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1、第八章第八章脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形一、一、555定时器的电路结构定时器的电路结构由以下几部分组成：由以下几部分组成：（1）三个阻值为）三个阻值为5k的电阻组成的分压器。的电阻组成的分压器。（2）两个电压比较器）两个电压比较器C1和和C2。8.1 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（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。二二工作原理工作原理（1）4脚为复位输入端（脚为复位输入端（RD），当），当RD为低电平时，不管其他输入端的状为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出
2、态如何，输出vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。为低电平。正常工作时，应将其接高电平。（2 2）5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器脚为电压控制端，当其悬空时，比较器C1和和C2的比较电压分别为的比较电压分别为2/3VCC 和和1/3VCC。（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较器脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器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。8.2 施密特触发器施密特触发器施施密密特特触触发发器器具具有有回回差差电电压压特特性性，能能将将边边沿沿变变化化缓缓慢慢的的电压波形整形
3、为边沿陡峭的矩形脉冲。电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。一一.用用555定时器构成的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（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。时，所对应的输入电压值。VT+=2/3VCC。（b）下下限限阈阈值值电电压压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，所
4、对应的输入电压值。时，所对应的输入电压值。VT=1/3VCC。（3）回差电压回差电压VT VT=VT+VT=1/3VCC 二二 集成施密特触发器集成施密特触发器 1.CMOS集成施密特触发器集成施密特触发器CC40106 2.TTL集成施密特触发器集成施密特触发器74LS14 三三 施密特触发器的应用举例施密特触发器的应用举例1.用作接口电路用作接口电路将缓慢将缓慢变化的输入信号，转换成为变化的输入信号，转换成为符合符合TTL系统要求的脉冲波形。系统要求的脉冲波形。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。3.用用于于脉脉冲冲鉴鉴幅幅从
5、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，选选出出那些幅度大于那些幅度大于VT+的输入脉冲。的输入脉冲。8.3 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器能产生矩形脉冲波的自激振荡器。能产生矩形脉冲波的自激振荡器。一一 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.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
6、波形占空比q 二二 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来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。开来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。可计算得：可计算得：T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比：占空比：三三 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 1.石英晶体的选频特性石英晶体的选频特性有两个谐振频率。当有两个谐振频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗时，为串联谐振，石英晶体的电抗X=0；当当f=fp时，为并联谐振，石
7、英晶体的电抗无穷大。时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。由晶体本身的特性决定：由晶体本身的特性决定：fs fp f0（晶体的标称频率）晶体的标称频率）石英晶体的选频特性极好，石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达十分稳定，其稳定度可达10-1010-11。2.石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器（1）串联式振荡器）串联式振荡器R1、R2的的作作用用使使两两个个反反相相器器在在静静态态时时都都工工作作在在转转折折区区，成成为为具具有有很很强强放大能力的放大电路。放大能力的放大电路。对对于于TTL门门，常常取取R1=R2=0.72k，若若是是CMOS门门则则常常取取R1=R2=101
8、00M；C1=C2是耦合电容。是耦合电容。石石英英晶晶体体工工作作在在串串联联谐谐振振频频率率f0下下，只只有有频频率率为为f0的的信信号号才才能能通通过过，满满足足振振荡荡条条件件。因因此此，电电路路的的振振荡荡频频率率=f0，与与外外接接元元件件R、C无无关关，所所以以这种电路振荡频率的稳定度很高。这种电路振荡频率的稳定度很高。（2）并联式振荡器）并联式振荡器RF是偏置电阻，是偏置电阻，保证在静态时使保证在静态时使G1工作转折区，构成一个反相放大器。工作转折区，构成一个反相放大器。晶晶体体工工作作在在略略大大于于fS与与 fP之之间间，等等效效一一电电感感，与与C1、C2共共同同构构成成电
9、电容容三三点点式振荡电路。式振荡电路。电路的振荡频率电路的振荡频率=f0。反相器反相器G2起整形缓冲作用，同时起整形缓冲作用，同时G2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。四多谐振荡器应用实例四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。3.秒脉冲发生器秒脉冲发生器CMOS石英晶体多谐振荡器产生石英晶体多谐振荡器产生f=32768Hz的基准信号，的基准信号，经经T/触触发发器器构构成成的的15级级异异步步计计数数器器分分频频后后，便便可可得得到到稳稳定定度度极极高高的的秒信号。秒信号。这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源
10、。这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源。8.4 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作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；暂稳状态维持一段时间后，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。自动返回到稳态。一一 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（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稳定状态在稳定状态 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。（2）vI下降沿触发下降沿触发 当
11、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。（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（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，时，vO由由1跳变跳变0，三极管，三极管T由截止转为饱和导通，由截止转为饱和导通，电容电容C经经T迅速放电，电压迅速放电，电压vC迅速
12、降至迅速降至0V，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。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）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
13、节节R、C的的取值，即可方便的调节取值，即可方便的调节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:二 集成单稳态触发器74121A1和和A2是两个下降沿有效的触发信号输入端，是两个下降沿有效的触发信号输入端，B是上升沿有效的是上升沿有效的 触发信号输入端。触发信号输入端。集成单稳态触发器集成单稳态触发器7412174121的外部元件连接方法的外部元件连接方法:（a a）使用外部电阻使用外部电阻Rext且电路为下降沿触发
14、的连接方式且电路为下降沿触发的连接方式.（b b）使用内部电阻使用内部电阻Rint且电路为上升沿触发的连接方式。且电路为上升沿触发的连接方式。74121的主要参数的主要参数 (1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度tW 使用外接电阻：使用外接电阻：tW 0.7RextC 使用内部电阻：使用内部电阻：tW 0.7RintC（2）输入触发脉冲最小周期输入触发脉冲最小周期Tmin Tmin=tWtre tre是恢复时间。是恢复时间。（3）周期性输入触发脉冲占空比）周期性输入触发脉冲占空比q 定义：定义：q=tW/T 最大占空比：最大占空比：qmax=tW/Tmin 74121内部内部电阻电阻=2k，外接电阻外
15、接电阻Rext可在可在1.440k之间选择，之间选择，外接电容外接电容C可在可在10pF10F之间选择，之间选择，所以，当所以，当R=2k时，时，最大占空比最大占空比qmax为为67%；当当R=40k时，时，最大占空比最大占空比qmax可达可达90%。三三 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，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。（2）定时定时当当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
16、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.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
17、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、
18、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：8.4.3 图题图题8.4.3为一心律失常报警电路，图中为一心律失常报警电路，图中vI是经过放大后的心是经过放大后的心电信号，其幅值电信号，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
19、明电路的组成及工作原理。举例：间歇振荡器举例：间歇振荡器EWB举例举例举例：报警器举例：报警器EWB举例举例本章小结本章小结1 1多多谐谐振振荡荡器器是是一一种种自自激激振振荡荡电电路路，不不需需要要外外加加输输入入信信号号，就就可可以以自自动动地地产产生生出出矩矩形形脉脉冲冲。用用555555定定时时器器可可以以组组成成多多谐谐振振荡荡器器，用用石石英英晶晶体体也也定定时时器器可可以以组组成成多多谐谐振振荡荡器器。石石英英晶晶体体振振荡荡器器的的特特点点是是f fo o的的稳稳定定性性极极好。好。2 2施施密密特特触触发发器器和和单单稳稳态态触触发发器器，虽虽然然不不能能自自动动地地产产生生矩矩形形脉脉冲冲，但但却却可可以以把把其其它它形形状状的的信信号号变变换换成成为为矩矩形形波波，为为数数字字系系统统提提供供标标准准的的脉脉冲冲信号。信号。3 3555555定定时时器器是是一一种种用用途途很很广广的的集集成成电电路路，除除了了能能组组成成施施密密特特触触发发器器、单单稳稳态态触触发发器器和和多多谐谐振振荡荡器器以以外外，还还可可以以接接成成各各种种灵灵活活多多变变的的应应用用电电路。路。4 4除了除了555555定时器外，目前还有定时器外，目前还有556556（双定时器）和（双定时器）和558558（四定时器）等。（四定时器）等。