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1、第七章第七章 脉脉冲冲电电路路概述概述集成集成555555定时器定时器施密特触发器施密特触发器单稳态触发器单稳态触发器多谐振荡器多谐振荡器1、概述、概述理想的脉冲信号：理想的脉冲信号：非理想的脉冲信号：非理想的脉冲信号：脉冲幅度脉冲幅度Um：脉冲电压的最大幅度值；：脉冲电压的最大幅度值；脉冲宽度脉冲宽度tW：Um起到起到Um为止的一段时间。为止的一段时间。上升时间上升时间tr:UmUm所需的时间。所需的时间。下降时间下降时间tf:UmUm所需的时间。所需的时间。脉冲周期脉冲周期T：在周期性重复的脉冲系列在周期性重复的脉冲系列中，两个相邻脉冲间的间隔时间。中，两个相邻脉冲间的间隔时间。脉冲频率脉
2、冲频率f：单位时间内脉冲重复的次单位时间内脉冲重复的次数数f=1/T。占空比占空比D：脉冲宽度与脉冲周期的比值脉冲宽度与脉冲周期的比值D=tw/T。如何获得脉冲信号？如何获得脉冲信号？（1）利用整形电路对不符合要求的脉冲信号）利用整形电路对不符合要求的脉冲信号进行整形；进行整形；（2）利用脉冲振荡器直接产生脉冲信号；）利用脉冲振荡器直接产生脉冲信号；主要介绍中规模集成电路主要介绍中规模集成电路555定时器定时器以及以及555定时器构成的几种脉冲电路：定时器构成的几种脉冲电路：施密特触发器施密特触发器单稳态触发器单稳态触发器多谐振荡器多谐振荡器2、集成、集成555定时器定时器 555 555定时
3、器是一种多用途的单片集成电路。定时器是一种多用途的单片集成电路。在外部配上少许阻容元件，便能构成多谐振荡器、在外部配上少许阻容元件，便能构成多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器等电路。单稳态触发器和施密特触发器等电路。（1 1）555555定时器的电路结构与工作原理定时器的电路结构与工作原理 下图为集成下图为集成5G7555CMOS5G7555CMOS定时器的内部电路结定时器的内部电路结构图和逻辑符号。构图和逻辑符号。（1）电阻分压器）电阻分压器（2）直接复位端）直接复位端一、一、555555定时器的电路结构定时器的电路结构由以下几部分组成：由以下几部分组成：（1 1）三个阻值为）三个阻值为
4、5k5k的电阻组成的分压器。的电阻组成的分压器。（2 2）两个电压比较器）两个电压比较器C C1 1和和C C2 2。电压比较器的功能：电压比较器的功能：v v+v v-，v vO O=1=1 v v+v v-，v vO O=0=0（3 3）基本）基本RSRS触发器、触发器、（4 4）放电三极管）放电三极管T T及缓冲器及缓冲器G G。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为低电平时，为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平。为低电平。正常工作时，应将其接高电平。正常工作时，应将其接高电平。（2 2）5脚为电
5、压控制端，当其悬空时，比较器脚为电压控制端，当其悬空时，比较器C1和和C2的比较电压分别为的比较电压分别为2/3VCC 和和1/3VCC。（3）2脚为触发输入端，脚为触发输入端，6脚为阈值输入端，两端脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器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。vUoUo确定参考电确定参考电位位vUI1UI1和和UI2UI2两者都两者都小于各自的参考电小于各自的参考电压时，压时，UoUo=1=1，放电放电管截止；管截止；vUI1UI1和和UI2UI2两者都两者都大于各自的参考电大于各自的参考电压时，压时，
6、UoUo=0=0，放电放电管导通；管导通；3 3、施密特触发器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，具有回差电压特性，能将边沿能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。1.1.电路组成及电路组成及工作原理工作原理用用555555定时器构成定时器构成的施密特触发器的施密特触发器2.电压滞回特性和主要参数（1）电压滞回特性（a a）上上限限阈阈值值电电压压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，所所对对应应的的输输入入电压值。电压值。VT+=2/3VCC。（b
7、 b）下下限限阈阈值值电电压压VT vI下下降降过过程程中中，vO由由低低电电平平V 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电压压值值。VT=1/3VCC。（3 3）回差电压）回差电压VT VT=VT+VT=1/3VCC（2 2）主要静态参数）主要静态参数 二二 集成施密特触发器集成施密特触发器 1.CMOS 1.CMOS集成施密特触发器集成施密特触发器CC40106CC40106 2.TTL 2.TTL集成施密特触发器集成施密特触发器74LS14 74LS14 三 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
8、成为符合换成为符合TTL系统要求的脉冲波形。系统要求的脉冲波形。2.2.用用作作整整形形电电路路把把不不规规则则的的输输入入信信号号整整形形成成为矩形脉冲。为矩形脉冲。(波形的转换波形的转换)3.3.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，选出那些幅度大于中，选出那些幅度大于V VT+T+的输入脉冲。的输入脉冲。8.4 8.4 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；暂稳状态维发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持持tW一段时间后，自动返回到稳态一段
9、时间后，自动返回到稳态,并在其输出端产并在其输出端产生一个宽度为生一个宽度为tW的矩形脉冲。的矩形脉冲。通常把单稳态的暂稳态停留时间称作延迟时间，延通常把单稳态的暂稳态停留时间称作延迟时间，延迟时间的长短仅取决于电路的有关参数，而与触发迟时间的长短仅取决于电路的有关参数，而与触发脉冲的宽度无关。脉冲的宽度无关。1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理1 1）无触发信号输入时电）无触发信号输入时电路工作在稳定状态路工作在稳定状态 当当v vI I=1=1时，电路工作在稳时，电路工作在稳定状态，即定状态，即v vO O=0=0，v vC C=0=0。（2 2）v vI I下降沿触发下降沿触发 当当
10、v vI I下降沿到达时，下降沿到达时，v vO O由由0 0跳变为跳变为1 1，电路由稳态转，电路由稳态转入暂稳态。入暂稳态。（3 3）暂稳态的维持时间）暂稳态的维持时间在在暂暂稳稳态态期期间间，三三极极管管T T截截止止，V VCCCC经经R R向向C C充充电电。时时间常数间常数1 1=RCRC，v vC C由由0V0V开开始始增增大大，在在v vC C上上升升到到2/3V2/3VCCCC之之前前，电电路路保保持持暂稳态不变。暂稳态不变。（4 4）自动返回（暂稳态结束）时间）自动返回（暂稳态结束）时间当当v vC C上升至上升至2/3V2/3VCCCC时，时，v vO O由由1 1跳变跳
11、变0 0，三极管，三极管T T由截止由截止转为饱和导通，转为饱和导通，电容电容C C经经T T迅速放电，电压迅速放电，电压v vC C迅速降至迅速降至0V0V，电路由暂，电路由暂稳态重新转入稳态。稳态重新转入稳态。（5）恢复过程）恢复过程 当暂稳态结束后，电容当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的放电三通过饱和导通的放电三极管极管 T放电，时间常数放电，时间常数 2=RCESC，经过（，经过（35）2后，电容后，电容C放电完毕，恢复过程结束。放电完毕，恢复过程结束。2.2.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）上上式式说说明明，单单稳稳态态触
12、触发发器器输输出出脉脉冲冲宽宽度度tW仅仅决决定定于于定定时时元元件件R、C的的取取值值，与与输输入入触触发发信信号号和和电电源源电电压压无无关，调节关，调节R、C的取值，即可方便的调节的取值，即可方便的调节tW。（2）恢复时间）恢复时间tre: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 因此，单稳态触发器的最高工作频率应为因此，单稳态触发器的最高工作频率应为:二二 集成单稳态触发器集成单稳态触发器74121 A1和和A2是两个下降沿有效的触发信号输入端，是两个下降沿有效的触发信号输入端，B是上升沿有效的触发信号输入端。是上
13、升沿有效的触发信号输入端。集成单稳态触发器集成单稳态触发器7412174121的外部元件连接方法的外部元件连接方法:（a a）使用外部电阻）使用外部电阻Rext且电路为下降沿触发的连接方式且电路为下降沿触发的连接方式.（b b）使用内部电阻）使用内部电阻Rint且电路为上升沿触发的连接方式。且电路为上升沿触发的连接方式。7412174121的主要参数的主要参数 (1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度tW 使用外接电阻：使用外接电阻：tW RextC 使用内部电阻：使用内部电阻：tW RintC（2）输入触发脉冲最小周期）输入触发脉冲最小周期Tmin Tmin=tWtre tre是恢复时间。是恢复时间。
14、（3）周期性输入触发脉冲占空比）周期性输入触发脉冲占空比q 定义：定义：q=tW/T 最大占空比：最大占空比：qmax=tW/Tmin74121内部内部电阻电阻=2k，外接电阻外接电阻Rext可在可在1.440k之间选之间选择，外接电容择，外接电容C可在可在10pF10F之间选择，所以，当之间选择，所以，当R=2k时，时，最大占空比最大占空比qmax为为67%；当；当R=40k时，时，最大最大占空比占空比qmax可达可达90%。三三 单稳态触发器的应用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。（
15、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，与门关闭，时，与门关闭，vO为低电平。为低电平。显然与门打开的时间是显然与门打开的时间是恒定不变的，就是单稳恒定不变的，就是单稳输出脉冲输出脉冲v/O的宽度的宽度tW。2.2.整形整形 单稳态触发器能够把不规则的输入信号单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整形，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决决定于暂稳态时间。定于暂稳态时间。3.3.触摸定时控制开关触摸定时控制开
16、关 555定时器构成单稳态定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一触发器。只要用手触摸一下金属片下金属片P，由于人体感，由于人体感应电压相当于在触发输入应电压相当于在触发输入端（管脚端（管脚2）加入一个负）加入一个负脉冲，脉冲，555输出端输出高输出端输出高电平，灯泡（电平，灯泡（RL）发光，）发光，当暂稳态时间（当暂稳态时间（tW）结束）结束时，时，555输出端恢复低电输出端恢复低电平，灯泡熄灭。平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可间定时照明，定时时间可由由RC参数调节。参数调节。4.4.触摸、声控双功能延时灯触摸、声控双功能延时灯555和和T1、R3、R2
17、、C4组成单稳定时电路，定时（即灯亮）时间组成单稳定时电路，定时（即灯亮）时间约为约为1分钟。当击掌声传至压电陶瓷片时，分钟。当击掌声传至压电陶瓷片时，HTD将声音信号转换将声音信号转换成电信号，经成电信号，经T2、T1放大，触发放大，触发555，使，使555输出高电平，触发导输出高电平，触发导通晶闸管通晶闸管SCR，电灯亮；，电灯亮；同样，若触摸金属片同样，若触摸金属片A时，人体感应电信号经时，人体感应电信号经R4、R5加至加至T1基极，基极，也能使也能使T1导通，触发导通，触发555，达到上述效果。，达到上述效果。举例：举例：8.4.3 图题图题8.4.3为一心律失常报警电路，图中为一心律
18、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。8.3 8.3 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。1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理一一 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2.2.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
19、容放电时间T2（3）电路振荡周期）电路振荡周期T （4）电路振荡频率）电路振荡频率fT=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（5）输出波形占空比）输出波形占空比q 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 利用半导体二极管的单向导电特性，把电容利用半导体二极管的单向导电特性，把电容C充电和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。比可调的多谐振荡器。可计算得：可计算得：T1R1C T2R2C占空比：占空比：2.2.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）串联式振荡器v石英晶体工作在
20、串联谐石英晶体工作在串联谐振频率振频率f0下，只有频率为下，只有频率为f0的信号才能通过，满足的信号才能通过，满足振荡条件。因此，电路的振荡条件。因此，电路的振荡频率振荡频率=f0，与外接元与外接元件件R、C无关，以这种电无关，以这种电路振荡频率的稳定度很高。路振荡频率的稳定度很高。vR1、R2的的作用作用使使两个反相器两个反相器在静态时都在静态时都工作在转折工作在转折区，成为具区，成为具有很强放大有很强放大能力的放大能力的放大电路。电路。v对于对于TTL门，门，常取常取R1=R2=0.72k，若是若是CMOS门则常取门则常取R1=R2=10100M；C1=C2是耦合电容。是耦合电容。（2 2
21、）并联式振荡器）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，构成一工作转折区，构成一个反相放大器。个反相放大器。晶体工作在略大于晶体工作在略大于fS与与 fP之间，等效一电感，与之间，等效一电感，与C1、C2共共同构成电容三点式振荡电路。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还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。荡电路工作的影响。四多谐振荡器应用实例四多谐振荡器应用实例1.简易温控报警器简易温控报警器2.2.双音门铃双音门铃。3.3.秒脉冲发生器秒脉冲发
22、生器CMOS石英晶体多谐振荡器产生石英晶体多谐振荡器产生f=32768Hz的基准信的基准信号，经号，经T/触发器构成的触发器构成的15级异步计数器分频后，便可级异步计数器分频后，便可得到稳定度极高的秒信号。得到稳定度极高的秒信号。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。本章小结本章小结1 1多多谐谐振振荡荡器器是是一一种种自自激激振振荡荡电电路路，不不需需要要外外加加输输入入信信号号，就就可可以以自自动动地地产产生生出出矩矩形形脉脉冲冲。用用555555定定时时器器可可以以组组成成多多谐谐振振荡荡器器，用用石石英英晶晶体体也也定定时时器器
23、可可以以组组成成多多谐谐振振荡荡器器。石石英英晶晶体体振振荡荡器器的的特特点点是是f fo o的的稳稳定定性性极好。极好。2 2施施密密特特触触发发器器和和单单稳稳态态触触发发器器，虽虽然然不不能能自自动动地地产产生生矩矩形形脉脉冲冲，但但却却可可以以把把其其它它形形状状的的信信号号变变换换成成为为矩形波，为数字系统提供标准的脉冲信号。矩形波，为数字系统提供标准的脉冲信号。3 3555555定定时时器器是是一一种种用用途途很很广广的的集集成成电电路路，除除了了能能组组成成施施密密特特触触发发器器、单单稳稳态态触触发发器器和和多多谐谐振振荡荡器器以以外外，还可以接成各种灵活多变的应用电路。还可以接成各种灵活多变的应用电路。4 4除除了了555555定定时时器器外外，目目前前还还有有556556（双双定定时时器器）和和558558（四定时器）等。（四定时器）等。