第19讲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，剽窃必究第16章脉冲信号的产生与整形16.1由门电路构成的多谐振荡器和单稳态触发器16.2集成单稳7412316.3集成定时器555清华大学电机系电工学教研组唐庆玉编2000年4月16日第16章脉冲波形的产生与整形16.1由门电路构成的多谐振荡器和单稳态触发器16.1.1由门电路构成的多谐振荡器16.1.2由门电路构成的单稳态触发器16.2集成单稳态触发器74LS12316.2.1集成单稳态触发器74LS123的功能16.2.2集成单稳态触发器74LS123的应用举例16.3集成定时器55516.3.1555定时器的工作原理16.3.2555定时器的应用16.1由门电路构成的多谐振荡器和单稳态触发器一、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。16.1.1由门电路构成的多谐振荡器二、带RC延时电路的多谐振荡器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=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2.2RC111u1u2u3CARRSG1G2G3三、RC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1.4RC四、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16.1.2由门电路构成的单稳态触发器由外部触发后，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一、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,1u3二、由门电路构成的微分型单稳态触发器(略)16.2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/CTCT1216.2.1集成单稳态触发器74LS123的功能触发74LS123功能表ABQQCLRRT/CTCT+5V清0CLRABQQ说明000000011111111稳态稳态触发触发时：Q端得到正脉冲Q端得到负脉冲ABQQCLRRT/CTCT+5VABQQCLRRT/CTCT+5V“1”TW=0.45RTCT单位RT：k,CT:pF,tW:nSCT1000PFRTCTCTRTTWAQQTWBQQ16.2.2集成单稳态触发器74LS123应用举例例1.用单稳进行彩灯的延时控制BTWQQABQQCLRRT/CTCT+5VCTRT延时时间QAQCQBQDCPCLRRS0S1QAQCQBQDCPCLRRS0S1ABCDEFGH74LS194(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定时器(晶体振荡器)显示译吗器数码显示器uiuo转/分分频器uiuo16.3集成定时器55516.3.1555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+–A1+–A2RSQQTRCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRR1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)16.3.1555定时器的工作原理(续)二、引脚功能+–A1+–A2RSQQTRCVTHRDTVCCUO6GND5432178DRRR16.3.1555定时器的工作原理(续)三、工作原理各部分的功能+–A1+–A2RSQQTRCOTHRDTVCCUO6GND5432178DRRR(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（2）阈值端（TH）和触发端（TR）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（3）A1、A2的输出作为RS触发器的输入。R=1时，Q=0；S=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；Q=1时，T截止。16.3.1555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116.3.2555定时器的应用一、由555定时器构成多谐振荡器+–A1+–A2RSQQTRCOTHRDTVCCUO6GND5432178DRRR84562731555+VCCuoR1R2CC1+–uCTRTH1,3,32oCCCCuVTRVTHT截止30CCCVu0.01F16.3.2555定时器的应用(续)一、由555定时器构成多谐振荡器+–A1+–A2RSQQTRCOTHRDTVCCUO6GND5432178DRRR84562731555+VCCuoR1R2CC1+–uCTRTH1,3,32oCCCCuVTRVTHuo保持1332CCCCCCVuVu16.3.2555定时器的应用(续)一、由555定时器构成多谐振荡器+–A1+–A2RSQQTRCOTHRDTVCCUO6GND5432178DRRR84562731555+VCCuoR1R2CC1+–uCTRTH0,3,32oCCCCuVTRVTHCCCCuVu3216.3.2555定时器的应用(续)一、由555定时器构成多谐振荡器+–A1+–A2RSQQTRCOTHRDTVCCUO6GND5432178DRRR84562731555+VCCuoR1R2CC1+–uCTRTH放电导通，CuT332CCCCCCVuVuuo保持016.3.2555定时器的应用(续)一、由555定时器构成多谐振荡器+–A1+–A2RSQQTRCOTHRDTVCCUO6GND5432178DRRR84562731555+VCCuoR1R2CC1+–uCTRTH3CCCCVuu继续1OuT截止又开始Cu16.3.2555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/CCV3/2CCV1t2tT16.3.2555定时器的应用二、由555定时器构成单稳态触发器+–A1+–A2RSQQTRCOTHRDTVCCUO6GND5432178DRRR84562731555+VCCuoR1CC1+–uCTRTHCSui上电清0：由于CS的作用，上电后uo=0，T导通，uc=016.3.2555定时器的应用二、由555定时器构成单稳态触发器+–A1+–A2RSQQTRCOTHRDTVCCUO6GND5432178DRRR84562731555+VCCuoR1CC1+–uCTRTHCSui当ui为高电平时，uo保持，仍为uo=0TH保持OCCCCuVTRVTH,3,3216.3.2555定时器的应用二、由555定时器构成单稳态触发器+–A1+–A2RSQQTRCOTHRDTVCCUO6GND5432178DRRR84562731555+VCCuoR1CC1+–uCTRTHCSui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脉冲很窄,ui变为高电平后,uo保持为1,C继续充电16.3.2555定时器的应用二、由555定时器构成单稳态触发器+–A1+–A2RSQQTRCOTHRDTVCCUO6GND5432178DRRR84562731555+VCCuoR1CC1+–uCTRTHCSui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CuOu3/2CCViu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脉冲足够窄,ui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