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1、电路技术基础电路技术基础第1页，共51页，编辑于2022年，星期日 在在数数字字电电路路或或数数字字系系统统中中,常常需需要要各各种种脉脉冲冲波波形形,如如时时钟钟脉脉冲冲、定定时时信信号号等等。这这些些脉脉冲冲波波形形的的获获得得有有两两种种方方法法：一一是是使使用用脉脉冲冲信信号号产产生生器器直直接接产产生生；二二是是利利用用已已有有的的信信号号对对其其进进行行变变换换，使使之之成成为为满满足足系系统统要要求的脉冲信号。求的脉冲信号。第2页，共51页，编辑于2022年，星期日12.1 概概 述述 在在同同步步时时序序电电路路中中，作作为为时时钟钟信信号号的的矩形脉冲控制和协调着整个系统的工
2、作。矩形脉冲控制和协调着整个系统的工作。第3页，共51页，编辑于2022年，星期日 获获得得矩矩形形脉脉冲冲波波形形的的途途径径有有两两种种：一一种种是是利利用用各各种种形形式式的的多多谐谐振振荡荡器器电电路路直直接接产产生生所所需需要要的的矩矩形形脉脉冲冲。另另一一种种是是通通过过各各种种整整形形电电路路把把已已有有的的周周期期性性变变化化波波形形变变换换为为符符合合要要求求的的矩矩形形脉脉冲冲。当当然然，在在采采用用整整形形的的方方法法获获取取矩矩形形脉脉冲冲时时，是是以以能能够够找找到到频频率率和和幅幅度度都都符符合合要要求求的的一一种种已已有有的的电电压压信号为前提的。信号为前提的。第
3、4页，共51页，编辑于2022年，星期日 正正因因为为时时钟钟信信号号控控制制和和协协调调着着整整个个系系统统的的工工作作，所所以以时时钟钟脉脉冲冲的的特特性性关关系系到到系系统统能能否否正正常常工工作作。通通常常用用图图12.1所所示示的的几几个主要参数来定量描述矩形脉冲的特性。个主要参数来定量描述矩形脉冲的特性。第5页，共51页，编辑于2022年，星期日图图12.1 描述矩形脉冲特性的主要参数描述矩形脉冲特性的主要参数第6页，共51页，编辑于2022年，星期日12.2 555 定定 时时 器器1.555定时器的用途及类型定时器的用途及类型 555定定时时器器是是目目前前应应用用最最多多的的
4、一一种种数数字字-模模拟拟混混合合的的时时基基电电路路，用用它它可可以以构构成成多多谐谐振振荡荡器器、单单稳稳态态电电路路和和施施密密特特电电路路等等脉脉冲冲产产生生和和波波形形变变换换电电路路，所所以以在在波波形形的的产产生生和和变变换换、工工业业自自动动控控制制、定定时时、仿仿真真、家家用用电电器器、电电子子乐乐器器、防防盗盗报报警警等等方方面面获获得了广泛的应用。得了广泛的应用。第7页，共51页，编辑于2022年，星期日 在在目目前前的的集集成成定定时时器器产产品品中中，双双极极型型的的有有5G555（NE555），CMOS型型的的有有CC7555、CC7556等等，器器件件的的电电源源
5、电电压压为为4.5V18V；能提供与能提供与TTL、MOS电路相兼容的逻辑电平。电路相兼容的逻辑电平。第8页，共51页，编辑于2022年，星期日2.CC555定时器的电路结构定时器的电路结构 图图10.2所所示示为为CC7555的的电电路路结结构构图图，CC7555为双列直插式封装，共有为双列直插式封装，共有8个引脚。个引脚。第9页，共51页，编辑于2022年，星期日图图12.2 CC7555集成定时电路集成定时电路第10页，共51页，编辑于2022年，星期日3.CC7555的组成部分及其功能的组成部分及其功能（1）分压器）分压器（2）比较器）比较器（3）基本）基本RS触发器触发器（4）放电管
6、）放电管V（也称开关管）（也称开关管）和输出缓冲器和输出缓冲器 第11页，共51页，编辑于2022年，星期日12.3 多多 谐谐 振振 荡荡 器器 多多谐谐振振荡荡器器是是一一种种自自激激振振荡荡器器，在在接接通通电电源源后后，不不需需要要外外加加触触发发信信号号就就能能自自动动产产生生矩矩形形脉脉冲冲。由由于于矩矩形形波波中中除除基基波波外外，还还有有丰丰富富的的谐谐波波分分量量，故故得得名名多多谐谐振振荡荡器器。时序电路中的时钟信号即为矩形脉冲波。时序电路中的时钟信号即为矩形脉冲波。第12页，共51页，编辑于2022年，星期日图图12.3 多谐振荡器多谐振荡器第13页，共51页，编辑于20
7、22年，星期日12.3.1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.电路结构及工作波形电路结构及工作波形 用用 CC7555构构 成成 的的 多多 谐谐 振振 荡荡 器器 如如 图图12.4（a）所所示示，R1、R2和和C是是外外接接的的定定时时元件。电路的工作波形如图元件。电路的工作波形如图12.4（b）所示。）所示。第14页，共51页，编辑于2022年，星期日图图图图12.4 12.4 由由由由CC7555CC7555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器第15页，共51页，编辑于2022年，星期日2.功能分析功能分析（1）
8、工作原理工作原理（2）电路的特性参数计算）电路的特性参数计算第16页，共51页，编辑于2022年，星期日3.多谐振荡器应用举例：多谐振荡器应用举例：间歇音响电路间歇音响电路第17页，共51页，编辑于2022年，星期日图12.5 间歇音响电路 第18页，共51页，编辑于2022年，星期日12.3.2 石英晶体振荡器石英晶体振荡器1.石英晶体的选频特性石英晶体的选频特性 经经过过加加工工后后的的石石英英晶晶体体，有有其其各各自自固固定定的的共共振振频频率率，其其符符号号和和阻阻抗抗频频率率特特性性如如图图12.6（a）所所示示。由由其其阻阻抗抗频频率率特特性性可可知知，石石英英晶晶体体的的选选频频
9、特特性性极极好好，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晶晶体体，其其他他频频率率信信号号都都会会被被晶晶体体衰衰减减。图图12.6（b）所所示示为为一一种种典典型型的的石英晶体多谐振荡器电路。石英晶体多谐振荡器电路。第19页，共51页，编辑于2022年，星期日图图12.6 石石英英晶晶体体多多谐谐振振荡荡器器第20页，共51页，编辑于2022年，星期日2.石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 在在许许多多应应用用场场合合下下都都对对多多谐谐振振荡荡器器的的振振荡荡频频率率稳稳定定性性有有严严格格的的要要求求。例例如如在在将将多多谐谐振振荡荡器器作作为为数数字字钟钟的的脉脉冲冲源
10、源使使用用时时，它它的的频频率率稳稳定定性性直直接接影影响响着着记记时时的的准准确确性性。在在这这种种情情况况下下，前前面面介介绍绍的的多多谐谐振振荡荡器器电电路路难难以以满满足足要要求求。因因为为在在这这些些多多谐谐振振荡荡器器中中振振荡荡频频率率主主要要取取决决于于门门电电路路输输入入电电压压在在充充、放放电电过过程程中中达达到到转转换换电电平平所所需需要要的的时时间，所以频率稳定性不可能很高。间，所以频率稳定性不可能很高。第21页，共51页，编辑于2022年，星期日 为为了了得得到到稳稳定定度度很很高高的的脉脉冲冲信信号号，目目前前普普遍遍采采用用在在多多谐谐振振荡荡电电路路中中接接入入
11、石石英英晶晶体体，组组成成石石英英晶晶体体多多谐谐振振荡荡器器，其其电电路路如如图图12.6（b）所示。）所示。第22页，共51页，编辑于2022年，星期日12.4 单单 稳稳 态态 触触 发发 器器 单单稳稳态态触触发发器器只只有有一一个个稳稳态态，另另外外还还有有一一个个暂暂稳稳态态。在在外外加加信信号号的的作作用用下下，单单稳稳态态触触发发器器能能够够从从稳稳态态翻翻转转到到暂暂稳稳态态，经经过过一一定定的的时时间间后后又又自自动动返返回回稳稳态态，电电路路在在暂暂稳稳态态的的时间等于单稳态触发器输出脉冲的宽度。时间等于单稳态触发器输出脉冲的宽度。第23页，共51页，编辑于2022年，星
12、期日单稳态触发器的工作特性具有如下显著特点。单稳态触发器的工作特性具有如下显著特点。它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。在在外外界界触触发发脉脉冲冲作作用用下下，能能从从稳稳态态翻翻转转到到暂暂稳稳态态，在在暂暂稳稳态态维维持持一一段段以以后后，再再自自动动返回稳态。返回稳态。第24页，共51页，编辑于2022年，星期日 暂暂稳稳态态维维持持时时间间的的长长短短取取决决于于电电路路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。由由于于具具备备这这些些特特点点，单单稳稳态态触触发发器器被被广广泛泛应应用用于于脉脉冲冲整整形形、
13、延延时时（产产生生滞滞后后于于触触发发脉脉冲冲的的输输出出脉脉冲冲）以以及及定定时时（产产生生固固定定时时间间宽度的脉冲信号）等。宽度的脉冲信号）等。构构成成单单稳稳态态触触发发器器的的电电路路很很多多，例例如如可可采采用用门门电电路路组组成成微微分分型型单单稳稳态态触触发发器器和和积积分分型型单单稳稳态态触触发发器器，本本节节主主要要介介绍绍由由集集成成555定时器构成的单稳态触发器。定时器构成的单稳态触发器。第25页，共51页，编辑于2022年，星期日12.4.1 用用555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器1.电路结构电路结构 如如图图12.7（a）所所示示为为用用555定
14、定时时器器构构成的单稳态触发器电路。成的单稳态触发器电路。第26页，共51页，编辑于2022年，星期日图12.7用555定时器构成的单稳态触发器 第27页，共51页，编辑于2022年，星期日2.功能分析功能分析3.电路参数电路参数 要要求求输输入入触触发发脉脉冲冲的的宽宽度度T0TW，单单稳稳态态触触发发器器方方能能由由暂暂稳稳态态返返回回稳稳态态。若若T0TW时，可在输入端加时，可在输入端加RC微分电路。微分电路。第28页，共51页，编辑于2022年，星期日12.4.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器1.集成单稳态触发器的类型集成单稳态触发器的类型 目目前前集集成成单单稳稳态态触触发发器器
15、的的产产品品很很多多，可分为两大类：可分为两大类：一类是可重复触发的单稳态触发器，一类是可重复触发的单稳态触发器，另另一一类类为为非非重重复复触触发发单单稳稳态态触触发发器器，其图形符号如图其图形符号如图12.8（a）、（）、（b）所示。）所示。第29页，共51页，编辑于2022年，星期日图图12.8 集成单稳态触发器图形符号集成单稳态触发器图形符号第30页，共51页，编辑于2022年，星期日2.集成单稳态触发器的功能集成单稳态触发器的功能 可可重重复复触触发发单单稳稳态态触触发发器器在在受受触触发发进进入入暂暂稳稳态态后后，若若在在暂暂稳稳态态结结束束前前的的某某时时刻刻有有新新的的触触发发
16、，则则触触发发器器可可以以接接受受该该新新触触发发信信号号的的作作用用，重重新新开开始始暂暂稳稳态态过过程程，并并从从该该时时刻刻起起重重新新计计算算暂暂稳稳态态维维持持时时间间TW，如如图图12.9所所示示。由由此此可可知知，利利用用重重触触发发脉脉冲冲，可以产生持续时间很长的输出脉冲。可以产生持续时间很长的输出脉冲。第31页，共51页，编辑于2022年，星期日图图12.9 用重复触发脉冲控制输出脉冲宽度用重复触发脉冲控制输出脉冲宽度第32页，共51页，编辑于2022年，星期日 此此外外，还还可可以以用用复复位位端端输输入入信信号号控控制制输输出脉冲宽度，使出脉冲宽度，使TW减小，如图减小，
17、如图12.10所示。所示。图12.10 用复位输入控制输出脉冲宽度 第33页，共51页，编辑于2022年，星期日12.4.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用1.用于脉冲信号的延时、定时用于脉冲信号的延时、定时 单稳态触发器可用于脉冲信号的延时、单稳态触发器可用于脉冲信号的延时、定时与整形。定时与整形。第34页，共51页，编辑于2022年，星期日2.用于脉冲信号的整形用于脉冲信号的整形 单稳态触发器还可用于把不规则的脉单稳态触发器还可用于把不规则的脉冲信号整形为规则的矩形波，因为单稳态冲信号整形为规则的矩形波，因为单稳态电路一经触发，由稳态进入暂稳态，输出电路一经触发，由稳态进入暂稳态，输
18、出信号就与输入信号状态无关，保持一个固信号就与输入信号状态无关，保持一个固定的幅度，直至经过定的幅度，直至经过tW后回到稳态。因此，后回到稳态。因此，若有不规则脉冲若有不规则脉冲uI触发单稳态触发器，其触发单稳态触发器，其输出是具有一定宽度输出是具有一定宽度(tW)、幅度，边沿陡峭、幅度，边沿陡峭的矩形波，如图的矩形波，如图12.12所示。所示。第35页，共51页，编辑于2022年，星期日图12.12 单稳态触发器的整形 第36页，共51页，编辑于2022年，星期日12.5 施施 密密 特特 触触 发发 器器12.5.1 施密特触发器施密特触发器1.施密特触发器施密特触发器施施密密特特触触发发
19、器器是是一一种种波波形形变变换换电电路路，它它应应用很广。它在性能上有如下两个重要特点。用很广。它在性能上有如下两个重要特点。第37页，共51页，编辑于2022年，星期日 输输入入信信号号从从低低电电平平上上升升的的过过程程中中，电电路路状状态态转转换换时时对对应应的的输输入入电电平平，与与输输入入信信号号从从高高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。电平下降过程中对应的输入转换电平不同。在在电电路路状状态态转转换换时时，通通过过电电路路内内部部的的正正反反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。第38页，共51页，编辑于2022年，星期日2.电压传输特性电压传
20、输特性 施施密密特特触触发发器器的的电电压压传传输输特特性性如如图图12.13（a）所所示示，图图形形符符号号如如图图12.13（b）所所示。示。第39页，共51页，编辑于2022年，星期日图图12.13 施密特触发器施密特触发器第40页，共51页，编辑于2022年，星期日12.5.2 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 如图如图12.14（a）所示为一个用）所示为一个用555定时定时器构成的施密特触发器电路。器构成的施密特触发器电路。图图12.14（b）是当触发信号为正弦波）是当触发信号为正弦波时，输出信号的工作波形。时，输出信号的工作波形。第41页，共51页，编辑于
21、2022年，星期日图12.14 用555定时器构成施密特触发器 第42页，共51页，编辑于2022年，星期日12.5.3 施密特触发器应用施密特触发器应用1.波形变换波形变换 利利用用施施密密特特触触发发器器状状态态转转换换过过程程中中的的正正反反馈馈，可可以以把把边边沿沿变变化化缓缓慢慢的的周周期期性性信信号号，例例如如三三角角波波或或正正弦弦波波，转转变变为为边边沿沿很很陡的矩形波，如图陡的矩形波，如图12.15（a）、（）、（b）所示。）所示。第43页，共51页，编辑于2022年，星期日图图12.15 施密特触发器用作波形变换施密特触发器用作波形变换第44页，共51页，编辑于2022年，
22、星期日2.波形的整形波形的整形 施施密密特特触触发发器器可可以以使使产产生生畸畸变变的的脉脉冲冲波波形形整整形形为为矩矩形形脉脉冲冲，只只要要施施密密特特触触发发器器的的UT+和和UT-设设置置的的合合适适，就就可可以以收收到到满满意意的整形效果，如图的整形效果，如图12.16所示。所示。第45页，共51页，编辑于2022年，星期日图图12.16 施密特触发器对畸变波形整形施密特触发器对畸变波形整形第46页，共51页，编辑于2022年，星期日3.幅度的鉴别幅度的鉴别 施施密密特特触触发发器器可可用用作作阈阈值值电电压压探探测测器器，对对输输入入信信号号的的幅幅度度进进行行鉴鉴别别。如如图图12
23、.17所所示示是是其其输输入入、输输出出电电压压波波形形，幅幅度度超超过过UT+的的脉脉冲冲使使施施密密特特触触发发器器动动作作，在在输输出出端端就就能能得得到到一一个个矩矩形形脉脉冲冲，这这样样，就就能能鉴鉴别别输输入信号的幅度是否超过规定值入信号的幅度是否超过规定值UT+。第47页，共51页，编辑于2022年，星期日图12.17 阈值电压探测器输入输出波形 第48页，共51页，编辑于2022年，星期日4.组成多谐振荡器组成多谐振荡器 采采用用施施密密特特触触发发器器还还可可以以组组成成多多谐谐振振荡荡器器，如如图图12.18（a）、（b）所所示示为为其其电电路和工作波形图。路和工作波形图。
24、第49页，共51页，编辑于2022年，星期日图图12.18 用施密特触发器组成的多谐振荡器用施密特触发器组成的多谐振荡器 第50页，共51页，编辑于2022年，星期日 工工作作原原理理如如下下：当当施施密密特特触触发发器器的的输输入入端端为为低低电电平平时时，输输出出为为高高电电平平，电电容容C通通过过R充充电电，输输入入端端电电压压随随着着C的的充充电电而而上上升升，当当uC达达到到正正向向阈阈值值电电压压UT+时时，施施密密特特触触发发器器翻翻转转，输输出出低低电电平平，电电容容C通通过过R放放电电，输输入入端端电电压压随随着着C的的放放电电而而逐逐渐渐降降低低，当当下下降降到到负负向向阈阈值值电电压压UT-时时，施施密密特特触触发发器器又又翻翻转转输输出出高高电电平平，如如此此周周而而复复始始，电电路就输出了连续的矩形波。路就输出了连续的矩形波。另外，采用施密特触发器还可以组成另外，采用施密特触发器还可以组成单稳态触发器及脉冲展宽器。单稳态触发器及脉冲展宽器。第51页，共51页，编辑于2022年，星期日