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1、 教学要求 一.重点掌握的内容：(1)555定时器及其应用.(2)石英晶体多谐振荡器.二.一般掌握的内容：(1)施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作特点和典型应用。(2)施密特触发器、单稳态触发器输入电压与输出电压之间的关系；多谐振荡器振荡周期的估算方法。第1页/共55页10.1 概述矩形脉冲信号的获取方法有两种：产生:不用信号源，加上电源自激振荡，直接产生波形。整形:输入信号源进行整形.脉冲产生电路:多谐振荡器脉冲整形（变换）电路:施密特触发器、单稳态触发器第2页/共55页脉冲周期T脉冲幅度Vm脉冲宽度上升时间tr下降时间tf占空比：第3页/共55页施密特触发器是一种能够把输入波形整
2、形成为适合于 数字电路需要的矩形脉冲的电路。10.2 施密特触发器第4页/共55页10.2.1 用门电路组成的施密特触发器设G1、G2阈值电压VTHVDD/2，R1R2（否则电路进入自锁状态,不能正常工作）010第5页/共55页正向阈值电压负向阈值电压回差电压：VT VTVT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同。这是施密特触发器固有的特性。同相输出的施密特触发器反相输出的施密特触发器第6页/共55页10.2.3 施密特触发器的应用1.用于波形变换：第7页/共55页2.用于脉冲整形：第8页/共55页3.用于脉冲鉴幅：施密特触发器能将幅度大于VT+的脉冲选出。第9页/共5
3、5页4.用于构成多谐振荡器：第10页/共55页本节小结施密特触发器具有两个稳定的状态，是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及555定时器构成。施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。第11页/共55页10.3 单稳态触发器工作特点：1、电路中有一个稳态和一个暂稳态两个工作状态；2、在外界触发脉冲作用下，电路能从稳态翻转至暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动翻转至稳态；3、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无关。第12页/共55页10.3.1 用门电路组成
4、的单稳态触发器 单稳态触发器因为电路具有一个稳定状态而得名。它由两个门电路、一个RC电路组成。它的暂稳态通常都是靠RC电路的充、放电过程来维持的，根据RC电路的不同接法，分为微分型和积分型。第13页/共55页010101 稳态 没有触发器电平时，vI为低电平，vO为低电平，vO1为高电平。第14页/共55页 稳态至暂稳态 当vI正跳变时，vO1由高到低，vI2为低电平。于是vO为高电平。即使vI 触发器信号撤除，由于vO的作用，vO1仍可为低电平。11010第15页/共55页 暂稳态至稳态 暂稳态期间，电源经电阻R和门G1对电容C充电，vI2升高，当vI2=VTH时，vO下降，vO1上升，但使
5、vI2再次升高，最终vO1=1，vO=0。00101脉冲宽度要窄tW=0.69RC第16页/共55页 当vI的脉冲宽度很宽时，在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路，否则，在电路由暂稳态返回到稳态时，由于门G1被vI封住了，会使vo的下降沿变缓。第17页/共55页10.3.2 集成单稳态触发器功能表见表10.3.1tW=0.69RextCext第18页/共55页图10.3.10第19页/共55页 外接电阻（下降沿触发）内部电阻（上升沿触发）第20页/共55页 目前使用的集成单稳态触发器有不可重复触发型和可重复触发型两种。不可重复触发的单稳态触发器一旦被触发进入暂稳态后，再加入触发脉冲不会影响
6、电路的工作过程，必须在暂稳态结束后，才接受下一个触发脉冲而转入暂稳态。可重复触发的单稳态触发器进入暂稳态后，如果再次加入触发脉冲，电路将重新被触发，使输出脉冲再继续维持一个tW宽度。不可重复触发型可重复触发型第21页/共55页10.3.3 单稳态触发器的应用1、定时只有在脉冲宽度 tpo内的信号才能通过。第22页/共55页2、延时与整形 可将脉冲宽度不等的矩形脉冲整形成脉冲宽度相等的矩形波。第23页/共55页通常噪声多表现为尖脉冲，宽度较窄，而有用的信号都具有一定的宽度。因此，利用单稳态电路，将输出脉宽调节到大于噪声宽度而小于信号宽度即可消除噪声。3、消除噪声第24页/共55页本节小结单稳态触
7、发器具有一个稳态和一个暂稳态。在单稳态触发器中,由稳态到暂稳态需要输入触发脉冲,暂稳态的持续时间即脉冲宽度是由电路的阻容元件RC决定的,与输入信号无关。单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。单稳态触发器可以用于产生固定宽度的脉冲信号，用途很广。第25页/共55页10.4 多谐振荡器 多谐振荡器又称无稳电路，主要用于产生各种方波或时间脉冲信号。它是一种自激振荡器，在接通电源之后，不需要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲波。由于矩形脉冲波中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯上又把矩形波振荡器称为多谐振荡器。性能特点：没有稳态，有两个暂稳态。工作不需要外加信号源，只需要电源。第26
8、页/共55页10.4.1 对称式多谐振荡器T1.3RFC第27页/共55页10.4.2 非对称式多谐振荡器T2.2RFC第28页/共55页10.4.3 环形振荡器 利用延迟负反馈产生振荡。将任何大于、等于3的奇数个反相器首尾相连接成环形电路，都能产生自激振荡。电路简单，但不实用。101010101010T=2ntpd第29页/共55页10.4.4 施密特触发器构成的多谐振荡器第30页/共55页10.4.5 石英晶体多谐振荡器 在许多应用场合下都对多谐振荡器的振荡频率稳定性有严格的要求。前面几种电路频率稳定性不是很高。在对频率稳定性有较高要求时，应采用石英晶体多谐振荡器。电路的振荡频率取决于石英
9、晶体的固有振荡频率。第31页/共55页本节小结 多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。工作不需要外加信号源，只需要电源。要想得到频率稳定性高的多谐振荡器时，应采用石英晶体多谐振荡器。第32页/共55页10.5 555定时器及其应用 555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路。该电路功能灵活、适用范围广，只要外围电路稍作配置，即可构成单稳态触发器、多谐振荡器或施密特触发器，因而可应用于定时、检测、控制、报警等方面。第33页/共55页 集成555定时器因为其内部有3个精密的5K电阻而得名。后来国内外许多公司和厂家都相继生产出双极型和CMOS型555集成电路。虽然CMOS型3个分压电阻不再是5
10、K,但仍然延用555名称。目前一些厂家在同一基片上集成2个555单元，型号后加556，同一基片上集成4个555单元，型号后加558。第34页/共55页集成555定时器具体元件简介 555定时器的封装一般有两种：八脚圆形封装 八脚双列直插式封装。第35页/共55页10.5.1 555定时器的电路结构与功能放电三极管精密电阻比较器SR锁存器第36页/共55页控制电压触发输入 复位端输出放电端阈值输入 电源516V第37页/共55页注意：工作中不使用VCO时，一般都通过一个0.01F的电容接地(交流接地），以旁路高频干扰。当VCO悬空时，VR1=2/3Vcc,VR2=1/3Vcc比较器C1输出vC1
11、=0,比较器C2输出vC2=1，SR锁存器置0，TD导通，同时vO为低电平。01010比较器C1输出vC1=1,比较器C2输出vC2=1，SR锁存发器状态保持不变，TD和vO均保持不变。11比较器C1输出vC1=1,比较器C2输出vC2=0，SR锁存器置1，TD截止，同时vO为高电平。10101比较器C1输出vC1=0,比较器C2输出vC2=0，SR锁存器违反约束条件，输出为1，TD截止。00101第38页/共55页由电路框图和功能表可以得出如下结论：1555定时器有两个阈值电压，分别是 和 。2输出端3脚和放电端7脚的状态一致，输出低电平对应放电管饱和，在7脚外接有上拉电阻时，7脚为低电平。
12、输出高电平对应放电管截止，在有上拉电阻时，7脚为高电平。3.输出端状态的改变有滞回现象，回差电压为 。第39页/共55页10.5.2 555定时器接成施密特触发器二六搭一第40页/共55页8462153Vcc交流接地VT-VT+回差电压:第41页/共55页第42页/共55页VT+=VCOVT-=1/2VCO回差电压:第43页/共55页10.5.3 555定时器接成单稳态触发器七六搭一，上R下C 第44页/共55页vI下降沿到达,vO输出高电平，TD截止，VCC经R向C充电，当vC=2/3VCC时，触发器翻转，vO输出低电平，TD导通，电容C经TD迅速放电。vI下一个下降沿到达,重复上述过程。0
13、01100010第45页/共55页w特性：n这个单稳态触发器是负脉冲触发的。n稳态时，这个单稳态触发器输出低电平。n暂稳态时，这个触发器输出高电平。n该电路输出脉冲宽度为tw1.1RC。第46页/共55页10.5.4 555定时器接成多谐振荡器充电时间：放电时间：振荡周期：T=0.69(R1+2R2)C输出脉冲占空比:例10.5.1第47页/共55页占空比可调的多谐振荡器输出脉冲占空比:第48页/共55页输出脉冲占空比:第49页/共55页P505 题10.26两个555定时器均接成了多谐振荡器。I输出接IIVCO,控制其阈值电压VT+和VT-。I的输出高低电平的持续时间决定了电路高低音持续时间
14、，II的频率决定了高低音频率。第50页/共55页（1）vO1的高电平持续时间为：此时，vO1为11V.VCC=12V,由叠加定理可求得右边555定时器5脚电压VCO=8.8V.因此，VT+=8.8V,VT-=4.4V片555定时器振荡频率，及扬声器声音的周期为：第51页/共55页（2）vO1的低电平持续时间为：此时，vO1为0.2V.VCC=12V,由叠加定理可求得右边555定时器5脚电压VCO=6V.因此，VT+=6V,VT-=3V片555定时器振荡频率，及扬声器声音的周期为：因此可知，高音频率为876Hz，持续时间1.04s。低音频率为611Hz，持续时间1.1s。第52页/共55页8462153Vcc本节小结555定时器接成施密特触发器回差电压：第53页/共55页555定时器接成单稳态触发器tw1.1RC负脉冲触发，脉冲宽度：555定时器接成多谐振荡器振荡周期：T=0.69(R1+2R2)C第54页/共55页感谢您的观看！第55页/共55页