《第29讲 会员分享信号发生器和变换电路，可以在线阅读。更多相关信息 请在人文库网上搜索信号发生器和变换电路(56页收藏版)。
1.电工电子技术电工电子技术 张立宏、谭甜源张立宏、谭甜源 办公地点：办公地点：3 3教教33013301 手手 机：机：1592725685415927256854 E-Mail: E-Mail: QQ: QQ: 8238323582383235 QQ QQ群：群： 213738876213738876 第第7 7章章 信号发生器和变换电路信号发生器 振荡电路(又称信号发生器)和放大电路一样，振荡电路(又称信号发生器)和放大电路一样 直流电能转换为交流电能的电路，统称直流电能转换为交流电能的电路，统称能量转换器能量转换器。所不同。不同 放大电路的输出规律(波形、频率)。
2.)放大电路的输出规律(波形和频率)取决于外加信号 (输入)变化规律，振荡电路输出规律由电路参数(输入)变化，振荡电路输出规律由电路参数变化 无需外部输入即可决定。无需外部输入即可决定。 广泛应用于实际电路的信号波形通常可以通过两种方式获得实际电路中广泛应用的信号波形，通常可以通过两种方式获得 首先，它是由振荡器直接生成的，这种电路称为信号发生器；首先，它是由振荡器直接生成的，而这种电路称为信号发生器； 二是通过周期信号整形获得，而这种电路称波形变，二是通过周期信号整形获得，这种电路称为波形变 换器。换器。换器。 信号发生器可分为正弦波和非正弦波。正弦波信。
3.发生器可分为正弦波和非正弦波。正弦波 电路广泛应用于通信、广播、电视等系统。通信、广播、电视等系统广泛应用于非正弦发生电路。而非正弦 波（矩形波、三角波、锯齿波等）发生电路广泛应用于波（矩形波、三角波、锯齿波等） 在测量仪器、数字系统和自动控制系统中。本章将讨论信号测量仪器、数字系统和自动控制系统。本章将讨论信号 电路发生和变换的原理及其典型电路。电路发生和变换的原理及其典型电路。 u0 t ui t u0 ui R1 R U0 -U0 工作波形过零比较器和工作波形过零比较器 7.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 7.1.7.1.0 0 反馈。
4.反馈基本概念的基本概念 放大电路(或系统)的输出信号通常通过某种方式放大(或系统) 部分或全部送回输入回路，这种部分或全部送回输入回路，这种信号反送的过程信号反送的过程，叫反馈。，叫反馈。 用框图表示：用框图表示： A F i X d X 0 X F X - 净输入 输出输出量 输入输入 反馈量 合成环节 正网络正网络 反馈网络反馈网络 1.1.反馈系统的组成 2 2反馈类型的反馈类型 增加净输入的反馈是正反馈，反馈增加输入反馈增加净输入是正反馈，反馈使净输入 减少的是负反馈。减少，为负。
5、反馈。 判别方法：判别方法：瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始。即在电路中，从输入端开始， 沿信号流向，标记关节点电压变化的斜率，标记关节点电压变化的斜率 (正斜率或负斜率，(正斜率或负斜率， ”、“- -号表示)。号表示)。 净输入量减少净输入量减少 净输入增加，净输入增加 反馈通路 反馈通路 负反馈负反馈 正反馈正反馈 3. 3. 闭环放大倍数反馈系统 0 0 XF A X X i AF A X X i 1 0 AF A Af 1 i f X X A 0 令 0 0 X X F X X A。
6、 F d Fid XXX 0 1 XF A 0 1 X A AF A F i X d X 0 X F X - 1 1 AFAF 称为反馈深度反馈深度，是衡量闭环系统性质的物理量。，它是衡量闭环系统性质的物理量。 1 1 AF AF 1 A1 Af f AA 1 1 AF AF 1 A1 Af f AA 1 1 AF AF 0 A0 Af f 负反馈负反馈 正反馈正反馈 自激振荡自激振荡 提高放大倍数的稳定性，提高放大倍数的稳定性 改善波形失真程度，改善波形失真程度 度、宽度、宽度、宽度 7.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 7.1.1 7.1.1 基本工作原理基本工作原理 1.1。
7、.自激反馈放大电路中的自激反馈放大电路中的自激反馈 A F d X 0 X F X i X - 正常情况下，只有在输入端添加输入信号时，才能在输入端添加输入信号， 才有输出。才有输出。 当放大电路自激时，放大电路不能正常工作。当放大电路自激时，放大电路不能正常工作 放大电路是为了消除自激。但自激是通过放大电路来消除自激。但在振荡电路的振荡电路中，自激可以应对 用。用。 但有时不添加输入信号，但有一定的频率和范围，但有时不添加输入信号，但有一定的频率和范围， A F d X 0 X F X 这种放大器为放大器。
8.这种现象称为自激振荡和自激振荡。 2.2.自激振荡条件自激振荡条件 电路中没有额外的输入电压，输出端有一定的频率和范围，输出端有一定的频率和范围 这种现象被称为电路的自激振荡。这种现象被称为电路的自激振荡。 S 当当 S 合于合于 1 时，时， 开环电压放大倍数开环电压放大倍数 di uu d o U U A 输出电压保持不变。输出电压保持不变。 反馈系数反馈系数 又又 因此，自激振荡的条件是：所以自激振荡的条件是： dif uuu o f U U F df UU 1 o f d o U U U U AF A ud ui uo1 2 F uf 若。
9、若 当当 S 合于合于 2 时，时， a f=2n 振幅条件振幅条件 相位条件相位条件 1AF 反馈电压反馈电压 与输入电压和输入电压相同， 正反馈；正反馈； f U i U 幅度特性振幅特性 Uom= f(Ufm) 反馈特性 Ufm=FUom Uim Uom1 Ufm1 Uom2 A 自激振荡的建立过程 3 3 建立振荡和稳定振荡 振荡建立时应满足：振荡建立时应满足： 即即 df UU 1 AF S A ud ui uo1 2 F uf Ufm Uom O 微小的扰动起始信号微小的扰动起始信号 通过不断放大，不断放大 反馈反馈 再次放大放大。
10、 再反馈，使再反馈，使 Uom不断增长，不断增长，一个 直到达交点直到达交点直到达交点 A 时，稳定下来。时，稳定下来。 振荡稳定，振荡稳定 不振荡不振荡 1 AF 1 AF 4 4由正弦波正弦波振荡电路组成的振荡电路 从前面的分析可以看出，正弦波振荡电路必须有以下几个部分：从前面的分析可以看出，正弦波振荡电路必须有以下部分： 放大网络，放大网络 反馈网络(应包含正反馈)反馈网络(应包含正反馈) (使用选频网络(使用选频网络)LCLC和和RCRC正反馈和选频特性)正反馈和选频特性 频合二为一。频合二为一。频合二为一。 5 5正弦波振荡器分类正弦波振荡器分类 根据选频网络的不同组成部分为选频网络。
11.不同的组成部件分为络 LCLC振荡电路振荡电路 RCRC振荡电路振荡电路 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 7.1.2 7.1.2 RCRC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 1.1.桥式桥式RCRC振荡电路振荡电路 (1)电路结构 由于反馈网络形成桥式电路，因此被称为桥式振荡电路。由于反馈网络形成桥式电路，因此被称为桥式振荡电路。 Z1 Z2 (2)计算A与和与F 1 1 R R A f 0 0 21 2 3 1 j ZZ Z F u0 Rf R1 Z1 Z2 C1 R1 R2C2 u0 uf Cj RZ 1 1 RCj R Z 1 2 (3)振荡频率 AF=1 =0 R。
12、C f 2 1 0 振荡器对频率为振荡器对频率 f0的重量产生正反馈，最后稳定的重量产生正反馈，最后稳定 输出频率为输出频率 f0的信号。的信号。 当信号频率等于电路的固有频率时，当信号频率等于电路的固有频率时，电路发生谐 因此谐振频率为：振动，因此谐振频率为： a=0 a f=2n f=2n 1 1 R R A f Sin2n=0 表示F的虚部为零 0 0 21 2 3 1 j ZZ Z F 0=1/RC uo RF R1 u ui C R R C1F 2RR 3 u A 1 FAu RC f 2 1 0 1 FAu 3 u A 在特定频。
13、特定频率的率 ui 和和 uo 同相，即同相，即 RC 串并联电路有串并联电路 正反馈和选频作用，正反馈和选频作用， ui 和和 uo 为正弦波。为正弦波。 时，时， ，则，则 电路等幅振荡；电路等幅振荡； 若若 1F 2RR 1F 2RR 1 FAu，则，则 电路不会振荡；电路不会振荡； 若若 ，则，则 电路振动后，振幅越来越饱和；电路振动后，振幅越来越饱和； 因此，振荡时应满足，振荡时应满足 即即 RF 2R1 RF = 2R1 振动应满足振动3 u A 若若 uo RF R1 2 2 RC RC 正弦波振荡电路稳定措施 C。
14、 R R C ( (1) )热敏电阻的稳定范围 由于温度低，振动时温度低，RT 2R1， ， 振荡后温度升高 RT 减少到等于减少到等于2R1。 。 ( (2) )二极管稳定幅用于二极管 RT 具有负温度系数的热敏电阻具有负温度系数的热敏电阻 RT 代替代替 RF。 3 3 振荡频率的变化 RC f 2 1 0 由可知可知 改变改变 R、C 同时改变或同时改变 RC 都都 振荡频率可以改变。振荡频率可以改变。 RF1 RF2 D1 D2 7.1.3 7.1.3 LCLC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 LC 分立元件常用于正弦波振荡电路。
15.正弦波振荡电路由分立元件和常见形式组成 有电感反馈电感反馈(哈特莱(哈特莱) Hartley)、)、电容反馈电容反馈(考毕慈(考毕慈) Colpitts)以下是变压器反馈变压器反馈类型的介绍，这里介绍电感反馈电感反馈 和电容反馈式和电容反馈式振荡电路又称作振荡电路又称作三点式三点式振荡电路。振荡电路。振荡电路。 LC 正弦波振荡电路采用正弦波振荡电路LC谐振回路为选频网络，可产生谐振回路为选频网络 频率高于1GHz正弦波，因为正弦波，因为LC谐振回路质量因数高，谐振回路质量因数高， 因此，振荡频率稳定性好。因此，振荡频率稳定性好。 所谓三点式，系。
16、指选频网络对外有且仅有分别与放大所谓三点式，系指选频网络对外有且有分别与放大 网络的输入、输出和公共地连接三个端点。网络的输入、输出和公共地连接三个端点。 下面介绍下面介绍三点式三点式振荡电路。振荡电路。 振荡回路中的电感是中间带抽头的电感线圈，抽头振荡回路中的电感是中间带抽头的电感线圈，抽头 把电感线圈分成三端两部分，即把电感线圈分成三端两部分，即L1和和L2串联。电感线圈串联。电感线圈 的三点分别和晶体管的三个电极相连。反馈量从的三点分别和晶体管的三个电极相连。反馈量从L2两端两端 获得，这样能保证实现正反馈。获得，这样能保证实现正反馈。 1. 1. 电感电感三点式振荡电路三点式振荡电路。
17、 (1)电路图)电路图 (2)振荡频率)振荡频率f0 CMLL f )(22 1 21 0 该电路又称哈特莱该电路又称哈特莱 (Hartley)振荡电路振荡电路 2.2.电容电容三点式振荡电路三点式振荡电路 (1)电路图)电路图 21 21 2 1 0 CC CC L f (2)振荡频率)振荡频率f0 该电路又称考毕慈该电路又称考毕慈 (Colpitts)振荡电路。振荡电路。 反馈电压从反馈电压从C2上取出，这样能保证实现正反馈。上取出，这样能保证实现正反馈。该电路的振荡频率近似等于该电路的振荡频率近似等于LC回路的谐振频率，即回路的谐振频率，即 在电感支路中串联 一个电容C3 ，且取且取 C。
18、3远小于远小于C1和和C2。 故故谐振回路的振荡 频率主要由L和C3来 决定： 改变C3，即可改变fo RE C2 C1 RCRB1 RB2 CB L T +UCC C3 改进型电容三点式振荡电路改进型电容三点式振荡电路 3.3.正弦波振荡电路的频率稳定问题正弦波振荡电路的频率稳定问题 (1 1)稳定度)稳定度 在许多应用中，如实验用的低频及高频信号产生电路，在许多应用中，如实验用的低频及高频信号产生电路， 往往要求振荡电路的振荡频率有比较稳定，有时甚至要求十往往要求振荡电路的振荡频率有比较稳定，有时甚至要求十 分稳定。衡量振荡器振荡频率稳定程度的指标称频率分稳定。衡量振荡器振荡频率稳定程度的。
19、指标称频率稳定度稳定度， 用在特定时间(用在特定时间(1 1小时或小时或1 1天)内频率的天)内频率的相对变化率相对变化率表示，即表示，即 (2 2)LCLC振荡电路的限制振荡电路的限制 0 f f 频率偏移频率偏移 振荡频率振荡频率 LC LC电路稳定一般有限，即使采用了各种稳频措施，稳电路稳定一般有限，即使采用了各种稳频措施，稳 定度也很难突破定度也很难突破1010-5 -5数量级。所以在在频率稳定度要求较 数量级。所以在在频率稳定度要求较 高(高( 10 10-5 -5 1010-8 -8甚至高数量级)的场合， 甚至高数量级)的场合， LCLC电路将显得难电路将显得难 满足需求，这就需要。
20、采用石英晶体组成的振荡电路。满足需求，这就需要采用石英晶体组成的振荡电路。 若在石英晶体的两个电极间若在石英晶体的两个电极间加电场加电场，晶片就会产，晶片就会产 生生机械变形机械变形；反之，若在石英晶体的两侧；反之，若在石英晶体的两侧加机械力加机械力， 则在晶片相应的方向上将则在晶片相应的方向上将产生电场产生电场，这种机电相互转，这种机电相互转 换的物理现象称为压电效应。换的物理现象称为压电效应。 7.1.4 7.1.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 1.1.石英晶体的特性及等效电路石英晶体的特性及等效电路 (1 1) 结构及电路符号结构及电路符号 (2 2) 压电效应压电效应 晶片晶片 敷银。
21、层敷银层 电极电极 晶晶 体体 当外加交变电压时，晶片将产生机械振动，其振当外加交变电压时，晶片将产生机械振动，其振 动频率(固有频率)与晶片的切割方法、几何形状和动频率(固有频率)与晶片的切割方法、几何形状和 尺寸有关。当外加交变电压的频率等于晶片的固有频尺寸有关。当外加交变电压的频率等于晶片的固有频 率时，其振幅最大，此称为率时，其振幅最大，此称为压电谐振压电谐振。 电路符号 串联谐振时，串联支路谐振阻抗等于串联谐振时，串联支路谐振阻抗等于R，由于由于C0很小，很小， 则则Xc很大，且很大，且 Xc R，故故C0的分流作用可以忽略。因此的分流作用可以忽略。因此 串联谐振频率为串联谐振频率为。
22、 由等效电路可知，晶体有两个振荡频率，即串联由等效电路可知，晶体有两个振荡频率，即串联fs s和和 并联并联fp p。其电抗。其电抗频率特性为。频率特性为。 (3)等效电路及谐振频率)等效电路及谐振频率 晶体不振动时，等效为电容为晶体不振动时，等效为电容为C0的电容器，的电容器， 振动时振动时 可用可用LC串联谐振来表示，同时晶体振动时的摩擦损耗串联谐振来表示，同时晶体振动时的摩擦损耗 用用R描述。晶体的等效电路如图所示，描述。晶体的等效电路如图所示，LC fs 2 1 0 0 2 1 CC CC L f p f x C0 C L R 晶晶 体体 并联谐振频率为并联谐振频率为 0 0 1 2 。
23、1 C C LC 0 0 1 1 2 1 C CLC 0 1 C C fs 晶体的等效电路中晶体的等效电路中R和和C0都很小，都很小， C0称称晶体静态电容晶体静态电容。 f sf p 感 性 容 性 容 性 通常通常 0 CC 所以所以很很接接近近与与 ps ff (约几(约几几十几十pFpF) 1010-3 -31010-2 -2H H 1010-4 -41010-1 -1pFpF 2.2.石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 石英晶体正弦振荡电路的形式是多种多样的，但石英晶体正弦振荡电路的形式是多种多样的，但 可概括为可概括为串联型串联型和和并联型并联型两类基本电路。两类基本电路。 +UCC。
24、 R3 T1 R1 R2 R4R6 C R5 u0 晶体晶体 T2 串联型串联型晶体振荡电路，晶体振荡电路， 其振荡频率为其振荡频率为fs s Cb +UCC T R2 R1 CE RB RL C1 C2 晶晶 体体 并联型并联型晶体振荡电路，晶体振荡电路， 其振荡频率其振荡频率近似近似为为fs s 可见，可见，振荡频率振荡频率基本上由晶体的基本上由晶体的固有频率固有频率fs s所决定，因所决定，因 此振荡频率稳定度很高。此振荡频率稳定度很高。 集成定时器功能较强，利用它组成各种集成定时器功能较强，利用它组成各种定时定时电路、电路、延时延时电电 路以及数字电路中的路以及数字电路中的时间基准时间。
25、基准(时钟脉冲)，因而又称为(时钟脉冲)，因而又称为时基时基 电路电路。 集成定时器的品种类型繁多，但几乎所有双极性产品，型集成定时器的品种类型繁多，但几乎所有双极性产品，型 号的号的最后最后3位数位数都是都是555，所有，所有CMOS型产品型号的最后型产品型号的最后4位数位数 都是都是7555，因此这类产品又称为，因此这类产品又称为555电路。若将两个电路。若将两个555电路集电路集 成在一个芯片中的产品，型号为成在一个芯片中的产品，型号为556。 集成定时器是一种模拟电路与数字相结合的中规模集成电集成定时器是一种模拟电路与数字相结合的中规模集成电 路。它由两个电压比较器、一个由路。它由两个。
26、电压比较器、一个由“与非与非”门组成基本门组成基本RS触发触发 器、一个放电三极管器、一个放电三极管T和三个和三个5k电阻组成的分压器组成。电阻组成的分压器组成。 7.2 555定时器定时器 1. 5551. 555集成定时器电路图集成定时器电路图 4123 5876 555 + + + + + + - - + + - - 5 5kk 5 5kk 5 5kk T T C C1 1 C C2 2 8 +8 +U UCC CC Q Q 5 5 6 6 7 7 2 2 1 1 4 4 3 3 D S D RQ 2.5552.555集成电路工作原理集成电路工作原理 V6高电平触发端高电平触发端(TH)。
27、电位。电位。 + + + + + + - - + + - - 5 5kk 5 5kk 5 5kk T T C C1 1 C C2 2 8 +8 +U UCC CC Q Q 5 5 6 6 7 7 2 2 1 1 4 4 3 3 D S D RQ VR1 比较器比较器C1的参考电压的参考电压 VR2 比较器比较器C1的参考电压的参考电压 2/3 UCC2/3 UCC1/3 UCC01 1/3 UCC11 2/3 UCC1/3 UCC00 RDSDV6V2 不允许不允许 1/3 UCC 2/3 UCCV2低电平触发端低电平触发端(TL)电位。电位。 555 + + + + + + - - + + 。
28、- - 5 5kk 5 5kk 5 5kk T T C C1 1 C C2 2 8 +8 +U UCC CC Q Q 5 5 6 6 7 7 2 2 1 1 4 4 3 3 D S D RQ 3 3、555555定时器的逻辑功能表定时器的逻辑功能表 不变不变不变不变1 导通导通01 截止截止11 导通导通00 放电放电 管管T 输出输出 (VO) 复位复位 (RD) 触发输入触发输入 (VI2) 阈值输入阈值输入 (VI1) 输输 出出输输 入入 CC 3 1 V CC 3 1 V CC 3 1 V CC 3 2V CC 3 2V CC 3 2V 3 15 6 2 7 8 4 555 +UCC。
29、 Rd Q VC TH TL DIS 7.3 7.3 多谐振荡器多谐振荡器 多谐振荡器是一种能直接产生方波或矩形波的自激振多谐振荡器是一种能直接产生方波或矩形波的自激振 荡器。由于方波中含有丰富的谐波，故称为多谐振荡器。荡器。由于方波中含有丰富的谐波，故称为多谐振荡器。 多谐振荡器一旦振荡起来后，电路没有稳态，只有两个暂多谐振荡器一旦振荡起来后，电路没有稳态，只有两个暂 稳态，因此它又被称作稳态，因此它又被称作无稳态无稳态触发器。触发器。 多谐振荡器的电路形式很多，有分立元件的，有门电多谐振荡器的电路形式很多，有分立元件的，有门电 路的，还有集成的多谐振荡器，下面介绍常用的几种。路的，还有集成。
30、的多谐振荡器，下面介绍常用的几种。 多谐振荡器多谐振荡器是一种常用的脉冲波形发生器是一种常用的脉冲波形发生器,触发器和时触发器和时 序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的。序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的。 1.1.由由555555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器 (1 1)电路组成电路组成 uc u0u0 CC U 3 1 CC U 3 2 于是周而复始的充电放电，触发器置于是周而复始的充电放电，触发器置“0” 置置 “1”。 (2)工作原理及波形工作原理及波形 接通电源后，电源通过接通电源后，电源通过R向向C充电：充电： 当当 ucVR1 时时 C10 ，RD=0 S。
31、D=1 触发器置触发器置“0” Q=0 T导通，电容放电导通，电容放电 ucVR2 C20，SD=0 触发器置触发器置 “1” Q=1 T截止，电容又充电截止，电容又充电 当当 ucVR1 时时 C10 ，触发器置触发器置“0” Q=0 + + + + + + - - + + - - 5 5kk 5 5kk 5 5kk T T C C1 1 C C2 2 8 +8 +U UCC CC Q Q 1 1 4 4 3 3 D S D RQ u0 5 5 6 6 7 7 2 2 +Ucc uc RA RB C 1Q 0Q 当当ucVR2 C20，SD=0 RD=1 触发器置触发器置 “1” Q=1 (。
32、3)技术参数)技术参数 1)充电时间常数充电时间常数tp1 0 u 3 CC U 3 2 CC U uc tp1=( RA +RB )Cln2 tp2=RB Cln2 T=tp1+ tp2 2)放电时间常数)放电时间常数tp2 0.7 ( RA +RB )C 0.7 RB C 3)振荡周期)振荡周期 4)占空比)占空比 T t D p1 2 AB AB RR RR =0.7 ( RA +2RB ) Cln20.7 ( RA +2RB )C tp1 tp2 T 当当S闭合时，闭合时，UCC通过通过D1给给C1快速充电，当快速充电，当4端达到高电端达到高电 平时，平时，555开始振荡，振荡的充电时。
33、间常数是(开始振荡，振荡的充电时间常数是(R3+R4)C2， 放电时间常数放电时间常数R4C2 扬声器发出叮叮声音。扬声器发出叮叮声音。 松开松开S时，电容时，电容C1经经R1缓慢放电，只要缓慢放电，只要4端处于高电平，端处于高电平， 555就维持振荡，但充电电路串入了就维持振荡，但充电电路串入了R2使振荡频率降低，扬使振荡频率降低，扬 声器发出咚咚声器发出咚咚”声音。直到声音。直到C1放电到低电平，放电到低电平，555停止振荡。停止振荡。 2.2.多谐振荡器的应用举例多谐振荡器的应用举例 (1)“叮咚叮咚”门铃电路门铃电路 uC 3 15 6 2 78 4 555 +UCC R3 D1R4 。
34、D2R2 R1C1 S C2 C3 0.01F 图中图中555接成多谐振荡器，当按钮接成多谐振荡器，当按钮S断开时，电容断开时，电容C1未被充未被充 电，电，4端处于低电平，端处于低电平，555复位，扬声器不发声。复位，扬声器不发声。 (2)过电压监视电路)过电压监视电路 图示是由图示是由555定时器组成的过电压监视电路。定时器组成的过电压监视电路。 3 1 5 6 2 7 8 4 555 +UCC R3 R4LD R1 C 0.01F UX R2 DW 当监视电压当监视电压UX超过一定数值时，晶体管就饱和导通，使超过一定数值时，晶体管就饱和导通，使555的的 管脚管脚1近似接地，于是近似接地。
35、，于是555成为多谐振荡器而产生振荡方波，由成为多谐振荡器而产生振荡方波，由 引脚引脚3输出，使发光二极管输出，使发光二极管LD闪亮，发出过电压报警信号。闪亮，发出过电压报警信号。 7.4 7.4 单稳态触发器单稳态触发器 单稳态触发器只有单稳态触发器只有1 1个稳态，个稳态，即在没有外加触即在没有外加触 发脉冲作用时，电路将保持某种(发脉冲作用时，电路将保持某种( “0 0”或或 “1 1” )状态；)状态；在外加触发脉冲作用后，电路会在外加触发脉冲作用后，电路会 由稳态转到另一状态由稳态转到另一状态暂态，经过一段时间后，暂态，经过一段时间后， 会自动返回到原来的稳态。会自动返回到原来的稳态。
36、。 暂稳定状态的长短，取决于电路的参数暂稳定状态的长短，取决于电路的参数， 与触发脉冲无关。与触发脉冲无关。 单稳态触发器一般用做定时、整形及延时。单稳态触发器一般用做定时、整形及延时。 该电路是在该电路是在555555定时器的基础上，外接了少量的阻容元件定时器的基础上，外接了少量的阻容元件 就可以构成就可以构成单稳触发器单稳触发器、其工作波形如图示。、其工作波形如图示。 7.4.17.4.1单稳态触发器的原理单稳态触发器的原理 1.1.单稳态触发器电路图单稳态触发器电路图 CC U 3 2 ui uc u0 单稳态单稳态，即未触发时，即未触发时(此电路为低电平触发)(此电路为低电平触发) 的。
37、工作状态。此电路的稳态为的工作状态。此电路的稳态为“0”。 00 5 5 6 6 7 7 2 2 +Ucc ui + + + + + + - - + + - - 5 5kk 5 5kk 5 5kk T T C C1 1 C C2 2 8 +8 +U UCC CC Q Q 1 1 4 4 3 3 D S D RQ u0 uc 稳态时：稳态时：RD=1 SD=1 Q=0 ，11不变不变，保持，保持Q=0的状态。的状态。 电源接通的瞬间，电路由开路过渡到电源接通的瞬间，电路由开路过渡到工作稳态工作稳态，即电，即电 源通过源通过R向向C充电。充电。 C10 ， 触发器置触发器置“0” Q=0 ，电路恢。
38、复至稳电路恢复至稳 态。态。 T截止，截止， Ucc对电容对电容C充电。即使在充电。即使在t2时负时负 脉冲消失，脉冲消失，C2的输出变为的输出变为“1”，即，即SD=1，此时此时RD=1 SD=1 “11不变，不变，Q=1，继续充电继续充电”。 ，此时0Q 2. 2. 工作过程工作过程 1)进入稳态)进入稳态 2)暂稳态)暂稳态 时当 CCC Uu 3 2 C10 ，RD=0 触发器置触发器置“0” Q=0 电路进入稳态电路进入稳态 当当uI=“0”(负脉冲，其幅度负脉冲，其幅度 )，)，SD=0，将触将触 发器置发器置“1”，u0由由“0”“1”电路进入暂稳态。电路进入暂稳态。 CCi U。
39、u 3 1 3)恢复至稳态)恢复至稳态 5 6 7 2 +Ucc ui + + + - + - 5k 5k 5k T C1 C2 8 +UCC Q 1 4 3 D S D RQ u0 uc CC U 3 2 ui uc u0 ui uc u0 0 R C 时，当 CCC Uu 3 2 输 出 脉 冲 宽 度 t p。 t p 1 .1 R C 0 因为任何外来波形只要能使单稳态触发器触发翻转，它因为任何外来波形只要能使单稳态触发器触发翻转，它 就能输出一个定宽、定幅且边沿陡削的矩形脉冲，即起到就能输出一个定宽、定幅且边沿陡削的矩形脉冲，即起到 整形作用。整形作用。 7.4.2 7.4.2 单稳。
40、态触发器的应用单稳态触发器的应用 单稳态触发器主要用于整形、定时和延时。单稳态触发器主要用于整形、定时和延时。 t0 ui t0 u0 tp 1.1.单稳态触发器的波形整形单稳态触发器的波形整形 单稳态触发器的波形整形示例如图单稳态触发器的波形整形示例如图7-21所示。所示。 如果用单稳态触发器的输出脉冲去控制某一电路，使该电如果用单稳态触发器的输出脉冲去控制某一电路，使该电 路在路在t tp p的时间内工作(或停止)，的时间内工作(或停止)， 就可以实现定时控制。就可以实现定时控制。 2.2.单稳态触发器脉冲波形的定时单稳态触发器脉冲波形的定时 ui t0 u0 t 0 u0/ t0 tp0。
41、 uf 0t tpi & ui uf u0/ u0 单稳态触发器脉冲波形的定时示例如图单稳态触发器脉冲波形的定时示例如图7-227-22所示。所示。 它是利用单稳态触发器输出的正脉冲去控制一个与门，在它是利用单稳态触发器输出的正脉冲去控制一个与门，在 t tpo po这段时间内能让频率很高的 这段时间内能让频率很高的u uf f脉冲信号通过。否则，脉冲信号通过。否则，u uf f就会就会 被单稳输出的低电平所禁止。被单稳输出的低电平所禁止。 本章小结本章小结 主要知识点：主要知识点： 1.1.了解了解555555定时器定时器的工作原理的工作原理 2.2.了解了解多谐振荡器多谐振荡器的工作原理及。
42、常见的电路形式的工作原理及常见的电路形式 3.3.了解了解555555定时器组成的定时器组成的单稳态触发器单稳态触发器的工作原理的工作原理 思考题思考题 计算题计算题 回顾回顾 一、下图为用一、下图为用555构成的开机延时电路，若给定构成的开机延时电路，若给定C=25F，R =91k，VCC=5V，试计算常闭开关，试计算常闭开关S断开以后经过多长的延断开以后经过多长的延 迟时间迟时间vO才跳变为高电平。要求说明计算原理。才跳变为高电平。要求说明计算原理。 解：解： S断开之前，电容断开之前，电容C两端的电压为两端的电压为0，此时，此时 定时器输出定时器输出Vo为低电平。为低电平。 S断开之后，。
43、电容断开之后，电容C经过经过VCC-C-R支路开始支路开始 充电，其两端电压充电，其两端电压Uc缓慢升高，充电的时间常缓慢升高，充电的时间常 数为数为RC。于此同时，。于此同时，555定时器的定时器的6脚和脚和2脚电脚电 压开始下降，其电压为压开始下降，其电压为Vcc-Uc。当该电压下降。当该电压下降 到到Vcc/3时，时，555定时器输出电压定时器输出电压Vo变为高电平，变为高电平， 此时电容此时电容C两端的电压为两端的电压为2Vcc/3。 根据一阶电路的三要素法求电容根据一阶电路的三要素法求电容C的的 充电时间充电时间t，即开机延迟时间：，即开机延迟时间： 0 t f tfffe 2 0 。
44、3 t RC CCCCCC VVVe 36 ln391 1025 10ln32.5 tRCs 输入输入输出输出 阀值输入(阀值输入(6脚)脚)触发输入(触发输入(2脚)脚)输出(输出(vo) (2/3)VCC(2/3)VCC(1/3)VCC 0 (1/3)VCC 不变 定时器功能表定时器功能表 思考题思考题 计算题计算题 回顾回顾 二、电路如图示，试分析电路的功能，并画出二、电路如图示，试分析电路的功能，并画出uC和和u0的波形。的波形。 解：解： (1)uC和和u0的波形：的波形： (2)由)由u0的波形可知，该电路为一多谐振荡器的波形可知，该电路为一多谐振荡器。 +UCC 3 1 5 6 。
45、2 7 84 555 R1 R2 C 0.01F uC u0 UCC/3 u0 t uC t 0 0 tp2 2UCC/3 tp1 6.8 6.8 可编程逻辑器件可编程逻辑器件 可编程逻辑器件(可编程逻辑器件(Programmable Logic Device)是是20世纪末期蓬勃发展起来的新型世纪末期蓬勃发展起来的新型 半导体通用集成电路，它泛指可由半导体通用集成电路，它泛指可由用户自用户自 行定义逻辑功能(编程)行定义逻辑功能(编程)的一类逻辑器件的一类逻辑器件 的总称。的总称。 该类器件集成度非常高，一块芯片即可容纳一该类器件集成度非常高，一块芯片即可容纳一 个数字系统。现代数字系统愈来。
46、愈多地采用个数字系统。现代数字系统愈来愈多地采用PLD来来 构成，这不仅能大大简化系统的设计过程，而且还构成，这不仅能大大简化系统的设计过程，而且还 能使系统结构简单，可靠性提高。能使系统结构简单，可靠性提高。PLD技术从一个技术从一个 方面反映了现代电子技术的发展趋势。方面反映了现代电子技术的发展趋势。 6.8.1 PLD的基本结构及逻辑表示的基本结构及逻辑表示 与门与门 阵列阵列 或门或门 阵列阵列 乘积项乘积项和项和项 PLD主体主体 输入输入 电路电路 输入信号输入信号 互补互补 输入输入 输出输出 电路电路 输出函数输出函数 反馈输入信号反馈输入信号 可由或阵列直接输出，构成组合输出。
47、；可由或阵列直接输出，构成组合输出； 通过寄存器输出，构成时序方式输出通过寄存器输出，构成时序方式输出。 1、PLD的基本结构的基本结构 输 出 或 门 阵 列 与 门 阵 列 输 入 B A Y Z (b) 与门与门 阵列阵列 或门或门 阵列阵列 乘积项乘积项 和项和项 互补互补 输入输入 2.逻辑符号及逻辑符号及PLD的的表示方法表示方法 (1)(1) 连接的方式连接的方式 硬硬线线连连接接单单元元 被被编编程程接接通通单单 被被编编程程擦擦除除单单元元 (2)(2)基本门电路的表示方式基本门电路的表示方式 L=A+B+C+ D DA BC F1=ABC 与门与门或门或门 A B C D 。
48、F1 A B C & L A B C 1 L D F1=A+B+C+D A A A A EN EN 三态输出缓冲器三态输出缓冲器 A A A 输入缓冲器输入缓冲器 (3) (3) 编程连接技术编程连接技术 A L B C D L VCC A B C D 熔丝熔丝 PLD表示的与门表示的与门 熔丝工艺的与门原理图熔丝工艺的与门原理图 VCC+(5V) R 3kW L D1 D2 D3 A B C 高电平高电平 A、B、C有一个输入低电平有一个输入低电平0V A、B、C三个都输入高电平三个都输入高电平+5V 5V 0V 5V 低电平低电平 L VCC A B C D 5V 5V 5V L=ABC 。
49、L T1 T2 T3 T4 A B C D VCC 连接连接连接连接连接连接断开断开 A、B、C 中有一个为中有一个为0 A、B、C 都为都为1 输出为输出为0； 输出为输出为1。 L=AC 断开断开连接连接连接连接断开断开 L=ABC X X 器件的开关状态不同器件的开关状态不同, 电路实现逻辑函数也就不同电路实现逻辑函数也就不同 1 0 11 1 1 6.8.6.8.2 PLD2 PLD类型及特点类型及特点 PLD PLD的发展非常迅速。的发展非常迅速。 PROMPLAPALGAL 低密度可编程逻辑器件低密度可编程逻辑器件 (LDPLD) EPLDCPLDFPGA 高密度可编程逻辑器件高密。
50、度可编程逻辑器件 (HDPLD) 可编程逻辑器件可编程逻辑器件 (PLD) 按集成密度划分为按集成密度划分为 与与阵阵列列 B A L1 L0 可可编编程程 或或阵阵列列 固固定定 与阵列、或阵列与阵列、或阵列 均可编程均可编程(PLA) 与阵列固定，或阵与阵列固定，或阵 列可编程列可编程(PROM) 与阵列可编程，或与阵列可编程，或 阵列固定阵列固定(PAL等等) 与阵列与阵列 B A L1 L0 可编程可编程 或阵列或阵列 可编程可编程 与与阵阵列列 B A L1 L 0 或或阵阵列列 可可编编程程 固固定定 按按PLD中的与、或阵列是否编程分中的与、或阵列是否编程分 按编程技术分按编程技。
51、术分 离离系统编程和系统编程和在在系统编程(系统编程(ISP-PLDISP-PLD)，)，前者需要专用前者需要专用 编程器，而后者用工控机(计算机)运行产生的编程数据编程器，而后者用工控机(计算机)运行产生的编程数据 直接写入直接写入PLDPLD。 按结构特点划分按结构特点划分 简单简单PLD (PALPLD (PAL，GAL)GAL) 复杂的可编程器件复杂的可编程器件(CPLD) :(CPLD) : CPLDCPLD的代表芯片如：的代表芯片如：AlteraAltera的的MAXMAX系列系列 现场可编程门阵列现场可编程门阵列(FPGA)(FPGA) 6.8.3 6.8.3 可编程存储器可编程。
52、存储器PROMPROM 由前面分析可知由前面分析可知PROMPROM 实质是一组实质是一组“与或与或” 门的阵门的阵 列，且地址译码为列，且地址译码为“与与”阵列(固定)，存储矩阵为阵列(固定)，存储矩阵为 “或或” 阵列(可编)。阵列(可编)。 我们知道一个逻辑函数可以用我们知道一个逻辑函数可以用 “与或与或”式表达，式表达， 所以所以PROMPROM 除了用作存储器外，还可以用来实现(一组)除了用作存储器外，还可以用来实现(一组) 逻辑函数。逻辑函数。 用用PROMPROM实现逻辑函数的具体方法是：把地址输入作实现逻辑函数的具体方法是：把地址输入作 为逻辑变量的输入端，而存储器的数据输出端。
53、作为函数为逻辑变量的输入端，而存储器的数据输出端作为函数 的输出端。的输出端。 6.8.4 可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑(PAL) 1.1.基本结构形式基本结构形式 & 1 1 1 & & & 1 A1A0 D2D3 或门阵列固定或门阵列固定 与门阵列可编与门阵列可编 1 D1 1 D0 PAL也属于一次性可编程器件，它采用也属于一次性可编程器件，它采用 “与与”门阵门阵 列可编程，列可编程， “或或”门阵列固定连接的基本结构形式。门阵列固定连接的基本结构形式。 2 组合逻辑电路的组合逻辑电路的 PAL 实现实现 由由PAL构成的逻辑电路如图所示，构成的逻辑电路如图所示， 试写出该电路的逻辑表。
54、达式，并确试写出该电路的逻辑表达式，并确 定其逻辑功能定其逻辑功能。 写出该电路的逻辑表达式：写出该电路的逻辑表达式： Bn An Sn Cn+1 Cn nnnnnnn nnnnnnnnnnnnn CBCABAC CBACBACBACBAS 1 AnBnCn AnBn AnCn BnCn 全加器全加器 AnBnCn AnBnCn Bn An Sn Cn+1 Cn AnBnCn 6.8.5 通用阵列逻辑通用阵列逻辑(GAL) 1 1. . 基本结构基本结构 & 1 1 1 & & & 1 A1A0 D2D3 或门阵列可编或门阵列可编 与门阵列可编与门阵列可编 1 D1 1 D0 GAL器件的门阵。
55、列可分为两大类：一类是器件的门阵列可分为两大类：一类是“与与”门阵列门阵列 可编，可编，“或或” 门阵列固定(门阵列固定(PAL)；)；另一类是另一类是“与与”门、门、 “或或”门阵列均可编(门阵列均可编(PLA)，)，如图示如图示 PAL器件的发展给逻辑设计带来很大的灵活性，器件的发展给逻辑设计带来很大的灵活性， 但它还存在着不足之处，如但它还存在着不足之处，如编程靠熔丝技术实现编程靠熔丝技术实现，故，故 不可改写不可改写；由于；由于“或或”门阵列固定连接，而不同输出门阵列固定连接，而不同输出 结构的结构的PAL必须对应不同型号的必须对应不同型号的PAL器件，不便用户器件，不便用户 使用。为。
56、了克服以上不足，于是在使用。为了克服以上不足，于是在PAL的基础上发展的基础上发展 起来了新一代增强型器件起来了新一代增强型器件GAL。 & & & & & 1 QD Q S0 M U X 00 01 10 11 M U X 0 1 S1 S1 CLK SP AR 2. 2. GALGAL的输出电路的输出电路 与与PAL的输出电路比较，的输出电路比较，PAL中或阵列和输出缓冲器在中或阵列和输出缓冲器在 GAL中被输出逻辑宏单元中被输出逻辑宏单元OLMC取代了取代了 OLMC CLK 其其OLMC的内部结构如图示的内部结构如图示 可见，与可见，与PAL相比，多了两个选择器、一个相比，多了两个选择器、一个D触发器和反馈触发器和反馈 缓冲器。因此大大增强了器件的输出功能。缓冲器。因此大大增强了器件的输出功能。。