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1、 第第6 6章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形一、获取矩形脉冲的方法一、获取矩形脉冲的方法一、获取矩形脉冲的方法一、获取矩形脉冲的方法6.1 概述概述二、描述矩形脉冲特性的主要参数二、描述矩形脉冲特性的主要参数二、描述矩形脉冲特性的主要参数二、描述矩形脉冲特性的主要参数1.1.脉冲波形发生电路脉冲波形发生电路脉冲波形发生电路脉冲波形发生电路2.2.脉冲波形整形电路脉冲波形整形电路脉冲波形整形电路脉冲波形整形电路Vm脉冲幅度脉冲幅度TW正脉正脉冲宽度冲宽度Tr上升上升时间时间占空比占空比：q=TW/T脉冲周期脉冲周期如何学习本章的分立电路与集成器件？如何学习本章的分立电路与集成器件？
2、一、分立的施密特、单稳、多谐电路的种类较多，一、分立的施密特、单稳、多谐电路的种类较多，只分析一种类型的工作原理，目的是使学习者了解其电只分析一种类型的工作原理，目的是使学习者了解其电路特点和相关概念，不要求掌握内部参数计算和画内部路特点和相关概念，不要求掌握内部参数计算和画内部过程的波形。过程的波形。二、集成施密特、单稳等电路只需掌握二、集成施密特、单稳等电路只需掌握vO与与vi之之间的关系，内部电路及其工作原理不介绍，也不做要间的关系，内部电路及其工作原理不介绍，也不做要求。求。三、三、555定时器是一种常用的数模混合集成电路，定时器是一种常用的数模混合集成电路，既要理解内部的结构既要理解
3、内部的结构,也要熟练掌握外部连接。由也要熟练掌握外部连接。由555定时器构成的施密特、单稳和多谐电路是本章的重点。定时器构成的施密特、单稳和多谐电路是本章的重点。施密特触发器适用于缓慢变化的信号，当输入信号施密特触发器适用于缓慢变化的信号，当输入信号渐变渐变达到某一定电压值时，输出电压会发生达到某一定电压值时，输出电压会发生突变突变(电路状态转换时有电路状态转换时有正反馈过程正反馈过程)。电路有电路有两个两个阈值电压（阈值电压（VT+，VT-）。）。输入信号增加和减少时，输入信号增加和减少时，电路的阈值电压不同，电路具有如下图所示的传输特性电路的阈值电压不同，电路具有如下图所示的传输特性。VT
4、+VT_VT+VT_vovIvovI施密特触发器的工作特点：施密特触发器的工作特点：6.2 施密特触发器施密特触发器正向传输正向传输特性特性(VT+)负向传输负向传输特性特性(VT-)图图6.2.2 P-3116.2.1 6.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器工作原理工作原理工作原理工作原理(V(VT+T+)门的正负向阈值电门的正负向阈值电压压VTH都是都是VDD/2图图3.3.12 P-81VT+VT_00vi是渐变是渐变,vo是突变是突变.vI而触发器正向阈而触发器正向阈值值VT+与负向阈与负向阈值值VT-不同不
5、同求求VT-VT+VT_11vi是渐变是渐变,vo是突变是突变.vI结论结论:施密特触发器施密特触发器有两个有两个阈值电压（阈值电压（VT+，VT-）。）。6.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器器件实例器件实例器件实例器件实例 7413 7413 7413 7413施密特触发器的应用施密特触发器的应用一一一一、波形的变换波形的变换波形的变换波形的变换 vovIvov vT2v vT1ttt合理选择回差电压，可消除干扰信号。合理选择回差电压，可消除干扰信号。为去掉干扰信号为去掉干扰信号回差电压应如何选择？回差电压应如何选择？6.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用二二、幅度鉴别幅度
6、鉴别vovI00ttVth(VT+)6.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用三、波形整形三、波形整形三、波形整形三、波形整形1 1、单稳态触发器特点：、单稳态触发器特点：在外界触发信号作用下，电路能从在外界触发信号作用下，电路能从在外界触发信号作用下，电路能从在外界触发信号作用下，电路能从稳态稳态稳态稳态暂稳态暂稳态暂稳态暂稳态，维持一段时间后维持一段时间后维持一段时间后维持一段时间后自动自动自动自动返回稳态。返回稳态。返回稳态。返回稳态。暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数。暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数。暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数。暂稳态维持的时间长短取决于电
7、路内部参数。6.2.3 单稳态触发器单稳态触发器电路有一个电路有一个电路有一个电路有一个稳态稳态稳态稳态和一个和一个和一个和一个暂稳态暂稳态暂稳态暂稳态。2 2、关于、关于“单稳态单稳态”、“双稳态双稳态”、“无稳无稳”的概念的概念触发器有触发器有“0”和和“1”两个稳定状态两个稳定状态,故又可其为故又可其为双稳态双稳态电路电路1G1G1和和和和G2G2为为为为TTLTTL门电路门电路门电路门电路1 1 1 1、工作原理分析、工作原理分析、工作原理分析、工作原理分析图图6.3.5 P-322101100110稳态稳态暂稳态暂稳态0 1二、积分型单稳电路二、积分型单稳电路二、积分型单稳电路二、积
8、分型单稳电路输出脉宽：输出脉宽：tTR tw也就是也就是暂稳态的时间暂稳态的时间2.2.性能参数计算性能参数计算求求tw利用一阶利用一阶RC电路公式电路公式结论：单稳电路有多种，但动作特点是一样的。结论：单稳电路有多种，但动作特点是一样的。6.3.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器一一、集成单稳态触发器、集成单稳态触发器74 121电路结构电路结构 和框图和框图 Cext RextCextUo RintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121等效内部电路见等效内部电路见 P-324输入端：输入端：A1、A2、B，输入触发脉冲，输入触发脉冲外接元件端：外接元件端：Rext
9、、Cext，决定暂稳态的时间。，决定暂稳态的时间。输 入输 出A1A2BvO0X101X0101XX00111X01电平电平触发触发111110XX0脉冲脉冲触发触发二、集成单稳态触发器二、集成单稳态触发器二、集成单稳态触发器二、集成单稳态触发器7412174121的功能表的功能表的功能表的功能表表表6.3.1 P3251 1、不可重复触发、不可重复触发触发进入暂稳态时，再加触发脉冲无效触发进入暂稳态时，再加触发脉冲无效tUITWUOt2 2、可重复触发、可重复触发触发进入暂稳态时，再次触发有效，触发进入暂稳态时，再次触发有效，输出脉冲可再维持一个脉宽。输出脉冲可再维持一个脉宽。tUIUOtT
10、W三、分类三、分类四四、集成单稳态触发器应用、集成单稳态触发器应用tw6.4 6.4 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器 V VCCCC 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡器，电路在接通电源后无是一种自激振荡器，电路在接通电源后无是一种自激振荡器，电路在接通电源后无是一种自激振荡器，电路在接通电源后无需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形波脉冲波需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形波脉冲波需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形波脉冲波需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形波脉冲波或方波。或方波。或方波。或方波
11、。振荡器特点：不需触发信号振荡器特点：不需触发信号,无输入端。无输入端。开开开开关关关关电电电电路路路路 延时环节延时环节延时环节延时环节开关器件：产生高、低电平；开关器件：产生高、低电平；多谐振荡器电路应由哪几部分组成？多谐振荡器电路应由哪几部分组成？反馈延迟环节：反馈延迟环节：利用利用RC电路的充放电特性电路的充放电特性实现延时，将输出电压恰当地实现延时，将输出电压恰当地反馈给开关器件使之改变输出反馈给开关器件使之改变输出状态，以获得所需要的振荡频状态，以获得所需要的振荡频率。率。多谐振荡器组成多谐振荡器组成6.4.1 对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器1、电路组成（、电路组成（TTL门）门
12、）2、工作原理、工作原理则则暂态暂态：vI1=1、vO1=0、v0 2=1；设某一时刻，电路出现设某一时刻，电路出现vI1 ，vO1=0、vO2=1的状态，的状态，C1充电充电 v i2 =VTH 时，时，进入暂态进入暂态：vi1 =0、vo1=1、vo2=0C2充电充电 vi1 =VTH 时时 G1导通导通 vO1=0 vi1 vo1=1返回暂态返回暂态 G2导通导通 vo2=0C1开始充电、开始充电、C2 放电放电1010103 3、电压波形、电压波形、电压波形、电压波形101001振荡器进入第一暂态振荡器进入第一暂态,C1充电充电,C2放电放电.振荡器进入第二暂态振荡器进入第二暂态,C1
13、放电，放电，C2充电充电.结论结论：多谐振荡器只有两个暂态多谐振荡器只有两个暂态,暂态时间由充电参数决定。暂态时间由充电参数决定。这里参数计算不作要求。这里参数计算不作要求。图图6.4.5 P3311、组成、组成利用门电路的传输延迟时间利用门电路的传输延迟时间t tpd pd，将奇数个反相器首尾相接。将奇数个反相器首尾相接。vO1vO2vO31G11G21G32、工作波形、工作波形tvO1tvO2tvO3tpd3、计算、计算TW=nt tpd；T=2TW=2ntpd；一般，一般，tpd =TTL类几十类几十 nsCMOS类几百类几百ns（所以，环形振荡器所以，环形振荡器的振荡频率的振荡频率f
14、f 特别高）特别高）为了获得较低的、可调的为了获得较低的、可调的f f，可在环形回路中增加，可在环形回路中增加RCRC延时环节。延时环节。TWn n是门的数目。是门的数目。环形振荡器工作原理环形振荡器工作原理环形振荡器工作原理环形振荡器工作原理0101101004 4、实用的环形振荡器、实用的环形振荡器、实用的环形振荡器、实用的环形振荡器用施密特触发器构成多谐用施密特触发器构成多谐用施密特触发器构成多谐用施密特触发器构成多谐3 3、构成矩形波振荡器构成矩形波振荡器 CvovIR1vovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t0110C充电充电C放电放电4、电路改进、电路改进占空比可调电路如图
15、：占空比可调电路如图：1CvIvOR2R1+充电经过充电经过R2，放电经过，放电经过R1，T1=R2C ln VDD-VT-VDD-VT+T2=R1C ln VT+VT-q=T1/TT=T1+T2调节调节R1 或或 R2 ，即可调节，即可调节qP-487 年年美国美国 卡第提出用石英压电效应调制电卡第提出用石英压电效应调制电磁振荡的频率。磁振荡的频率。巴黎广播电台首先用严济慈制作的石英振巴黎广播电台首先用严济慈制作的石英振荡片实现了无线电播音中的稳频，随后各国荡片实现了无线电播音中的稳频，随后各国相继采用，使无线广播振荡电磁回路稳频成相继采用，使无线广播振荡电磁回路稳频成为压电晶体的最重要应用
16、之一。为压电晶体的最重要应用之一。6.4.5 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器6.5.1 555定时器定时器（数（数/模混合模混合IC）一、电路结构一、电路结构一、电路结构一、电路结构 分压电路：分压电路：分压电路：分压电路：VCC/3，2VCC/3。6.5 6.5 555 555定时器及其应用定时器及其应用定时器及其应用定时器及其应用 基本基本基本基本RSRS触发器触发器触发器触发器 输出缓冲器（输出缓冲器（输出缓冲器（输出缓冲器（GG3 3,G,G4 4）开关三极管（开关三极管（开关三极管（开关三极管（T TD D）,受受受受GG3 3输出状态控制输出状态控制输出状态控制输出状态控制,
17、即与即与即与即与v vOO状态有关状态有关状态有关状态有关。电压比较器：电压比较器：电压比较器：电压比较器：C1为反相比较器为反相比较器,C2为同相比较器。为同相比较器。二二二二、555555定时器的框图与片端定时器的框图与片端定时器的框图与片端定时器的框图与片端低电平触发端低电平触发端高电平触发端高电平触发端放电端放电端置置0端端电源端电源端外接电压端外接电压端输出端输出端接地端接地端2、6、7、5、3五端之间的关系一定要清楚！五端之间的关系一定要清楚！三、功能表三、功能表三、功能表三、功能表输输输输 入入入入输输输输 出出出出 (4 4)v vI1I1(6 6)v vI2I2(2 2)Vo
18、(Vo(3 3)T TD D(7 7)0 0 X X X X 0 0导通导通导通导通 1 1 0 0导通导通导通导通 1 1不变不变不变不变不变不变不变不变 1 1 1 1截止截止截止截止 1 1 1 1截止截止截止截止010导通导通1010111截止截止图图6.5.1 P-348表表 6.5.1 555定时器功能表定时器功能表 1100 Vo和和TD状态状态 维持不变维持不变010截止截止复习基本复习基本SR触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能结论：结论：在在 4端端=高电平条件下，只高电平条件下，只要要2端端 ，则，则Vo=1。输输输输 入入入入输输输输 出出出出 0 0 X X X X 0
19、0导通导通导通导通 1 1 0 0导通导通导通导通 1 1不变不变不变不变不变不变不变不变 1 1 1 1截止截止截止截止 1 1 1 1截止截止截止截止6.5.2 6.5.2 用用用用555555定时器接成施密特触发器定时器接成施密特触发器定时器接成施密特触发器定时器接成施密特触发器2 2、工作原理、工作原理1 1、电路组成、电路组成6.5.3 6.5.3 用用用用555555定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入 a a、接通电源、接通电源，设，设vC
20、C=0,=0,vo o=0,=0,TD导通，电路进入稳态。导通，电路进入稳态。vc=02 2、工作原理、工作原理1 1、电路组成、电路组成vI1=0vI2=10VCC只要只要vI1(VCC/3)，vo=0的的稳态一直维持下去。稳态一直维持下去。t vO VOH o vI o t vC o 1 3 VCC 2 3 VCC t t2 t1 0、用、用、用、用555555定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入b b、当输入信号、当输入信号下降沿下降沿到达时到达时,
21、电路进入暂稳态电路进入暂稳态 。tWtw=RCRC c c、电容放电、电容放电,电路自动返回到稳态电路自动返回到稳态 1、工作原理、工作原理单稳的低电平触发脉冲单稳的低电平触发脉冲间隔时间若小于间隔时间若小于tW，会会出现什么情况？出现什么情况？暂稳态时间暂稳态时间暂稳态时间暂稳态时间t tWW推导推导推导推导 o t o tvoVOH o vIt 0 vC23VCC13VCCtW5端外接电源的单稳电路+Et0t0t0vIvC23VCC13VCCvOtW 单稳触发脉冲低电平单稳触发脉冲低电平时间过长问题。时间过长问题。解决办法解决办法:在触发端加微分电路在触发端加微分电路.如果低电平时间超过如
22、果低电平时间超过1.1RC,则单稳态时间则单稳态时间tW无法计算。无法计算。习题：习题：3 3、用用用用555555定时器组成可重复触发单稳定时器组成可重复触发单稳定时器组成可重复触发单稳定时器组成可重复触发单稳55576218435RR1CT+-vovIVCC0.01 F00 0tttvIvCvOVCCVCCtW(补充题补充题,不作要求不作要求)、用、用、用、用555555定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器R1R2vO 2 3 VCC 1 3 VCC vC 0 t1 不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输
23、输 入入截止截止导通导通（P-353）1、电路组成、电路组成2、工作原理、工作原理设设vC在初在初始时间为始时间为0.555555定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器R1R2v 2 3 VCC 1 3 VCC vC 0 t2 t2=R2CR2C 不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入振荡周期振荡周期:T=t1+t2=(R1+2R2)Cln2问题问题：如果如果5端外端外接电源接电源E，将有什，将有什么区别么区别？占空比可调的多谐振荡器占空比可调的多谐振荡器 图示电路是用两个图示电路是用两个555定时器接
24、成的开机延时报警器。当开关定时器接成的开机延时报警器。当开关S断开后，经过一定的延迟时间后扬声器发出声音。如果在延迟时间断开后，经过一定的延迟时间后扬声器发出声音。如果在延迟时间内内S重新闭合，扬声器不会发出声音。在图中给定的参数下，求延重新闭合，扬声器不会发出声音。在图中给定的参数下，求延迟时间的具体数值和扬声器发出声音的频率。已知迟时间的具体数值和扬声器发出声音的频率。已知G1是是CMOS反反相器，输出的高、低电平分别为相器，输出的高、低电平分别为VOH12V，VOL0V。习题习题习题习题6.31 6.31 构成延迟报警器构成延迟报警器构成延迟报警器构成延迟报警器延迟时间：延迟时间：tW
25、RC扬声器频率：扬声器频率：图图 用用 555 定时器构成的模拟声响发生器定时器构成的模拟声响发生器(a)电路图；电路图；(b)波形图波形图 构成模拟声响发生器构成模拟声响发生器某年试题：（某年试题：（1 1）.两片两片555555各组成什么电路？各组成什么电路？（2 2）.简要分析各电路及简要分析各电路及LEDLED管闪烁的原理。管闪烁的原理。（3 3）.求发亮、熄灭的时间和闪烁周期。求发亮、熄灭的时间和闪烁周期。构成构成构成构成间歇间歇间歇间歇闪光闪光闪光闪光灯灯灯灯解：解：U1构成多谐构成多谐,U2构成单稳。构成单稳。VOH vo1 13VCC t2 t1 t023VCCvC2vo2t0
26、t0 vo1为高电平时间为高电平时间：t1=0.7(R1+R2)C1 vo1为低电平时间为低电平时间：t2 2C1,LED发亮时间：发亮时间：t3=R3C2ln3LED熄灭时间：熄灭时间：t4=t1+t2t3LED闪烁周期：闪烁周期：T=t1+t2t3本章作业本章作业6.25;6.26;6.28;6.29;6.31;1.实验内容实验内容：中规模计数器中规模计数器 时间：星期天下午时间：星期天下午本本 周周 实实 验验3.分分 组：组：一组一组14:30 ；二组；二组16：300000 0001 0010 0011 1001 0101 0100 、画出用、画出用74161和和7400构成构成7进制计数器的电路图。进制计数器的电路图。、画出用、画出用7490和和7400构成构成7进制计数器的电路图。进制计数器的电路图。Q3Q2Q1Q0 0000 0001 0010 0011 0110 0101 0100 用同步置用同步置0法法2.预习要求：预习要求：0110、用、用7490分别接成五进制和十进制计数器。分别接成五进制和十进制计数器。用异步置用异步置9法法