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1、第六章脉冲产生整形电路本讲稿第一页，共三十三页教学重点：教学重点：1.1.施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器典型电路的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器典型电路的工作原理工作原理 2 2555555定时器的应用定时器的应用教学难点：教学难点：脉冲电路的分析方法脉冲电路的分析方法本讲稿第二页，共三十三页概述概述矩形脉冲的主要参数：矩形脉冲的主要参数：脉冲周期脉冲周期T；脉冲频率：脉冲频率：f=1/T脉冲幅度脉冲幅度VM；脉冲宽度脉冲宽度tW；上升时间上升时间tr；下降时间下降时间tf；占空比占空比q：q=tw/T .本讲稿第三页，共三十三页一、一、555定时器的电路结构定时器的电路结构6
2、.1 集成集成555定时器定时器电压比较器的功能：电压比较器的功能：v+v-，vO=1 v+v-，vO=0由以下几部分组成：由以下几部分组成：（1）三三个个5k电电阻阻组组成成的分压器。的分压器。（2）两两个个电电压压比比较较器器 C1和和C2。C1v+-vvO本讲稿第四页，共三十三页（3）基本）基本RS触发器，触发器，（4）放电三极管）放电三极管T及缓冲器及缓冲器G。电路符号电路符号本讲稿第五页，共三十三页二二工作原理工作原理（1）4脚为复位输入端脚为复位输入端（RD），当），当RD为低为低电平时，不管其他输电平时，不管其他输入端的状态如何，输入端的状态如何，输出出vo为低电平。正常工为低电
3、平。正常工作时，应将其接高电平。作时，应将其接高电平。（2 2）5脚为电压控制端，脚为电压控制端，当其悬空时，比较当其悬空时，比较器器C1和和C2的比较电压的比较电压分别为分别为2/3VCC 和和1/3VCC。2/3VCC1/3VCC本讲稿第六页，共三十三页（3）2脚为触发输入端，脚为触发输入端，6脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器C1和和C2的输出，从而控制的输出，从而控制RS触发器，决定输出状态。触发器，决定输出状态。阈值阈值输入输入阈值阈值输入输入复复位位输输出出vI1vI2RDvo2/3VCC2/3VCC2/3VCC1/3VCC1/3VCC
4、1/3VCC0111010不变不变功能表功能表2/3VCC1/3VCC本讲稿第七页，共三十三页6.2 施密特触发器施密特触发器施施密密特特触触发发器器具具有有回回差差电电压压特特性性，能能将将边边沿沿变变化化缓缓慢慢的的电电压压波波形形整整形为边沿陡峭的矩形脉冲。形为边沿陡峭的矩形脉冲。一一.用用555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理电路符号电路符号本讲稿第八页，共三十三页本讲稿第九页，共三十三页1/3VCC2/3VCC本讲稿第十页，共三十三页2.电压滞回特性和主要参数电压滞回特性和主要参数 （2）主要静态参数）主要静态参数 （a）上限阈
5、值电压）上限阈值电压VT+vI上上升升过过程程中中，输输出出电电压压vO由由高高电电平平VOH跳跳变变到到低低电电平平VOL时时，所所对对应应的输入电压值。的输入电压值。VT+=2/3VCC。（b）下限阈值电压）下限阈值电压VT vI下下降降过过程程中中，vO由由低低电电平平VOL跳跳变变到到高高电电平平VOH时时，所所对对应应的的输输入入电压值。电压值。VT=1/3VCC。（3）回差电压）回差电压VT VT=VT+VT=1/3VCC（1）电压滞回特性）电压滞回特性1/3VCCVoVi0传输特性传输特性VOHVOL2/3VCC1/3VCC2/3VCCVT+VT VTVT+VT VT本讲稿第十一
6、页，共三十三页电路符号电路符号O2vtO1vtVCC2vO1本讲稿第十二页，共三十三页 二二 集成施密特触发器集成施密特触发器 2.TTL集成施密特触发器集成施密特触发器74LS14 1.CMOS集成施密特触发器集成施密特触发器CC40106本讲稿第十三页，共三十三页三三 施密特触发器的应用举例施密特触发器的应用举例1.用用作作接接口口电电路路将将缓缓慢慢变变化化的的输输入入信信号号，转转换换成成为为符符合合TTL系系统统要要求求的的脉脉冲波形。冲波形。2.用作整形电路用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。输入输入输出输出VT+VT-本讲稿第十四页
7、，共三十三页 3.用用于于脉脉冲冲鉴鉴幅幅从从一一系系列列幅幅度度不不同同的的脉脉冲冲信信号号中中，选选出出那些幅度大于那些幅度大于VT+的输入脉冲。的输入脉冲。本讲稿第十五页，共三十三页6.3 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器能产生矩形脉冲波的自激振荡器。能产生矩形脉冲波的自激振荡器。一一 用用555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理本讲稿第十六页，共三十三页2/3VCC1/3VCC0vctvo0t(6)放电端(2)5k1RT5k&C&1GSC25k(4)O(3)(7)v(1)(8)CCVvvC1PRRCI22vI12/3V1/3VC
8、CCC本讲稿第十七页，共三十三页2.振荡频率的估算振荡频率的估算（1）电容充电时间）电容充电时间T1：（用三要素法计算）：（用三要素法计算）（2）电容放电时间电容放电时间T2（3）电电路路振振荡荡周周期期T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（5）输出波形占空比）输出波形占空比q（4）电路振荡频率）电路振荡频率fTT1T20vctvo0t2/3VCC1/3VCC本讲稿第十八页，共三十三页 二二 占空比可调的多谐振荡器电路占空比可调的多谐振荡器电路 利利用用二二极极管管的的单单向向导导电电性性，把把电电容容C充充电电和和放放电电回回路路隔隔离离开开，再再加加上一个电位器，便可构成占空比可调
9、的多谐振荡器。上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。可计算得：可计算得：T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比：占空比：本讲稿第十九页，共三十三页三三 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器石英晶体的选频特性极好，石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达十分稳定，其稳定度可达10-1010-11。1.石英晶体的选频特性石英晶体的选频特性X感性感性0容性容性当外加频率当外加频率f=fo时，石英晶体的电抗时，石英晶体的电抗X=0，在其他频率下电抗都，在其他频率下电抗都很大。很大。本讲稿第二十页，共三十三页2.石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器（1）串联式振荡器）串联式振荡
10、器 R1、R2：使两个反相器都工作在转折区，成为具有高放大倍数的放大器。：使两个反相器都工作在转折区，成为具有高放大倍数的放大器。对对于于TTL门门，常常取取R1=R2=0.72k，对对于于CMOS门门，常常取取R1=R2=10100M；C1=C2是耦合电容。是耦合电容。石石英英晶晶体体工工作作在在串串联联谐谐振振频频率率f0下下，只只有有频频率率为为f0的的信信号号才才能能通通过过，满满足足振振荡荡条条件件。因因此此，电电路路的的振振荡荡频频率率=f0，与与外外接接元元件件R、C无无关关，所所以以这这种种电电路路振振荡荡频频率率的的稳稳定定度很高。度很高。本讲稿第二十一页，共三十三页（2）并
11、联式振荡器）并联式振荡器 RF是偏置电阻，是偏置电阻，保证在静态时使保证在静态时使G1工作转折区，构成一个反相放大器。工作转折区，构成一个反相放大器。晶体等效一电感，与晶体等效一电感，与C1、C2共同构成电容三点式振荡电路。共同构成电容三点式振荡电路。电路的振荡频率电路的振荡频率=f0。反相器反相器G2起整形缓冲作用，同时起整形缓冲作用，同时G2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。本讲稿第二十二页，共三十三页秒脉冲发生器秒脉冲发生器 CMOS石石英英晶晶体体多多谐谐振振荡荡器器产产生生f=32768Hz的的基基准准信信号号，经经T/触触发发器器构构成成的的1
12、5级级异异步步计计数数器器分分频频后后，便便可可得得到到稳稳定定度度极极高高的的秒秒信信号。号。这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源。这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源。四多谐振荡器应用实例四多谐振荡器应用实例本讲稿第二十三页，共三十三页6.4 单稳态触发器单稳态触发器 单稳态触发器单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。一一 用用555定时器组成单稳态触定时器组成单稳态触发器发器1.电路组成及工作
13、原理电路组成及工作原理本讲稿第二十四页，共三十三页（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态）无触发信号输入时电路工作在稳定状态 当当vI=1时，时，电路工作在稳定状态，即电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。T饱和饱和本讲稿第二十五页，共三十三页（2）vI下降沿触发下降沿触发 当当vI下降沿到达时，下降沿到达时，vO由由0跳变为跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。，电路由稳态转入暂稳态。本讲稿第二十六页，共三十三页（3）暂稳态的维持时间）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，三极管在暂稳态期间，三极管T截止，截止，VCC经经R向向C充电。充电。时间常数时间常数1=RC，vC由由0V开始增大，在开始增大
14、，在vC上升到上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。之前，电路保持暂稳态不变。（4）自动返回时间）自动返回时间当当vC上升至上升至2/3VCC时，时，vO变变0，电路由暂稳态，电路由暂稳态重新转入稳态。重新转入稳态。（5）恢恢复复过过程程当当暂暂稳稳态态结结束束后后，C通通过过饱饱和和导导通通的的T放放电电，时时间间常常数数 2=RCESC，由由于于RCES很很小小，所所以以放放电电很很快快。C放放电电完完毕毕，恢恢复过程结束。复过程结束。本讲稿第二十七页，共三十三页2.主要参数估算主要参数估算(1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）用三要素法计算）（2）恢复时间）恢复时间t
15、re tre=（35）2（3）最高工作频率）最高工作频率fmax vI周期的最小值：周期的最小值：Tmin=tWtre 最高工作频率最高工作频率:TTW本讲稿第二十八页，共三十三页二集成单稳态触发器二集成单稳态触发器7412174121A1、A2是下沿有效的触发信号输入端，是下沿有效的触发信号输入端，B是上沿有效的触发信号输入端。是上沿有效的触发信号输入端。保持稳态保持稳态0 10 10 10 10 1 0 1 01 1 下沿触发下沿触发1 1 1 1 1上沿触发上沿触发工作特征工作特征vO vO输输 出出0 0 A1 A1 B输输 入入74121功能表功能表本讲稿第二十九页，共三十三页三单稳
16、态触发器的应用三单稳态触发器的应用1.延时与定时延时与定时（1）延时）延时图中，图中，v/O的下降沿比的下降沿比vI的下的下降沿滞后了时间降沿滞后了时间tW。（2）定时）定时当当v/O=1时，与门打开，时，与门打开，vO=vF。当。当v/O=0时，时，与门关闭，与门关闭，vO为低电平。为低电平。与门打开的时间是单稳与门打开的时间是单稳输出脉冲输出脉冲v/O的宽度的宽度tW。本讲稿第三十页，共三十三页 2.整形整形 单单稳稳态态触触发发器器能能够够把把不不规规则则的的输输入入信信号号vI，整整形形成成为为幅幅度度和和宽宽度度都都相相同同的的标标准准矩矩形形脉脉冲冲vO。vO的的幅幅度度取取决决于
17、于单单稳稳态态电电路路输输出出的的高高、低低电平，宽度电平，宽度tW决定于暂稳态时间。决定于暂稳态时间。本讲稿第三十一页，共三十三页3.触摸定时控制开关触摸定时控制开关 555定定时时器器构构成成单单稳稳态态触触发发器器。只只要要用用手手触触摸摸一一下下金金属属片片P，由由于于人人体体感感应应电电压压相相当当于于在在触发触发输入端（管脚输入端（管脚2）加入一个负）加入一个负脉冲，脉冲，555输出端输出高电平，输出端输出高电平，灯泡（灯泡（RL）发光，当暂稳态）发光，当暂稳态时间（时间（tW）结束时，）结束时，555输出输出端恢复低电平，灯泡熄灭。端恢复低电平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间定时该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由照明，定时时间可由RC参数参数调节。调节。本讲稿第三十二页，共三十三页作业：作业：6-3、6-7、进入第七章学习吧进入第七章学习吧本讲稿第三十三页，共三十三页