6.4 多谐振荡器
6.4.1 对称式多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡器,不需外加触发信号,便可自动产生矩形脉冲。电路没有稳态,只有两个暂稳态。交替变化。
1 1
1C
1C
1G 2G
2OV
1OV
1FR 2FR
1iV
2iV
两个反相器 G1,G2经耦合电容 C1,C2连接的正反馈振荡回路。
1 1
1C
2C
1G 2G
2OV
1OV
1FR 2FR
1iV
2iV
假设 Vi1有微小正跳变,电路会引发如下正反馈过程:
1iV 1OV 2iV 2OV
VO1迅速跳变为低电平,VO2迅速跳变为高电平。
电路进入第一个暂稳态
1 1
1C
2C
1G 2G
2OV
1OV
1FR 2FR
1iV
2iV
此时,电容 C1开始充电,电容 C2开始放电。
电容 C1通过两条支路充电,G2内阻 R1和 RF2,充电速度比较快。
1R
CCV
1C
2FR
1OLV
2OHV
1C
OLV
1ER
1EV
2iV
1 1
1C
2C
1G 2G
2OV
1OV
1FR 2FR
1iV 2i
V
Vi2首先上升到 G2的阈值电压 VTH,引起如下正反馈过程:
2iV 2OV 1iV 1OV
使得 VO2迅速跳变为低电平,而 VO1迅速跳变为高电平。电路进入第二个暂稳态,同时 C2充电,C1放电。
电路完全对称;电路不停地在两个暂稳态之间往复振荡。
第 (58)页
THV
t
t
t
t
O
O
O
O
1iV
1OV
2iV
2OV
1 1
1C
2C
1G 2G
2OV
1OV
1FR 2FR
1iV 2iV
VO1低电平,电容 C1充电,
使得 Vi2逐渐升高。到达 VTH
时,G2翻转,VO2输出低电平。 C2电容两端电压不能突变,使得 VO1高电平,通过
RF1等向 C2充电,使得 Vi1逐渐升高,直至导致 G1翻转,
VO1低电平。重复以上过程。
6.4.2 非对称式多谐振荡器
1 1
1C
2C
1G 2G
2OV
1OV
1FR 2FR
1iV 2iV
11
C
FR
PR
1iV 2iV1OV 2OV
1G 2G
Vi1有微小的正跳变发生则引起:正反馈过程。
1iV 2iV 2OV
VO2迅速跳变为高电平,电路进入 第一个暂稳态 。同时电容 C开始放电。 Vi1逐渐下降,当 Vi1=VTH时,发生:
1iV 2iV 2OV
进入 第二个暂稳态 。电容充电
DDV
ONRONR
PR
FR
C
DDV
ONR
ONR
PR
FR
C
ONR
C
1iV
ONF R+R
DDV
ONR
C 1iV
ONF R+R
DDV
充电、放电时间均不能长久,电路在两个暂稳态之间不断变化,形成连续脉冲输出。
放电充电
t
t
t
1iV
1OV
2OV
O
O
O
第 (59页
6.4.3 环型振荡器利用闭合回路中延迟负反馈作用产生自激振荡。
1 1 1
1G 2G 3G
OV1iV 2iV 3iV
假定 Vi1产生微小正跳变,电路将周而复始产生自激振荡。
振荡周期,T=6tpd。
对于任意大于等于 3个奇数反相器首尾相连接成的环型电路都可以产生自激振荡。周期 T=2ntpd。
带 RC延迟电路的环型振荡器
1 1 1
1G 2G 3G
OV
R
C
1iV
2iV 3iV1 1 1
1G
2G
3G
OV
SRC
R
实用电路改进当 Vi2发生负跳变时,通过电容 C,Vi3首先跳变低电平。然后对电容充电,延长 Vi2到 Vi3
的传输延迟时间。
P336 图 6.4.12( b)
计算振荡周期,只考虑 RC电路的作用,不考虑门电路传输时间。
6.4.4 用施密特触发器构成多谐振荡器
iV OV
R
C
t
t
iV
OV
+TV
-TV
o
o
1T 2T
21 T+T=T
接通电源,Vi低电平,VO高电平,通过 R向 C充电,当 Vi=VT+
时,输出跳变为低电平,C通过 R放电。 Vi下降至 VT-时,输出跳变为高电平,电容 C重新开始充电。周而复始,形成振荡。
6.5 555定时器及其应用
555定时器是多用途数字 — 模拟集成电路,利用它可以方便地构成:
施密特触发器;
单稳态触发器;
多谐振荡器第 (60)页
555电路结构
+?
+?
DT
&
& & 1
1G
2G 3G 4G
k5
k5
k5
1C
2C
1CV
2CV
Q
Q
OV
DRCCV
COV
)(THV1i
)(TR
V2i
OV'
1RV
2RV
3
48
5
6
2
7
1
555
1
2
3
4
8
7
6
5
基本组成:
比较器 1;
比较器 2;
基本 RS触发器;
集电极开路放电三极管。
+?
+?
DT
&
& & 1
1G
2G 3G 4G
k5
k5
k5
1C
2C
1CV
2CV
Q
Q O
V
DRCCV
COV
)(THV1i
)(TRV2i
OV'
1RV
2RV
3
48
5
6
2
7
1
Vi1:比较器 C1输入端
Vi2:比较器 C2输入端
VR1,C1参考电压
VR2,C2参考电压
VCO:控制电压输入端
:置零输入端在控制电压 VCO悬空时,CC1R V32V? CC2R V31V?
CO1R VV? CO2R V2
1V?如果 VCO接固定电压,
DR
+?
+?
DT
&
& & 1
1G
2G 3G 4G
k5
k5
k5
1C
2C
1CV
2CV
Q
Q O
V
DRCCV
COV
)(THV1i
)(TRV2i
OV'
1RV
2RV
3
48
5
6
2
7
1
当:
VC1=0,VC2=1,Q=0,VO=0
1R1i VV? 2R2i VV?
当:
VC1=VC2=1,触发器状态不变,输出
VO状态不变。
1R1i VV? 2R2i VV?
当:
VC1=1,VC2=0,触发器置 1,VO为高电平。
1R1i VV? 2R2i VV?
当:
VO=1
1R1i VV? 2R2i VV? 1QQ0VV 2C1C 触发器,
共四种情况
CC
CC
CC
CC
1i
V
3
2
V
3
2
V
3
2
V
3
2
V
CC
CC
CC
CC
2i
V
3
1
V
3
1
V
3
1
V
3
1
V
1
1
1
1
DR
0
高高不变低
OV
低状态DT
导通截止截止不变导通输入 输出
555功能表第 (61)页用 555电路构成施密特触发器
+?
+?
DT
&
& & 1
1G
2G 3G 4G
k5
k5
k5
1C
2C
1CV
2CV
Q
Q OV
DRCCV
1RV
2RV
3
48
5
6
2
7
1
iV
Vi从 0逐渐升高过程:
1VV
1Q0V1V
V
3
1
V
OHO
2C1C
CCi


,,
输出状态不变
OHO2C1C
CCiCC
VV1VV
V
3
2
VV
3
1


,
0VV
0Q1V0V
V
3
2
V
OLO
2C1C
CCi


,,
CCT V3
2V?
Vi从高于 开始下降过程:CCV32
输出状态不变
OLO2C1C
CCiCC
VV1VV
V
3
2
VV
3
1


,
OHO
2C1C
CCi
VV
1Q0V1V
V
3
1
V

,,
以后
CCT V3
1V?
反相输出施密特触发器如果参考电压由 VCO提供,则:
COT
COT
V
2
1V
VV
用 555电路构成单稳态触发器
+?
+?
DT
&
& & 1
1G
2G 3G 4G
k5
k5
k5
1C
2C
1CV
2CV
Q
Q OV
DRCCV
1RV
2RV
3
48
5
6
2
7
1
iV
R
CV
反相器稳态,Vi处于高电平接通电源两种情况,Q=0,
TD导通,VC=0。
故 VC1=VC2=1,Q=0,VO=0
Q=1,TD截止,VCC经 R向 C
充电,当
VC1=0,Q=0,TD导通,C
迅速放电,VC=0。
此时,VC1=VC2=1,
触发器保持 0状态。
CCC V3
2V?
+?
+?
DT
&
& & 1
1G
2G 3G 4G
k5
k5
k5
1C
2C
1CV
2CV
Q
Q OV
DRCCV
1RV
2RV
3
48
5
6
2
7
1
iV
R
CV
反相器触发翻转,Vi输入负脉冲,VI跳变到 以下时,VC2=0
( VC1=1)。此时,Q=1,VO跳变为高电平。 TD截止,VCC
通过 R向 C充电。电路进入 暂稳态 。
CCV3
1
暂稳态,Q=1,VO=1。 VCC向
C充电。充电回路,VCC—
R— C— 地 。
VC按指数规律上升,趋向 VCC。
自动返回,VC上升到
VC1=0,如果此时
Vi回高电平,则 Q=0,返回 稳态 。
CCV3
2
第 (62)页
CCV3
2
CV
OV
iV
t
t
t
稳态暂稳态
6.5 555定时器及其应用
555定时器是多用途数字 — 模拟集成电路,利用它可以方便地构成:
施密特触发器;
单稳态触发器;
多谐振荡器
555电路结构
+?
+?
DT
&
& & 1
1G
2G 3G 4G
k5
k5
k5
1C
2C
1CV
2CV
Q
Q
OV
DRCCV
COV
)(THV1i
)(TR
V2i
OV'
1RV
2RV
3
48
5
6
2
7
1
555
1
2
3
4
8
7
6
5
基本组成:
比较器 1;
比较器 2;
基本 RS触发器;
集电极开路放电三极管。
+?
+?
DT
&
& & 1
1G
2G 3G 4G
k5
k5
k5
1C
2C
1CV
2CV
Q
Q O
V
DRCCV
COV
)(THV1i
)(TRV2i
OV'
1RV
2RV
3
48
5
6
2
7
1
Vi1:比较器 C1输入端
Vi2:比较器 C2输入端
VR1,C1参考电压
VR2,C2参考电压
VCO:控制电压输入端
:置零输入端在控制电压 VCO悬空时,CC1R V32V? CC2R V31V?
CO1R VV? CO2R V2
1V?如果 VCO接固定电压,
DR
第 (63)页
+?
+?
DT
&
& & 1
1G
2G 3G 4G
k5
k5
k5
1C
2C
1CV
2CV
Q
Q O
V
DRCCV
COV
)(THV1i
)(TRV2i
OV'
1RV
2RV
3
48
5
6
2
7
1
当:
VC1=0,VC2=1,Q=0,VO=0
1R1i VV? 2R2i VV?
当:
VC1=VC2=1,触发器状态不变,
输出 VO状态不变。
1R1i VV? 2R2i VV?
当:
VC1=1,VC2=0,触发器置 1,VO为高电平。
1R1i VV? 2R2i VV?
当:
VO=1
1R1i VV? 2R2i VV? 1QQ0VV 2C1C 触发器,
共四种情况
CC
CC
CC
CC
1i
V
3
2
V
3
2
V
3
2
V
3
2
V
CC
CC
CC
CC
2i
V
3
1
V
3
1
V
3
1
V
3
1
V
1
1
1
1
DR
0
高高不变低
OV
低状态DT
导通截止截止不变导通输入 输出
555功能表用 555电路构成施密特触发器
+?
+?
DT
&
& & 1
1G
2G 3G 4G
k5
k5
k5
1C
2C
1CV
2CV
Q
Q OV
DRCCV
1RV
2RV
3
48
5
6
2
7
1
iV
Vi从 0逐渐升高过程:
1VV
1Q0V1V
V
3
1
V
OHO
2C1C
CCi


,,
输出状态不变
OHO2C1C
CCiCC
VV1VV
V
3
2
VV
3
1


,
0VV
0Q1V0V
V
3
2
V
OLO
2C1C
CCi


,,
CCT V3
2V?
Vi从高于 开始下降过程:CCV32
输出状态不变
OLO2C1C
CCiCC
VV1VV
V
3
2
VV
3
1


,
OHO
2C1C
CCi
VV
1Q0V1V
V
3
1
V

,,
以后
CCT V3
1V?
反相输出施密特触发器如果参考电压由 VCO提供,则:
COT
COT
V
2
1V
VV
第 (64)页用 555电路构成单稳态触发器
+?
+?
DT
&
& & 1
1G
2G 3G 4G
k5
k5
k5
1C
2C
1CV
2CV
Q
Q OV
DRCCV
1RV
2RV
3
48
5
6
2
7
1
iV
R
CV
反相器稳态,Vi处于高电平接通电源两种情况,Q=0,
TD导通,VC=0。
故 VC1=VC2=1,Q=0,VO=0
Q=1,TD截止,VCC经 R向 C
充电,当
VC1=0,Q=0,TD导通,C
迅速放电,VC=0。
此时,VC1=VC2=1,
触发器保持 0状态。
CCC V3
2V?
+?
+?
DT
&
& & 1
1G
2G 3G 4G
k5
k5
k5
1C
2C
1CV
2CV
Q
Q OV
DRCCV
1RV
2RV
3
48
5
6
2
7
1
iV
R
CV
反相器触发翻转,Vi输入负脉冲,VI跳变到 以下时,VC2=0
( VC1=1)。此时,Q=1,VO跳变为高电平。 TD截止,VCC
通过 R向 C充电。电路进入 暂稳态 。
CCV3
1
暂稳态,Q=1,VO=1。
VCC向 C充电。充电回路:
VCC— R— C— 地 。
VC按指数规律上升,趋向 VCC。
自动返回,VC上升到
VC1=0,如果此时
Vi回高电平,则 Q=0,返回 稳态 。
CCV3
2
CCV3
2
CV
OV
iV
t
t
t
稳态暂稳态
+?
+?
DT
&
& & 1
1G
2G 3G 4G
k5
k5
k5
1C
2C
1CV
2CV
Q
Q OV
DRCCV
1RV
2RV
3
48
5
6
2
7
1
iV
DRCCV
+?
+?
DT
&
& & 1
1G
2G 3G 4G
k5
k5
k5
1C
2C
1CV
2CV
Q
Q OV
1RV
2RV
3
48
5
6
2
7
1
iV
CCV
1R
2R
用 555接成多谐振荡器
iV OV
R
C
第 (65)页脉冲整形电路施密特触发器 和 单稳态触发器 是最常用的两种脉冲整形电路。
施密特触发器输出高、低电平随输入信号的电平改变。输出脉冲宽度由输入信号决定;
单稳态触发器输出的信号宽度完全由电路参数决定,与输入信号无关。
自激脉冲振荡器,不需外加输入信号,只要接通电源,就自动产生矩形脉冲信号。
闭合回路正反馈产生振荡,对称式多谐振荡器、非对称式多谐振荡器等闭合回路的延迟负反馈产生振荡,环型振荡器、利用施密特触发器组成的振荡器。