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1、第7章脉冲波形的产生与整形授课计划第1页，共32页，编辑于2022年，星期一 一、授课计划 1、教学目标1、掌握555定时器的结构框图、应用电路及其工作原理。2、掌握施密特触发器的工作原理特点、电压传 输特性、回差的概念、应用。3、掌握多谐振荡器的常用电路形式、工作原理、参数 计算。4、了解石英晶体振荡器的特点。5、掌握单稳态触发器的常用电路形式、工作特点，集成 单稳态触发器的参数计算、应用。6、通过555定时器应用电路的学习，巩固三种脉冲电路（施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器）知识。第2页，共32页，编辑于2022年，星期一 2、重点与难点1、重点：多谐振荡器，施密特触发器和单 稳态触
2、发器在波形处理方面的应 用。2、难点：用555定时器、门电路芯片构成 满足指定功能的电路。第3页，共32页，编辑于2022年，星期一 3、学时分配：共4学时第1、2学时：555时基集成电路 第3、4学时：555时基集成芯片的应用 第4页，共32页，编辑于2022年，星期一7.1 集成555定时器（第1、2学时）7.1.1 555时基集成电路的分类 555时基集成电路按内部元件分类，可分为TTL型555（电源电压为4.5V5V）和CMOS型555（电源电压为2V18V）两大类，按芯片内包含的定时器的个数可分为单时基定时器555和双时基定时器556两种类型。按封装分类又可分为8脚T099型，8脚双
3、列直插型（见图）和14脚双列直插型三种（见图）第5页，共32页，编辑于2022年，星期一由以下几部分组成：（1）三个阻值为5k的电阻组成的分压器。（2）两个电压比较器C1和C2。7.1.2 555定时器的电路的组成电压比较器的功能：v+v-，vO=1 v+v-，vO=0（3）基本RS触发器、（4）放电三极管T及缓冲器G。第6页，共32页，编辑于2022年，星期一第7页，共32页，编辑于2022年，星期一7.1.3 555时基集成电路的功能555定时器功能表（1）4脚为复位输入端（RD），当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。（2）5脚为电压控
4、制端，当其悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3VCC 和1/3VCC。（3）2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C1和C2的输出，从而控制RS触发器，决定输出状态。第8页，共32页，编辑于2022年，星期一 比较TTL型555和CMOS555，从表7.2可以看出两者的差异是：1、CMOS型555的功耗权为TTL型555的几十分之一，静态电流仅为120A左右，为微功耗器件；2、CMOS型555的电源电压可低到23V，高至18V，各输入功能端电流均为PA量级；3、CMOS型555的输入阻抗比TTL型555要高出几个数量级，高达1010；4、CMOS型555的输出脉
5、冲的上升沿和下降沿比TTL型要陡，转换时间短；5、CMOS型555的驱动功能力差，输出电流仪为13mA，而TTL型555的输出 驱动电流可达200mA。一般说来，在要求定时长、功耗小，负载轻的场合，宜选用CMOS型的555，而在负载重，要求驱动电流大，电压高的场合，宜选用TTL型555。CMOS型555的输入阻抗高达1010数量级远比TTL型高，非常适合于做长时间的延时电路，RC时间常数一般很大。第9页，共32页，编辑于2022年，星期一7.2555时基集成芯片的应用时基集成芯片的应用（第（第3、4学时）学时）7.2.1施密特触发器施密特触发器施密特触发器具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢的电
6、压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。一.用555定时器构成的施密特触发器1.电路组成及工作原理第10页，共32页，编辑于2022年，星期一第11页，共32页，编辑于2022年，星期一（2）主要静态参数（a）上限阈值电压VT+vI上升过程中，输出电压vO由高电平VOH跳变到低电平VOL时，所对应的输入电压值。VT+=2/3VCC。（b）下限阈值电压VT vI下降过程中，vO由低电平VOL跳变到高电平VOH时，所对应的输入电压值。VT=1/3VCC。（3）回差电压VT VT=VT+VT=1/3VCC2.电压滞回特性和主要参数电压滞回特性和主要参数（1）电压滞回特性）电压滞回特性第12页，共32页，编辑
7、于2022年，星期一二 集成施密特触发器 1.CMOS集成施密特触发器CC40106 2.TTL集成施密特触发器74LS14 第13页，共32页，编辑于2022年，星期一三三施密特触发器的应用举例施密特触发器的应用举例2.用于脉冲鉴幅从一系列幅度不同的脉冲信号中，选出那些幅度大于VT+的输入脉冲。1.用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。第14页，共32页，编辑于2022年，星期一7.2.2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 用555定时器组成单稳态触发器1.电路组成及工作原理（
8、1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态 当vI=1时，电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。（2）vI下降沿触发 当vI下降沿到达时，vO由0跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。第15页，共32页，编辑于2022年，星期一第16页，共32页，编辑于2022年，星期一（3）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，三极管T截止，VCC经R向C充电。时间常数1=RC，vC由0V开始增大，在vC上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。（4）自动返回（暂稳态结束）时间当vC上升至2/3VCC时，vO由1跳变0，三极管T由截止转为饱和导通，电容C经T迅速放电，电压vC迅速降至0V，电路由暂稳态重新转入稳态。第1
9、7页，共32页，编辑于2022年，星期一（5）恢复过程当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的放电三极管 T放电，时间常数 2=RCESC，经过（35）2后，电容C放电完毕，恢复过程结束。第18页，共32页，编辑于2022年，星期一2.主要参数估算主要参数估算(1)输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）上式说明，单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定时元件R、C的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节R、C的取值，即可方便的调节tW。（2）恢复时间tre tre=（35）2（3）最高工作频率fmax vI周期的最小值：Tmin=tWtre 因此，单稳态触发器的最高工作频率应为:第19页，共32页，编
10、辑于2022年，星期一单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用图中，v/O的下降沿比vI的下降沿滞后了时间tW。（2）定时当v/O=1时，与门打开，vO=vF。当v/O=0时，与门关闭，vO为低电平。显然与门打开的时间是恒定不变的，就是单稳输出脉冲v/O的宽度tW。1.延时与定时（1）延时第20页，共32页，编辑于2022年，星期一2.整形整形单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于暂稳态时间。第21页，共32页，编辑于2022年，星期一触摸定时控制开关触摸定时控制开关 555定时器构成单稳态触发
11、器。只要用手触摸一下金属片P，由于人体感应电压相当于在触发输入端（管脚2）加入一个负脉冲，555输出端输出高电平，灯泡（RL）发光，当暂稳态时间（tW）结束时，555输出端恢复低电平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由RC参数调节。第22页，共32页，编辑于2022年，星期一举例：举例：下图题为一心律失常报警电路，图中图题为一心律失常报警电路，图中vI是经过放大后的心电信号，其幅值是经过放大后的心电信号，其幅值vIm=4V。（1）对应）对应vI分别画出图中分别画出图中vo1、vo2、vo三点的电压波形；三点的电压波形；（2）说明电路的组成及工作原理）说明电路的组成及工作原理。
12、第23页，共32页，编辑于2022年，星期一第24页，共32页，编辑于2022年，星期一7.2.3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。一 用555定时器构成的多谐振荡器1.电路组成及工作原理多谐振荡器波形第25页，共32页，编辑于2022年，星期一2.振荡频率的估算振荡频率的估算（3）电路振荡周期T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（4）电路振荡频率f（5）输出波形占空比q（1）电容充电时间T1：（用三要素法计算）（2）电容放电时间T2第26页，共32页，编辑于2022年，星期一二二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 可计算得：T1=0.7R1
13、C T2=0.7R2C 占空比：利用半导体二极管的单向导电特性，把电容C充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。第27页，共32页，编辑于2022年，星期一石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器1.石英晶体的选频特性石英晶体的选频特性有两个谐振频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗X=0；当f=fp时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。由晶体本身的特性决定：fs fp f0（晶体的标称频率）石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达10-1010-11。第28页，共32页，编辑于2022年，星期一2.石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器R1、R2
14、的作用使两个反相器在静态时都工作在转折区，成为具有很强放大能力的放大电路。对于TTL门，常取R1=R2=0.72k，若是CMOS门则常取R1=R2=10100M；C1=C2是耦合电容。石英晶体工作在串联谐振频率f0下，只有频率为f0的信号才能通过，满足振荡条件。因此，电路的振荡频率=f0，与外接元件R、C无关，所以这种电路振荡频率的稳定度很高。（1）串联式振荡器第29页，共32页，编辑于2022年，星期一（2）并联式振荡器）并联式振荡器RF是偏置电阻，保证在静态时使G1工作转折区，构成一个反相放大器。晶体工作在略大于fS与 fP之间，等效一电感，与C1、C2共同构成电容三点式振荡电路。电路的振
15、荡频率=f0。反相器G2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第30页，共32页，编辑于2022年，星期一本章小结本章小结1多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。用555定时器可以组成多谐振荡器，用石英晶体也定时器可以组成多谐振荡器。石英晶体振荡器的特点是fo的稳定性极好。2施密特触发器和单稳态触发器，虽然不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，为数字系统提供标准的脉冲信号。3555定时器是一种用途很广的集成电路，除了能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成各种灵活多变的应用电路。4除了55
16、5定时器外，目前还有556（双定时器）和558（四定时器）等。第31页，共32页，编辑于2022年，星期一课后作业T7.3 555时基集成芯片应用可以归类为哪三种基本电路？T7.7 试用CMOS555时基集成芯片构成一个电路，实现图P7.7所求的波形变换，电源电压 有18V、15V、10V、6V可选用。请画出接线原理图,并标明选用的电源电压值。T7.8 电路如图P7.8所示，设外接二极管为理想二极管，试求占空比q和工作频率fO。T7.9 图P7.9是用两个555时基集成电路接成的延迟时间报警器。细金属丝S放在小偷必经之处，S断后，经过一定的延迟时间后扬声器开始发出报警的声音。若在延时时间内S重新闭合，扬声器不会发出声音。在图中给定的参数下，试求延尽时间t的具体数值和扬声器发出报警声音的频率。图中的G1是CMOS反相器，输出的高电平UOH=12V，输出的低电平UOL=OV。作业图第32页，共32页，编辑于2022年，星期一