo=0,V1导通饱和,此时电容 C通过 R2和
V1放电 。 随着电容 C放电,UC下降,但只要,
Uo就一直保持低电平不变,这就是第二个暂稳态 。
当 UC下降到略微低于 时,RS触发器置 1,电路输出又变为 Uo=1,V1截止,电容 C再次充电,又重复上述过程,
电路输出便得到周期性的矩形脉冲 。 其工作波形如图 8-5(b)所
CCCCC UUU 3
1
3
2
CCU3
2
CCU3
2
CCU3
1
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2) 振荡周期 T
多谐振荡器的振荡周期为两个暂稳态的持续时间,
T=T1+T2。 由图 8-5(b)UC的波形求得电容 C的充电时间 T1和放电时间 Ｔ 2各为
CRRnCRR
UU
UU
nCRRT
CCCC
CCCC
)(7.021)(
3
2
3
1
1)( 2121211
CRnCR
U
U
nCRT
CC
CC
2222 7.021
3
1
0
3
2
0
1
CRRTTT )2(7.0 2121
因而振荡周期第 8章 脉冲波形的产生与整形
3) 占空比可调的多谐振荡器图 8-6 占空比可调的多谐振荡器
84
7
6
2
3
U
CC
R
1
R
2
5 5 5
R
W
U
o
0,0 1 μC
V
2
V
1
51
第 8章 脉冲波形的产生与整形电容 C的充电路径为 UCC→R1→V1→C→地,因而
T1=0.7R1C。
电容 C的放电路径为 C→V2→R2→放电管 V1→地,因而 T2=0.7R2C。
振荡周期为
CRRTTT )(7.0 2121
占空比为
21
11
RR
R
T
TD
第 8章 脉冲波形的产生与整形
4)
用两个多谐振荡器可以组成如图 8-7(a)所示的模拟声响电路 。 适当选择定时元件,使振荡器 A的振荡频率
fA=1Hz,振荡器 B的振荡频率 fB= 1kHz。 由于低频振荡器 A的输出接至高频振荡器 B的复位端 (4脚 ),当 Uo1输出高电平时,B振荡器才能振荡,Uo1输出低电平时,B振荡器被复位,停止振荡,因此使扬声器发出 1kHz的间歇声响 。
其工作波形如图 8-7(b)所示 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-7 用 555
(a) 电路图； (b)波形图
84
7
6
2
3
5 1
5 5 5
A
0,0 1 μ
C
R
1A
R
2A
84
7
6
2
3
1 5
5 5 5
0,0 1 μ
C
R
1B
R
2B
R
d
U
o 1
8 Ω
U
o2
5 μ
U
CC
U
o1
U
o2
( a )
( b )
B
第 8章 脉冲波形的产生与整形
3,施密特触发器
1) 施密特触发器的构成与工作原理图 8-8 用 555
(a) 电路图； (b) 波形图； (c) 电压传输特性
8 4
6
2
1
0,0 1 μ
3
U
CC
U
i
U
o
U
o
t
0
0
U
i
1
3
U
CC
2
3
U
CC
t
( a ) ( b ) ( c )
U
o
0 U
－
U
＋
5 5 5
U
i
U
－
U
＋
5
U
o H
U
o L
第 8章 脉冲波形的产生与整形图中 U6(TH)和 U2(TR)端直接连在一起作为触发电平输入端 。 若在输入端 Ui加三角波,则可在输出端得到如图 8-
8(b)所示的矩形脉冲 。
Ui从 0开始升高,当 时,RS触发器置 1,故
Uo=UoH；当 时,RS=11,故 Uo=UoH保持不变；当 时,电路发生翻转,RS触发器置 0，
Uo从 UoH变为 UoL,此时相应的 Ui幅值 称为上触发电平 U+。
CCi UU 3
1?
CCiCC UUU 3
2
3
1
CCi UU 3
2?
)32( CCU
第 8章 脉冲波形的产生与整形当 时,Uo=UoL不变；当 Ui下降,且时,由于 RS触发器的 RS=11,故 Uo=UoL保持不变；只有当 Ui
下降到小于等于 时,RS触发器置 1,电路发生翻转,Uo
从 UoL变为 UoH,此时相应的 Ui幅值 ( )称为下触发电平 U-。
从以上分析可以看出,电路在 Ui上升和下降时,输出电压 Uo 翻转时所对应的输入电压值是不同的,一个为 U+,另一个为 U-。 这是施密特电路所具有的滞后特性,称为回差 。
。 电路的电压传输特性如图 8-8(c)
所示 。 改变电压控制端 UCO(5脚 )的电压值便可改变回差电压,
一般 UCO越高,ΔU越大,抗干扰能力越强,但灵敏度相应降低 。
CCi UU 3
2? CCiCC UUU 3231
CCU3
1
CCU3
1
CCUUUU 3
1
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2)
施密特触发器应用很广,
① 波形变换 。 可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换成矩形脉冲 。
② 脉冲整形 。 将不规则的电压波形整形为矩形波 。
若适当增大回差电压,可提高电路的抗干扰能力 。 图 8-
9(a)为顶部有干扰的输入信号,图 8-9(b)为回差电压较小的输出波形,图 8-9(c)为回差电压大于顶部干扰时的输出波形 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
③ 脉冲鉴幅 。 图 8-10 是将一系列幅度不同的脉冲信号加到施密特触发器输入端的波形,只有那些幅度大于上触发电平 U+的脉冲才在输出端产生输出信号 。 因此,
通过这一方法可以选出幅度大于 U +的脉冲,即对幅度可以进行鉴别 。
此外，施密特触发器还可以构成多谐振荡器等，是应用较广泛的脉冲电路。
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-9 波形整形
U
o
t0
U
o
t0
U
i
t0
U
＋
U
－
U
－
'
( a )
( b )
( c )
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-10 幅度鉴别
U
i
U
＋
U
－
t0
U
o
0 t
第 8章 脉冲波形的产生与整形
8.3 集成单稳态触发器
1,74LS121
74LS121单稳态触发器的引脚图和逻辑符号如图 8 -
11(a),(b)所示,其功能表如表 8 - 2 所示 。 该集成电路内部采用了施密特触发输入结构,因此对于边沿较差的输入信号也能输出一个宽度和幅度恒定的矩形脉冲 。 输出脉宽为
TTW CRT 7.0?
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8 - 11 集成触发器
74LS121
(a) 引脚图； (b) 逻辑符号
1Q
2NC
3A
1
4A
2
5B
6Q
7G N D
7 4 L S 1 2 1
14 U
CC
13 NC
12 NC
11 R
ex t
/C
ex t
10 C
ex t
9 R
i n t
8 NC
( a )
7 4 L S 1 2 1
A
1
A
2
B
Q
Q
( 9 ) ( 1 0) ( 1 1)
R
i n t
C
ex t
R
ex t
/ C
ex t
( b )
第 8章 脉冲波形的产生与整形表 8-2 集成单稳 74LS121功能表第 8章 脉冲波形的产生与整形式中,RT和 CT是外接定时元件,RT(Rext)范围为 2kΩ~40
kΩ,CT(Cext)为 10pF~1000μF。 CT接在 10,11脚之间,RT接在
11,14 脚之间 。 如果不外接 RT,也可以直接使用阻值为 2kΩ
的内部定时电阻 Rin,则将 Rin接 UCC,即 9,14 脚相接 。 外接
RT时 9 脚开路 。 74LS121
① 电路在输入信号 A1,A2,B的所有静态组合下均处于稳态 Q=0,Q=1。
② 有两种边沿触发方式 。 输入 A1或 A2是下降沿触发,输入 B是上升沿触发 。 从功能表可见,当 A1,A2或 B中的任一端输入相应的触发脉冲,则在 Q端可以输出一个正向定时脉冲,
Q端输出一个负向脉冲 。 例如当 A1或 A2为低,B端有上升沿触发时,其输出波形如图 8 - 12(a)所示 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
④ 电路工作中存在死区时间 。 在定时时间 TW结束之后,定时电容 CT有一段充电恢复时间,如果在此恢复时间内又输入触发脉冲,则输出脉冲宽度就会小于规定的定时时间 TW。 因此 CT的恢复时间就是死区时间,记作
TD。 若要得到精确的定时,则两个触发脉冲之间的最小间隔应大于 TW+TD,如图 8 -12(c)所示 。 死区时间 TD的存在,限制了这种单稳的应用场合 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-12 74LS121工作波形
U
B
Q
T
W
t
( a )
U
R
Q
T
W
t
( b )
U
B
Q
T
W
t
( c )
T
D
t
t
t
A B C D
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-13 集成触发器 74LS123
(a) 引脚图； (b) 逻辑符号
11 A
21 B
31 R
D
41 Q
52 Q
62 C
ex t
7
7 4 LS 1 2 3
16 U
CC
15
14
13
1 R
ex t
/C
ex t
12
11
8
2 B10
9G N D
2 R
ex t
/C
ex t
1 C
ex t
1 Q
2 Q
2 R
D
2 A
( a )
C
ex t
1 Q
1 Q
7 4 LS 1 2 3
U
CC
R
T
C
T
( 1 5 )
( 1 4 )
( 4 )
( 1 3 )
1 B
1 A
1 R
D
( b )
( 2 )
R
ex t
/C
ex t
( 3 )
( 1 6 )
( 1 )
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2,74LS123可重触发单稳态触发器
74LS123对于输入触发脉冲的要求和 74LS121基本相同 。
其外接定时电阻 RT(即 Rext)取值范围为 5 kΩ~50 kΩ,对外接定时电容 CT(即 Cext)通常没有限制 。 输出脉宽
)7.01(28.0
T
TTW RCRT
当 CT≤1000 pF时,TW可通过查找有关图表求得。
单稳态触发器 74LS123具有可重触发功能,并带有复位输入端 RD。 所谓可重触发,是指该电路在输出定时时间 TW
内,可被输入脉冲重新触发 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-14 74LS123工作波形
U
B
Q
T
W
t
( a )
T
W
T
W
U
B
R
D
t
t
t
Q
t
T
W
( b )
U
B
Q
t
t
( c )
T
W
T
W
T
W
第 8章 脉冲波形的产生与整形
8.4 集成逻辑门构成的脉冲电路
8.4.1 微分型单稳态触发电路用与非门构成的微分单稳触发电路如图 8-15(a)所示,
其工作波形如图 8-15(b)所示 。 图中 Ri,Ci为输入微分电路,
R,C为微分定时电路 。 电路参数应满足：
O F FONi RRRR,
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-15 微分单稳触发电路
(a) 电路图； (b)波形图
& 1
U
A C
U
i2
C
i
R
i
R
U
i
t
U
o1
t
U
o H 1
U
o L 1
U
i2
t
U
T
U
R (0 )
0
U
o
t
T
W
( a )
( b )
U
B
U
i
U
o
0
0
0
U
o1
G
1
G
2
第 8章 脉冲波形的产生与整形
1,工作原理
1)
电容 C开路,由于 R＜ ROFF,所以门 G2关门,输出高电平,即 Uo=UoH。 门 G1输入端中一个是从门 G2反馈而来的高电平,另一个输入端经 Ri接地,由于 Ri＞ RON,所以门 G1开门,输出低电平 Uo1=UoL。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2)
当输入端 Ui的负向触发脉冲到来时,经 Ri,Ci微分后加到门 G1输入端,使 UB端得到一个负向尖脉冲,从而引起下列正反馈过程：
)(201 AoiB UUUUU
结果门 G1迅速截止,门 G2迅速导通,电路进入暂稳态 。 这时 Uo输出低电平,因此即使触发信号消失,门 G1仍保持截止 。 但这个状态是不稳定的,因门 G1的输出高电平要对电容 C充电 。 随着充电的进行 Ui2要逐渐下降,当 Ui2＜ UT(门槛电压 )时,又引起以下正反馈过程：
0102 )( UUUU Ai
第 8章 脉冲波形的产生与整形
3)
暂稳态结束后,电容 C通过 R放电 。 随着放电电流逐渐减少,Ui2↑,最后恢复到原来的稳态,电容 C开路 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2.
1) 输出脉冲宽度 TW
输出脉冲宽度就是暂稳态的持续时间,它取决于 Ui2从暂态过程开始下降到 UT所需要的时间 。 从图 8-16(a)电容 C
的充电等效电路可看出：
)()0()0(,0)( 1122 oLoHRii UUUUU
UR(0)为稳态时 Ui2的输入电压,一般 UR(0)≤UOFF≈0.7V，
因而可求得 TW:
RC
UU
UUnRCT
Ti
ii
W 7.0)(
)0()(1
2
22?
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2)
根据图 8-16(b)可见，电路恢复时间为
RCT R )5~3(?
图 8-16 微分单稳电路中电容 C的充、
(a) C充电等效电路； (b) C放电等效电路
R
C
U
i2
R
1
U
CC
U
o1
R
o
U
o H 1
C
i
充
R
U
o H 1
R
C
U
i2
R
1
U
CC
U
o1
U
o L 1
i
放
＋ －
( a ) ( b )
U
o1
U
i2
i
充第 8章 脉冲波形的产生与整形
8.4.2 多谐振荡器
1,环型振荡器图 8-17 环型振荡器
U
M
t
p1
t
p2
T
U
o
U
oH
U
o L
0
U
o1
0
U
o2
0
U
i2
U
T
Ⅰ Ⅱ
U
oH
U
oL
t
t
t
t
1 1 1
U
i1
G
1
U
o1
U
o2
U
i3
G
2
C
U
C
( a )
R
C
U
i3
U
o1
U
oL
i
充
－
U
oH
U
o2
R
C
U
i3
U
o1
U
oH
i
放
＋－
U
oL
U
o2
( b ) ( c )
( d )
0
G
3
U
oR R
S
＋
第 8章 脉冲波形的产生与整形假设 Ui1=Uo3↑,则 Uo1↓,Uo2↑。 由于电容两端电压不能突变,因此当 Uo1发生 ↓时,Ui3也 ↓,从而使 Uo保持高电平,
即 Uo1=UoL,Uo2=UoH,Uo=UoH,此时为暂稳态 Ⅰ 。 但此暂态不能长久维持,当 Uo1输出低电平时电容 C进行充电,等效电路如图 8-17(b)所示 (此处忽略了各个门的输出电阻和输入电阻的影响 )。 随着 C充电 Ui3不断上升,当 Ui3≥UT后,电路翻转为门 G3导通,门 G1截止,门 G2导通的暂稳态 Ⅱ 。 这时 Uo1=UoH，
Uo2=UoL,Uo=UoL,电容 C又将放电,等效电路如图 8-17(c)所示 。 随着 C放电,Ui3不断下降,当 Ui3＜ UT时电路又会翻转到门 G3截止,门 G1导通,门 G2截止的暂稳态 Ⅰ,并重复以上过程 。 电路的工作波形如图 8-17(d)所示 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
RC
输出电压幅值：
OLOHM UUU振荡周期：
RCTTT
RC
UU
UUU
nRC
UU
UU
nRCT
RC
UU
UUU
nRC
UU
UU
nRCT
TTT
ToL
MToL
Ti
ii
ToH
MToH
Ti
ii
2.2
28.1
)(
1
)(
)0()(
1
96.0
)(
1
)(
)0()(
1
21
3
33
2
3
33
1
21
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2,石英晶体多谐振荡器图 8-18给出了常用的两种多谐振荡器电路 。 振荡周期均为 T≈1.4RC,图 (b)电路中 R1=R2=R(小于 1kΩ),C1=C2=C=100
pF~100μF,可输出对称方波 。 这些电路的优点是结构简单,
调节频率方便,但频率稳定度不高 。
为了提高振荡器的频率稳定度,往往使用石英晶体多谐振荡器 。 石英晶体的固有谐振频率十分稳定,其符号及电抗频率特性分别如图 8-19(a),(b)所示,当频率为谐振频率 f0时,
石英晶体的等效阻抗最小,信号最容易通过,而其它频率信号均被衰减掉,
因此振荡电路的工作频率仅决定于石英晶体的谐振频率
f0,而与电路中的 R,C数值无关 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-18 常用的多谐振荡器
( b )
1 1
R
1
R
2
C
1
f
0
G
1
G
2
C
2
1 1
( a )
R
C
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-19 石英晶体
(a) 符号； (b) 电抗频率特性
( a )
( b )
x
0 f
0
f
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-20 为常用的几种石英晶体振荡器,其中图 (a)是将图 8-18(b)对称多谐振荡器中的耦合电容 C与晶体串接构成的晶体多谐振荡器 。 图 (b)是将图 (a)中的耦合电容改换成耦合电阻,晶体振荡频率可在 1MHz~20 MHz内选择 。
图 (c),(d)为两种实用晶体多谐振荡器 。 图 (c)中 C2的作用是防止寄生振荡,R1,R2可在 0.7kΩ~2 kΩ之间选择 。 实际应用中,为了改善输出波形和增强带负载能力,通常还在 Uo输出端再加一级反相器 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-20 几种常用的石英晶体振荡器
1 1
R R
C
0,0 5 μ
0,0 5 μ 1 0 0 k H z晶体
8 0 0 Ω ～ 1k 8 0 0 Ω ～ 1k
f
0
( a )
1 1
1 M H z 晶体
5 6 0 1,8 k
f
0
2 0 0
2 0 0
( b )
1 1
R
1
1,2 k R
2
1,2 k
C
1
0,0 4 7 μ
f
0
= 5 k H z ～ 3 M Hz
C
2
f
0
6 8 0 p
( c )
1 1
R
2
6 8 0
3 3 0
R
1
f
0
R
3
2,2 k
f
0
= 0,2 ～ 2 0 M H z
C
2
3 3 0
R
4
1 0 0 p
( d )
C
1
C
8.1 概述
8.2 555定时器及其应用
8.3 集成单稳态触发器
8.4 集成逻辑门构成的脉冲电路第 8章 脉冲波形的产生与整形
8.1 概 述
8.1.1 脉冲产生电路和整形电路的特点获得矩形脉冲的方法通常有两种：一种是用脉冲产生电路直接产生；另一种是对已有的信号进行整形,然后将它变换成所需要的脉冲信号 。
脉冲产生电路能够直接产生矩形脉冲或方波,它由开关元件和惰性电路组成,开关元件的通断使电路实现不同状态的转换,而惰性电路则用来控制暂态变化过程的快慢 。
典型的矩形脉冲产生电路有双稳态触发电路,单稳态触发电路和多谐振荡电路三种类型 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形双稳态触发电路具有两个稳定状态,两个稳定状态的转换都需要在外加触发脉冲的推动下才能完成 。
单稳态触发电路只有一个稳定状态,另一个是暂时稳定状态,从稳定状态转换到暂稳态时必须由外加触发信号触发,从暂稳态转换到稳态是由电路自身完成的,暂稳态的持续时间取决于电路本身的参数 。
多谐振荡电路能够自激产生脉冲波形,它的状态转换不需要外加触发信号触发,而完全由电路自身完成 。 因此它没有稳定状态,只有两个暂稳态 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形脉冲整形电路能够将其它形状的信号,如正弦波,
三角波和一些不规则的波形变换成矩形脉冲 。 施密特触发器就是常用的整形电路,它有两个特点,① 能把变化非常缓慢的输入波形整形成数字电路所需要的矩形脉冲；
② 有两个触发电平,当输入信号达到某一额定值时,电路状态就会转换,因此它属于电平触发的双稳态电路 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
8.1.2 脉冲电路的基本分析方法图 8-1 RC开关电路
U
C
( t )
U
R
( t )
S
E
C
R
第 8章 脉冲波形的产生与整形
① 开关转换的一瞬间,电容器上电压不能突变,满足开关定理 UC(0+)=UC(0-)。
② 暂态过程结束后,流过电容器的电流 iC(∞)为 0,即电容器相当于开路 。
③ 电路的时常数 τ=RC,τ决定了暂态时间的长短 。 根据三要素公式,可以得到电压 (或电流 )随时间变化的方程为
/)]()0([)()( texxxtx
如果 U(tM)=UT,它是 U(0+)和 U(∞） 之间的某一转换值,
那么从暂态过程的起始值 U(0+)变到 UT所经历的时间 tM(见图
8-2)可用下式计算：
T
M UU
UUnRCt
)(
)0()(1
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-2 从 U(0+)到 UT所经历的时间 tM
U ( 0
+
) t
M
U ( t )
U
T
t
U ( ∞ )
0
第 8章 脉冲波形的产生与整形
8.2 555 定时器及其应用
8.2.1 555 定时器的组成与功能图 8-3 555
(a) 电路结构； (b) 引脚图
＋
－
C
1
U
R1
5k
5k
＋
－
C
2
5k
U
R2
&
&
& 1
4
G
1
R Q
Q
G
2
S
G
3
G
4
3
V
1
8
U
CC
U
CO
U
6
( TH )
5
( TR )
6
2
1
7
U
o
R
D
( a )
1
2
3
4
8
7
6
5
地
U
2
U
o
R
D
U
CC
放电端
U
6
U
CO
5 5 5
( b )
U
2
放电端第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-3(a)中,比较器 C1的输入端 U6(接引脚 6)称为阈值输入端,手册上用 TH标注,比较器 C2的输入端 U2(接引脚 2)称触发输入端,手册上用 TR标注 。 C1和 C2的参考电压 (电压比较的基准 )UR1和 UR2由电源 UCC经三个 5kΩ的电阻分压给出 。
当控制电压输入端 UCO悬空时,,
若 UCO外接固定电压,则 。
RD为异步置 0 端,只要在 RD端加入低电平,则基本 RS触发器就置 0,平时 RD处于高电平 。
CCR UU 3
2
1? CCR UU 3
1
2?
CORCOR UUUU 2
1,
21
第 8章 脉冲波形的产生与整形定时器的主要功能取决于两个比较器输出对 RS触发器和放电管 V1状态的控制 。
时,比较器 C1输出为 0,C2
输出为 1,基本 RS触发器被置 0,V1导通,Uo输出为低电平 。
时,C1输出为 1,C2 输出为
0,基本 RS触发器被置 1,V1截止,Uo输出高电平 。
当 时,C1和 C2输出均为 1,则基本 RS触发器的状态保持不变,因而 V1和 Uo输出状态也维持不变 。
CCCC UUUU 3
1
3
2
26,
CCCC UUUU 3
1
3
2
26,
CCCC UUUU 3
1
3
2
26,
第 8章 脉冲波形的产生与整形表 8-1 555定时器功能表第 8章 脉冲波形的产生与整形
8.2.2 555 定时器的典型应用
1,单稳态触发器图 8-4 用 555 定时器构成的单稳触发器
(a)电路图； (b) 波形图
48
7
6
2
3
1 5
U
C
C
U
o
U
i
( a )
R
T
U
i
1
3
U
CC
0
U
o
0
T
W
T
W
U
C
0
2
3
U
CC
t
t
t
( b )
U
CC
0,0 1 μ
5 5 5
U
CC
第 8章 脉冲波形的产生与整形
1)
① 静止期：触发信号没有来到,Ui为高电平 。 电源刚接通时,电路有一个暂态过程,即电源通过电阻 R向电容 C充电,当 UC上升到 时,RS触发器置 0,Uo=0，
V1导通,因此电容 C又通过导电管 V1迅速放电,直到
UC=0,电路进入稳态 。 这时如果 Ui一直没有触发信号来到,电路就一直处于 Uo=0 的稳定状态 。
CCU3
2
第 8章 脉冲波形的产生与整形
② 暂稳态：外加触发信号 Ui的下降沿到达时,由于
,RS触发器 Q端置 1,因此 Uo=1,
V1截止,UCC开始通过电阻 R向电容 C充电 。 随着电容 C充电的进行,UC不断上升,趋向值 UC(∞)=UCC。
Ui的触发负脉冲消失后,U2回到高电平,在期间,RS触发器状态保持不变,因此,Uo
一直保持高电平不变,电路维持在暂稳态 。 但当电容 C上的电压上升到 时,RS触发器置 0,电路输出 Uo
=0,V1导通,此时暂稳态便结束,电路将返回到初始的稳态 。
0)(31 62 CCC UUUU,
、CCUU 312?
CCUU 3
2
6?
CCUU 3
26?
第 8章 脉冲波形的产生与整形
③ 恢复期,V1导通后,电容 C通过 V1迅速放电,使
UC≈0,电路又恢复到稳态,第二个触发信号到来时,
又重复上述过程 。
输出电压 Uo和电容 C上电压 UC的工作波形如图 8-
4(b)所示。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2) 输出脉冲宽度 TW
输出脉冲宽度 TW是暂稳态的停留时间，根据电容 C的充电过程可知：
,,32)(,)(,0)0( RCUTUUUUU CCWCTCCCC
因而代入式 (8-2)可得
RCnRCUU UUnRCT
TC
CC
W 1.131)(
)0()(1
图 8-4(a)所示电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求,
它必须小于 TW。 若输入触发脉冲宽度大于 TW时,应在 U2输入端加 RiCi微分电路 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
3)
① 延时,将输入信号延迟一定时间 (一般为脉宽
TW)后输出 。
② 定时,产生一定宽度的脉冲信号。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2,多谐振荡器图 8-5 用 555
(a) 电路图； (b) 波形图
48
7
6
2
3
1 5
C
( a )
U
C
1
3
U
CC
U
o
0
T
1
2
3
U
CC
t
t
( b )
U
CC
R
1
R
2
5 5 5
U
CC
T
2
U
o
0,0 1 μ
0
第 8章 脉冲波形的产生与整形
1)
多谐振荡器只有两个暂稳态 。 假设当电源接通后,
电路处于某一暂稳态,电容 C上电压 UC略低于,Uo
输出高电平,V1截止,电源 UCC通过 R1,R2 给电容 C充电 。
随着充电的进行 UC逐渐增高,但只要,
输出电压 Uo就一直保持高电平不变,这就是第一个暂稳态 。
CCCCC UUU 3
2
3
1
第 8章 脉冲波形的产生与整形当电容 C上的电压 UC略微超过 时 (即 U6和 U2均大于等于 时 ),RS触发器置 0,使输出电压 Uo从原来的高电平翻转到低电平,即 Uo=0,V1导通饱和,此时电容 C通过 R2和
V1放电 。 随着电容 C放电,UC下降,但只要,
Uo就一直保持低电平不变,这就是第二个暂稳态 。
当 UC下降到略微低于 时,RS触发器置 1,电路输出又变为 Uo=1,V1截止,电容 C再次充电,又重复上述过程,
电路输出便得到周期性的矩形脉冲 。 其工作波形如图 8-5(b)所
CCCCC UUU 3
1
3
2
CCU3
2
CCU3
2
CCU3
1
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2) 振荡周期 T
多谐振荡器的振荡周期为两个暂稳态的持续时间,
T=T1+T2。 由图 8-5(b)UC的波形求得电容 C的充电时间 T1和放电时间 Ｔ 2各为
CRRnCRR
UU
UU
nCRRT
CCCC
CCCC
)(7.021)(
3
2
3
1
1)( 2121211
CRnCR
U
U
nCRT
CC
CC
2222 7.021
3
1
0
3
2
0
1
CRRTTT )2(7.0 2121
因而振荡周期第 8章 脉冲波形的产生与整形
3) 占空比可调的多谐振荡器图 8-6 占空比可调的多谐振荡器
84
7
6
2
3
U
CC
R
1
R
2
5 5 5
R
W
U
o
0,0 1 μC
V
2
V
1
51
第 8章 脉冲波形的产生与整形电容 C的充电路径为 UCC→R1→V1→C→地,因而
T1=0.7R1C。
电容 C的放电路径为 C→V2→R2→放电管 V1→地,因而 T2=0.7R2C。
振荡周期为
CRRTTT )(7.0 2121
占空比为
21
11
RR
R
T
TD
第 8章 脉冲波形的产生与整形
4)
用两个多谐振荡器可以组成如图 8-7(a)所示的模拟声响电路 。 适当选择定时元件,使振荡器 A的振荡频率
fA=1Hz,振荡器 B的振荡频率 fB= 1kHz。 由于低频振荡器 A的输出接至高频振荡器 B的复位端 (4脚 ),当 Uo1输出高电平时,B振荡器才能振荡,Uo1输出低电平时,B振荡器被复位,停止振荡,因此使扬声器发出 1kHz的间歇声响 。
其工作波形如图 8-7(b)所示 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-7 用 555
(a) 电路图； (b)波形图
84
7
6
2
3
5 1
5 5 5
A
0,0 1 μ
C
R
1A
R
2A
84
7
6
2
3
1 5
5 5 5
0,0 1 μ
C
R
1B
R
2B
R
d
U
o 1
8 Ω
U
o2
5 μ
U
CC
U
o1
U
o2
( a )
( b )
B
第 8章 脉冲波形的产生与整形
3,施密特触发器
1) 施密特触发器的构成与工作原理图 8-8 用 555
(a) 电路图； (b) 波形图； (c) 电压传输特性
8 4
6
2
1
0,0 1 μ
3
U
CC
U
i
U
o
U
o
t
0
0
U
i
1
3
U
CC
2
3
U
CC
t
( a ) ( b ) ( c )
U
o
0 U
－
U
＋
5 5 5
U
i
U
－
U
＋
5
U
o H
U
o L
第 8章 脉冲波形的产生与整形图中 U6(TH)和 U2(TR)端直接连在一起作为触发电平输入端 。 若在输入端 Ui加三角波,则可在输出端得到如图 8-
8(b)所示的矩形脉冲 。
Ui从 0开始升高,当 时,RS触发器置 1,故
Uo=UoH；当 时,RS=11,故 Uo=UoH保持不变；当 时,电路发生翻转,RS触发器置 0，
Uo从 UoH变为 UoL,此时相应的 Ui幅值 称为上触发电平 U+。
CCi UU 3
1?
CCiCC UUU 3
2
3
1
CCi UU 3
2?
)32( CCU
第 8章 脉冲波形的产生与整形当 时,Uo=UoL不变；当 Ui下降,且时,由于 RS触发器的 RS=11,故 Uo=UoL保持不变；只有当 Ui
下降到小于等于 时,RS触发器置 1,电路发生翻转,Uo
从 UoL变为 UoH,此时相应的 Ui幅值 ( )称为下触发电平 U-。
从以上分析可以看出,电路在 Ui上升和下降时,输出电压 Uo 翻转时所对应的输入电压值是不同的,一个为 U+,另一个为 U-。 这是施密特电路所具有的滞后特性,称为回差 。
。 电路的电压传输特性如图 8-8(c)
所示 。 改变电压控制端 UCO(5脚 )的电压值便可改变回差电压,
一般 UCO越高,ΔU越大,抗干扰能力越强,但灵敏度相应降低 。
CCi UU 3
2? CCiCC UUU 3231
CCU3
1
CCU3
1
CCUUUU 3
1
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2)
施密特触发器应用很广,
① 波形变换 。 可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换成矩形脉冲 。
② 脉冲整形 。 将不规则的电压波形整形为矩形波 。
若适当增大回差电压,可提高电路的抗干扰能力 。 图 8-
9(a)为顶部有干扰的输入信号,图 8-9(b)为回差电压较小的输出波形,图 8-9(c)为回差电压大于顶部干扰时的输出波形 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
③ 脉冲鉴幅 。 图 8-10 是将一系列幅度不同的脉冲信号加到施密特触发器输入端的波形,只有那些幅度大于上触发电平 U+的脉冲才在输出端产生输出信号 。 因此,
通过这一方法可以选出幅度大于 U +的脉冲,即对幅度可以进行鉴别 。
此外，施密特触发器还可以构成多谐振荡器等，是应用较广泛的脉冲电路。
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-9 波形整形
U
o
t0
U
o
t0
U
i
t0
U
＋
U
－
U
－
'
( a )
( b )
( c )
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-10 幅度鉴别
U
i
U
＋
U
－
t0
U
o
0 t
第 8章 脉冲波形的产生与整形
8.3 集成单稳态触发器
1,74LS121
74LS121单稳态触发器的引脚图和逻辑符号如图 8 -
11(a),(b)所示,其功能表如表 8 - 2 所示 。 该集成电路内部采用了施密特触发输入结构,因此对于边沿较差的输入信号也能输出一个宽度和幅度恒定的矩形脉冲 。 输出脉宽为
TTW CRT 7.0?
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8 - 11 集成触发器
74LS121
(a) 引脚图； (b) 逻辑符号
1Q
2NC
3A
1
4A
2
5B
6Q
7G N D
7 4 L S 1 2 1
14 U
CC
13 NC
12 NC
11 R
ex t
/C
ex t
10 C
ex t
9 R
i n t
8 NC
( a )
7 4 L S 1 2 1
A
1
A
2
B
Q
Q
( 9 ) ( 1 0) ( 1 1)
R
i n t
C
ex t
R
ex t
/ C
ex t
( b )
第 8章 脉冲波形的产生与整形表 8-2 集成单稳 74LS121功能表第 8章 脉冲波形的产生与整形式中,RT和 CT是外接定时元件,RT(Rext)范围为 2kΩ~40
kΩ,CT(Cext)为 10pF~1000μF。 CT接在 10,11脚之间,RT接在
11,14 脚之间 。 如果不外接 RT,也可以直接使用阻值为 2kΩ
的内部定时电阻 Rin,则将 Rin接 UCC,即 9,14 脚相接 。 外接
RT时 9 脚开路 。 74LS121
① 电路在输入信号 A1,A2,B的所有静态组合下均处于稳态 Q=0,Q=1。
② 有两种边沿触发方式 。 输入 A1或 A2是下降沿触发,输入 B是上升沿触发 。 从功能表可见,当 A1,A2或 B中的任一端输入相应的触发脉冲,则在 Q端可以输出一个正向定时脉冲,
Q端输出一个负向脉冲 。 例如当 A1或 A2为低,B端有上升沿触发时,其输出波形如图 8 - 12(a)所示 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
④ 电路工作中存在死区时间 。 在定时时间 TW结束之后,定时电容 CT有一段充电恢复时间,如果在此恢复时间内又输入触发脉冲,则输出脉冲宽度就会小于规定的定时时间 TW。 因此 CT的恢复时间就是死区时间,记作
TD。 若要得到精确的定时,则两个触发脉冲之间的最小间隔应大于 TW+TD,如图 8 -12(c)所示 。 死区时间 TD的存在,限制了这种单稳的应用场合 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-12 74LS121工作波形
U
B
Q
T
W
t
( a )
U
R
Q
T
W
t
( b )
U
B
Q
T
W
t
( c )
T
D
t
t
t
A B C D
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-13 集成触发器 74LS123
(a) 引脚图； (b) 逻辑符号
11 A
21 B
31 R
D
41 Q
52 Q
62 C
ex t
7
7 4 LS 1 2 3
16 U
CC
15
14
13
1 R
ex t
/C
ex t
12
11
8
2 B10
9G N D
2 R
ex t
/C
ex t
1 C
ex t
1 Q
2 Q
2 R
D
2 A
( a )
C
ex t
1 Q
1 Q
7 4 LS 1 2 3
U
CC
R
T
C
T
( 1 5 )
( 1 4 )
( 4 )
( 1 3 )
1 B
1 A
1 R
D
( b )
( 2 )
R
ex t
/C
ex t
( 3 )
( 1 6 )
( 1 )
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2,74LS123可重触发单稳态触发器
74LS123对于输入触发脉冲的要求和 74LS121基本相同 。
其外接定时电阻 RT(即 Rext)取值范围为 5 kΩ~50 kΩ,对外接定时电容 CT(即 Cext)通常没有限制 。 输出脉宽
)7.01(28.0
T
TTW RCRT
当 CT≤1000 pF时,TW可通过查找有关图表求得。
单稳态触发器 74LS123具有可重触发功能,并带有复位输入端 RD。 所谓可重触发,是指该电路在输出定时时间 TW
内,可被输入脉冲重新触发 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-14 74LS123工作波形
U
B
Q
T
W
t
( a )
T
W
T
W
U
B
R
D
t
t
t
Q
t
T
W
( b )
U
B
Q
t
t
( c )
T
W
T
W
T
W
第 8章 脉冲波形的产生与整形
8.4 集成逻辑门构成的脉冲电路
8.4.1 微分型单稳态触发电路用与非门构成的微分单稳触发电路如图 8-15(a)所示,
其工作波形如图 8-15(b)所示 。 图中 Ri,Ci为输入微分电路,
R,C为微分定时电路 。 电路参数应满足：
O F FONi RRRR,
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-15 微分单稳触发电路
(a) 电路图； (b)波形图
& 1
U
A C
U
i2
C
i
R
i
R
U
i
t
U
o1
t
U
o H 1
U
o L 1
U
i2
t
U
T
U
R (0 )
0
U
o
t
T
W
( a )
( b )
U
B
U
i
U
o
0
0
0
U
o1
G
1
G
2
第 8章 脉冲波形的产生与整形
1,工作原理
1)
电容 C开路,由于 R＜ ROFF,所以门 G2关门,输出高电平,即 Uo=UoH。 门 G1输入端中一个是从门 G2反馈而来的高电平,另一个输入端经 Ri接地,由于 Ri＞ RON,所以门 G1开门,输出低电平 Uo1=UoL。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2)
当输入端 Ui的负向触发脉冲到来时,经 Ri,Ci微分后加到门 G1输入端,使 UB端得到一个负向尖脉冲,从而引起下列正反馈过程：
)(201 AoiB UUUUU
结果门 G1迅速截止,门 G2迅速导通,电路进入暂稳态 。 这时 Uo输出低电平,因此即使触发信号消失,门 G1仍保持截止 。 但这个状态是不稳定的,因门 G1的输出高电平要对电容 C充电 。 随着充电的进行 Ui2要逐渐下降,当 Ui2＜ UT(门槛电压 )时,又引起以下正反馈过程：
0102 )( UUUU Ai
第 8章 脉冲波形的产生与整形
3)
暂稳态结束后,电容 C通过 R放电 。 随着放电电流逐渐减少,Ui2↑,最后恢复到原来的稳态,电容 C开路 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2.
1) 输出脉冲宽度 TW
输出脉冲宽度就是暂稳态的持续时间,它取决于 Ui2从暂态过程开始下降到 UT所需要的时间 。 从图 8-16(a)电容 C
的充电等效电路可看出：
)()0()0(,0)( 1122 oLoHRii UUUUU
UR(0)为稳态时 Ui2的输入电压,一般 UR(0)≤UOFF≈0.7V，
因而可求得 TW:
RC
UU
UUnRCT
Ti
ii
W 7.0)(
)0()(1
2
22?
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2)
根据图 8-16(b)可见，电路恢复时间为
RCT R )5~3(?
图 8-16 微分单稳电路中电容 C的充、
(a) C充电等效电路； (b) C放电等效电路
R
C
U
i2
R
1
U
CC
U
o1
R
o
U
o H 1
C
i
充
R
U
o H 1
R
C
U
i2
R
1
U
CC
U
o1
U
o L 1
i
放
＋ －
( a ) ( b )
U
o1
U
i2
i
充第 8章 脉冲波形的产生与整形
8.4.2 多谐振荡器
1,环型振荡器图 8-17 环型振荡器
U
M
t
p1
t
p2
T
U
o
U
oH
U
o L
0
U
o1
0
U
o2
0
U
i2
U
T
Ⅰ Ⅱ
U
oH
U
oL
t
t
t
t
1 1 1
U
i1
G
1
U
o1
U
o2
U
i3
G
2
C
U
C
( a )
R
C
U
i3
U
o1
U
oL
i
充
－
U
oH
U
o2
R
C
U
i3
U
o1
U
oH
i
放
＋－
U
oL
U
o2
( b ) ( c )
( d )
0
G
3
U
oR R
S
＋
第 8章 脉冲波形的产生与整形假设 Ui1=Uo3↑,则 Uo1↓,Uo2↑。 由于电容两端电压不能突变,因此当 Uo1发生 ↓时,Ui3也 ↓,从而使 Uo保持高电平,
即 Uo1=UoL,Uo2=UoH,Uo=UoH,此时为暂稳态 Ⅰ 。 但此暂态不能长久维持,当 Uo1输出低电平时电容 C进行充电,等效电路如图 8-17(b)所示 (此处忽略了各个门的输出电阻和输入电阻的影响 )。 随着 C充电 Ui3不断上升,当 Ui3≥UT后,电路翻转为门 G3导通,门 G1截止,门 G2导通的暂稳态 Ⅱ 。 这时 Uo1=UoH，
Uo2=UoL,Uo=UoL,电容 C又将放电,等效电路如图 8-17(c)所示 。 随着 C放电,Ui3不断下降,当 Ui3＜ UT时电路又会翻转到门 G3截止,门 G1导通,门 G2截止的暂稳态 Ⅰ,并重复以上过程 。 电路的工作波形如图 8-17(d)所示 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形
RC
输出电压幅值：
OLOHM UUU振荡周期：
RCTTT
RC
UU
UUU
nRC
UU
UU
nRCT
RC
UU
UUU
nRC
UU
UU
nRCT
TTT
ToL
MToL
Ti
ii
ToH
MToH
Ti
ii
2.2
28.1
)(
1
)(
)0()(
1
96.0
)(
1
)(
)0()(
1
21
3
33
2
3
33
1
21
第 8章 脉冲波形的产生与整形
2,石英晶体多谐振荡器图 8-18给出了常用的两种多谐振荡器电路 。 振荡周期均为 T≈1.4RC,图 (b)电路中 R1=R2=R(小于 1kΩ),C1=C2=C=100
pF~100μF,可输出对称方波 。 这些电路的优点是结构简单,
调节频率方便,但频率稳定度不高 。
为了提高振荡器的频率稳定度,往往使用石英晶体多谐振荡器 。 石英晶体的固有谐振频率十分稳定,其符号及电抗频率特性分别如图 8-19(a),(b)所示,当频率为谐振频率 f0时,
石英晶体的等效阻抗最小,信号最容易通过,而其它频率信号均被衰减掉,
因此振荡电路的工作频率仅决定于石英晶体的谐振频率
f0,而与电路中的 R,C数值无关 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-18 常用的多谐振荡器
( b )
1 1
R
1
R
2
C
1
f
0
G
1
G
2
C
2
1 1
( a )
R
C
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-19 石英晶体
(a) 符号； (b) 电抗频率特性
( a )
( b )
x
0 f
0
f
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-20 为常用的几种石英晶体振荡器,其中图 (a)是将图 8-18(b)对称多谐振荡器中的耦合电容 C与晶体串接构成的晶体多谐振荡器 。 图 (b)是将图 (a)中的耦合电容改换成耦合电阻,晶体振荡频率可在 1MHz~20 MHz内选择 。
图 (c),(d)为两种实用晶体多谐振荡器 。 图 (c)中 C2的作用是防止寄生振荡,R1,R2可在 0.7kΩ~2 kΩ之间选择 。 实际应用中,为了改善输出波形和增强带负载能力,通常还在 Uo输出端再加一级反相器 。
第 8章 脉冲波形的产生与整形图 8-20 几种常用的石英晶体振荡器
1 1
R R
C
0,0 5 μ
0,0 5 μ 1 0 0 k H z晶体
8 0 0 Ω ～ 1k 8 0 0 Ω ～ 1k
f
0
( a )
1 1
1 M H z 晶体
5 6 0 1,8 k
f
0
2 0 0
2 0 0
( b )
1 1
R
1
1,2 k R
2
1,2 k
C
1
0,0 4 7 μ
f
0
= 5 k H z ～ 3 M Hz
C
2
f
0
6 8 0 p
( c )
1 1
R
2
6 8 0
3 3 0
R
1
f
0
R
3
2,2 k
f
0
= 0,2 ～ 2 0 M H z
C
2
3 3 0
R
4
1 0 0 p
( d )
C
1
C
