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1、中职 电子线路（第3版）第20章电子课件 （高教版）第第20章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换20.1 555定时器定时器20.2 施密特触发器施密特触发器20.3 单稳态触发器单稳态触发器20.4 多谐振荡器多谐振荡器20.5 555定时器应用实例与实验定时器应用实例与实验20.1 555定时器定时器 555 555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成定时器是一种将模拟电路和数字电路集成定时器是一种将模拟电路和数字电路集成定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。用它可以构成单稳态触发器、于一体的电子器件。用它可以构成单稳态触发器、于一体的电子器件。用它可以构成单稳态
2、触发器、于一体的电子器件。用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。555555定定定定时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。泛应用。泛应用。泛应用。20.1.1 55520.1.1 555定时器的结构及工作原理定时器的结构及工作原理定时器的结构及工作原理定时器的结构及工作原理1.1.分压器：分压器：分压器：分压器：由三个等值电阻构
3、成由三个等值电阻构成由三个等值电阻构成由三个等值电阻构成2.2.比较器：比较器：比较器：比较器：由电压比较器由电压比较器由电压比较器由电压比较器C1C1和和和和C2C2构成构成构成构成3.3.R-SR-S触发器触发器触发器触发器4.4.放电开关管放电开关管放电开关管放电开关管T T2/3 UCC2/3 UCC1/3 UCC011/3 UCC112/3 UCC1/3 UCC00RDSDV6V2比较结果比较结果比较结果比较结果1/3 UCC不允许不允许2/3 UCC+C1+C2.5K5K5KVAVBUCCRDSD562V V6 6V V2 22/3 2/3 U UCCCC1/3 2/3 2/3 U
4、 UCCCC1/3 1/3 U UCCCC2/3 1/3 1/3 U UCCCCQ QT T1 10 0保持保持保持保持导通导通导通导通截止截止截止截止保持保持保持保持综上所述，综上所述，综上所述，综上所述，555功能表为：功能表为：功能表为：功能表为：QQRDSDT输出输出输出输出R RD DS SD D1 10 01 10 01 11 1Q QT T1 10 0保持保持保持保持导通导通导通导通截止截止截止截止保持保持保持保持20.2 施密特触发器施密特触发器 施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路，它在性能上有两个重要特点：第一，输入信号从低电平上升的过程中，电路输出状态转换时对应
5、的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同；第二，在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈使输出电压波形的边沿变得很陡。利用这两个特点，不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平的噪声有效地清除。20.2.1 555定时器电路组成的施密特触发器定时器电路组成的施密特触发器1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理图20.2 555 定时器构成的施密特触发器2.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a）电路符号 （b）电压传输特性图20.3 施密特触发器的电路符号和电压传输特性（2）主要静态参数）
6、主要静态参数上限阈值电压UT+当uI上升过程中，输出电压uO由高电平UOH跳变到低电平UOL时，所对应的输入电压值，为上限阈值电压UT+。一般情况下：UT+=下限阈值电压UT当uI下降过程中，uO由低电平UOL跳变到高电平UOH时，所对应的输入电压值为下限阈值电压UT。一般情况下：UT=回差电压UT回差电压又叫滞回电压，定义为：UT=UT+UT=若在电压控制端uIC（5 脚）外加电压US，则将有UT+=US、UT=US/2、UT=US/2，而且当改变US时，它们的值也随之改变。表20.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器带与非功能的TTL集成施密特触发器74LS132 20.2.3 施密特
7、触发器的应用施密特触发器的应用 1.用于波形变换将输入信号的正弦波，转换成为符合将输入信号的正弦波，转换成为符合TTL系统要求的脉冲波形。系统要求的脉冲波形。用施密特触发器实现波形变换2.用作整形电路用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。输出输出输入输入UT+UT-3.用用于于脉脉冲冲鉴鉴幅幅从从一一系系列列幅幅度度不不同同的的脉脉冲冲信信号号中中，选出那些幅度大于选出那些幅度大于UT+的输入脉冲。的输入脉冲。uIOu1ItuT-T+U0UOu0t20.3 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点：单稳态触发器的工作特性具有
8、如下的显著特点：第一，它有稳态和暂稳态两个工作状态；第一，它有稳态和暂稳态两个工作状态；第二，在外界的触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳第二，在外界的触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态；态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态；第三，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与第三，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。触发脉冲的宽度和幅度无关。20.3.1 用用555构成单稳态触发器构成单稳态触发器图20.8 555构成的单稳态触发器 图20.9 单稳态电路的工作波形20.3.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器
9、集成单稳态触发器分为两大类：可重触发和不可重触发。集成单稳态触发器双可重触发单稳态触发器输 入输 出TRTR+Q00110100110110174LS123功能表 74LS123正常工作的连接图 1.脉冲的整形 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输出的高、低电平，宽度路输出的高、低电平，宽度tW决定于暂稳态时间。决定于暂稳态时间。20.3.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用2.脉冲信号的延时脉冲信号的延时如图所示是利用单稳
10、态电路的输出uO作为其他电路的触发信号的例子。由图可知，uO1的下降沿比输入触发信号uI的下降沿延迟了tW的时间。因此利用uO1下降沿去触发其他电路，就比直接用uI的下降沿触发延迟了tW时间，这就是单稳态电路的延时作用。单稳态电路的延时作用示意图3.脉冲信号的定时脉冲信号的定时 单稳态电路的定时作用 单稳态电路能产生一定宽度tW的矩形脉冲，我们可以利用这一脉冲去控制某电路，使它在tW时间内动作（或不动作），这就是脉冲的定时作用 20.420.4由由由由555555定时器组成的多谐振荡器定时器组成的多谐振荡器定时器组成的多谐振荡器定时器组成的多谐振荡器 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器是
11、一种是一种无稳态无稳态触发器，接通电源后，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的谐波，故称为多谐振荡器。矩形波中含有丰富的谐波，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是一种常用的脉冲波形发生器,触发触发器和时序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器器和时序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的。产生的。UCC+C1+C2QQRDSD.5K5K5KVAVB T13245678(复位端复位端)(地地)uO20.5.120.5.1由由由由555555定时器组成的多谐振定时器
12、组成的多谐振定时器组成的多谐振定时器组成的多谐振荡器荡器荡器荡器接通电源接通电源通电前通电前通电前通电前u uC C=0=00111002/3 UCCRD=1SD=0.uCR1R2.+C充电充电C放电放电11/3 UCC48562713+UCCuO.uC.CR1R2tp1tp22/3UCC1/3UCCRD=1SD=0Q=1Q=0 T截止截止Q=0Q=1 T导通导通RD=0SD=1t tp1p1=(=(R R1 1+R R2 2)C C ln2=0.7(ln2=0.7(R R1 1+R R2 2)C Ct tp2p2=R R2 2C C ln2=0.7 ln2=0.7R R2 2C CT T=t
13、 tp1p1+t tp2p2=0.7(=0.7(R R1 1+2+2R R2 2)C C接通电源接通电源C充电充电C放电放电uCtOuOtO20.5.2 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器带石英晶体的环形振荡器 为了提高振荡器输出信号的频率稳定度，可采用如图7所示的带石英晶体的环形振荡器，其工作原理与RC环形多谐振荡基本相同。由于石英晶体在串联谐振时，其阻值最小，而在其他频率时为高阻抗，所以该电路输出的工作频率决定于石英晶体的串联谐振频率。20.5.3 施密特触发器组成的多谐振荡器施密特触发器组成的多谐振荡器施密特触发器组成的多谐振荡器 施密特触发器组成的多谐振荡器的工作波形施密特触发器组成
14、的多谐振荡器接通电源后，由于电容器上电压较低，电路输出为高电平。然后uO通过R对C充电，使uC上升，当uCUT+时，电路的输出由高电平变为低电平。此时，C经R放电，uC逐渐下降。当uCUT时，电路状态再次发生翻转，输出就为高电平，uO再次通过R对C充电，如此反复，形成振荡，工作波形如 555的应用实例的应用实例1.简易温控报警器简易温控报警器 2.双音门铃双音门铃。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
15、）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、T
16、1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。5.间歇振荡器间歇振荡器报警器报警器20.5 555定时器应用实例与实验定时器应用实例与实验20.5.1 555定时器应用实例定时器应用实例1.高低音调交替模拟声响电路高低音调交替模拟声响电路图20.20 高低音调交替模拟声响电路2.防盗报警电路防盗报警电路图20.21 防盗报警电路3.温度控制电路
17、温度控制电路图20.22 温度控制电路20.5.2 555 集成定时器及其应用实验集成定时器及其应用实验一、实验目的1.熟悉555 型集成定时器的组成及工作原理。2.掌握555 定时器电路的基本应用。二、实验原理（1）构成单稳态触发器（2）多谐振荡器（3）密特触发器图20.25 20.25 施密特触发器 图20.26 20.26 电压传输特性三、实验仪器设备 数字电路实验箱，一台；555 定时器，电阻，电容，二极管，若干；信号发生器，一台；双踪示波器，一台 四、实验内容与步骤1.单稳态触发器（1）按图20.23连接电路，取R=100k，C=470F,输出接LED指示器，uI用数字实验箱上的单次
18、脉冲源，用示波器观察u，uC，uO波形。并测定幅度与暂稳时间（可用手表计时）。（2）取R=1K,C=0.1uF，输入f=1KHz连续脉冲，用示波器观察u，uC，uO，测定幅度及延时时间。2.多谐振荡器按图20.24 连接电路，用双踪示波器观察uC和uO波形，测定频率。3.施密特触发器按图20.25接线，us输入正弦波1KHz，逐渐加大us的幅度，观测输出波形，测绘电压传输特性，并计算回差电压U。五、实验分析与报告1.根据实验内容，记录数据，画出波形。2.分析、总结实验结果。本章小结本章小结（1）本章主要介绍脉冲波形的产生与变换电路。一种是以多谐振荡器为代表的脉冲产生电路。这种电路不需要外加触发
19、脉冲信号，就能自动产生脉冲信号。另一种是以单稳态触发器和施密特触发器为代表的脉冲变换电路。变换电路本身不能产生脉冲信号，它所做的工作仅是变换而已。（2）施密特触发器是一种双稳态电路，采用电平触发，电路状态的维持和翻转依赖于输入端的外加电平。致使两个稳态翻转的输入端触发电平不同，存在回差，这是施密特触发器的固有特征滞回特性。利用这一特点可以进行波形的变换、整形和构成多谐振荡器等。（3）单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态，在外加触发信号作用下可以由稳态翻转为暂稳态，经过一段时间后，触发器自动从暂稳态翻转回稳态，从而输出具有一定脉冲宽度的矩形波，脉宽tW取决于定时元件C和R。利用单稳态触发器的这种特性，可以用作自动控制的定时和延时电路。（4）多谐振荡器是一种能自动反复输出矩形脉冲的自激振荡电路。用集成门电路和电阻R、电容C以及石英晶体可以组成环形多谐振荡器和频率稳定的石英晶体多谐振荡器。（5）555定时器是一种应用广泛的集成电路，除了组成各种脉冲波形的产生和变换电路之外，还可以构成各种控制与测量电路。