第5章脉冲产生与整形电路 数字电子技术课件.ppt

第5章 脉冲产生与整形电路 第5章 脉冲产生与整形电路 　　由图5.2.8（a）可知，只有当外加信号的频率 f 和石英晶体的固有谐振频率fo 相同时，石英晶体的电抗才为零（X=0），呈现为很小的阻抗，在其他外加频率信号作用下，石英晶体呈现的电抗（阻抗）都很大。而且石英晶体的等效品质因数Q很高，因此石英晶体具有很好的选频特性，并且频率稳定度很高，可达10-7~10-11。利用这一特性，如将石英晶体串接在多谐振荡器的反馈环路（即选频网络）中，就可获得振荡频率只取决于石英晶体本身固有谐振频率fo，而与电路中R、C数值无关的脉冲信号。 5.2 多谐振荡器 2. 对称石英晶体多谐振荡器 对称石英晶体多谐振荡器如图5.2.9所示。 5.2 多谐振荡器 　　图中，RF1、RF2用于确定反相器G1、G2的静态工作点，使其工作在放大区，以利于电路起振。对于TTL门电路，RF1和RF2通常取为0.7~2K?；对于CMOS门电路，RF1和RF2通常取为10~100M?。C1和C2为耦合电容，在频率为fo时，呈现的容抗很小，可忽略不计。石英晶体串接在两级反相器的正反馈环路中，只对频率为fo（石英晶体的固有谐振频率）的信号呈现很小的阻抗。电路接通电源后，G2输出的信号中，只有频率为fo的信号才能顺利通过石英晶体形成很强的正反馈、才能满足起振条件，而起振、产生自激振荡。即该电路的振荡频率仅取决于石英晶体本身固有谐振频率fo，而与电路中R、C 的数值无关，频率稳定度很容易达到10-7以上。反相器G3用于缓冲隔离和整形，既可提高电路带负载的能力，又能使输出信号vO的波形接近于矩形脉冲。 5.2 多谐振荡器 3. 并联石英晶体多谐振荡器 由CMOS反相器组成的并联石英晶体多谐振荡器如图5.2.10所示。 5.2 多谐振荡器 　　图中，RF是负反馈电阻，通常取为10~100M?，以为G1提供适当的偏置，使G1工作在转折区附近，以增强电路的稳定性和改善输出波形。C1、C2和石英晶体组成?形选频网络，只有频率为fo的信号能顺利通过石英晶体而产生自激振荡，振荡频率近似为fo，改变C2可微调振荡频率, 一般取C2为5~35pF。当G1输出为高电平时，其输入为低电平（即vC1为低电平），vO1通过石英晶体对C1充电，一般取C1为20~40pF；当vC1≥VDD/2 (阀值电压VTH)时，电路翻转，G1输出为低电平，C1放电；当vC1≤VDD/2 (阀值电压VTH)时，电路又翻转，G1输出为高电平，C1充电；…。如此，电路便产生自激多谐振荡。反相器G2用于缓冲隔离和整形，以提高电路带负载的能力、使输出信号vO的波形接近于矩形脉冲。 5.2 多谐振荡器 4. 应用举例 [例5.2.3] 试用石英晶体设计一个电子手表中的秒脉冲发生电路（逻辑电路）。 解：用石英晶体设计的电子手表中的秒脉冲发生电路（逻辑电路）如图5.2.11所示。图中，石英晶体为通用型石英晶体振荡器（俗称晶振），其标称频率为32 768 Hz；FF1~FF15为由D触发器组成的T ′触发器，构成的15级二分频电路；G2输出的32 768 Hz矩形脉冲经15级二分频处理后，即成为稳定度很高、频率为1Hz的基准秒脉冲信号从Q15输出。 5.2 多谐振荡器 5.2 多谐振荡器 5.3 施密特触发器 　　施密特触发器（Schmitt Trigger）是一种有两个阀值电压、具有滞回电压传输特性的双稳态电路，常用于实现电子电路中的波形变换、整形和幅度鉴别等工作，应用较为广泛。施密特触发器的逻辑符号和电压传输特性如图5.3.1所示。 5.3 施密特触发器 　　由图5.3.1可以看出，施密特触发器的电压传输特性有如下两个特点。 　　（1）有两个需要输入电平来维持的稳定输出状态VOH和VOL。 　　（2）有两个阀值电压VT+和VT-、具有滞回电压传输特性。当输入电平高于正向阀值电压VT+时，电路处于一个稳定状态；当输入电平低于负向阀值电压VT-时，电路处于另一个稳定状态；当输入电平处于两个阀值电压之间时，电路保持原状态不变。正向阀值电压VT+和负向阀值电压VT-之差称为回差电压?VT，有 　　　 ?VT= VT+?VT- 　　施密特触发器既可用555定时器组成，也有单块集成电路的产品，例如施密特触发六反相器CMOS的CC40106、74HC14和TTL的74LS14等。 5.3 施密特触发器 用555定时器组成施密特触发器的逻辑电路和工作波形如图5.3.2所示。 5.3 施密特触发器 用555定时器组成施密特触发器 5.3.1 　　由图5.3.2可以看出，由于阈值输入端TH和触发输入端连接在一起作为信号输入端vI，依据表5.1.1所示555（或7555）定时器的功能表和图5.3.1所示施