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1、 数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的工作信号是离散的脉冲数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。信号。最常用的脉冲信号是方波最常用的脉冲信号是方波(矩形波矩形波)。如何产生方波以及对不理想的方波如何整如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。形，是本章讨论的重点。第1页/共91页脉冲电路分类：脉冲电路作用：脉冲波形的产生和整形。脉冲电路构成：开关电路+RC电路破坏电路的稳态，产生暂态。控制暂稳态时间的长短。脉冲电路与数字电路的比较：单稳态电路（单稳态触发器）多谐振荡（无稳态）电路施密特电路（施密特触发器）数字电路的信号波形也是一种脉冲波形
2、。脉冲电路侧重波形，数字电路侧重逻辑关系。第2页/共91页电容充放电知识复习：(1)电容两端的电压不能突变，Vc（0）Vc（0），电容充放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与 RC有关,工程上取3；（2）开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小，相当短路；充放电结束，电路处于稳态，C支路电流为0，阻抗很大，相当开路；（3）简单RC电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；（4）在简单RC电路中)(tvC=)(vC-)(vC)0(vC+et)()()0()(lntvvvvtCCCC-=+或第3页/共91页本章讲授2 集成门构成的脉冲电路1 555定时器的原理和应用学习要求第4页/共91页1 555定时器
3、的原理和应定时器的原理和应用用 555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。单定时器双极型最后3位数555单极型最后4位数7555双定时器双极型最后3位数556单极型最后4位数7556型号：第5页/共91页一、555555定时器的电路结构和基本功能 555定时器的内部电路包括以下几部分:两个电压比较器:C1、C2;一个基本RS 触发器;一个晶体管T；由三个相等电阻组成的分压器;一个反相器等。1.电路结构第6页/共91页由三个相等电阻组成的分压器一个基本RS 触发器一个晶体管T一个反相器两个电压比较器:C1、C2vo+-84562
4、7131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2T第7页/共91页触发输入端阈值输入端电压控制端复位端低低电平有效放电端4.518V输出端地vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2T第8页/共91页电源电压范围:4.5V 18V555定时器的管脚定时器的管脚图图12345678555VCCD THCOGND TRVoRD电源放电阈值电控压制地触发输出复位第9页/共91页2.2.基本工作状态基本工作状态vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2T 三个电阻构成的分压器给两个比较器提供基准电压:分别为 和 。第10页/
5、共91页001vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2T工作状态：在TH、TR、RD 端施加不同电平的控制信号，得到555的几种不同工作状态。需了解C1、C2、T、Q、Q、Vo 的工作情况。第11页/共91页bTHCOTRD+VccRDvo+-845627131RRRRQQC1C22/3VCC1/3 VCC000111第12页/共91页THCOTRD+VccRDvo+-845627131RRRRQQC1C22VCC/3VCC/311010b第13页/共91页THCOTRD+VccRDVo+-845627131RRRRQQC1C22VCC/32/3 2/3 V
6、CCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 VCC。充电时间决定于RC的大小。V6=VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3VCC时，Vo0，T导通，C放电。V6=
7、VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3
8、 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止2/3VCC tvi00vCt0vot 自动返回（VI1）:第25页/共91页 由以上过程可以看出:每来一次负脉冲,vo 便输出一个正脉冲,其宽度 tW 由 R C 决定。vIvOVCCRCvC0.01uF123487652/3VCCtvi00vC0votttW第26页/共91页 输出脉冲宽度t tw wtw是Vc从0指数上升到2VCC/3时所需的时间注意:tw宽度的增加，将降低定时精度和稳度。tw 的范围为几秒到几分钟。2/3VCCtvi00vC0votttWtw1.1RC第2
9、7页/共91页2/3VccvCvI(S)vO 在充电过程中（C1=1）,如VI再次触发,C2=10,Q仍保持为1，电路状态不变（T 截止，C保持充电状态）。多次触发时的情况：故该电路为不可重复触发型单稳态触发器：vIvOVCCRCvC0.01uF12348765第28页/共91页电路图：可重复触发的单稳态触发器+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvITbT1第29页/共91页可重复触发的单稳态触发器（续）+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvITbT1工作过程b.触发时:a.稳态时:VI=1,T1截止,电路状态同普通单稳。VI=0，电路触发翻转，
10、Vo1VI=0期间,T1导通,电容不能充电。VI=1后，T1截止,电容开始充电。第30页/共91页可重复触发的单稳态触发器（续）+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvITbT1工作过程（续）c.重复触发时:当Vc2/3Vcc Q=0,VO=0,恢复稳态，T导通,电容放电第32页/共91页单稳态触发器的应用一般用于定时定时（产生一定宽度的矩形波）整形整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）延时延时（把输入信号延迟一定时间后输出）第33页/共91页1)1)定时定时3)3)整形整形单稳态微分限幅twtwtwacbd2)2)延时延时第34页/共91页 555 555定
11、时器做多谐振荡器多谐振荡器的特点：（1）不需外触发的自激振荡器；（2）无稳定状态，均为暂稳态；（3）矩形波中含有丰富的高次谐波，习惯称多谐振荡器。第35页/共91页外接R1,R2,C电路：电路：+VccRDvo+-84562713RRRRbQQC1C2TR1CR2V6=VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止第36页/共91页vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2 Vcc通过
12、R1、R2向C充电,在 VC 没有充电到 2VCC/3 之 前,Vo 保持 1 不变。当VC2VCC/3时 Vo由1翻转为 0。T 导通 电容C 经R2、T放电。vC0t0tvoVCC/32VCC/3t1t2t3当Vc降至VCC/3时，使得 Vo回到 1 T截止 电容C 再充电，进入循环.原理原理第37页/共91页VCC/32VCC/3所需的时间：3/1VCC3/2ln2VCRtCCw2=0.7R2C第一个暂稳态的脉冲宽度tw1，Vc从VCC/3充电上升到2VCC/3所需的时间：第二个暂稳态的脉冲宽度tw2，Vc从2VCC/3放电下降到 VCC/33/23/1ln)(21VVVVCRRtCCC
13、CCCCCw1-+=0.7(R+R)C21vOtW2tW1vc)()()0()(lntvvvvtCCCC-=+第38页/共91页占 空 比：频 率：振荡周期：第39页/共91页电路特点：充放电电路各自独立。充电回路：tw1=RACln2放电回路：tw2=RBCln2占空比：q=tw1/(tw1+tw2)=RA/(RA+RB)通过调节R2来调节占空比vOVCCR1C0.01uF12348765R2R3RARB占空比可调占空比可调多谐振荡器多谐振荡器:第40页/共91页 555 555定时器做施密特触发器施密特触发器的特点：（1）双稳态触发器，有两个稳定的状态；（2）电平触发电压达到某个值时电路状
14、态翻转；（3）具有滞后电压传输特性回差特性 （两次翻转输入电平不同）；第41页/共91页 电路电路：2，6端连在一起作为信号输入端+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2vIVcc1 vo1VI2/3VCC时，C10，C21，VO=0构成集电极开路型输出端。第42页/共91页Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压调节回差vivott00UT+UT2VCC/3VCC/3工作原理：工作原理：（a）当Vi 0 时，由于比较器 C1=1、C2=0，触发器置 1，即Q1、0=Q，。升高时，在未到达 2Vcc/3以前，的状态不会改变。VO 1V
15、iVO 1V6=VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止第43页/共91页Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压调节回差vivott00UT+UT2VCC/3VCC/3（b）vi升高到 2VCC/3时，比较器 C1输出为 0、C2输出为 1，触发器置 0，即Q0、1=Q，vo=0。此后，vi上升到 VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3以前，
16、vo0的状态不会改变。（a）当 vi0 时，由于比较器 C1=1、C2=0，触发器置 1，即 Q1、0=Q，vo1。vi升高时，在未到达 2VCC/3以前，vo1的状态不会改变。第44页/共91页Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压调节回差vivott00UT+UT2VCC/3VCC/3（c）vi下降到 VCC/3时，比较器 C1输出为 1、C2输出为 0，触发器置 1，即 Q1、0=Q，vo=1。此后，vi继续下降到 0，但 vo1 的状态不会改变。（b）vi升高到 2VCC/3时，比较器 C1输出为 0、C2输出为 1，触发器置 0，即Q0、
17、1=Q，vo=0。此后，vi上升到 VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3以前，vo0的状态不会改变。（a）当 vi0 时，由于比较器 C1=1、C2=0，触发器置 1，即 Q1、0=Q，vo1。vi升高时，在未到达 2VCC/3以前，vo1的状态不会改变。第45页/共91页下限阈值电压vovi(b)逻辑符号(a)传输特性VTVT+上限阈值电压回差电压（滞后电压）：VT+=2/3VCC;VT-=1/3VCCVT VTVT=1/3VCCvIvO第46页/共91页在7脚外接一电阻，并与VCC1 相连，vO=1时，vO1=VCC1;vO=0时，vO1=0，可以实现电平移动。在5脚上加控制电压VCO
18、可以改变VT+,VT-，以调节回差电压的大小Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压调节回差说明：第47页/共91页施密特触发器的应用：施密特触发器的应用：波形变换三角波、正弦波变换成方波vItvOtVT+VT-VT+VT-vItvOt正弦波方波三角波方波调节VT+,VT-可以改变宽度第48页/共91页波形整形消除噪声干扰vItvOtVT+VT-vItvOtVT+VT-回差电压比较小回差电压比较大第49页/共91页 幅度鉴别vItvOtVT+VT-可以调节VT+作为鉴别门限构成多谐振荡器1vCvOvC0ttvoVCC/32VCC/3第50页/共91页
19、2 2 集成门构成的脉冲电路一、单稳态触发器RC不同接法微分型积分型（没有正反馈，波形不好）1.微分型单稳态触发器vO1vO2G2G1vIvR由与非门和RC 微分电路构成，二个与非门首尾相接交叉耦合，RC 为定时元件。窄脉冲触发RRoff(1)电路构成:vo1vo2RCvivR第51页/共91页(a)稳态vI=1,无触发，电路处于稳态，vO1=0，vO2=1vC0=1=0=1=0vO1vO2G2G1vIvRvIvO1vRvO2（2 2）工作原理：）工作原理：RRoff第52页/共91页vIvO1vRvO2(b)外加触发信号vI=0vO1=1,电容电压不能突变vR=1 vO2=0进入暂稳态vO2
20、=0 vO1=1vO2=0形成正反馈，自锁，vI即使为1也不影响。=0=1=1=0vO1vO2G2G1vIvR第53页/共91页(c)自动返回=1电容C按指数上充电，vR按指数逐渐降低；vO1vO2G2G1vIvRvIvO1vRvO2VTH当vR 下降到达门电路阈值电压（1.4V）时，电路状态将发生翻转vI即使恢复为高电平，由于电路中的正反馈，输出仍能维持。第54页/共91页vR下降，电路状态改变vR下降vO2=1vO1=0电容电压不能突变vC=VTH vR下降VvIvO1vRvO2VTHvO1vO2G2G1vIvR第55页/共91页(d)恢复稳态电容放电，vC恢复电路恢复到稳态vI=1vO1
21、=0vO2=1vR=0vO1vO2G2G1vIvRvIvO1vRvO2VTH第56页/共91页G1的输出电阻vRvO2tWVTH7.00ln-=tW=0.7（R R 0）CvO1vO2G2G1vIvRvRvO1RR00（RR0）CtW=)()(lntvvRR-(vR-)0(vR+（RR0）C-RR R 0VOH(3)(3)输出脉冲宽度输出脉冲宽度t tW WVTH（RR0）C取VOH3.6V R=330 R0=100 VTH=1.4V第57页/共91页tre一般认为经过（35)RC时间，电容已经放电完毕即最大工作频率：vO2(4)(4)恢复时间恢复时间t treretre=(35)RC第58页
22、/共91页（1）微分型单稳态触发器电路适于窄脉冲触发，若宽脉冲触发，输入端需另加微分电路说明：（2）微分型单稳态触发器窄脉冲触发，容易引起误动作；vdvi(RdRon)CdRdvo1vo2RC(Vi)vR(R2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止接通VCC后：C充电，当Vc上升。上电过程（VI1，C21）充电到2VCC/3时:比较器C1=0，将触发器置0，Vo0。T导通,C放电,Vc0比较器C1=C2=1,电路状态不变。电路进入稳态。Vc0，T导通，Vo0。第89页/共91页+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvI第90页/共91页感谢您的观看。第91页/共91页