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1、脉冲的产生与整形本讲稿第一页，共三十九页5.1 多谐振荡器多谐振荡器 多多谐谐振振荡荡器可以器可以产产生一定生一定频频率、一定幅率、一定幅值值的矩形波或者的矩形波或者方波，广泛方波，广泛应应用于音响、用于音响、报报警警电电路或系路或系统统的的时钟时钟、计时计时等方等方面。面。多多谐谐振振荡荡器器可可以以产产生生连连续续的的、周周期期性性的的脉脉冲冲波波形形。它它是是一一种种自自激激振振荡荡电电路路。多多谐谐振振荡荡器器有有两两个个暂暂稳稳态态，没没有有稳稳态态，工工作作过过程程中中在在两两个个暂暂稳稳态态之之间间按按照照一一定定的的周周期期周周而而复复始始地地依依次次翻翻转转，从从而而产生连续
2、的、周期性的脉冲波形。产生连续的、周期性的脉冲波形。性能特点：性能特点：没有稳态，有没有稳态，有两个暂稳态两个暂稳态。工作工作不需要外加信号源不需要外加信号源，只需要电源。，只需要电源。本讲稿第二页，共三十九页5.1.1 5.1.1 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本讲稿第三页，共三十九页二、带二、带RCRC延迟电路的环形振荡器延迟电路的环形振荡器本讲稿第四页，共三十九页 由阻抗由阻抗频频率特性曲率特性曲线线可知，石英晶体的可知，石英晶体的选频选频特性非常好，它特性非常好，它有一个极有一个极为稳为稳定的串定的串联谐联谐振振频频率率f fS S，且等效品，且等效品
3、质质因数因数Q Q值值很高。很高。当当频频率等于率等于f fS S时时，石英晶体的，石英晶体的电电抗抗为为0 0，而当，而当频频率偏离率偏离f fS S时时，石，石英晶体的英晶体的电电抗急抗急剧剧增大，因此，在串增大，因此，在串联谐联谐振振电电路中，只有路中，只有频频率率为为f fS S的信号最容易通的信号最容易通过过，而其他，而其他频频率的信号均会被晶体所衰减。率的信号均会被晶体所衰减。f fP P是石英晶体的并联谐振频率是石英晶体的并联谐振频率 。为为得得到到频频率率稳稳定定性性很很高高的的脉脉冲冲波波形形，多多采采用用由由石石英英晶晶体体组组成成的的石石英英晶晶体体振振荡荡器器，石石英英
4、晶晶体体的的电电路路符符号号和和阻阻抗抗频频率率特特性性如如图图所示。所示。5.1.2 5.1.2 石英晶体振荡器石英晶体振荡器本讲稿第五页，共三十九页本讲稿第六页，共三十九页 石石英英晶晶体体的的串串联联谐谐振振频频率率f fS S和和并并联联谐谐振振频频率率f fP P仅仅仅仅取取决决于于石石英英晶晶体体的的几几何何尺尺寸寸，通通过过加加工工成成不不同同尺尺寸寸的的晶晶片片，即即可可得得到到不不同同频频率率的的石石英英晶晶体体，并并且且串串联联谐谐振振频频率率f fS S和和并并联联谐谐振振频频率率f fP P的的值值非非常接近。常接近。用石英晶体组成的多谐振荡器分为串联型和并联型两种用石
5、英晶体组成的多谐振荡器分为串联型和并联型两种形式。形式。本讲稿第七页，共三十九页5.2 5.2 施密特触发器施密特触发器 施密特触施密特触发发器可以将器可以将缓缓慢慢变变化的化的输输入波形整形入波形整形为为矩形脉冲，它具矩形脉冲，它具有下述特点：有下述特点：(1)允许输入允许输入信号为信号为缓慢变化缓慢变化的信号。的信号。(2)有有两个阈值两个阈值电压。电压。(3)有两个稳态。有两个稳态。本讲稿第八页，共三十九页正向阈值电压正向阈值电压负向阈值电压负向阈值电压回差电压：回差电压：V VT T V VT TV VT T 滞回电压传输特性滞回电压传输特性，即输入电压的上升过程和下降过程的阈值电平不
6、同。，即输入电压的上升过程和下降过程的阈值电平不同。这是施密特触发器固有的特性。这是施密特触发器固有的特性。本讲稿第九页，共三十九页集成施密特触发器集成施密特触发器 2.TTL集成施密特触发器集成施密特触发器74LS14 1.CMOS集成施密特触发器集成施密特触发器CC40106本讲稿第十页，共三十九页施密特触发器的应用施密特触发器的应用1 1、用于波形变换、用于波形变换本讲稿第十一页，共三十九页2 2、用于鉴幅、用于鉴幅本讲稿第十二页，共三十九页3 3、用于脉冲整形、用于脉冲整形本讲稿第十三页，共三十九页5.3 5.3 单稳态触发器单稳态触发器(1)有一个有一个稳态稳态和一个和一个暂稳态暂稳
7、态。(2)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，维持一段时间后时间后自动自动返回稳态。返回稳态。(3)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。单稳态单稳态触触发发器可以在外部触器可以在外部触发发信号作用下，信号作用下，输输出一个出一个一定一定宽宽度、一定幅度、一定幅值值的脉冲波形。它具有以下特点。的脉冲波形。它具有以下特点。本讲稿第十四页，共三十九页一、微分型单稳态触发器一、微分型单稳态触发器1 1、电路组成及工作原理、电路组成及工作原理微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器本讲稿第十五页，共三十九页 没有触发
8、信号时，电路处没有触发信号时，电路处于稳态于稳态 外加触发信号，电路由稳态翻外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态转到暂稳态 电容充电，电路由暂稳态自动电容充电，电路由暂稳态自动返回至稳态返回至稳态 电路各点工作波形如图所示。电路各点工作波形如图所示。本讲稿第十六页，共三十九页二、单稳态触发器的应用二、单稳态触发器的应用1、定时 由于单稳态触发器能产生一定宽度的矩形脉冲输出，如果利由于单稳态触发器能产生一定宽度的矩形脉冲输出，如果利用这个矩形脉冲作为定时信号去控制某电路，可使其在用这个矩形脉冲作为定时信号去控制某电路，可使其在tW时间内时间内动作。例如，利用单稳态触发器输出的矩形脉冲作为与门输入
9、的动作。例如，利用单稳态触发器输出的矩形脉冲作为与门输入的控制信号，如图所示，则只有在这个矩形波的控制信号，如图所示，则只有在这个矩形波的tW时间内，信号时间内，信号uF才有可能通过与门。才有可能通过与门。本讲稿第十七页，共三十九页单稳态触发器用于定时电路单稳态触发器用于定时电路本讲稿第十八页，共三十九页2 2、延时、延时 单稳态触发器的延时作用不难从微分型单稳态触发器单稳态触发器的延时作用不难从微分型单稳态触发器的工作波形看出。图中输出端的工作波形看出。图中输出端u uo o1 1的上升沿相对于输入信号的上升沿相对于输入信号u ui i的上升沿延迟了一个的上升沿延迟了一个t tW W的时间。
10、单稳态的延时作用常被应的时间。单稳态的延时作用常被应用于时序控制。用于时序控制。3、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u ui i，整形程为幅度和宽，整形程为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲度都相同的标准矩形脉冲u uo o。u uo o的幅度取决于单稳态电路输出的高、的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度决定于暂稳态时间。低电平，宽度决定于暂稳态时间。本讲稿第十九页，共三十九页一、一、555定时器的电路结构定时器的电路结构5.4 集成集成555定时器定时器电压比较器的功能：电压比较器的功能：v+v-，vO=1 v+v-，vO=0由以下几部分组
11、成：由以下几部分组成：（1）三三个个5k电电阻阻组组成成的的分压器。分压器。（2）两个电压比较器）两个电压比较器 C1和和C2。本讲稿第二十页，共三十九页（3）基本）基本RS触发器，触发器，（4）放电三极管）放电三极管T及缓冲器及缓冲器G。电路符号电路符号本讲稿第二十一页，共三十九页工作原理工作原理（1）4脚为复位输入端（脚为复位输入端（RD），当），当RD为低电为低电平时，不管其他输入平时，不管其他输入端的状态如何，输出端的状态如何，输出vo为低电平。正常工为低电平。正常工作时，应将其接高电作时，应将其接高电平。平。（2 2）5脚为电压控制端，脚为电压控制端，当其悬空时，比较当其悬空时，比较
12、器器C1和和C2的比较电压的比较电压分别为分别为2/3VCC 和和1/3VCC。1/3VCC2/3VCC本讲稿第二十二页，共三十九页（3）2脚为触发输入端，脚为触发输入端，6脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器较器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。1/3VCC2/3VCC阈值阈值输入输入阈值阈值输入输入复复位位输输出出vI1vI2RDvo2/3VCC2/3VCC2/3VCC1/3VCC1/3VCC1/3VCC0111010不变不变功能表功能表本讲稿第二十三页，共三十九页二二.用用555定时器构成的
13、施密特触发器定时器构成的施密特触发器1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理1/3VCC2/3VCC本讲稿第二十四页，共三十九页电路符号电路符号本讲稿第二十五页，共三十九页2.电压滞回特性和主要参数电压滞回特性和主要参数 （2）主要静态参数）主要静态参数 （a）上限阈值电压）上限阈值电压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，所所对对应的输入电压值。应的输入电压值。VT+=2/3VCC。（b）下限阈值电压）下限阈值电压VT vI下下降降过过程程中中，vO由由低低电电平平VOL跳跳变变到到高高电电平平VOH时时，所所对对应应的
14、的输输入入电电压值。压值。VT=1/3VCC。（3）回差电压）回差电压VT VT=VT+VT=1/3VCC（1）电压滞回特性）电压滞回特性1/3VCCVoVi0传输特性传输特性VOHVOL2/3VCC1/3VCC2/3VCCVT+VT VTVT+VT VT本讲稿第二十六页，共三十九页电路符号电路符号O2vtO1vtVCC2vO1本讲稿第二十七页，共三十九页0vctvo0t三三 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.电路组成及工作原理电路组成及工作原理2/3VCC1/3VCC本讲稿第二十八页，共三十九页本讲稿第二十九页，共三十九页2.振荡频率的估算振荡频率的估算（1）电容充电
15、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）电电路路振振荡荡周周期期T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（5）输出波形占空比）输出波形占空比q（4）电路振荡频率）电路振荡频率fTT1T20vctvo0t2/3VCC1/3VCC本讲稿第三十页，共三十九页3 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 利利用用二二极极管管的的单单向向导导电电性性，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，再再加加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。可计算得：可计算得：T
16、1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比：占空比：本讲稿第三十一页，共三十九页4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本讲稿第三十二页，共三十九页 （2）双音门铃双音门铃本讲稿第三十三页，共三十九页（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 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。四四 用用555定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理本讲稿第三十四页，共三十九页（2）vI下降沿触发下降沿触发 当当vI下降沿到达时，下降沿到达时，vO由由0跳变
17、为跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。，电路由稳态转入暂稳态。本讲稿第三十五页，共三十九页本讲稿第三十六页，共三十九页（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。（4）自动返回时间）自动返回时间当当vC上升至上升至2/3VCC时，时，vO变变0，电路由暂稳态重新转入稳态。，电路由暂稳态重新转入稳态。（5）恢恢复复过过程程当当暂暂稳稳态态结结束束后后，C通通过过饱饱和和导导通通的的
18、T放放电电，时时间间常常数数 2=RCESC，由于由于RCES很小，所以放电很快。很小，所以放电很快。C放电完毕，恢复过程结束。放电完毕，恢复过程结束。本讲稿第三十七页，共三十九页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）（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 最高工作频率最高工作频率:TTW本讲稿第三十八页，共三十九页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应电电压压相当于在触发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。本讲稿第三十九页，共三十九页