多谐振荡器和单稳态触发器

此课件系清华大学电机系唐庆玉于1997年制作，如发现有人剽窃必究法律责任！千岛湖风光千岛湖画面属唐庆玉个人创作，青山緑水蓝天白云，剽窃必究多谐振荡器和单稳态触发器多谐振荡器单稳态触发器集成定时器55520.1多谐振荡器（连续脉冲发生器）一、由奇数个非门组成的多谐振荡器利用门电路的传输延迟时间，将奇数个非门首尾相接，就可以构成一个简单的多谐振荡器（环行振荡器）:111u1u2u30tu3缺点:因门电路传输延迟时间很短（10nS左右），所以振荡频率太高,并且不可调整。20.1.1由门电路构成的多谐振荡器二、带RC延时电路的环形多谐振荡器111u1u2u3CARRSG1G2G3时间常数RC门电路传输延迟时间u3周期：T2.2RCRS：限流电阻，几百输出0tu30tu20tu10tuAUT假设：开始时u3由1变为0当uAUT时，u3不反转u1CR1u2=0.3VA111u1u2u3CARRSG1G2G3带RC延时电路的环行振荡器分析0tu30tu20tu10tuAUT当uA=UT时，u3反转，u1、u2也同时反转111u1u2u3CARRSG1G2G30tu30tu20tu10tuAUT由于电容电压不能突变,当u1发生下跳时,uA有一突变。111u1u2u3CARRSG1G2G30tu30tu20tu10tuAUT111u1u2u3CARRSG1G2G3u2u1，电容反向充电,uA上升。0tu30tu20tu10tuAUT当uA=UT时，u3、u1、u2反转111u1u2u3CARRSG1G2G30tu30tu20tu10tuAUTU由于u1上跳，电容电压不能突变，所以uA上跳，然后uA下降，进入下一个周期。111u1u2u3CARRSG1G2G3T0tu30tu20tu10tuAUTU可以推导，输出信号的周期近似为:T2.2RC111u1u2u3CARRSG1G2G320.1.2RC耦合式振荡器0tuo0tuA11R1R2C2C1uoA当R1=R2=R,C1=C2=C时输出信号的周期近似为:T1.4RC20.2.3石英晶体振荡器输出方波uO的频率=石英晶体的固有谐振频率石英晶体等效电路石英晶体11R1R2CuoAR1=R2=1kC=0.1F优点：振荡频率稳定，精度高，常用作基准信号源（计算机系统、数字仪器系统中最常用）单稳态触发器:输出端只有一个稳定状态,另一个状态则是暂稳态。加入触发信号后，它可以由稳定状态转入暂稳态，经过一定时间以后，它又会自动返回原来的稳定状态。稳定状态稳定状态暂稳态由外部触发后，由稳定状态变为暂稳态经延时电路延时后，又自动返回稳定状态20.2单稳态触发器20.2.1由门电路构成的积分型单稳态触发器0tuiu1uAu20t0t0tt1当ui=0时u1u2RC1&uiAui：外部触发脉冲当ui上跳时，u1下跳因uA不能突变，所以u2下跳0tuiu1uAu20t0t0tt1u1下跳后，C放电，uA下降UTTWTW1.1RCu1u2RC1&uiA当uA=UT时，u2上跳，输出一个宽度为TW的负脉冲当ui下跳时，u1上跳，C再充电，uA上升为高电平。uA0tUTu20t0tuiu10tt1t3缺点：若C的放电太慢，在t1-t3期间,uAUT,失去对u2低电平宽度的控制作用u1u2RC1&uiAu2将随着ui变为0而变为1u1u2RC1&uiA&ui,1u3(a)(b)改进型电路u1u2RC1&uiAu1uAu20t0t0tui0tUT0tu’it1t1改进的积分型单稳触发器工作原理特点:输出脉冲宽度不受输入脉冲宽度的影响u1u2RC1&uiA&ui,1u320.2.2集成单稳态触发器74LS12374LS123内部包括两个独立的单稳。单稳输出脉冲的宽度，主要由外接的定时电阻(RT)和定时电容(CT)决定。单稳的翻转时刻决定于A、B、CLR三个输入信号。ABQQCLRRT/CTCTABQQCLRRT/CTCT12触发74LS123功能表ABQQCLRRT/CTCT+5V清0触发触发时：Q端得到正脉冲Q端得到负脉冲CLRABQQ说明000000011111111稳态稳态ABQQCLRRT/CTCT+5VABQQCLRRT/CTCT+5V“1”TW=0.45RTCT单位RT：k,CT:pF,TW:nSCT1000PFRTCTCTRTTWAQQTWBQQ例1.用单稳74LS123进行彩灯的延时控制延时时间BTWQQABQQCLRRT/CTCT+5VCTRTQAQCQBQDCPCLRRS0S1QAQCQBQDCPCLRRS0S1ABCDEFGH74LS194(1)74LS194(2)R2C2AQ2R1C1AQ1B+5V移位输入DW1DW2时钟+5V+5V9108发光二极管串行移位寄存器单稳态触发器74LS123彩灯控制过程:全亮由左到右逐个灭全灭延时全亮,周而复始10s1ms1s例2.用单稳进行波形的整形、用晶体振荡器产生计数器的计数脉冲(数字测速系统)放大器电机圆盘红外发射红外接收单稳整形计数器时钟脉冲发生器(晶体振荡器)显示译码器数码显示器uiuo转/分分频器uiuo1分钟20.3集成定时器55520.3.1555定时器的工作原理一、内部电路组成内部电路组成:(1)分压器(3个R)(2)电压比较器(A1、A2）(3)RS触发器(4)反相器(5)晶体管T开关A1+–A2RSQQCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRRTR1RB1端GND地2端TR低电平触发输入3端UO输出4端RD直接清05端CV电压控制，不用时经0.01F电容接地6端TH高电平触发输入7端D三极管集电极8端VCC电源(4.5V~18V)20.3.1555定时器的工作原理(续)二、引脚功能+–A1+–A2RSQQCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRRTRRB20.3.1555定时器的工作原理(续)三、工作原理各部分的功能(1)分压器为比较器提供基准电压，A1的基准电压为，A2的基准电压为。3/2CCV3/CCV（3）A1、A2的输出作为RS触发器的输入。R=0(S=1)时，Q=0；S=0(R=1)时，Q=1（4）RS触发器的反相输出端经反相驱动后输出UO,即UO=Q(5)当Q=0时,T导通,D接地；Q=1时，T截止，D浮空。（2）TH端和TR端的外加输入信号和两基准电压比较。当TH时，A1输出高电平；当TR时，A2输出高电平。反之，两比较器输出低电平。3/2CCV3/CCV+–A1+–A2RSQQCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRRTRRBR=0,S=1时Q=0R=1,S=0时Q=1R=1,S=1时Q保持分析三种情况+–A1+–A2RSQQCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRRTRRB(R=0)(S=1)(S=0)(R=1)(R=1)(S=1)RDTHTRUOT1011导通截止保持3/2CCV3/CCV3/2CCV3/2CCV3/CCV3/CCV保持120.3.1555定时器的工作原理(续)三、工作原理功能表555定时器的功能表RDTHTRUOT10001100导通导通截止保持3/2CCV3/CCV3/2CCV3/2CCV3/CCV3/CCV保持1(R=0)(S=0)(R=1)(R=1)(S=1)(S=1)20.3.2555定时器的应用一、由555定时器构成多谐振荡器84562731555+VCCuoR1R2CC1+–uCTRTH1,3,32oCCCCuVTRVTHT截止30CCCVu0.01F(S=0)(R=1)+–A1+–A2RSQQCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRRTRRB20.3.2555定时器的应用(续)一、由555定时器构成多谐振荡器84562731555+VCCuoR1R2CC1+–uCTRTH1,3,32oCCCCuVTRVTHuo保持1332CCCCCCVuVu(R=1)(S=1)+–A1+–A2RSQQCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRRTRRB20.3.2555定时器的应用(续)一、由555定时器构成多谐振荡器84562731555+VCCuoR1R2CC1+–uCTRTH0,3,32oCCCCuVTRVTH32CCCCVuu(R=0)(S=1)+–A1+–A2RSQQCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRRTRRB导通T20.3.2555定时器的应用(续)一、由555定时器构成多谐振荡器84562731555+VCCuoR1R2CC1+–uCTRTH放电导通，CuT332CCCCCCVuVuuo保持,uo=0(R=1)(S=1)+–A1+–A2RSQQCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRRTRRB20.3.2555定时器的应用(续)一、由555定时器构成多谐振荡器84562731555+VCCuoR1R2CC1+–uCTRTH3CCCCVuu继续1OuT截止又开始Cu+–A1+–A2RSQQCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRRTRRBS=0R=120.3.2555定时器的应用(续)一、由555定时器构成多谐振荡器84562731555+VCCuoR1R2CC1+–uCTRTH2ln)2(2ln2ln)(2122121CRRCRCRRttT周期:占空比:Ttq1CuOu3/CCV3/2CCV1t2tT20.3.2555定时器的应用二、由555定时器构成单稳态触发器上电清0：由于CS的作用，上电后uo=0，T导通，uc=084562731555+VCCuoR1CC1+–uCTRTHCSui上电自动清0+–A1+–A2RSQQCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRRTRRB20.3.2555定时器的应用二、由555定时器构成单稳态触发器当ui为高电平时，uo保持，仍为uo=0保持OCCCCuVTRVTH,3,32(R=1)(S=1)84562731555+VCCuoR1CC1+–uCTRTHCSui+–A1+–A2RSQQCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRRTRRB20.3.2555定时器的应用二、由555定时器构成单稳态触发器当ui由高电平变为低电平时，uo=11,3,32OCCCCuVTRVTHT截止，C开始充电ui变为高电平后S=1uo保持为1,电容C继续充电(S=0)(R=1)84562731555+VCCuoR1CC1+–uCTRTHCSui+–A1+–A2RSQQCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRRTRRB20.3.2555定时器的应用二、由555定时器构成单稳态触发器当C充电2VCC/3时（R=0,S=1),uo=0,T导通,电容C很快放电,电路恢复到初始状态。84562731555+VCCuoR1CC1+–uCTRTHCSui+–A1+–A2RSQQCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRRTRRB555单稳电路波形图CuOu3/2CCViu上电清0：由于CS的作用，上电后uo=0，T导通，uc=0555单稳电路波形图CuOu3/2CCViu当ui为高电平时，uo保持，仍为uo=0555单稳电路波形图CuOu3/2CCViu当ui由高电平变为低电平时，uo=1T截止，C开始充电555单稳电路波形图CuOu3/2CCViuui变为高电平后,uo保持为1,C继续充电555单稳电路波形图CuOu3/2CCViu当C充电2VCC/3时，uo=0,T导通,电容C很快放电,电路恢复到初始状态。555单稳电路波形图CuOu3/2CCViutw输出脉冲宽度：RCtW1.1555单稳电路波形图CuOu3/2CCViutw注意：要求ui的负脉冲宽度足够小，要小于tw宽度。84562731555+VCCuoR1R2CC1+–uCTRTH多谐振荡器555应用