ch08-3多谐振荡器

8.3多谐振荡器8.3.1由门电路组成的多谐振荡器8.3.2用施密特触发器构成波形产生电路8.3.4用定时器构成的多谐振荡器8.3.3石英晶体振荡器开关电路RC延时环节2.多谐振荡器的基本组成：(1)开关器件：产生高、低电平(2)反馈延迟环节（RC电路）：利用RC电路的充放电特性实现延时，输出电压经延时后,反馈到开关器件输入端，改变电路的输出状态,以获得所脉冲波形输出。8.3多谐振荡器1.多谐振荡器(无稳态电路)——是一种自激振荡电路，在接通电源后，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。8.3.1由CMOS门电路组成的多谐振荡器1.电路组成vID1D2TPTNvO1RCD4D3TPTNvOG1G2+VDDVC11vIvO1vOCRG1G2组成的多谐振荡器.υo1=1,υo=0时,电容充电,υI增加;υo1=0,υo=1时,电容放电,υI下降;υo1与υo反相,电容接在υo与υI之间:2.工作原理DDTH0O2NFFVVVV＝＝＝假定电路初态：=1vO1=0vOvC=0V电容充电vCvIvI当=VTH时，迅速使G1导通、G2截止电路进入第二暂态vO2=1vO1=0=0vO1=1vO（1）第一暂稳态（初态）电容充电，电路自动翻转到第二暂稳态vIvO1vOG1G2VDDTPD3TPD1充电vID2TNTNvO1vO2D4RCvIVDDVTH0ttvOVDD0（2）第二暂稳态电容放电，电路自动翻转到第一暂稳态电容放电vCvIvI当=VTH时，迅速使得G1截止、G2导通电路返回第一暂稳态υO2=0υO1=12.工作原理vIvO1vOG1G2VDDTPD3TPD1放电vID2TNTNvO1vO2D4RCvIVTHOVDD＋V＋－V－tvO2VDDOT1T2t1t2第一暂稳态第二暂稳态tυo1=0,υo=1时,电容放电,υI下降;T＝RC1n4≈1.4RC由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期T取决于R、C电路和VTH，频率稳定性较差。3.振荡周期的计算THDDDD1lnVVVRCTTHDD2n1VVRCTvI(0+)0；vC()VDD=RC,t=t2-t1T1:vI(0+)VDD；vC()0=RC,t=t3-t2T2:THTHDD2DD21n1V)VV(VRCTTTvIVTHOVDD＋V＋－V－tvO2VDDOT1T2t1t2第一暂稳态第二暂稳态tvovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t12DDTT+DDTTDDTT+DDTT--lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVVCvovIR18.3.2用施密特触发器构成波形产生电路8.3.3．石英晶体多谐振荡器有两个谐振频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗X=0；当f=fp时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。由晶体本身的特性决定：fs≈fp≈f0（晶体的标称频率）石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达10-10～10-11。1.石英晶体的选频特性fX感性0fsfp容性电路符号阻抗频率特性2.石英晶体多谐振荡器（1）串联式振荡器R1、R2：使两个反相器都工作在转折区，成为具有高放大倍数的放大器。对于TTL门，常取R1=R2=0.7～2kΩ，对于CMOS门，常取R1=R2=10～100MΩ；C1=C2是耦合电容。石英晶体工作在串联谐振频率f0下，只有频率为f0的信号才能通过，满足振荡条件。因此，电路的振荡频率=f0，与外接元件R、C无关，所以这种电路振荡频率的稳定度很高。111RG1R12G1C2Cov（2）并联式振荡器RF是偏置电阻，保证在静态时使G1工作转折区，构成一个反相放大器。晶体工作在略大于fS与fP之间，等效一电感，与C1、C2共同构成电容三点式振荡电路。电路的振荡频率=f0。反相器G2起整形缓冲作用，同时G2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。CR1C112G21GF10MΩ20pF5～50pFov例:秒脉冲发生器CMOS石英晶体多谐振荡器产生f=32768Hz的基准信号，经T/触发器构成的15级异步计数器分频后，便可得到稳定度极高的秒信号。这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源。11CQCQCQCQ112214141515FFFFFFFF121415RCC12fffff1214032768Hz16384Hz8192Hz2Hz1Hz秒脉冲T触发器121&石英晶体振荡器＞1J1KVCCCPvOQQ&C1CPQ12例:双相脉冲产生电路8.3.4用555定时器组成多谐振荡器1、电路组成VCCvCvO0.01FC84555762351R1R2C)(-CCV-1R-2RTC1C2+--+(4)RS&5k5k5k&&1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)vovo1）电路第一暂态，输出为1。电容充电，电路转换到第二暂态,输出为02、工作原理2）电路第二暂稳态，电容放电，电路转换到第一暂态C)(-CCV-1R-2R1/3VCC2/3VCCTC1C2+--+(4)RS&5k5k5k&&1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)vovoVO1VOQ3、工作波形与振荡频率计算tPL=R2C1n2≈0.7R2CtpH=(R1+R2)C1n2≈0.7(R1+R2)CPLPH1211.43(2)fttRRCVCCvCvO0.01FC84555762351R1R2vCVCC23VCC13OvOOtPLtPHtt4、用555定时器组成占空比可调的多谐振荡器tPL=RBC1n2≈0.7RBCtpH=RAC1n2≈0.7RACRARBR1R2R3D2＋－CvCD184762153555VCCvO0.01FC)RR(.ttfBApLpH4311%(%)q100ABARRR.uC.+UCC4876213CR1R25.例1：多谐振荡器构成水位监控报警电路水位正常情况下，电容C被短接，扬声器不发音；水位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始工作，扬声器发出报警。+多谐振荡器应用实例5G5554832716R1uo5R2C0.01F＋C2＋VCC＝＋6VC1水uC探测电极例题:下图所示是一个水位监控器。当水位下降到与探测电极脱离接触时，扬声器发出报警声响；当探测电极浸在水中时，扬声器不报警。（1）试分析其工作原理；说明该电路是由555定时器组成的何种类型电路（单稳态触发器，施密特触发器，自激多谐振荡器）？（2）定性画出报警时的uC和uo波形，已知：R1=1KΩ、R2=2KΩ、C=1uF，计算振荡频率、占空比。例2：下图是一个防盗报警电路，a、b两端被一细铜丝接通，此铜丝置于认为盗窃者必经之处。当盗窃者闯入室内将铜丝碰断后，扬声器即发出报警声。(1)试问555定时器接成何种电路？(2)说明本报警电路的工作原理。3.一过压监视电路如图所示，试说明当监视电压vx超过一定值时，发光二极管D将发出闪烁的信号。提示：当晶体管T饱和时，555的管脚1端可认为处于地电位。43D82VR6COCC17CCvWRVI2vRCI1555vvμF0.0115Dvx100ΩDZ10kΩT20μF510Ω10kΩ100kΩ4.间歇振荡器μF555R5R100kΩ1555C10μFI161150kΩ10kΩμF4DR10kΩ10.01100VCCC2(+12V)5710kΩI2RR13CCv232μFvVI1CCO84v28vI2V7vv6CCv0.01R34DR(A)(B)5.分析如图所示电路，简述其工作原理；画出555器件的输出波形。若要求按键开关S按下作用后，扬声器以1KHz的频率持续响15秒，试确定R1，R2，C1的值。注意:电容一般选择uF。6.如图所示，555构成的施密特触发器，当输入信号为图示周期性心电波形时，试画出经施密特触发器整形后的输出电压波形。v12555I6574(+5V)CCV83vOIvvO7.（8.4.3）图题8.4.3为一心律失常报警电路，图中vI是经过放大后的心电信号，其幅值vIm=4V。（1）对应vI分别画出图中vo1、vo2、vo三点的电压波形；（2）说明电路的组成及工作原理。126555Iv57VCC(+5V)843vO183(+5V)4CCV7O25551256vOv1RCTDD12vIVCCvCvO0.01FC84555762351R1R2VCCvIRvO0.01FCvC845557623511265VCCRDO5553Ov7vvI2I1vIC8412IvCCVVCC2Rv施密特触发器单稳态触发器多谐振荡器本章小结1．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。用555定时器可以组成多谐振荡器，用石英晶体也定时器可以组成多谐振荡器。石英晶体振荡器的特点是fo的稳定性极好。2．施密特触发器和单稳态触发器，虽然不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，为数字系统提供标准的脉冲信号。3．555定时器是一种用途很广的集成电路，除了能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成各种灵活多变的应用电路。4．除了555定时器外，目前还有556（双定时器）和558（四定时器）等。