产生矩形脉冲

稳定性可达10-11。
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目前较好的家用电子钟表几乎都采用具有石英晶体谐
振器的方波发生器。
石英晶体振荡器的频率稳定性高，走时准确，在通常
的气温条件下，可以保证每天不差半秒的误差。
通常选用固有频率为32768Hz的石英谐振器，因为 32768=215，将此振荡频率经过15次二分频，即可得1Hz的
1
1
1
uI uO
tpd
a. 先假设在虚线所示处断开。 b. 在uI处输入一方波，经过时延tpd之后，得uO的波形。 uO与uI比较，除延迟tpd外，两者反相。 上页 下页 返回
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环行振荡器的工作波形 uI uF
1
1
uO
1
uI uO uF
tpd
2tpd
c. uO再经过两个非门总共2 tpd时延之后，得uF 波形。 若uI的周期为6tpd，则uI与uF波形同相。 此时, 若把uF直接作为uI时，电路就可以自激。 上页 下页 返回
uI
uO1
uO2
从而使uO1迅速变成高电平，uO2迅速变成低电平，电
路进入第二暂稳态。
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同时，电容C通过uO1、R、C和uO2充电。
电容C的充电等效电路
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c. 随着电容C的不断充电，uI不 断上升，当达到uI≥UT时,电路又 迅速跃变到第一暂稳态。
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6 脉冲的产生与整形电路
6.1 脉冲的基本知识 6.2 多谐振荡器
6.3 单稳态触发器
6.4 施密特触发器
6.5 555定时器及其应用
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6.1 脉冲的基本知识
将既非直流又非正弦交流的电信号统称为脉冲信号。 数字电路中，为了控制和协调整个系统的工作，常常
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2. CMOS集成门电路构成的多谐振荡器
(1) 电路的组成 假定门电路的电压传输特性曲线具 有理想特性。
门电路的阈值电平UT=VDD/2
输出高电平UOH=VDD 输出低电平UOL=0 (a)电路图 (b)传输特性曲线 上页 下页 返回
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(2) 工作原理 a. 若uI有正向扰动，必然引起下 述正反馈过程 uI uO1 uO2
使uO1迅速变成低电平，而uO2迅速变成高电平，电路进入
第一暂稳态。
此时，电容C通过R到uO1放电，进而通过uO2反向充电。 上页 下页 返回
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电容C通过R到uO1放电，通过uO2反向充电。
电容C的放电等效电路
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b. 随着电容C的放电，uI不断下 降，当达到uI=UT(VDD/2)时，电 路又经历另一个正反馈过程
0.1Um Tw T
Um
周期T——周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲间的 时间间隔。 频率f = 1/T， 代表单位时间内脉冲重复的次数。 脉冲幅度Um——脉冲电压最大变化的幅值。 上页 下页 返回
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tr
0.9Um
0.5Um 0.1Um Tw T
tf
Um
脉冲宽度Tw——从脉冲前沿0.5Um始，到脉冲后沿0.5Um止的
一段时间。
上升时间tr ——脉冲从0.1Um上升到0.9Um所需的时间。 下降时间tf ——脉冲从0.9Um下降到0.1Um所需的时间。 占空比q——脉冲宽度与脉冲周期之比。即 上页 下页 返回
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6.2 多谐振荡器
多谐振荡器是一种无稳态电路，它在接通电源以 后，不需外加触发信号，就能自动地不断来回翻转， 产生矩形脉冲。 由于输出的矩形波中含有很多谐波分量，故 通常将它称为多谐振荡器，又称方波发生器。
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环行振荡器的工作波形 uI uF
1
1
uO
1
uI uO uF
tpd
2tpd
(3) 振荡频率 振荡器的振荡频率取决于tpd及环路中非门的个数。 图示电路的振荡频率为
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(4) 电路特点 a. TTL非门的tpd约为几十纳秒，自激振荡的频率较高。 b. 振荡频率无法调节。 为了降低振荡频率，通常在环形通路中串入RC延时环节。
如此周而复始，电路不停地在 两个暂稳态之间转换，产生方波输 出。
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(2) 工作波形
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(3) 电路的振荡周期
根据一阶RC电路的三要素法
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忽略门电路的输出电阻及 UD（ UD较小） 。 当输入电压uI由VDD下降到UT时，有
易受温度的影响，所以RC振荡器的频率稳定性只有约10-3或
更差。 因此，在对频率稳定性要求比较高的场合，普遍采用石 英晶体振荡器。 上页 下页 返回
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1. 石英晶体的基本特性 (1) 石英晶体的电路符号 是将切成薄片的石英晶体置于两平 板之间构成的。 (2) 石英晶体振荡器的频率稳定性 石英晶体振荡器的频率稳定性能达到10-5~10-8。 高质量石英晶体振荡器(其晶片置于恒温盒内 )，频率
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6.2.1 集成门电路构成的多谐振荡器 1. TTL集成门电路构成的多谐振荡器 (1) 电路的组成
uI
uF 1 1
uO
1
这些门组成一个环形，所以称为环形振荡器。 它是利用门电路的时延tpd来产生方波振荡的。
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(2) 工作原理 uI uF
环行振荡器的工作波形 uO
当t=T1时， 上页 下页 返回
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故： 输入电压uI由0上升到UT的时间T2，由
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得
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电路的振荡周期为
=2RCln2
≈1.4RC 上页 下页 返回
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6.2.2 石英晶体多谐振荡器
门电路的组成的多谐振荡电路的特点： 在上述多谐振荡电路中，由于决定振荡频率的主要因素 是电路的定时元件RC以及门电路的阈值电压UT。而它们都容
需要时钟脉冲信号。
获得时钟脉冲的方法有： 1. 利用多谐振荡器直接产生； 2. 通过整形电路变换而成。
整形电路又分为两类：施密特触发器和单稳态触发器。
整形电路可以使脉冲的边沿变陡峭，或形成规定的矩形脉冲。 上页 下页 返回
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表述矩形脉冲性能指标的主要参数： tr tf
0.9Um
0.5Um
时钟脉冲，作为计时基准。
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