资源描述
多谐振荡器：多谐振荡器：接通电源后就能产生一定频率和一定幅值矩接通电源后就能产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器。形波的自激振荡器。8.3 多谐振荡器多谐振荡器特点:1多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。2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，无需外触发。3输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的谐波分量，故称作多谐振荡器。多谐振荡器的基本组成：多谐振荡器的基本组成：开关器件：开关器件：产生高、低电平产生高、低电平反馈延迟环节（反馈延迟环节（RC电路）：电路）：利用利用RC电路的充放电特性实现电路的充放电特性实现延时，输出电压经延时后延时，输出电压经延时后,反馈到开关器件输入端，改变电路反馈到开关器件输入端，改变电路的输出状态的输出状态,以获得脉冲波形输出。以获得脉冲波形输出。开开关关电电路路 RC延时环节延时环节8.3.1 由由CMOS门门电路组成的多谐振荡器电路组成的多谐振荡器 1.电路组成电路组成 vID1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vOG1 G2+VDD VC多谐振荡器多谐振荡器o1=1,o=0 时时,电容充电电容充电,I增加增加;o1=0,o=1 时时,电容放电电容放电,I下降下降;o1与与o 反相反相,电容接在电容接在o与与I之间之间:2.工作原理工作原理假定假定 电路初态：电路初态：=1vO1=0vOvC=0V电容充电电容充电vCvIvI当当=VTH 时，时，迅速使迅速使G1导通、导通、G2截止截止电路进入第二暂态电路进入第二暂态vO=1vO1=0（1）第一暂稳态（初态）电容充电，电路自动翻转到第二暂稳态）第一暂稳态（初态）电容充电，电路自动翻转到第二暂稳态vIvO1vOvIVDDVTH0ttvOVDD0（2）第二暂稳态电容放电，电路自动翻转到第一暂稳态）第二暂稳态电容放电，电路自动翻转到第一暂稳态电容放电电容放电vCvIvI当当=VTH 时，时，迅速使得迅速使得G1截止、截止、G2导通导通电路返回第一暂稳态电路返回第一暂稳态O=0 O1=1 2.工作原理工作原理vIvO1vO TRC1n41.4RC 由门电路组成的多谐振荡器的振由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期荡周期T取决于取决于R、C电路和电路和 VTH，频率稳定性较差。，频率稳定性较差。3.振荡周期的计算振荡周期的计算vI(0+)0；vC()VDD =RC,T1:vI(0+)VDD；vC()0 =RC,T2:v vo ov vI IV VT+T+V VT_T_V VOLOLV VOHOHT T1 1T T2 20 0t t0 0t tC Cv vo ov vI IR R1 18.3.2 用施密特触发器构成波形产生电路用施密特触发器构成波形产生电路8.3.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振荡频率不稳定，容易受温度、电源电压波动和RC参数误差的影响。而在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信号来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面讨论的多谐振荡器是不能满足要求的，必须采用频率稳定度很高的石英晶体多谐振荡器。1、石英晶体电路符号和选频特性、石英晶体电路符号和选频特性电路符号电路符号 电电感感性性阻抗频率特性阻抗频率特性 fXf0电电容容性性电电容容性性当当 f =f0 时时,电抗电抗 X=0石英晶体具有很好的选频特性。当振荡信号的频率和石英晶体的固有谐振频率fo相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，而其它频率的信号则被衰减掉。2、石英晶体振荡器、石英晶体振荡器R:使使G工作在线性区工作在线性区C1:耦合电耦合电容容C2:抑制高次谐波抑制高次谐波电路的振荡频率仅取决于晶体的谐振频率电路的振荡频率仅取决于晶体的谐振频率f0,与与RC 无关。无关。CPQf1f23、双相脉冲产生电路双相脉冲产生电路目前，家用电子钟几乎都采用具有石英晶体振荡器的矩形波发生器。由于它的频率稳定度很高，所以走时很准。通常选用振荡频率为32768HZ的石英晶体谐振器，因为32768215，将32768HZ经过15次二分频，即可得到1HZ的时钟脉冲作为计时标准。8.4 555定时器及其应用定时器及其应用为数字模拟混合集成电路。可产生精确的时间延迟和振荡，内部有3个5K的电阻分压器，故称555。在波形的产生与变换、检测与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。各公司生产的555定时器的逻辑功能与外引线排列都完全相同。双极型产品CMOS产品单555型号的最后几位数码5557555双555型号的最后几位数码5567556优点驱动能力较大低功耗、高输入阻抗电源电压工作范围516V318V负载电流可达200mA可达4mA电阻分压器电阻分压器电压比较器电压比较器基本基本SR锁存器锁存器输出缓冲反相器输出缓冲反相器集电极开路输出三极管集电极开路输出三极管TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)&5 k 5 k 5 k&1VCC (8)G1、电路 结构8.4.1 555定时器定时器VAVB输出端输出端输出端输出端 电压电压电压电压控制端控制端控制端控制端 高电平高电平高电平高电平触发端触发端触发端触发端低电平低电平低电平低电平触发端触发端触发端触发端放电端放电端放电端放电端复位端复位端复位端复位端UCC分压器分压器分压器分压器比较器比较器比较器比较器R R-S S锁存锁存锁存锁存器器器器放电管放电管放电管放电管地地+C1+C2QQRDSD5K5K5KT2 24 456 67 78 83 31 12、工作原理、工作原理不变不变不变不变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 3、555定时器功能表定时器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放电管放电管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8.4.2 用用555定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器思考：施密特触发器的特点？思考：施密特触发器的特点？回回差差特特性性：上上升升过过程程和和下下降降过过程程有有不不同同的的转转换电平换电平VT和和VT。如何与如何与555定时器发生联系？定时器发生联系？内部比较器有两个不同的基准电压内部比较器有两个不同的基准电压UR1和和UR2。vI如何改变电路的阈值电压和回差电压如何改变电路的阈值电压和回差电压?555施密特触发器的应用施密特触发器的应用波形变换波形变换VT+VT_电路的频率可变电路的频率可变?占空比可变占空比可变?如何改变占空比如何改变占空比?回差电压减小回差电压减小,占空比如何变化占空比如何变化?波形产生电路波形产生电路(多谐振荡器多谐振荡器)C Cv vo ov vI IR R1 1v vo ov vI IV VT+T+V VT_T_V VOLOLV VOHOHT T1 1T T2 20 0t t0 0t tC Cv vo ov vI IR R1 18.4.3 用用555定时器定时器组成组成单稳态触发器单稳态触发器（1）得到负脉冲外触发：使高触发置0端R有效暂稳态0自动返回：通过电容C的充放电使低触发置1端S有效稳态1思路：外触发自动返回（2）得到正脉冲外触发：使低触发置1端有效暂稳态1自动返回：通过电容C的充放电使高触发置0端R有效稳态01、电路、电路VCCvI外加触发信号，电路转换到暂态，输出为外加触发信号，电路转换到暂态，输出为1触发信号消除后，电容充电电路自动转换到稳态输出为触发信号消除后，电容充电电路自动转换到稳态输出为0没有触发信号时没有触发信号时(i )电路处于稳态，电路处于稳态，输出为输出为0 013VCCVCCvItw=RC1n31.1RC 4 4、）工作波形及输出脉宽的计算、）工作波形及输出脉宽的计算电路是可重复触发的单稳电路是可重复触发的单稳?如将如将5脚接电压脚接电压V,电路的脉宽会改变吗电路的脉宽会改变吗?V增加增加,脉宽脉宽如何改变如何改变?减小减小?脉冲宽度调制器脉冲宽度调制器工作波形工作波形555组成的单稳态的应用组成的单稳态的应用:用用555555定时器组成定时器组成可重复触发单稳可重复触发单稳8.4.4 用用555定时器定时器组成组成多谐振荡器多谐振荡器1 1、电路组成电路组成R1R2TC1C2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)C)(-CCV-1R-2R1 1）电路第一暂态，输出为电路第一暂态，输出为1 1。电容充电，电路转换到第。电容充电，电路转换到第二暂态二暂态,输出为输出为0 02 2、工作原理、工作原理2 2）电路第二暂稳态，电容放电，电路转换到第一暂态电路第二暂稳态，电容放电，电路转换到第一暂态TC1C2+-+(4)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)C)(-CCV-1R-2R3、工作波形与振荡频率计算工作波形与振荡频率计算tPL=R2C1n20.7R2C tpH=(R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C 4 4、用用555555定时器组成定时器组成占空比可调的占空比可调的多谐振荡器多谐振荡器tPL=RBC1n20.7RBC tpH=RAC1n20.7RAC 例：例：由由555定时器构成的电路如图所示，已知定时器构成的电路如图所示，已知R1 1=1=1 R2=8.2 ,C1=0.1 ，说明电路的类型，并画出，说明电路的类型，并画出VC1、VO相应的波形。相应的波形。解：电路为多谐振荡器。解：电路为多谐振荡器。=0.7*9.2*0.1=0.644ms =0.7*9.2*0.1=0.644ms =0.7*8.2*0.1=0.574ms =0.7*8.2*0.1=0.574ms 本章介绍了各种产生和变换矩形脉冲的电路。施密特触发器有两种稳态，但状态的维持与翻转受输入信号电平的控制，所以输出脉冲的宽度是由输入信号决定的。单稳态触发器只有一个稳态，在外加触发脉冲作用下，能够从稳态翻转为暂稳态。但暂稳态的持续时间取决于电路内部的元件参数，与输入信号无关。因此，单稳态触发器可以用于产生脉宽固定的矩形脉冲波形。本章小结本章小结多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。两个暂稳态之间的转换，是由电路内部电容的充、放电作用自动进行的，所以它不需要外加触发信号，只要接通电源就能自动产生矩形脉冲信号。555定时器是一种用途很广的集成电路，除了能构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成各种应用电路。可参阅有关书籍自行设计出所需的电路。
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