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1、第十章第十章 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有：一、获取矩形脉冲的方法有：1、脉冲波形发生电路、脉冲波形发生电路2、脉冲波形整形电路、脉冲波形整形电路二、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10.1 概述概述10.2.1 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10.2 施密特触发器（常用的一类脉冲整形电路）施密特触发器（常用的一类脉冲整形电路）回差电压：回差电压：施密特触发器的主要特点：施密特触发器的主要特点：*输入信号在上升和下降过程中，电路状态转输入信号在上升和下降过程中，电路状态转换的输入电平不同换的输入电平不同*电路状态
2、转换时有正反馈过程，使输出波形电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变陡边沿变陡10.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用一、用于波形变换一、用于波形变换二、用于鉴幅二、用于鉴幅三、用于脉冲整形三、用于脉冲整形10.3 单稳态触发器单稳态触发器特点：特点：10.3.1 用门电路组成的单稳态触发器用门电路组成的单稳态触发器一、积分型一、积分型G1和和G2为为TTL门门1、原理分析、原理分析有一个有一个稳态稳态和一个和一个暂稳态暂稳态 在外界触发信号作用下，能从在外界触发信号作用下，能从稳态稳态暂稳态暂稳态，维持一段时间后维持一段时间后自动自动返回稳态返回稳态暂稳态维持的时间长短取决于
3、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2、性能参数计算、性能参数计算输出脉宽：输出脉宽：二、微分型二、微分型 G1和和G2为为CMOS门门1、原理分析、原理分析2、性能参数计算、性能参数计算输出脉宽：输出脉宽：10.3.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器电路结构与工作原理电路结构与工作原理 (74 121)微分型单稳控制附加电路P474:可重复触发可重复触发？不可重复触发不可重复触发？功能表：功能表：P47210.4 多谐振荡器（自激振荡，不需要外加触发信号）多谐振荡器（自激振荡，不需要外加触发信号）10.4.1 对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器一、工作原理一、工作原理（TTL）
4、(1)静态（未振静态（未振荡）荡）时应是不稳定的时应是不稳定的二、电压波形二、电压波形三、振荡频率计算三、振荡频率计算10.4.2 非对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器一、工作原理（一、工作原理（CMOS）二、电压波形二、电压波形10.4.3 环形振荡器环形振荡器一、最简单的环形振荡器一、最简单的环形振荡器二、实用的环形振荡器二、实用的环形振荡器（TTLTTL）10.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器用施密特触发器构成的多谐振荡器10.4.5 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器公元年公元年美国美国 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
5、播电台首先用严济慈制作的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，随石英振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后各国相继采用，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之一。稳频成为压电晶体的最重要应用之一。10.5 555定时器及其应用定时器及其应用10.5.1 555定时器定时器（数（数/模混合模混合IC）一、电路结构一、电路结构由电压比较器由电压比较器C1,C2组成组成触发器触发器输出缓冲器输出缓冲器G3,G4OC输出的三级管输出的三级管555定时器定时器低低低低电平电平触发端触发端高高高高电平电平触发端触发端电压电压控制
6、端控制端复位端复位端低低低低电平有效电平有效放电端放电端电源电源UTHUTRRuoTD的状态的状态XX0UOL导通导通2VCC/3VCC/31UOL导通导通VCC/31不变不变不变不变X2VCC/3VCC/31UOL导通导通VCC/31不变不变不变不变XVCC/31UOH截止截止TRTH一一.电路电路（2）主要静态参数）主要静态参数（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跳跳变变到到低电平低电平VOL时，所对应的输入电压值。图中：时，所对应的输入电压值。图中：VT+=2/3VCC。（b）下下限限阈阈值值电电压压VT vI下下降降过
7、过程程中中，vO由由低低电电平平VOL跳跳变变到到高高电电平平VOH时，所对应的输入电压值。图中：时，所对应的输入电压值。图中：VT=1/3VCC。（c）回差电压回差电压VT 图中：图中：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。一段时间后，自动返回到稳态。（1）无无触触发发信信号号输输入入时时电电路路工工作作在在稳定状态稳定状态
8、 当当vI=1时时，电电路路工工作作在在稳稳定定状状态态，即即vO=0，vC=0。（2）vI下降沿触发下降沿触发 当当vI下下降降沿沿到到达达时时，vO由由0跳跳变变为为1，电路由稳态转入暂稳态。，电路由稳态转入暂稳态。10.5.3 由由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.电路组成及工作原理（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vC上升至上升至2/3VCC时，触发脉冲已消失时，触发脉冲已消失,vO由由1跳变跳变0，三极管，三极管T由截止转为饱和导由截止转为饱和导通，电容通，电容C经经T迅速放电，电压迅速放电，电压vC迅速降至迅速降至0V，电路由暂
9、稳态重新转入稳态。电路由暂稳态重新转入稳态。(3）暂稳态的维持时间）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，三极管在暂稳态期间，三极管T截止，截止，VCC经经R向向C充电。充电。时间常数时间常数1=RC，vC由由0V开始增大，在开始增大，在vC上升到上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。之前，电路保持暂稳态不变。（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极管通过饱和导通的放电三极管 T放电，时间常放电，时间常数数 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。主要参数估算主要参数估算(1)输出脉冲宽
10、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关，调调节节R、C的的取值，即可方便地调节取值，即可方便地调节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: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，
11、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。当当v/O=1时，与门打开，时，与门打开，vO=vF。当。当v/O=0时，时，与门关闭，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）定时定时 2.整形整形单单稳稳态态触触发发器器能能够够把把不不规规则则的的输输入入信信号号vI，整整形形成成为为幅幅度度和和宽宽度度都都相相同同的的标标准准矩矩形形脉脉冲冲vO。vO的的幅幅度度取取决决于于单单稳稳态态电电路路输输出的高、低电平，宽度出的高、低电平，宽度tW决定于
12、暂稳态时间。决定于暂稳态时间。3.触摸定时控制开关触摸定时控制开关 555定定时时器器构构成成单单稳稳态态触触发发器器。只只要要用用手手触触摸摸一一下下金金属属片片P，由由于于人人体体感感应电压相当于在触发应电压相当于在触发输入端（管脚输入端（管脚2）加入一个负）加入一个负脉冲，脉冲，555输出端输出高电平，输出端输出高电平，灯泡（灯泡（RL）发光，当暂稳态发光，当暂稳态时间（时间（tW）结束时，结束时，555输出输出端恢复低电平，灯泡熄灭。端恢复低电平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间定时该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由照明，定时时间可由RC参数参数调节。调节。4.触摸、声控双功能延
13、时灯触摸、声控双功能延时灯555和和T1、R3、R2、C4组组成成单单稳稳定定时时电电路路，定定时时（即即灯灯亮亮）时时间间约约为为1分分钟钟。当当击击掌掌声声传传至至压压电电陶陶瓷瓷片片时时，HTD将将声声音音信信号号转转换换成成电电信信号号，经经T2、T1放大，触发放大，触发555，使，使555输出高电平，触发导通晶闸管输出高电平，触发导通晶闸管SCR，电灯亮；电灯亮；同同样样，若若触触摸摸金金属属片片A时时，人人体体感感应应电电信信号号经经R4、R5加加至至T1基基极极，也也能能使使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：图为一心律失常报警电路，图中图为
14、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。10.5.4 10.5.4 由由555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器接接通通VCC后后，VCC经经R1和和R2对对C充充电电。当当uc上上升升到到2VCC/3时时，uo=0，T导导通通，C通通过过R2和和T放放电电，uc下下降降。当当uc下下降降到到VCC/3时时，uo又又由由0变变为为1，T截截止止，VCC又又经经R1和和R2对
15、对C充充电电。如如此此重重复复上上述述过过程程，在输出端在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。产生了连续的矩形脉冲。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）电容放电时间电容放电时间T2（3）电路振荡周期）电路振荡周期T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（4）电路振荡频率电路振荡频率f（5）输出波形占空比输出波形占空比q 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 利利用用半半导导体体二二极极管管的的单单向向导导电电特特性性，把把电电容容C充充电电和和放放电电回回路路隔隔离离开开来来，再再加加上上一一个个电电位位器器，便便可可构构成成占占空空比比可可调调的的多多谐谐振荡器。振荡器。可计算得：可计算得：T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比：占空比：多谐振荡器应用实例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.双音门铃双音门铃。模拟声响电路模拟声响电路将振荡器将振荡器的输出电压的输出电压uo1，接到振荡器接到振荡器中中555定时器的复定时器的复位端（位端（4脚），当脚），当uo1为高电平时振荡器为高电平时振荡器振荡，为低电平时振荡，为低电平时555定时器复位，振荡器定时器复位，振荡器停止振荡。停止振荡。