脉冲信号产生以及整形

+VCC
R
8
4
CO 5 TH 6
TR 2
5kΩ + C1 －
5kΩ
+ －
C2 5kΩ
G1
G3
Q &
&
3 uo
G2 &Q
7 V
1
脉冲信号产生以及整形
555定时器功能表
uTH
uTR
R
×
×
0
﹤2/3VCC
﹤1/3VCC
1
﹥2/3VCC
﹥1/3VCC
1
﹤2/3VCC
﹥1/3VCC
1
输出uo
0 1 0 不变
1. 环形振荡器 设每个门电路的传输延迟时间均为tpd，选取其
工作循环中的一个周期进行分析：假定某一时刻ui1为高电平1，经G1延 迟时间tpd后，使得ui2为0；又经G2延迟时间tpd后，输出ui3为高电平1；再 经G3延迟时间tpd后，使输出端uo为0，同时反馈到G1输入端使得ui1翻转 为0。全过程用时为3tpd。以此类推，再经过3tpd，uo（ui1）又将变回高 电位1，完成一个周期。
脉冲信号产生以及整形
工作波形图 振荡周期T≈1.4RC
脉冲信号产生以及整形
6.1.3 石英晶体多谐振荡器
前面介绍的几例多谐振荡器，其振荡频率不仅和时间常数 RC有关，还取决于门电路的阈值电平UT。但UT本身就是一个 不够稳定的参数，易受温度、电源电压及外部干扰的影响，因 此造成电路的频率稳定性和准确性较低。为获取较高的频率稳 定性，目前高精度振荡电路中一般接入石英晶体，构成石英晶 体振荡器。
脉冲信号产生以及整形
6.1.4 集成多谐振荡器及其应用
1. 555定时器的结构与功能 555定时器为双列直插式8引脚封装。1
端接地。2端是低电平触发输入端，低电平触发。3端是信号输出端。4端是复 位清零端。5端是电压控制端，在5端加控制电压时，可改变C1、C2的参考电压， 该端不用时一般通过电容接地，以旁路高频干扰。6端是高电平触发输入端， 高电平触发。7端是放电端。8端接电源VCC。
在时序逻辑电路中，为了控制各触发器同步协调一致的工作， 通常需要一个稳定精确的时钟脉冲信号。获得这种脉冲信号的方 法有两种，一种是通过多谐振荡器直接产生脉冲信号；另一种是 通过脉冲整形电路如单稳态触发器、施密特触发器等，将已有的 波形进行整形，获得稳定、精确、规则的矩形时钟脉冲。
在脉冲信号产生、整形电路中，常采用555时基集成电路， 只要在其外部配接少量阻容元件就可构成多谐振荡器、施密特触 发器和单稳态触发器。本章将重点介绍555时基集成电路的应用。
振荡周期为T=2N tpd
脉冲信号产生以及整形
2. 带RC延迟电路的环形振荡器 在两个反相器之间插入RC延时电路实现的。利 用电容C的充放电，实现延时并改变输出电平，形成 电路两暂稳态的交替变换，产生矩形脉冲信号。加入 RC电路，既降低了振荡频率，又可通过改变R、C的 数值来实现对振荡频率的调节。图中RS为限流电阻。
（2）第二暂稳态。电路翻转后，Q =1，放电三极管饱和导 通，电容C通过R2和三极管放电，uC逐渐下降。经过t2时间后， uC下降至1/3VCC，比较器C2输出跳变为低电平0，RS触发器翻 转为Q=1、Q=0，振荡器输出uo = 1。此时放电三极管截止，电 容C结束放电，重新开始被充电，uC也从1/3VCC起逐渐回升， 电路又恢复到第一暂稳态。此后重复上述振荡过程，便在多谐 振荡第器一的暂输稳出态端的u时o产间生t1（连脉续冲变宽化度的）矩就形是脉u冲C从。1/3VCC充电上升
ui1↓→ui2↑→uo↓
反馈过程瞬间结束，经过翻转后ui1 、ui2、uo依次为 0、1、0，电路进入第二暂稳态。此期间，ui2处的高电位通过电 阻R对电容C充电，这是第一暂稳态时放电的逆过程。电容充电 使ui1逐渐上升，直到t3时刻达到阈值电压，产生另一正反馈：
ui1↑→ui2 ↓ →uo↑
此后电路重复上述过程，在两个暂稳态之间来回翻转， G2输出端得到矩形脉冲信号。
脉冲信号产生以及整形
石英晶体有一个极为稳定的谐振频率f0，如图所示，当频率 为f0时晶体自身的阻抗最小，频率为f0的信号最容易通过，并在 电路中形成最强的正反馈。而对于其他频率的信号均会被石英 晶体衰减，使得正反馈大大减弱而不足以形成振荡。石英晶体 的谐振频率是晶体本身的固有特性，由晶体的结晶方向和外形 尺寸所决定，而与外接电容、电阻等无关，因此精度极高。
2. 555定时器实现多谐振荡器 R1、R2和C是外接定时元件，2 端（低电平触发端）和6端（高电平触发端）并联起来接uC，7端 （放电端）接到R1和R2之间。5端通过电容接地，旁路高频干扰。
VCC
uc
R1
84
7
3
2VCC/3
uo
VCC/3
R2
6 555
0
t
uc
2
5
uo
C
1பைடு நூலகம்
0.01μF
0 t1
t2
脉冲信号产生以及整形
6.1.2 CMOS多谐振荡器 为便于电路分析，假定图中CMOS反相器开门 电平与关门电平相等，统称为阈值电平，记为UT并 设UT=0.5VDD。
脉冲信号产生以及整形
当t1时刻到来时，uo由0跳变为1，由于电容C上的 电压不能跃变，故ui1跟随uo发生正跳变，瞬间达到阈值电压UT， 使得ui2由1变到0。这个低电平也保证了G2的输出uo稳定为1。此 时电路进入第一暂稳态。在此期间，电容C通过电阻R放电，使 ui1逐渐下降，在t2时刻达到阈值电压，产生如下正反馈：
放电管V
导通 截止 导通 不变
脉冲信号产生以及整形
555定时器主要参数表
参数
单位
CC7555
电源电压
V
3～18
静态电源电流
mA
0.12
定时精度
%
2
放电端放电电流 输出端驱动电流
最高工作频率
mA
10～50
mA
1～20
kHz
500
脉冲信号产生以及整形
5G555 4.5～16
10 1 200 200 500
t
电路
工作波形
f=1.43/（R1+2R2）C
脉冲信号产生以及整形
（1）第一暂稳态。电源接通后，VCC通过R1、R2对C充电， 随着电容C上的电量逐渐增加，uC逐渐上升。经过t1时间后，uC 上升至2/3VCC，比较器C1输出跳变为低电平0，RS触发器翻转 为Q=0、Q=1，振荡器输出uo = 0。
6.1 多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡电路，无需外加输入信号，其状 态转换完全由电路自行完成，电源接通后就可自动的产生矩形脉 冲。产生的矩形脉冲含有丰富的高次谐波分量，因此习惯上称其 为多谐振荡器。多谐振荡器不存在稳定状态，只有两个暂稳态， 故又称无稳态电路。
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6.1.1 由门电路构成的多谐振荡器