电子技术精品课程-数字电路第5章 脉冲信号的产生与整形 40页

5kΩ
放5电下降+ C到1
－ 6
5kΩ
2
+
－ C2
5kΩ
VCC/3&G1所Q需的G&3时间3 ：uO
G2 &Q
7D T
2019年9月23日星期一
1 回首页
14
第5章 脉冲信号的产生和整形
5.1.3 多谐振荡器的应用 模拟声响电路
VCC
R1
84
7
3 uo1
R2 6 555Ⅰ
2
5
R3
84
7
3
uo2 uo1
Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。
③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1，
Q、Q不变，uo不变，T状态不变。
④R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＜VCC/3时，C1=1、C2=0，
2019年9月23Q日=星期0一、Q=1，uo=1，T截止。
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12
2、由555定时器构成的多谐振荡器
2019年9月23日星期一
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10
CO
TH
＜2VCC/3
TR
＞VCC/3
+VCC
R
8
4
5kΩ Q
&
－
6
5kΩ
2
+
G2
1
&Q
－
C2
5kΩ
第5章 脉冲信号的产生和整形
G3
&
3 uO
7D T
1
①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。 ②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1， Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。 ③R=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1， Q、Q不变，uo不变，T状态不变。
uo (ui1)
0 ui2
t1 t2 t3
t
(uo1)
G1 ui1 &
G2 ui2 & uo2
G3 ui3 &
0 uo uo2
t
R
RS
0
t
ui3
C
UT
t
0
2019年9月23日星期一 (a) 电路图
回首(页b) 波形图
2
第一暂稳态及其自 动翻转的工作过程
G1
G2
ui1 & ui2 & uo2
R
G3 ui3 & RS
2019年9月23日星期一
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11
CO
TH
＜2VCC/3
TR
＜VCC/3
+VCC
R
8
4
5kΩ
5
+ C1 1
G1 Q
&
－ 6
0
5kΩ
2
+
G2
0
&Q
－
C2
5kΩ
第5章 脉冲信号的产生和整形
G3 &
3
1
uO
7D T
1
①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。
②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，
ui1
UT 0
第5章 脉冲信号的产生和整形
t t1 t2 t3
t
t (b) 波形图
在t2时刻，uo1变为高电平，这个高电平通过电阻R对电容C充电。 随着放电的进行，ui1逐渐上升。在t3时刻，ui1上升到UT，使uo （ui1）又由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂 稳态，又开始重复前面的过程。
C
1
0.01μ F
0 tP1
tP2
t
(a) 电路
(b) 工作波形
第一个暂稳态的脉冲宽度 tp1，即 uc 从 VCC/3 充电上升到 2VCC/3 所需的时间：
tp1≈0.7(R1+R2)C
+VCC
R
8
4
第二个暂稳态的脉冲宽度 tp2，即 uc从 2VCC/C3O
TH
tp2≈0.7R2C
TR
振荡周期：T＝tp1＋tp2≈0.7(R1＋2R2)C
个低电平保持uo为1，以维持已进入的这个暂稳态。
在这个暂稳态期间，uo2（高电平）通过电阻R对电容C充电，使
ui3 逐 渐 上 升 。 在 t2 时 刻 ， ui3 上 升 到 门 电 路 的 阈 值 电 压 UT ， 使 uo
（ui1）由1变为0，uo1（ui2）由0变为1，uo2由1变为0。同样由于电
ui
第5章 脉冲信号的产生和整形
0
t
VDD
VDD uo1
ui
0 G1
≥1
1C
R 1 G2
≥1
0 uo2
0 VDD uA
t
uo1
uA
0
t
uo2
(a) 电路
0
tP
t
(b) 波形
（1）没有触发信号时电路工作在稳态
当没有触发信号时，ui为低电平。因为门G2的输入端经电阻R接
至VDD，VA为高电平，因此uo2为低电平；门G1的两个输入均为0，
C
(a) 电路图
uo (ui1)
0 ui2 (uo1)
0 uo uo2
0 ui3
UT 0
第5章 脉冲信号的产生和整形
t t1 t2 t3
t
t
t (b) 波形图
在t1时刻，ui1（uo）由0变为1，于是uo1（ui2）由1变为0，uo2由0变
为1。由于电容电压不能跃变，故ui3必定跟随ui2发生负跳变。这
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20
ui
0 G1
≥1
1C
uo1
VDD
R 1 G2
造成振荡器自动翻转的原因是电容 C 的充放电。
振荡周期为：T≈2.2RC
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4
2、CMOS多谐振荡器
第5章 脉冲信号的产生和整形
第一暂稳态及其自
uo
动翻转的工作过程
G1 ui1 & uo1
G2 ui2 &
0
ui2
uo
(uo1) 0
t1 t2 t3
t t
R C
(a) 电路图
不能跃变，故ui1跟随uo发生负跳变，于是ui2（uo1）由0变为1。这
个高电平保持uo为0。至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二
个暂稳态。 2019年9月23日星期一
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5
第二暂稳态及其自 动翻转的工作过程
G1 ui1 & uo1
G2 ui2 &
R C
(a) 电路图
uo
0
ui2
uo
(uo1) 0
容电压不能跃变，故ui3跟随ui2发生正跳变。这个高电平保持uo为0。
至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二个暂稳态。
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3
第二暂稳态及其自 动翻转的工作过程
G1
G2
ui1 & ui2 & uo2
R
G3 ui3 & RS
C
(a) 电路图
uo (ui1)
0 ui2 (uo1)
0 uo uo2
0 ui3
UT 0
第5章 脉冲信号的产生和整形
t t1 t2 t3
t
t
t (b) 波形图
在t2时刻，uo2变为低电平，电容C开始通过电阻R放电。随着放 电的进行，ui3逐渐下降。在t3时刻，ui3下降到UT，使uo（ui1）又 由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂稳态，又 开始重复前面的过程。
第5章 脉冲信号的产生和整形
第5章 脉冲信号的产生和整形
5.1 多谐振荡器 5.2 单稳态触发器 5.3 施密特触发器
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1
5.1 多谐振荡器
第5章 脉冲信号的产生和整形
5.1.1 由门电路构成的多谐振荡器
能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。
1、RC环形多谐振荡器
t
t
t tP
t (b) 波形
（2）外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态 当正触发脉冲ui到来时，门G1输出uo1由1变为0。由于电容电压不 能跃变，uA也随之跳变到低电平，使门G2的输出uO2变为1。这个 高电平反馈到门G1的输入端，此时即使ui的触发信号撤除，仍能 维持门G1的低电平输出。但是电路的这种状态是不能长久保持的， 所以称为暂稳态。暂稳态时，uo1＝0，uo2＝1。
振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0。
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第5章 脉冲信号的产生和整形
5.1.2 由555定时器构成的多谐振荡器
4.5～16V
电压 控制端
1、555定时器
+VCC
R
8
4
复位端 低电平有效
CO TH
高电平 触发端 TR
低电平 触发端
5kΩ
5
+ C1
－ 6
5kΩ
2
+
－ C2
* 555定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，多 用于脉冲产生、整形及定时等。
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5.2 单稳态触发器
第5章 脉冲信号的产生和整形
5.2.1 由门电路构成的单稳态触发器
单稳态触发器在数字电路中一般用于定时（产生一定宽度 的矩形波）、整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等 的波形）以及延时（把输入信号延迟一定时间后输出）等。
1Hz
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本节小结：
第5章 脉冲信号的产生和整形
* 多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号， 可以自动地产生出矩形脉冲。
* 多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由555定时器构 成。
* 在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态， 其“触发”信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因此无 需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有 关。
第5章 脉冲信号的产生和整形
VCC
uc
R1 R2
84
7
3
6 555
2VCC/3
uo
VCC/3
0
uc
2
5
uo
C
1
0.01μ F
0 tP1
tP2
(a) 电路
接通VCC后，VCC经R1和R2对C充 电 。 当 uc 上 升 到 2VCC/3 时 ， uo=0 ， T 导通，C通过R2和T放电，uc下降。当 uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T 截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此 重复上述过程，在输出端uo产生了连 续的矩形脉冲。
R4 6 555Ⅱ C
2
5
uo2
C1
1
C2
1
0.01μ F
(a) 电路
0.01μ F
(b) 工作波形
+VCC
R
8
4
将振荡器Ⅰ的输出电压uo1，接到振荡器COⅡ5中55k5Ω+5C定1 时器&G1的Q 复G&3 位55端5定（时4脚器）复，位当，振uo1荡为器高Ⅱ电停平止时震振荡荡。器TTRⅡH 振62 荡5k，Ω+－ 为低电G&2 平Q时
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9
CO
TH
＞2VCC/3
TR
＞VCC/3
+VCC
R
8
4
5kΩ
5
+ C1 0
G1 Q
&
－ 6
1
5kΩ
2
+
－ C2
G2 &Q
5kΩ
第5章 脉冲信号的产生和整形
G3 &
3
0
uO
7D T
1
①R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。
②R=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1， Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。
若 UT＝0.5VDD，振荡周期为： T≈1.4RC
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6
3、石英晶体多谐振荡器
第5章 脉冲信号的产生和整形
R1
C2
R2
C1
&
&
(a) 石英晶体多谐振荡器
X
f0
0电
uo
容 性
电 感 性
f
(b) 石英晶体阻抗频率特性
电阻R1、R2的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性 放大区。对TTL反相器，常取R1＝R2＝R＝0.7 kΩ～2kΩ，而对 于CMOS门，则常取R1＝R2＝R＝10kΩ～100kΩ；C1＝C2＝C 是耦合电容，它们的容抗在石英晶体谐振频率f0时可以忽略不 计；石英晶体构成选频环节。
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(b) 工作波形
+VCC
R
8
4
CO 5 TH 6
TR 2
5kΩ + C1 －
5kΩ + － C2
5kΩ
G1 Q
&
G2 &Q
1 回首页
t t
G3
&
3 uO
7D T
13
VCC
uc
第5章 脉冲信号的产生和整形
R1 R2
84
7
3
6 555
2VCC/3
uo
VCC/3
0
t
uc
2
5
uo
5kΩ
1
G1
G3
Q &
&
3 uO
G2 &Q
7D T
放电端
2019年9月23日星期一
回首页
8
+VCC 8
R
40
CO 5 TH 6
TR 2
5kΩ + C1 －
5kΩ + － C2
5kΩ
G1 Q
&
1
G2 &Q
1
①R=0时，Q=1，uo=0，T导通。
第5章 脉冲信号的产生和整形
G3
0
&
3 uO
7D T
2019年9月23日星期一
3 uO 7D
－
C2
T
5kΩ
2019年9月23日星期一
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5.1.3 多谐振荡器的应用
第5章 脉冲信号的产生和整形
R1
秒
信
号 发
&
生
器
C2
R2
C1 &
多
谐
振
&
荡 器
FF1 Q1 FF2
Q2 FF14 Q14 FF15 Q15 分
C1
C1
C1
C1
频
电
f0
f1
f2
f14
f
路
32768Hz 16384Hz 8192Hz 2Hz
ui1
UT
t
0
(b) 波形图
在t1时刻， uo由0变为1，由于电容电压不能跃变，故ui1必定跟随 uo发生正跳变，于是ui2（uo1）由1变为0。这个低电平保持uo为1， 以维持已进入的这个暂稳态。在这个暂稳态期间，电容C通过电