276第十章脉冲波形的产生和整形 中反向钳位二极管的导通电阻。在r<R的情况下,可以近似地以rp代替R 与r并联的电阻,于是得到电路的恢复时间为 1n=(3~5)(RN(N+r)C G R 本 PD 图10-5图10-2电路中电容C的放电回路 若给定Ra≤2002,rD≤509,则代人上式后得到 3~5)250×0.01×10 输出脉冲幅度为输出高、低电平之差,即 三、多谐振荡器的分析计算 解题方法和步骤 在分析多谐振荡器电路时,需要计算的两个最基本的性能参数是振荡周期 或者频率)和输出脉冲幅度。 (1)振荡周期的计算。多谐振荡器的工作特点是不停地在两个暂稳态之间 反复转换,因而振荡周期等于两个暂稳态持续时间之和。在前面计算单稳态触 发器的输出脉冲宽度时,我们已经详细介绍了暂稳态持续时间的计算方法和步 骤,所讲的方法和步骤在这里仍完全适用,故不再重复。 (2)输出脉冲幅度的计算。输出脉冲幅度仍为输出高电平Vom和输出低电 平Vo之差,即 【例10-3】在图10-6非对称式多谐振荡器电路中,已知G1和G2为7 系列反相器7404,它们的输出高电平V=3.4V,输出低电平vo≈0V,阙值电 压Vm=1.4V,输人钳位电压V18=-1.0V,内部电阻R1=4k。给定R= 1.5k9,C=0.01μF,试求电路的振荡频率。 解:TL集成电路7404是“六反相器”,内部包含六个完全相同的反相器电 路,所以在图10-6中将每一个反相器标为7404。 出于电阻R的存在,如果电路不发生自激振荡,则v1和v1必然处于高、低
10.1本章习薏类型与解题方法277 7404 7404 G 图10-6例10-3的非对称式多谐振荡器电路 电平之间,也就是G将工作在电压传输特性的转折区。G2的输入也处于高、低 电平之间,同样也工作在电压传输特性的转折区。当G1、G2处于电压传输特性 的转折区时有较大的电压放大倍数,所以只要v1有一个极小的跳变,例如由于 干扰或噪声产生的微小正跳变,就会被放大并形成正反馈,使to迅速跳变为低 电平而2跳变为高电平,电路进入第一种暂稳态。因为电容上的电压不能突 变,所以v1也得到了和va2相同大小的正跳变。 但是这个状态是不能持久的,随着电容C的放电,v1.逐渐降低,当降至t1= V1H时,白于电路的正反馈作用又使o1跳变至高电平、v2跳变至低电平,电路转 换到第二种暂稳态。同时,1也得到与2同样的负跳变。 这个状态同样也是不能持久的,随着电容C的充电,1逐渐升高,当升至 V时,由于电路的正反馈作用,电路又重新返回第一种暂稳态。 根据以上分析我们就得到了图10-7的电压波形图。可以看出,电路状态 的转换是由vn控制的,每当叫1充电至V4和放电至vr时都引发电路状态转换 两个暂稳态的持续时间也就是1从开始充电到充电至Vm的时间和从开始放电 到放电至V1的时间。 TH+VO 图10-7图10-6电路的电压波形图
278第章脉冲波形的产生和整形 图10-8是电容充、放电的等效电路。电容放电过程v1始终高于Vm,故可 忽略G1的高电平输入电流得到如图10-8(a)的放电回路。而在电容充电过 程中v1处在Vm以下,因而必须考虑C1输入电路的存在对放电过程的影响,这 时的充电等效电路应画成图10-8(b)的形式。利用戴维南定理将电容以外的 电路化简为等效的v与Rg串联支路,最后得到 R RI PcC-V H 图10-8图10-6电路中电容C的充、放电等效电路 R R+R (10-1 R (10-2) 当va由Von跳变为Vn时,n也从Vr的基础上产生一个v-Vo的正跳 变,所以t1在电容放电时的初始值为Vm+vo-VoL。V1放电的终了值是零转 换值是V。将这一组数值代入计算公式得到电容的放电时间为 71=R 0-(VH+VoH-Vo) 0-VTI RCin
10.1本章习题类型与解题方法279 1.5×103×0.01×10 1.4+3.4 l.4 =1.5×103×0.01×10-6×1.23s 当ta从Vmn跳变至Va时,1也从Vm的基础上产生一个负跳变。由于G1 的输人端内部有反向钳位二极管,所以v1最低只能跳变到Wg=-1.0V。由图 10-8(b)可见,电容充电时tn的终了值为V,而状态转换时的t1值仍为Vmo 根据这-组数据就得到了电容的充电时间为 T=R CIn V。-V (10-3 由式(10-1)得到 .5 VE=3.4+ 1.5+4 (5-0.7-3.4)V 3.6 出式(10-2)得到 1.5×4 1.1k 将得到的v、R值代回式(10-3),求得充电时间为 3.6+1 T2=1.1×103×0.0]×10-6×ln 1.1×103×0.01×10-°×0.74 细心的读者可能会发现我们在计算T2时,没有考虑v1从-V上升到-0.7v 期间G输人端钳位二极管的导通电流。因此,这里得到的是近似计算结果。 电路的振荡周期T等于T与T2之和,的倒数即为振荡频率f故得 Hz=37. 7 kHz (18.5+8)×l0 四、555定时器应用电路的分析计算 解题方法和步骤 (1)首先分析确定55定时器的工作模式。尽管用555定时器构成的应用 电路五花八门,但555定时器本身的基本工作模式仍然不外乎施密特触发器、单 稳态触发器和多谐振荡器三种。三种工作模式的电路连接方法已在《数字电子 技术基础》(第五版)的10.5节中详细地介绍了,这里不再重复。 (2)若555定时器工作在施密特触发器模式,则可按前面第27l页上所讲
280第章脉冲波形的产生和整形 的施密特触发器阈值电压的计算方法求出V,和V (3)若55定时器工作在单稳态触发器模式,则可按前面第273页上所讲 的单稳态触发器的分析和计算方法求出输出脉冲的宽度和幅度以及电路的恢复 时间。 (4)若555定时器工作在多谐振荡器模式,则可按前面第276页上所讲的 分析和计算方法求出电路的振荡频率和输出脉冲的幅度等。 【例10-4】图10-9是用555定时器接成的施密特触发器。G为74HC 系列与非门,输出电压vc的高低电平分别为vo=5V、va=0V,输出电阻小 于50。试求vc为高、低电平下电路的vr,和V,并画出电路的电压传输 特性。 10 ke 图10-9例10-4的施密特触发器电路 解:在介绍用55定时器接成施密特触发器的原理时已经讲到,它的止向 阈值电压为vr,=Vo,负向阈值电压为vr Vmoo因此,只要计算出V为 高低电平时的v0值就很容易得到V,和V1,了。 我们在前面讨论55定时器V端的输入电路时讲过,V端接在了集成电 路内部分压电阻的结点上,如图10-10所示。当V6=0时,可求得V为 R2∥(R3+R.) Vco=R,+R2∥(R3+R4) 10∥(10+0.05) 5+10∥(10+0.05) 2.5V 故得到V1,=Vo=2.5V,V1=Vo=1.25V。 当V=5V时,利用叠加定理求得Vco值为