555時(shí)基集成電路的結(jié)構(gòu)和工作原理-資料下載頁(yè)
2025-08-05 00:11本頁(yè)面
【正文】 經(jīng)過(guò)電阻 R開(kāi)始放電。 當(dāng)放電至 vI=VT時(shí)，輸出電位又跳變成高電 平，電容 C重新開(kāi)始充電。如此周而復(fù)始，電路 便不停地振蕩。 vI和 vO的電壓波形如圖 示。 若使用的是 CMOS施密特觸發(fā)器，而且 VOH≈VDD,， VOL≈0，則依據(jù)圖 形得到計(jì)算振蕩周期的公式為 通過(guò)調(diào)節(jié) R和 C的大小，即可改變振蕩周期 . 此外，在這個(gè)電路的基礎(chǔ)上稍加修改就能實(shí)現(xiàn)對(duì) 輸出脈沖 占空比 的調(diào)節(jié)，電路的接法如圖 所示。 ?????????????????????TTTDDTDDTTTDDTDD21VVVVVVR C l n VVR C l nVVVVR C l nTTT圖 脈沖占空比可調(diào)的多諧振蕩器 石英晶體多諧振蕩器 在許多應(yīng)用場(chǎng)合下都對(duì)多諧振蕩器的振蕩 頻率 穩(wěn)定性 有嚴(yán)格的要求。例如在將多諧振蕩器 作為數(shù)字鐘的脈沖源使用時(shí)，它的頻率穩(wěn)定性直 接影響著計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性。在這種情況下，前面所 講的幾種多諧振蕩電路難以滿足要求。 —— 為什么？ 目前普遍采用的一種穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器電路中接入 石英晶體 ，組成石英晶體多諧振蕩器。 因?yàn)?—— 一、這些振蕩器中門(mén)電路的轉(zhuǎn)換電平 VTH本身就不夠穩(wěn)定； 二、這些電路的工作方式容易受干擾，造成電路轉(zhuǎn)換時(shí)間的提前或滯后； 三、在電路狀態(tài)臨近轉(zhuǎn)換時(shí)電容的充、放電已經(jīng)比較緩慢，轉(zhuǎn)換電平的微小變化或輕微干擾都會(huì)嚴(yán)重影響振蕩周期。 下圖 符號(hào) 和 電抗的頻率特性 。把石英晶體與對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器中的耦合電容串聯(lián)起來(lái)，就組成了如圖 體多諧振蕩器。 圖 石英晶體的電抗頻率特性和符號(hào) 圖 石英晶體多諧振蕩器 由石英晶體的電抗頻率特性可知，當(dāng)外加 電壓的頻率為 f0時(shí)它的阻抗最小，所以把它接入 多諧振蕩器的正反饋環(huán)路中以后，頻率為 f0的電 壓信號(hào)最容易通過(guò)它，并在電路中形成正反饋， 而其他頻率信號(hào)經(jīng)過(guò)石英晶體時(shí)被衰減。因此， 振蕩器的 工作頻率也必然是 f0 。 由此可見(jiàn)，石英晶體 多諧振蕩器的振蕩頻 率取決于石英晶體的固有諧振頻率 f0 ，而與外接 電阻，電容無(wú)關(guān) 。石英晶體的諧振頻率由石英晶 體的結(jié)晶方向和外形尺寸所決定，具有極高的頻 率穩(wěn)定性。 圖 555時(shí)基電路構(gòu)成無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 用 555時(shí)基電路構(gòu)成多諧振蕩器 如圖 ，將 555(或 556)與三個(gè) 阻、容元件如圖連接，便構(gòu)成無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩模 式。與單穩(wěn)模式不同之處僅在于觸發(fā)器 (2腳 )接 在充、放電回路的 C上，而不是受外部觸發(fā)控制 . 當(dāng)加上 VDD電壓后，由于 C上端電壓不能突 變，故 555處于置位狀態(tài)，輸出端 (3腳 )呈高電平 “ 1”，而內(nèi)部的放電管 VT1截止， C通過(guò) RA、 RB 對(duì)其充電， 2腳電位隨 C上端電壓的升高呈指數(shù) 上升，如波形圖 (b)所示。 21 當(dāng) C上的電壓隨時(shí)間增加，達(dá)到 2/3VDD閾 值電平 (6腳 )時(shí)，上比較器 A1翻轉(zhuǎn)，使 RS觸發(fā)器 置位，經(jīng)緩沖級(jí)倒相，輸出 vO呈低電平“ 0”。此 時(shí)，放電管 VT1飽和導(dǎo)通， C上的電荷經(jīng) RB至 VT1管放電。當(dāng) C放電使其電壓降至 1/3VDD 觸發(fā) 電平 (2腳 )時(shí)，比較器 A2翻轉(zhuǎn)， RS觸發(fā)器復(fù)位， 經(jīng)倒相后，使輸出端 (3腳 )呈高電平“ 1”。以上過(guò) 程重復(fù)出現(xiàn)，形成無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩。 由上面對(duì)多諧振蕩過(guò)程的分析不難看出， 輸出脈沖的持續(xù)時(shí)間 t1就是 C上的電壓從 1/3VDD 充電到 2/3VDD 所需的時(shí)間，故 C兩端電壓的變化 規(guī)律為 —— （電路三要素定理） 設(shè) τ1=(RA+RB)C，則上式簡(jiǎn)化為 從上式中求得 )CRt/ (RDD)CRt/ (RDDCBABA eV31)e1(V)t(U ?? ???)e321(V)t(U1/tDDC???111 6 9 3 1lnt ττ ???一般簡(jiǎn)寫(xiě)為 t1=(RA+RB)C 電路的間歇期 t2就是 C兩端的電壓從 2/3VDD放電 到 1/3VDD所需的時(shí)間 ,即 從上式中求得 t2,并設(shè) τ2=RBC，則 一般簡(jiǎn)寫(xiě)為 t2= Ct/ RDDCBeV32( t )U ?222 6 9 3 1lnt ?? ???電路的振蕩周期 T為 T=t1+t2=(τ1+τ2) =(RA+2RB)C ＝ (RA+2RB)Cln2 () 振蕩頻率 f=1/T，即 f=(RA+2RB)C () 輸出振蕩波形的占空比 D為 D=t1/T=(RA+RB)/(RA+2RB) () 當(dāng) RB187。RA時(shí)，則 D≈50%，即輸出振蕩為方波。 由上面有關(guān)公式的推導(dǎo)，不難給出以下結(jié) 論： ①振蕩周期與電源電壓 VDD無(wú)關(guān)，而取決于 充電和放電的總時(shí)間常數(shù)，即僅與 RA、 RB和 C 的值有關(guān)。 ②振蕩波的占空比與 C的大小無(wú)關(guān)，而僅 與 RA、 RB的大小比值有關(guān)。 壓控振蕩器 * 壓控振蕩器 （ Voltage Controlled Oscilla tor，簡(jiǎn)稱(chēng) VCO）是一種頻率可控的振蕩器，它 的振蕩頻率隨輸入控制電壓的變化而改變。這種 振蕩器廣泛地用于自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制以及通訊 系統(tǒng)當(dāng)中，目前已生產(chǎn)了多種壓控振蕩的集成電 路產(chǎn)品。從工作原理上看，這些壓控振蕩器大致 可以分為三種類(lèi)型： 施密特觸發(fā)器型、電容交叉 充放電型 和 定時(shí)器型。 本章小結(jié) 電路名稱(chēng) 有無(wú)穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)條件 特性 主要用途 施密特觸發(fā)電路 雙穩(wěn)態(tài) VIVT,置位 VIVT+,復(fù)位 滯回特性 波形 整形 、變換、鑒幅 、構(gòu)成多諧振蕩器等 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 一個(gè)穩(wěn)態(tài)，一個(gè)單穩(wěn)態(tài) 微分 —— 窄脈沖； 積分 —— 寬脈沖 tw 僅與 R、 C、 VTH有關(guān) 定時(shí)器 、 延時(shí)器 、整形、高低通濾波 多諧 振蕩器 無(wú)穩(wěn)態(tài) 自激振蕩 形式多樣： 環(huán)形振蕩器；晶振； VCO等 產(chǎn)生矩形波 ，為時(shí)序電路提供 CP
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