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1、第六章第六章 脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形主要内容：主要内容：介绍用于脉冲信号产生、整形的几种基本电路。介绍用于脉冲信号产生、整形的几种基本电路。1.施密特触发器。施密特触发器。2.单稳态触发器。单稳态触发器。3.多谐振荡器。多谐振荡器。4.555定时器。定时器。16.1 概述概述 1.脉冲幅度脉冲幅度Vm2.脉冲宽度脉冲宽度tW0.5Vm0.5Vm3.上升时间上升时间tr0.1Vm0.9Vm4.下降时间下降时间tf0.9Vm0.1Vm5.周期周期T周期性脉冲信号，两脉冲间的时间间隔周期性脉冲信号，两脉冲间的时间间隔6.频率频率f周期的倒数或每秒钟重复的次数。周期的倒数或每秒钟重复
2、的次数。7.占空比占空比q脉冲宽度与周期之比脉冲宽度与周期之比描述矩形脉冲的几个参数描述矩形脉冲的几个参数理想波形：理想波形：实际波形：实际波形：0.9VmVmtr0.5Vm0.1VmtftWT26.5 555定时器的电路结构与功能定时器的电路结构与功能 6.5.1 555 定时器的电路结构与功能定时器的电路结构与功能 555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的多功定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的多功能中规模集成电路。利用它能极方便地构成施密特触发器，单稳能中规模集成电路。利用它能极方便地构成施密特触发器，单稳态触发器，多谐振荡器等多种电路。在脉冲波形的产生、整形、态触发器
3、，多谐振荡器等多种电路。在脉冲波形的产生、整形、波形变换、定时等方面应用极广。波形变换、定时等方面应用极广。555定时器是由于其型号的最后三位是定时器是由于其型号的最后三位是555而命名的。世界上而命名的。世界上各个厂家都有各自的各个厂家都有各自的555产品。尽管其型号各不相同，但其最后产品。尽管其型号各不相同，但其最后几位都是几位都是555。3电路结构：电路结构：由分压器，由分压器，C1、C2比较器比较器,基本基本 RS触发器，触发器，集电极开路的放电集电极开路的放电三极管三极管TD四部分构成。四部分构成。主要原理：主要原理：定时器的主要功能定时器的主要功能取决于比较器和基取决于比较器和基本
4、本RS触发器。触发器。比较器：比较器：C1输入信号输入信号 vI1（也称也称阈值端阈值端，用，用 TH 标识）标识）C2输入信号输入信号 vI2（也称也称触发端触发端，用，用 TR 标识）标识）+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RDR14C1、C2参考电压由参考电压由电阻分压器和外接电阻分压器和外接控制电压控制电压VCO决定。决定。若外加电压若外加电压VCO则：则：VR1=VCOVR2=1/2VCO基本基本RS触发器：触发器：置置1端端vC2，置置0端端vC1，低电平触发，低电
5、平触发，RD为清零端。为清零端。TD放电管：放电管：工作状态由工作状态由vO决定，工作时需外接电阻和电源。决定，工作时需外接电阻和电源。则：则：VR1=2/3VccVR2=1/3Vcc若若VCO悬空悬空+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RD5由图可知：由图可知：vI1VR1，vI2VR2时，时，vC1=0，vC2=1，置置0有效，有效，Q=0，vO=0,TD导通导通vI1VR2时，时，vC1=1，vC2=1，保持，保持，Q保持，保持，vO保持，保持，TD保持保持vI1VR1，v
6、I2VR1，vI22/3Vcc1/3Vcc0通通11/3Vcc不变不变不变不变12/3Vcc2/3VccVT-vIvOVT+VT-施密特触发器施密特触发器反相输出反相输出施密特触发器施密特触发器86.5.2 用用555构成施密特触发器构成施密特触发器方法：将方法：将vI1和和vI2连在一起做输入端，构成连在一起做输入端，构成反相反相施密特触发器。施密特触发器。(1)vI从从0上升的情上升的情况况1/3VCCvI 2/3VCC时，时，vC1=0，vC2=1，vI1/3VCC时，时，Q=1，vO=1vC1=1，vC2=0，+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G
7、2G3G434172658vI1vI2RDvI9(2)vI从高于从高于 2/3VCC下降的情下降的情况况1/3VCCvI2/3Vcc时，时，vC1=1，vC2=1，Q=0不变，不变，vO=0不变不变Q=1，vO=1，所以所以VT-=1/3VCCvI2/3VCC时，时，Q=0，vO=0vC1=0，vC2=1，+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvI10+UCCuoui15847623555DTH0.01FVCORDTR改变改变5脚的电压值，可改变回差电压，脚的电压值，可改变回差电压，提高抗干扰能力。提高抗干扰能力。
8、回差电压：回差电压：VT=VT+-VT-=1/3Vcc电压传输特性：电压传输特性：vOvIVT-VT+如果参考电压由如果参考电压由UCO提供，提供，则则VT+=UCO，VT=1/2 UCO VT=VT+-VT-=1/2 UCO11集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器集成施密特触发器7413&YACBD&ACBD1Y等效电路等效电路带与非功能的施密特触发器带与非功能的施密特触发器不可调不可调集成施密特触发器集成施密特触发器CC401061vIvO调节调节VDD可调可调12施密特触发器的应用施密特触发器的应用将正弦波、三角波等转换成矩形波将正弦波、三角波等转换成矩形波tvOVT-VT+
9、vIt1vIvO一、用于波形变换一、用于波形变换13tvOVT-VT+tvOVT-VT+1vIvO二、用于脉冲整形二、用于脉冲整形tvOVT-VT+vItvItvIt将不理想的矩形波转换成理想矩形波将不理想的矩形波转换成理想矩形波如上升沿、下降沿不理想，如上升沿、下降沿不理想，寄生振荡，干扰脉冲造成的不理想脉冲寄生振荡，干扰脉冲造成的不理想脉冲14三、用于脉冲鉴幅三、用于脉冲鉴幅将一些不同幅度的脉冲信号加到施密特触发器的输入端时，只有将一些不同幅度的脉冲信号加到施密特触发器的输入端时，只有那些大于那些大于VT+的脉冲才会产生输出信号。的脉冲才会产生输出信号。vItvOtVT+VT-1vIvO1
10、5电路电路84162357555R1R20.01 FLDR+VCCKKA路灯自动开关控制电路路灯自动开关控制电路光照强光照强LDR阻值小阻值小VA2/3VCC 输出低电平输出低电平VT止止K线圈断电线圈断电常闭触点闭合常闭触点闭合灯亮灯亮光敏电阻光敏电阻166.5.3 用用555构成单稳触发器构成单稳触发器单稳态触发器单稳态触发器功能特点：功能特点：1.电路有稳态和暂稳态两个状态。电路有稳态和暂稳态两个状态。2.在触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持在触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持 一段时间后，再自动返回稳态。一段时间后，再自动返回稳态。3.暂稳态维持时间
11、的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲宽暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲宽 度无关。度无关。由外界触发由外界触发自动返回自动返回学习的重点学习的重点:为什么为什么会自动返回？需会自动返回？需多少时间多少时间？vIvO暂稳态暂稳态稳态稳态tW稳态稳态176.5.3 用用555构成单稳态触发器构成单稳态触发器vI2作触发输入，作触发输入，vI1与与vO相接，相接，上接上接R到到VCC，下接下接C到地到地vOtwvI2功能：功能：方法：方法：+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIRC特点：特点：低
12、电平触发低电平触发(1/3VCC），vI1=0，vC1=1，vC2=1，Q=0，vO=0，C上无电荷，上无电荷，TD导通导通C放电，放电，vC下降，下降，当当vC下降到下降到2/3VCC时，时，vC1=0，置置0,Q=0，vO=0，则则TD导通导通+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIRCvC19(2)暂稳态过暂稳态过程程vI下降沿到来时，下降沿到来时，vC2=0，置置1，故故vO=1，进入暂稳态，进入暂稳态，TD止止C充电，当充电，当vC上升到上升到2/3VCC时时，vC1=0，vI2上升沿到来上升沿到来时，
13、时，vC2=1，置置0，vO=0，暂暂稳态结束稳态结束+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIRCvCtvIvOvCt20TD通，通，C放电，放电，vC下降使下降使vCtW，则则vI1=VTH 时，时，vC1=vC2=0，工作不正常。，工作不正常。措施：措施：在输入端加微分网络在输入端加微分网络Rd、Cd（足够小），将宽脉冲变为足够小），将宽脉冲变为窄脉冲。窄脉冲。tvIvOvCttwvdRdCdvIvdvItt+UCC48562713.uCCuOR0.01F23l该电路为不可重复触发的单稳态电路，除此之外还该电
14、路为不可重复触发的单稳态电路，除此之外还有可重复触发的单稳态电路。有可重复触发的单稳态电路。在暂稳态尚未结束时，又在暂稳态尚未结束时，又来一个触发脉冲，此脉冲来一个触发脉冲，此脉冲不会引发新的暂稳态。不会引发新的暂稳态。Retriggers tw如果在暂稳态尚未结束时，如果在暂稳态尚未结束时，又来一个触发脉冲，可再又来一个触发脉冲，可再引发一个暂稳态。引发一个暂稳态。24(1)上升沿触发上升沿触发(2)下降沿触发下降沿触发集成单稳态触发器集成单稳态触发器特点：特点：74121 TTL集成单稳态触发器集成单稳态触发器当当A1A2=0时，时，B上升沿触发上升沿触发当当B=1，A1(或或A2)=1时
15、，时，A2(或或A1)下降沿触发下降沿触发Cext Rext Rin VCCA1A2BvOvOGND16753410 1191474121BtA1ttA2vOttWtWtW(3)暂稳时间可调暂稳时间可调1011914Rint内部有固定电阻，可外接电容内部有固定电阻，可外接电容和电阻。通过调节外部电阻或和电阻。通过调节外部电阻或电容可调暂稳时间电容可调暂稳时间(4)不可重复触发型不可重复触发型25Cext Rext Rin VCCA1A2BvOvOGNDVCCCext16710119145341Rextb.外接电容外接电容Cext，外接电阻外接电阻Rexta.外接电容外接电容Cext，内部电阻内
16、部电阻RintCext Rext Rin VCCA1A2BvOvOGNDVCCC167101191453411011914RintCextRext1011914RintCext两种使用方法两种使用方法2674122、74123可重复触发型可重复触发型74121、74221不可重复触发型不可重复触发型74221、74122、74123还设有直接清零端还设有直接清零端271.脉冲延时脉冲延时单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时。单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时。图单稳电路的延时作用图单稳电路的延时作用 如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳电路来实现。如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用
17、单稳电路来实现。uO的下降沿比的下降沿比uI的下降沿延迟了的下降沿延迟了tw的时间。的时间。单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用282.脉冲定时脉冲定时 单稳态触发器能够产生一定宽度单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲，利用这个脉冲的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在去控制某一电路，则可使它在tw时间内动作时间内动作(或者不动作或者不动作)。图脉冲定时图脉冲定时调整调整 tw=1s，对对uo的脉冲的脉冲计数可构成频率计计数可构成频率计29按一下按一下按钮按钮 S未按未按uo0J的线圈的线圈不通电不通电J 的触点的触点不动作不动作红灯红灯 白灯白灯亮亮灭灭1通电通电闭合闭合亮
18、亮灭灭白灯亮的时间即为曝光时间白灯亮的时间即为曝光时间 TwTw =1.1 R C洗相曝光定时器洗相曝光定时器若若S打开打开,则则 ui =1;若若S合上合上,则则 ui =0。48162357uoui+UCCRCDTHTRSJJ红红白白D1D255530触摸定时控制开关触摸定时控制开关48162357uoP+6VRCuC0.01 F555RL人手触摸人手触摸P,触发，触发，uo高电平高电平,灯亮灯亮tw秒。秒。tw=1.1 RC313.整形整形单稳单稳态触态触发器发器uiuottuiuotwtwtwtw在在uO=1时，输入信号的波动，对输出的信号无影响。时，输入信号的波动，对输出的信号无影响
19、。将不规则波形转换成幅度和宽度一定的矩形波输出脉冲将不规则波形转换成幅度和宽度一定的矩形波输出脉冲326.5.4 用用555定时器接成的多谐振荡器定时器接成的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是一种是一种无稳态无稳态触发器，接通电源后，不需外触发器，接通电源后，不需外加触发信号，就能产生矩形波输出。由于矩形波中含有丰富加触发信号，就能产生矩形波输出。由于矩形波中含有丰富的谐波，故称为多谐振荡器。的谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器是一种常用的脉冲波形发生器，触发器和时序是一种常用的脉冲波形发生器，触发器和时序电路中的时钟脉冲一
20、般是由多谐振荡器产生的。电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的。输出矩形波的频率和占空比可调。输出矩形波的频率和占空比可调。功能特点：功能特点：无稳态；无稳态；输出信号自动地从输出信号自动地从1态翻到态翻到0态，再从态，再从0态翻到态翻到1态，形成矩形脉冲。态，形成矩形脉冲。336.5.4 用用555定时器接成的多谐振荡器定时器接成的多谐振荡器原理：原理：先接成施密特触发器，先接成施密特触发器，再利用再利用RC充放电电路接回充放电电路接回输入端。输入端。设设计计思思想想：利利用用放放电电管管T作作为为一一个个受受控控电电子子开开关关，使使电电容容充充电电、放放电电而而改改变变置置0置置1信信
21、号号，交交替置替置0、置、置1。+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KTDvOG1G2G3G434172658RDR2CR1vOvC+48562713+UCCuOvC.CR1R20.01F34工作过程：工作过程：tvOvCtT1T2波形波形加电时，加电时，vC=0，则，则vO=1，TD 截止。截止。C充电，充电，vC上升。上升。当当vC=2/3VCC时，时，vC1=0，vO=0，TD导通，导通，vO=0，C放电，放电，vC下降下降当当vC=1/3Vcc时，时，vC2=0，vO=1，TD截止，截止，vO=1，C充电，充电，vC上升上升如此循环如此循环.VCC+C1+C2&1vC
22、1vC2QQVR1VR25K5K5KTDvOG1G2G3G434172658RDR2CR1vOvC+35参数计算：参数计算：T1充电：充电：vCtvOtT1T2VCC+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KTDvOG1G2G3G434172658RDR2CR1vOvC+36T2放电：放电：vCtvOtT1T2+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658RDR2CR1vOvC+37占空比占空比怎样获得小于怎样获得小于50%的占空比？的占空比？加二极管改变充放电路径，使得充电快，放电慢。加二极管改变充放电路径，使得充电快，放
23、电慢。例：要求设计多谐振荡器例：要求设计多谐振荡器则则R1=R2=48K+C1+C2VCC1726CR1R2D1D2381 2 3 48 7 6 5+5VvO47K2K47K10F电路图：电路图：使用电阻加电位器以利调节使用电阻加电位器以利调节q39多谐振荡器的应用举例多谐振荡器的应用举例（1）门铃）门铃SB按下，电源接通，振荡，喇叭发出声音按下，电源接通，振荡，喇叭发出声音SB不按，电源断开，振荡器不工作，喇叭不响不按，电源断开，振荡器不工作，喇叭不响T=0.7（10103+2 100 103）0.01 10-6（S）48162357555R1R2CuCuo0.01 FESB100 F10k
24、100k0.01 F840简易电子琴就是通过改变简易电子琴就是通过改变R2 的阻值来改变输出的阻值来改变输出方波的周期方波的周期,使外接的喇叭发出不同的音调使外接的喇叭发出不同的音调。（2）简易电子琴电路简易电子琴电路48162357R1C555uoUCCR21R28S8S141细铜丝置细铜丝置于盗贼必于盗贼必经之路经之路（3）防盗报警电路防盗报警电路84162357555R1R2CuC0.01 FE100 F5.1k100k0.01 FS50K思思考考1、555接成何种电路？接成何种电路？2、简述工作原理？、简述工作原理？多谐振荡器多谐振荡器42（4）水位监控报警电路）水位监控报警电路 水位
25、正常情况下，电容水位正常情况下，电容C被短接被短接,扬声器不发音；扬声器不发音；水位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始工作，水位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始工作，扬声器发出报警。扬声器发出报警。.uC.+UCC4876213CR1R25+433.掌握多谐振荡器的工作特点和主要用途。掌握多谐振荡器的工作特点和主要用途。会分析电路工作原理，画波形会分析电路工作原理，画波形，计算参数周期及脉宽。计算参数周期及脉宽。4.4.了解了解555定时器的内部结构，掌握由定时器的内部结构，掌握由555定时器构成的施密定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作原理及参数计特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作原理及参数计算（会分析电路、画波形、计算参数）算（会分析电路、画波形、计算参数）第第6章章 小结小结1.掌握施密特触发器的工作特点和主要用途。掌握施密特触发器的工作特点和主要用途。会分析电路工作原理，计算参数：会分析电路工作原理，计算参数：VT+、VT-。2.掌握单稳态触发器的工作特点和主要用途。掌握单稳态触发器的工作特点和主要用途。会分析电路工作原理，画波形，计算参数会分析电路工作原理，画波形，计算参数t tw w 。44