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1、 7.1 多谐振荡器多谐振荡器7.1.1 由门电路构成的多谐振荡器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 1、RC环形多谐振荡器环形多谐振荡器0(a)电路图&ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RSC uo(ui1)uo2ui3tttt(b)波形图000G1G2&G3 ui2(uo1)UTt1t2t30(a)电路图&ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RSC uo(ui1)uo2ui3tttt(b)波形图000G1G2&G3 ui2(uo1)UTt1t2t3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
2、容电压不能跃变，故ui3必定跟随ui2发生负跳变。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，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。第一暂稳态及其自动翻转的工作过程0(a)电路图&ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RSC uo(ui1)uo2ui3tttt(b)波形图000G1G2&G3 ui2(uo
3、1)UTt1t2t3第二暂稳态及其自动翻转的工作过程在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。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 2.2RCui1 uo1 ui2 uo0(a)电路图&RCuoui1ttt(b)波形图00G1G2 ui2(uo1)UTt1t2t32 2、CMOS多谐振荡器多谐振荡器在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
4、）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通过电阻R放电，使ui1逐渐下降。在t2时刻，ui1上升到门电路的开启电压UT，使uo1（ui2）由0变为1，uo由1变为0。同样由于电容电压不能跃变，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。第一暂稳态及其自动翻转的工作过程ui1 uo1 ui2 uo0(a)电路图&RCuoui1ttt(b)波形图00G1G2 ui2(uo1)UTt1t2t3第二暂稳态及其自动翻转的工作过程在t2时刻，uo1变为高电平，这个高电平通过
5、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。若 UT0.5VDD，振荡周期为：T1.4RC&R1 C2 R2C1uof(a)石英晶体多谐振荡器(b)石英晶体阻抗频率特性0Xf0电容性电感性3 3、石英晶体石英晶体多谐振荡器多谐振荡器电阻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R1R2R0.7 k2k，而对于CMOS门，则常取R1R2R10k100k；C1C2C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
6、晶体构成选频环节。振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0。7.1.2 由由555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器1 1、555定时器定时器1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ电平触发端电平触发端电压控制端复位端电平有效放电端7.516V1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQ001R=0时，Q=1，uo=0，T导通。1&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQR=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1
7、=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/3000111&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQR=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/310011R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。1101&COTHTR+VCCuOD5k5k5kC1C2G1G2G3T+2658437RQQR=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2
8、VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/311100R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。CR1uc8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCR2ucuotttP1tP20VCC/32VCC/30(a)电路(b)工作波形2 2、由、由555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时
9、，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。CR1uc8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCR2ucuotttP1tP20VCC/32VCC/30(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：tp10.7(R1+R2)C第二个暂稳态的脉冲宽度tp2，即uc从2VCC/3放电下降到VCC/3所需的时间：tp20.7R2C振荡周期：Ttp1tp20.7(R12R2)C&R1 C
10、2 R2C1&f0 f1 f2 f14 f32768Hz 16384Hz 8192Hz 2Hz 1HzC1C1C1C1 FF1 FF2 FF14 FF15 Q1 Q2 Q14 Q157.1.3 多谐振荡器的应用多谐振荡器的应用多谐振荡器分频电路C1R1uo18 47 3 6 5552 5 10.01Fuo1VCCR2(a)电路(b)工作波形C2R3uo28 47 3 6 5552 5 10.01Fuo2R4C将振荡器的输出电压uo1，接到振荡器中555定时器的复位端（4脚），当uo1为高电平时振荡器振荡，为低电平时555定时器复位，振荡器停止震荡。本节小结本节小结多谐振荡器是一种自激振荡电路，
11、不需要外加输多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。入信号，就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，也可以由多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由555定时定时器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本RS触发器触发器在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。RS触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电路。又称为无稳电路。在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一
12、个暂稳态，其稳态，其“触发触发”信号是由电路内部电容充（放）电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。周期与电路的阻容元件有关。555定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，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。多用于脉冲产生、整形及定时等。7.2 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器在数字电路中一般用于单稳态触发器在数字电路中一般用于（产生一定宽度的矩形波）、（产生一定宽度的矩形波）、（把不（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）规则的波形转换
13、成宽度、幅度都相等的波形）以及以及（把输入信号延迟一定时间后输出）（把输入信号延迟一定时间后输出）等。等。单稳态触发器具有下列特点：单稳态触发器具有下列特点：（1）电路有一个稳态和一个暂稳态。）电路有一个稳态和一个暂稳态。（2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。转到暂稳态。（3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。本身的参数。7.2.1 由门电
14、路构成的单稳态触发器由门电路构成的单稳态触发器uiCuA1(a)电路(b)波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP11、微分型单稳态触发器（1）没有触发信号时电路工作在稳态）没有触发信号时电路工作在稳态当没有触发信号时，当没有触发信号时，ui为低电平。因为门为低电平。因为门G2的输入端经电阻的输入端经电阻R接接至至VDD，VA为高电平，因此为高电平，因此uo2为低电平；门为低电平；门G1的两个输入均为的两个输入均为0，其输出其输出uo1为高电平，电容为高电平，电容C两端的电压接近为两端的电压接近为0。这是电路的稳。这是电路的稳态，在触发信号到来之前，
15、电路一直处于这个状态：态，在触发信号到来之前，电路一直处于这个状态：uo11，uo20。0011uiCuA1(a)电路(b)波形uo2RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP1110 （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，uo10，uo21。uiCuA1(a)电路(b)波形uo2RG1
16、G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVDD0000tP10011 （3）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态在暂稳态期间，VDD经R和G1的导通工作管对C充电，随着充电的进行，C上的电荷逐渐增多，使uA升高。当uA上升到阈值电压UT时，G2的输出uo2由1变为0。由于这时G1输入触发信号已经过去，G1的输出状态只由uo2决定，所以G1又返回到稳定的高电平输出。uA随之向正方向跳变，加速了G2的输出向低电平变化。最后使电路退出暂稳态而进入稳态，此时uo11，uo20。脉冲宽度：tp=0.7RCuiCuA11uo2RG1G2uo1VDDC1R1电路的改进电路的改进当ui的宽度很宽时，可在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路，否则，在电路由暂稳态返回到稳态时，由于门G1被ui封住了，会使uo2的下降沿变缓。uAuo2uiC11(a)电路(b)波形RG1G2uo1VDDuiuo1uAuo2ttttVDDVT0000tP2、积分型单稳态触发器稳态时，ui1，G1、G2均导通。uo10，uA0，uo20。ui负跳变到0时，G1截止，uo1随之跳变到1。由于电容电压不能跃变，uA仍为
