觸發(fā)器NE555的應(yīng)用概要課件

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器多諧振蕩器555定時器構(gòu)成RC耦合式石英晶體振蕩器第六章脈沖波形的產(chǎn)生與變換課堂教學設(shè)計結(jié)構(gòu)框架引出脈沖波形的產(chǎn)生與變換任務(wù)驅(qū)動+案例+演示

引入電子時鐘電路課件集成555定時器電路構(gòu)成仿真演示原理分析工作原理電路結(jié)構(gòu)小結(jié)結(jié)束開始師生和諧互動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器多諧振蕩器555RC石第六章脈沖1本章教學基本要求:熟悉:(1)555定時器電路的結(jié)構(gòu)、工作原理和引腳功能.(2)由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩和施密特觸發(fā)器的電路、工作波形和參數(shù)的計算。（3）集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和集成施特觸以器的應(yīng)用電路。了解：石英晶體和門電路構(gòu)成的方波發(fā)生器的基本電路。本章教學基本要求:熟悉:(1)555定時器電路的結(jié)構(gòu)、2

555定時器是中規(guī)模集成電路。只要外接少量的阻容元件，就可以很方便地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、和施密特觸發(fā)器。

根據(jù)內(nèi)部器件類型可分為雙極型(TTL型)和單極型(CMOS型),雙極型型號為555(單)和556(雙)，電壓使用范圍為5到16V，輸出最大負載電流可達到200mA。單極型型號為7555(單)和7556(雙)，電壓使用范圍為3到18V。輸出最大負載電流為4mA。6.1集成555定時器555定時器是中規(guī)模集成電路。只要外接少量的阻容3下圖為:雙極型555定時器內(nèi)部邏輯電路結(jié)構(gòu)圖和邏輯符號圖。

三個5kΩ電阻構(gòu)成分壓器當u+>u-時，輸出uc為高電平（1態(tài)）。當u+<u-時，輸出uc為高電平（0態(tài)）。當VC懸空時，u1+=2/3VCCu2-=1/3VCC下圖為:雙極型555定時器內(nèi)部邏輯電路結(jié)構(gòu)圖和邏輯符號圖。

4一、555定時器的電路結(jié)構(gòu)及符號C1C2G3QQG1G2RSVR5k5k5kUR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS電路符號627153843OUT輸出端

8VCC電源端

4RD直接復位

DIS7放電端TH6復位控制TR2置位控制VC5控制電壓

GND1接地端

集電極開路輸出端UR1UR2

輸出緩沖器OUT=Q構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，決定電路輸出。

放電管，其輸入為Q，輸出為開路集電極。Q構(gòu)成電壓比較器，比較TH與UR1和TR與

UR2的大小。構(gòu)成電阻分壓器，為比較器

C1、C2提供兩個參考電壓，UR1=2/3VCC，UR2=1/3VCC。一、555定時器的電路結(jié)構(gòu)及符號C1C2G3QQG1G2R5二、555定時器的工作原理與邏輯功能定時器5G555的功能表不變不變1截止11導通01導通00V狀態(tài)OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××010101導通二、555定時器的工作原理與邏輯功能定時器5G555的6定時器5G555的功能表不變不變1截止11導通01導通00V狀態(tài)OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××截止101010定時器5G555的功能表不變不變1截止11導通01導通07定時器5G555的功能表不變不變1截止11導通01導通00V狀態(tài)OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××11定時器5G555的功能表不變不變1截止11導通01導通08GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01FRCuIuOuC-+6.2.1、用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(一)電路結(jié)構(gòu)DISTHVCCRR、C為定時元件TRuIOUTuOGNDVCCRDCO0.01FCuC-+6.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.019(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算1.穩(wěn)定狀態(tài)

接通電源后VCC經(jīng)R向C充電，使uC

上升。uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC該電路觸發(fā)信號為負脈沖，不加觸發(fā)信號時，uI=

UIH(應(yīng)

>

1/3

VCC)。

當uC

≥2/3VCC時，滿足TR=uI>1/3VCC，TH=uI≥2/3VCC,因此uO為低電平，V導通，電容C經(jīng)放電管V迅速放電完畢，uC

0V。這時TR=UIH>1/3VCC，TH=uC

0<2/3VCC，uO保持低電平不變。因此，穩(wěn)態(tài)時

uC

0V，uO為低電平。充電工作原理

導通放電VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算1.穩(wěn)定狀態(tài)102.觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)

uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC

當輸入uI由高電平躍變?yōu)榈碗娖?/p>

(應(yīng)<1/3VCC)時，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，因此uO躍變?yōu)楦唠娖?，進入暫穩(wěn)態(tài)，這時放電管V截止，VCC又經(jīng)R向C充電，uC

上升。UILUOH充電2.觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)uCOtOuOtUOLUOHt113.自動返回穩(wěn)定狀態(tài)

uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC2.觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)

UIHUOL

TH≥2/3VCC放電V

當輸入uI由高電平躍變?yōu)榈碗娖?/p>

(應(yīng)<1/3VCC)時，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，因此uO躍變

為高電平，進入暫穩(wěn)態(tài)，這時放電管V截止，VCC又經(jīng)R向C充電，uC

上升。這時uI必須已恢復為高電平

當uC

上升到uC

≥2/3VCC時，

TH

=

uC

≥2/3

VCC，而TR=uI=

UIH(>1/3VCC)，因此uO重新躍變?yōu)榈碗娖?。同時，放電管導通，C

經(jīng)V迅速放電uC

0V，放電完畢后，電路返回穩(wěn)態(tài)。3.自動返回穩(wěn)定狀態(tài)uCOtOuOtUOLUOH12[例]用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時時間為1s的正脈沖，R=27k，試確定定時元件

C的取值。

uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC輸出脈沖寬度tW即為暫穩(wěn)態(tài)維持時間，主要取決于充放電元件R、C。該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復觸發(fā)器，且要求輸入脈寬tWI小于輸出脈寬tWO。解：因為

tWO

1.1RC故可取標稱值

33F。估算公式tWO1.1RC[例]用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時時間為1s的正脈沖，R13（3）應(yīng)用舉例1、脈寬的定時

由于單穩(wěn)態(tài)電路能產(chǎn)生一定寬度tW的矩形脈沖，利用這個脈沖可以控制某電路在tW時間內(nèi)動作，這就是脈寬的定時作用。如左圖所示，定時電路只有在輸入uI下跳沿觸發(fā)下，使單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生脈沖定時信號uB，在tW的時間內(nèi)，信號uA才通過與門輸出。

通過（3）應(yīng)用舉例1、脈寬的定時由于單穩(wěn)態(tài)電路能產(chǎn)生一14

組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路很多，可以用TTL或CMOS的與非門、或非門外接R、C元件組成，另外還有單片集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。1.微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由CMOS或非門組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其中ＲＣ環(huán)節(jié)構(gòu)成微分電路，故稱為微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。為了討論方便，把ＣＭＯＳ或非門的傳輸特性作理想化折線處理。6.2.2集成和其它單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器使輸出狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)的輸入電壓稱為閾值電壓UTH，當輸入uI≥UTH

時，輸出UO=0當輸入uI≤UTH時，輸出UO=V

DD

組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路很多，可以用TTL或CMOS的與非15１、穩(wěn)定狀態(tài)

在0—t1

期間，當輸入沒有觸發(fā)信號時，Ui

=0。這時電路處于穩(wěn)態(tài)，電源VDD通過電阻Ｒ對Ｃ充電達到穩(wěn)定值，故UC＝VDD，使UO＝０。由此可知或非門Ｇ１輸出UO

＝VDD

。電容兩端的電壓接近0。通過R對Ｃ充電一、電路組成及工作原理１、穩(wěn)定狀態(tài)在0—t1期間，當輸入沒有觸發(fā)信號時，16２、當外加觸發(fā)信號時，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)在t1時刻，當輸入uI在脈沖信號上升沿的高電平VDD作用下，使UO1由１跳變到０時，由于ＲＣ電路中電容Ｃ上的電壓不能突變，因此UC也由１變到０，使G2門輸出由０變到１，并返送到Ｇ１門的輸入。輸入信號uI高電平撤消后，uo1仍可保持低電平，但不可能永久保持，故稱為暫穩(wěn)態(tài)。一、電路組成及工作原理２、當外加觸發(fā)信號時，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)在t1時刻，當輸入17一、電路組成及工作原理3.由暫穩(wěn)態(tài)自動返回穩(wěn)態(tài)在t1∽t2暫穩(wěn)態(tài)期間，電源VDD經(jīng)電阻Ｒ通過門Ｇ１的導通管Ｔ4對電容Ｃ充電，如圖所示。充電時間常數(shù)為tc=(R+Ron)C≈RC這時uc上升，當uc≧ＵTH時，電路發(fā)生如下反饋過程。Ｃ充電→uc↑→uo↓→uo1↑迅速使uO1變?yōu)楦唠娖?，uO變?yōu)榈碗娖?，電路自動恢復到穩(wěn)態(tài)，uO1由０跳變到VDD，由于電容兩端電壓不能突變，按理uc由UTH上跳到UTH+VDD，uc只能躍升到VDD+0.6V。電容充、放電回路圖一、電路組成及工作原理3.由暫穩(wěn)態(tài)自動返回穩(wěn)態(tài)在t1∽t2暫18一、電路組成及工作原理４、電路恢復到穩(wěn)態(tài)時初始值的過程在t2時刻，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電容Ｃ一路通過Ｒ經(jīng)門Ｇ１的T1、T2管放電，另一路經(jīng)門G2輸入二極管D1、D3放電，使uc恢復到穩(wěn)態(tài)時的原始值VDD。放電時間常數(shù)гd=(R∥rD)C≈rDC。放電時間很短。電容充、放電回路圖一、電路組成及工作原理４、電路恢復到穩(wěn)態(tài)時初始值的過程在t219二、輸出波形主要參數(shù)的計算１、輸出脈沖寬度two暫穩(wěn)態(tài)t1—t2的時間即為輸出脈沖寬度two。為計算方便，以t1時刻作為計算時間起點，由uc波形可得：2、恢復時間tre從暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束到電路恢復到穩(wěn)態(tài)初始值所需時間tre≈3rd≈3rDC。3、最高工作頻率fmax觸發(fā)脈沖工作最小周期Tmin必須大于two+tre,輸入脈寬tw1<two,最高工作頻率為fmax=1/Tmin<1/(two+tre)Uc(0+)≈0,uc(∞)=VDD,uc(tW)=UTH=1/2VDD,г≈RC

二、輸出波形主要參數(shù)的計算１、輸出脈沖寬度two暫穩(wěn)態(tài)t1—202集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器高速CMOS集成雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器54/74HC4538的功能。54/74HC4538雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器邏輯符號圖符號框圖及外接R、C連線圖Rext/Cext和Cext的引腳分別與電容元件相連，不屬于邏輯狀態(tài)連接，故在邏輯符號圖引線上用“Ｘ”號表示。TR+為上升沿觸發(fā)信號輸入端，TR-反為下降沿觸發(fā)信號輸入端，這兩者為“或”的關(guān)系，故邏輯符號內(nèi)有或邏輯符號。2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器高速CMOS集成雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器21序號輸入輸出功能RD反TR+TR-反QQ反10XX01復位清零21上升沿1高脈沖低脈沖上升沿觸發(fā)310下降沿高脈沖低脈沖下降沿觸發(fā)411X01穩(wěn)定狀態(tài)51X001１、清零功能如序號１所列，當RD＝０時，不論其它輸入引腳為何種狀態(tài)，輸出端Ｑ立即出０，Ｑ出１，故ＲＤ的清零具有最高優(yōu)先級功能。使用其它輸入引腳功能時，RＤ必須置１。54/74HC4538的功能序號輸入輸出功能RD反TR+TR-反QQ反10XX01復位清22序號輸入輸出功能RD反TR+TR-反QQ反10XX01復位清零21上升沿1高脈沖低脈沖上升沿觸發(fā)310下降沿高脈沖低脈沖下降沿觸發(fā)411X01穩(wěn)定狀態(tài)51X001２、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)功能

如序號２、３所列，當TR－＝１時，TR+加上升沿觸發(fā)信號，Ｑ端能輸出一個正脈沖信號，Ｑ為負脈沖；或者當TR+＝０時，TR－加下降沿觸發(fā)信號，Ｑ也能輸出一個正脈沖信號，Ｑ為負脈沖，其波形如圖。54/74HC4538的功能序號輸入輸出功能RD反TR+TR-反QQ反10XX01復位清23輸出脈寬tw即為內(nèi)部電路處于暫穩(wěn)定狀態(tài)時間，近似可用tw≈0.7RC計算。R、C計算機為外接阻容元件值，一般R取值范圍為５千歐到１兆歐，如果R＞１兆歐，電路對外部噪聲信號很敏感．此外，電路還具有重觸發(fā)功能，即當電路被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)期間，可再次加輸入觸發(fā)信號，這時輸出脈寬tw’為第一次和第二次觸發(fā)信號的間隔時間t1加上以第二次觸發(fā)信號為起點的輸出脈寬tw如左圖．

t’w=tI+tw54/74HC4538單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形重觸發(fā)器輸出脈沖輸出脈寬tw即為內(nèi)部電路處于暫穩(wěn)定狀態(tài)時間，近似可用tw≈024序號輸入輸出功能RD反TR+TR-反QQ反10XX01復位清零21上升沿1高脈沖低脈沖上升沿觸發(fā)310下降沿高脈沖低脈沖下降沿觸發(fā)411X01穩(wěn)定狀態(tài)51X0013、穩(wěn)定狀態(tài)

如序號４、５所列，在TR＋＝１或TR－＝０時，均不能觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，為穩(wěn)定狀態(tài)或禁止觸發(fā)狀態(tài)，Ｑ維持０。4000系列14528與54/74HC4538芯片引腳功能完全相同，但54/74HC4538在帶負載能力和速度方面優(yōu)于14528。54/74HC4538的功能序號輸入輸出功能RD反TR+TR-反QQ反10XX01復位清25集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用：

集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器除用作信號脈寬轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)之節(jié)，還可較方便地用于延時、方波信號發(fā)生器等電路。１.脈沖信號的延時電路兩個集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器級聯(lián)后，可組成信號的延時電路。第一級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在輸入信號u1的下降沿觸發(fā)下，產(chǎn)生脈寬為tw2的信號uo1輸出，再利用uo1的下降沿作為第二級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)信號，再產(chǎn)生脈寬為tw2的信號uo輸出。這樣輸出uo的信號比輸入uI的信號延遲了tw1。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用：集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器除用作信號脈寬轉(zhuǎn)26

施密特觸發(fā)器的特性和符號。UT+

：正向閾值電壓

UT-：負向閾值電壓

回差電壓:

UH=UT+

-

UT-施密特觸發(fā)器(a)反相輸出的傳輸特性(b)反相輸出的符號圖(C)同相輸出的傳輸特性.6.3施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的特性和符號。27一．電路組成及工作原理在uI的a至b段，uI由小到大，在未達到2/3VCC之前，6號、2號引腳狀態(tài)為0、0和0、1，故3號引腳輸出uO1為1態(tài)；

當uI達到b點為UT+=2/3VCC時，6號、2號引腳狀態(tài)為1、1，輸出uO1翻轉(zhuǎn)為0；

在uI為b-c-d期間，6號、2號引腳狀態(tài)為1、1，0、1，輸出uO1仍維持為0；

6.3.1555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器一．電路組成及工作原理在uI的a至b段，uI由小到大，在未達28一．電路組成及工作原理當uI

達到d點為UT-=1/3VCC時，6號、2號引腳狀態(tài)為0、0，輸出又翻轉(zhuǎn)為1態(tài)．

在d-e-f期間，6號，2號引腳狀態(tài)為0、0和0、1，輸出uO1仍維持為1，

直到uI達到f點為2/3VCC，uO1又變?yōu)?態(tài)。這樣將輸入uI的三角波轉(zhuǎn)為方波輸出，因此又稱為整形。

一．電路組成及工作原理當uI達到d點為UT-=129二、應(yīng)用舉例１．波形的變換或整形．

回差電壓△UH=UT+-UT-較小時，抗干擾能力較差，輸出uo也受輸入干擾影響．如果將回差電壓擴大為△U’H=UT+-U’T-，則輸出u’0

可不受干擾影響。脈寬tw可由△UH控制，可將不規(guī)則的波形整形成矩形波。二、應(yīng)用舉例１．波形的變換或整形．回差電壓△UH=UT30２．幅度鑒別

利用施密特觸發(fā)器，從一串幅度不等的脈沖中，將幅度較大的信號鑒別出來，稱為幅度鑒別，其波形如下圖示．當輸入脈沖幅度大于UT+時，有信號輸出，小于UT-時，無信號輸出．２．幅度鑒別利用施密特觸發(fā)器，從一串幅度不等的脈沖中，將31一、CMOS集成觸發(fā)器40106的傳輸特性40106六施密特觸發(fā)器的邏輯符號圖不同電源電壓下的傳輸特性。由內(nèi)部電路參數(shù)的離散性，正向閾值電壓UT+、負向閾值電壓UT-、回差電壓ΔＵＨ均有一個變化范圍值。因此，某一塊集成電路要通過實測來確定ＵＴ＋和ＵＴ－。6.3.2集成施密特觸發(fā)器一、CMOS集成觸發(fā)器40106的傳輸特性40106六施密特32二、40106施密特觸發(fā)器電路的工作原理40106施密特觸發(fā)器內(nèi)部電路圖TP1、TP2和TN3、TN4四個管子組成反相器，其柵極相連作為輸入端。由于Tp5和TN6管的存在，使反相器輸出電平uo1翻轉(zhuǎn)所需的輸入閾值電壓不是1/2ＶＤＤ，這是因為Tp2和Tp3管的源極Ｓ2和S3的電位將受Tp5和TN6管的影響。反相器設(shè)P溝道Tp管轄的開啟電壓為UGS（th）p(負值)，N溝道TN管的開啟電壓為UGS（th）N當uI=0時，則UGS1、UGS2（-VDD）＜UGS(TH)P,故TP1、TP2管導通；UGS3、UGS4（0V）<UGS（th）N,故TN3、TN4管截止，UO1≈VDD二、40106施密特觸發(fā)器電路的工作原理40106施密特觸發(fā)33三、集成施密特觸發(fā)器應(yīng)用１.光電轉(zhuǎn)換形電路在檢測電機轉(zhuǎn)速時，可采用圖(a)所示光電轉(zhuǎn)換整形電路。將小孔的轉(zhuǎn)盤安裝于電機轉(zhuǎn)軸上，孔的位置對準紅外發(fā)光管和紅外光接收管。當電機轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)盤孔經(jīng)過光電管之間，在接收管T的集電極產(chǎn)生圖(b)中P1所波形,經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后,轉(zhuǎn)換成脈沖方波P2,對P2脈沖在一定時間內(nèi)進行計數(shù),即可實行測速。三、集成施密特觸發(fā)器應(yīng)用１.光電轉(zhuǎn)換形電路在檢測電機342.用于消除干擾和噪聲的脈沖整形電路在數(shù)字電路中，正常脈沖信號常受到電網(wǎng)上其它負載頻繁啟動而產(chǎn)生干擾信號的影響，如左圖所示u1波形。若將該信號作用于施密特觸發(fā)器的輸入端，經(jīng)整形后，即可獲得無干擾的脈沖信號輸出，只要施密特觸發(fā)器的回差電壓ΔUH大于干擾信號的幅度即可。3.多諧振蕩器電路利用施密特觸發(fā)器可以很方便地組成多諧振蕩器，電路如右圖(a），圖（b）所示為電容上電壓UC和輸出UO波形。2.用于消除干擾和噪聲的脈沖整形電路在數(shù)字電路中，正常脈沖信354.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用40106施密特觸發(fā)器可組成上升沿或下降沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。上升沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路圖各點波形如圖（1）上升沿觸發(fā)電路（2）下降沿觸發(fā)的電路下降沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路圖各點波形如圖4.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用40106施密特觸發(fā)器可組成上升沿或下降沿366.4多諧振蕩器6.3.1555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器多諧振蕩器：又稱無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它毋須外加觸發(fā)脈沖，就能輸出一定頻率的矩形脈沖（自激振蕩），因此沒有穩(wěn)態(tài)；因矩形脈沖波含有豐富的諧波，故稱為多諧振蕩器。8+UCC56315K5K5K274+UCC+UCCR2R1CuoucC1C26.4多諧振蕩器6.3.1555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器37工作原理、工作波形與周期估算

uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ充電UOHTH=TR=uC很小Ⅰ

接通VCC后，開始時TH=TR=uC

0，uO為高電平，放電管截止，VCC經(jīng)R1、R2向C充電，uC

上升，這時電路處于暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。

工作原理

工作原理、工作波形與周期估算uCOtOuOtUOLUOHⅡ38uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡUOLTH

=

TR

≥

2/3

VCC

當uC上升到

TH=TR=uC

≥

2/3

VCC時，uO躍變?yōu)榈碗娖剑瑫r放電管

V導通，C經(jīng)R2和V放電，uC

下降，電路進入暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ。工作原理

Ⅱ

接通VCC后，開始時TH=TR=uC

0，uO為高電平，放電管截止，VCC經(jīng)R1、R2向C充電，uC

上升，這時電路處于暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。

放電uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡUOLTH39

當uC下降到

TH=TR=uC

≤1/3

VCC時，uO重新躍變?yōu)楦唠娖剑瑫r放電管V截止，C又被充電，uC

上升，電路又返回到暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡTH=TR≤1/3VCCⅠ工作原理

當uC上升到

TH=TR=uC≥

2/3

VCC時，uO躍變?yōu)榈碗娖?，同時放電管

V導通，C經(jīng)R2和V放電，uC下降，電路進入暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ。

接通VCC后，開始時TH=TR=uC

0，uO為高電平，放電管截止，VCC經(jīng)R1、R2向C充電，uC

上升，這時電路處于暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。

當uC下降到TH=TR=uC≤1/3

40電容C如此循環(huán)充電和放電，使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ二、振蕩頻率的計算tWH0.7(R1+R2)CtWL0.7R2CT=tWH+tWL0.7(R1+2R2)C電容C如此循環(huán)充電和放電，使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈416.4.1用CMOS反相器組成的多諧振蕩器6.4.2石英晶體多諧振蕩器6.4.1用CMOS反相器組成的多諧振蕩器6.4.242一、用CMOS反相器組成的多諧振蕩器CMOS反相器與R、C元件組成多諧振蕩器電路

由于CMOS反相器G1在輸入和輸出端之間并接電阻R,而CMOS電路輸入電流i≈0,故R上電流也近于零．因此靜態(tài)時電阻兩端各自的電位uI1=uo1。它所表示的直線與CMOS反相器電壓傳輸特性的交點為Q點。

它位于反相器電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū),以保證有較大的電壓放大倍數(shù).而使反相器G1輸出翻轉(zhuǎn)的輸入鬧值電壓為UTH=1/2VDD.即當UI1≥UTH時,UO1=0V;當UI1<UTH時,UO1=VDD。6.4.2其它多諧振蕩器電路一、用CMOS反相器組成的多諧振蕩器CMOS反相器與R、C元43工作過程：電路在振蕩時電容C的充、放電回路工作波形圖（1）在t0~t1期間：設(shè)uo1=VDD,則uo2=0V。TP1、TN2導通;TN1、TP2截止,

VDD通過TP1→R→C→TN2→地回路對C充電,uI1按指數(shù)規(guī)律上升.當uI1≥UTH=1/2VDD時,在t1時刻產(chǎn)生正反饋:uI1↑→uo1↓→uo2↑（2）在t1~t2期間：TN1、TP2導通,TP1、TN2截止,電容C放電,路徑為uc(+)→R→TN1→地→VDD→TP2→uc(-),使uI1按指數(shù)規(guī)律下降。在t2時刻，uI1<UTH=1/2VDD時,產(chǎn)生正反饋過程:

uI1↓→uo1↑→uo2↓工作過程：電路在振蕩時電容C的充、放電回路工作波形圖（1）在44二、石英晶體多諧振蕩器1、CMOS反相器組成的石英晶體多諧蕩器多諧振蕩器電路圖

在串聯(lián)諧振頻率fs下，等效電抗為Xs=0；并聯(lián)諧振蕩頻率fp下，等效電抗Xp≈∞。在圖中,石英晶體接G2輸出端、G1輸入端之間,輸出信號頻率為fs時,串聯(lián)揩振頻率等效電抗最小,正反饋最大,形成振蕩。振蕩頻率完全取決于石英晶體固有的串聯(lián)諧揩振頻率fs。在電路中反相器G1和G2的輸入和輸出端均并接電阻R1和R2,用以確定反相器的靜態(tài)工作點Q,反相器工作在傳輸特性轉(zhuǎn)折線上的線性放大區(qū),具有較高的電壓放大倍數(shù),如圖所示。靜態(tài)時,uI1=uo1=uI2=uo=1/2VDD。石英晶體的電抗頻率特性二、石英晶體多諧振蕩器1、CMOS反相器組成的石英晶體多諧45

當電路接上電源VDD后，在反相器G2輸出uo為噪聲信號，經(jīng)石英晶體通路，只從噪聲中選出頻率為fs的正弦信號（晶體的等效電抗Ｘs≈0）,并反饋到UI1,經(jīng)G1線性反相放大,再通過耦合電容C２，再經(jīng)Ｇ２線性放大．經(jīng)多次反復放大后，使uo幅值達到最大而被削頂失真，近似于方波輸出，其波形如圖所示。這即形成多諧振蕩器。電路中C1用來微調(diào)振蕩頻率.其振蕩頻率f0由晶體諧振頻率fS決定,最高可達幾十兆赫。電路的工作原理如下:當電路接上電源VDD后，在反相器G2輸出uo為噪聲信號462、CMOS5544時鐘集成電路內(nèi)部振蕩器與外接揩振頻率為32.768kHz石英晶體構(gòu)成振蕩電路，C用于微調(diào)振蕩頻率，經(jīng)16級二分頻電路，輸出OUT1、OUT2二路周期為2s交替負脈沖信號，如圖（b）所示。為獲得秒脈沖信號輸出，將OUT1、OUT2輸出經(jīng)二極管D3、D4和PNP型三極管T組成與非門電路輸出即為周期1s的脈沖信號，輸出高電平近于VDD。在1號引腳和2號引腳間，利用D1、D2上壓降獲得近于1.5V電源電壓。SI、SO鬧鈴輸入控制端和輸出端。SI與Vss接通時，則So輸出波形2、CMOS5544時鐘集成電路內(nèi)部振蕩器與外接揩振頻47用于驅(qū)到時鐘步進電機時，只需將輸出端OUT1和OUT2與時鐘步進電機相連,即構(gòu)成指針式石英鐘,其電路如圖所示。用于驅(qū)到時鐘步進電機時，只需將輸出端OUT1和OUT48下圖為二極電極雙偏心時鐘步進電機的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，定子為高磁導率坡莫合金軟磁材料構(gòu)成雙偏心磁極。由于線圈兩端分別連OUT1和OUT2周期為2s交替的負脈沖信號，因此，當負脈沖作用時，勵磁線圈上電流(≤1μA)流過,每隔1s,電流改變一次方向,圖(a)(b)所示。使定子磁極極性發(fā)生一次變化。在定子和轉(zhuǎn)子間隙較小處磁阻小，磁通大。由于磁性物質(zhì)同性相斥、異性相吸，使轉(zhuǎn)子每秒鐘順時針旋轉(zhuǎn)180度步距角。下圖為二極電極雙偏心時鐘步進電機的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子為永久49綜合應(yīng)用

脈沖波形發(fā)生及整形電路在儀器儀表、自動控制、檢測等方面的應(yīng)用很廣，下面從簡易數(shù)字控制電路介紹其綜合應(yīng)用。簡易數(shù)字控制電路是利用對被控制對象工藝參數(shù)進行計數(shù)，當?shù)竭_給定值時，立即發(fā)出控制信號，執(zhí)行如停止送貨，切斷、報警等動作。圖示為簡易數(shù)字控制電路，由光電檢測及整形、計數(shù)譯碼顯示、符合電路控制及延時清零等四部分電路組成，各部分電路工作原理如下：一、光電檢測及整形由紅外發(fā)光管D1接受管T1為檢測計數(shù)信號電路。當D1、T1之間光路被遮斷一次，P’0產(chǎn)生負梯形脈沖，即T1被擋光時P’0為低電平，受光時P’0為高電平。經(jīng)40106施密特觸發(fā)器整形后，P0為邊沿陡直的正脈沖信號，送入計數(shù)器電路計數(shù)。二、計數(shù)-譯碼-顯示電路4518組成3位的十進制計數(shù)器。低一位計數(shù)值“9”→“0”，將Q4輸出1→0的下降沿為向高一位的進位計數(shù)脈沖。因此低位的Q4端必須聯(lián)高位的EN輸入端.Q4→Q1的BCD碼，由驅(qū)動發(fā)光二極管數(shù)碼管進行顯示．綜合應(yīng)用脈沖波形發(fā)生及整形電路在儀器儀表、自動控制50簡易數(shù)字控制電路簡易數(shù)字控制電路51三、符合電路電路由3個BCD碼撥碼盤B3~B1、二極管、一個與門組成。底部印板引腳為”8”、“4”、“2”、“1”和“A”。其面上“+”按一下,數(shù)字由0→9遞增變化:”-”使數(shù)9→0遞減，內(nèi)部為印刷電路板、電刷旋轉(zhuǎn)觸點,相當四個開關(guān)S4~S1,8421BCD碼1態(tài)閉合,與窗口數(shù)字一致。例如數(shù)字為5，即為0101，則S3、S1閉合，S4、S2斷開。二極管陰極與計數(shù)器Q4~Q1相連，只有Q4~Q1值由小到大計數(shù)達0101，相符時，二極管D3、D1截止，A輸出高電平。當數(shù)小于“５”時，A為低電平．但計數(shù)器值為“７”時，A也為高電平．電路為３位十進制數(shù)，圖左圖所示在加法計數(shù)時由小到大，計數(shù)到３位十進制數(shù)全符合時，A３、A２、A１為全１，通過與門P１出１。在計數(shù)值小于撥盤數(shù)碼時，必有某一位Ai出０，P1為０。故P1出1時，表示計數(shù)器數(shù)值與撥盤數(shù)相一致。三、符合電路電路由3個BCD碼撥碼盤B3~B1、二極管52四、控制及延時清零電路當符合電路P1出現(xiàn)高電平時,分三路信號控制,其各點時序波形圖如下圖所示。1.停止計數(shù)用P1=1信號將最低位計數(shù)器的CL1端置1,使計數(shù)器停止計數(shù),P1此時維持高電平

,其脈寬為tw1。2.驅(qū)動繼電器利用P1的上升沿,觸發(fā)施密特觸發(fā)器組成單穩(wěn)態(tài)電路,產(chǎn)生一定寬度的負脈沖,再

經(jīng)一級施密特觸發(fā)器,反相輸出為正脈沖,經(jīng)光電耦合放大,驅(qū)動繼電器KA動作,其動作時間為P2脈寬tw2。四、控制及延時清零電路當符合電路P1出現(xiàn)高電平時,分三路信號533.延時清零

由集成雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器14528組成,當P1為上升沿時,觸發(fā)此單穩(wěn)態(tài)電路,使1Q輸出脈沖P3,脈寬tw3為延時時間再用p3的下跳沿觸發(fā)另一單穩(wěn)態(tài)電路,使2Q輸出P4,脈寬為tw4的較窄正脈沖,再通過或門,作用到計數(shù)器R端清零.這樣完成了一次計數(shù)符合控制動作.清零后P1恢復為0,重新開始第2次計數(shù).電路中R6、C4用作開機清零。當合上電源，C4上電壓不能突變，使R6上的或門輸入端產(chǎn)生高電平，通過或門輸出為1到計數(shù)器R端進行清零。按鈕SB用作對計數(shù)器手動清零。3.延時清零由集成雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器145254單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器多諧振蕩器555定時器構(gòu)成RC耦合式石英晶體振蕩器第六章脈沖波形的產(chǎn)生與變換課堂教學設(shè)計結(jié)構(gòu)框架引出脈沖波形的產(chǎn)生與變換任務(wù)驅(qū)動+案例+演示

引入電子時鐘電路課件集成555定時器電路構(gòu)成仿真演示原理分析工作原理電路結(jié)構(gòu)小結(jié)結(jié)束開始師生和諧互動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器多諧振蕩器555RC石第六章脈沖55本章教學基本要求:熟悉:(1)555定時器電路的結(jié)構(gòu)、工作原理和引腳功能.(2)由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩和施密特觸發(fā)器的電路、工作波形和參數(shù)的計算。（3）集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和集成施特觸以器的應(yīng)用電路。了解：石英晶體和門電路構(gòu)成的方波發(fā)生器的基本電路。本章教學基本要求:熟悉:(1)555定時器電路的結(jié)構(gòu)、56

555定時器是中規(guī)模集成電路。只要外接少量的阻容元件，就可以很方便地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、和施密特觸發(fā)器。

根據(jù)內(nèi)部器件類型可分為雙極型(TTL型)和單極型(CMOS型),雙極型型號為555(單)和556(雙)，電壓使用范圍為5到16V，輸出最大負載電流可達到200mA。單極型型號為7555(單)和7556(雙)，電壓使用范圍為3到18V。輸出最大負載電流為4mA。6.1集成555定時器555定時器是中規(guī)模集成電路。只要外接少量的阻容57下圖為:雙極型555定時器內(nèi)部邏輯電路結(jié)構(gòu)圖和邏輯符號圖。

三個5kΩ電阻構(gòu)成分壓器當u+>u-時，輸出uc為高電平（1態(tài)）。當u+<u-時，輸出uc為高電平（0態(tài)）。當VC懸空時，u1+=2/3VCCu2-=1/3VCC下圖為:雙極型555定時器內(nèi)部邏輯電路結(jié)構(gòu)圖和邏輯符號圖。

58一、555定時器的電路結(jié)構(gòu)及符號C1C2G3QQG1G2RSVR5k5k5kUR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS電路符號627153843OUT輸出端

8VCC電源端

4RD直接復位

DIS7放電端TH6復位控制TR2置位控制VC5控制電壓

GND1接地端

集電極開路輸出端UR1UR2

輸出緩沖器OUT=Q構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，決定電路輸出。

放電管，其輸入為Q，輸出為開路集電極。Q構(gòu)成電壓比較器，比較TH與UR1和TR與

UR2的大小。構(gòu)成電阻分壓器，為比較器

C1、C2提供兩個參考電壓，UR1=2/3VCC，UR2=1/3VCC。一、555定時器的電路結(jié)構(gòu)及符號C1C2G3QQG1G2R59二、555定時器的工作原理與邏輯功能定時器5G555的功能表不變不變1截止11導通01導通00V狀態(tài)OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××010101導通二、555定時器的工作原理與邏輯功能定時器5G555的60定時器5G555的功能表不變不變1截止11導通01導通00V狀態(tài)OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××截止101010定時器5G555的功能表不變不變1截止11導通01導通061定時器5G555的功能表不變不變1截止11導通01導通00V狀態(tài)OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××11定時器5G555的功能表不變不變1截止11導通01導通062GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01FRCuIuOuC-+6.2.1、用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(一)電路結(jié)構(gòu)DISTHVCCRR、C為定時元件TRuIOUTuOGNDVCCRDCO0.01FCuC-+6.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.0163(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算1.穩(wěn)定狀態(tài)

接通電源后VCC經(jīng)R向C充電，使uC

上升。uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC該電路觸發(fā)信號為負脈沖，不加觸發(fā)信號時，uI=

UIH(應(yīng)

>

1/3

VCC)。

當uC

≥2/3VCC時，滿足TR=uI>1/3VCC，TH=uI≥2/3VCC,因此uO為低電平，V導通，電容C經(jīng)放電管V迅速放電完畢，uC

0V。這時TR=UIH>1/3VCC，TH=uC

0<2/3VCC，uO保持低電平不變。因此，穩(wěn)態(tài)時

uC

0V，uO為低電平。充電工作原理

導通放電VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算1.穩(wěn)定狀態(tài)642.觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)

uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC

當輸入uI由高電平躍變?yōu)榈碗娖?/p>

(應(yīng)<1/3VCC)時，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，因此uO躍變?yōu)楦唠娖剑M入暫穩(wěn)態(tài)，這時放電管V截止，VCC又經(jīng)R向C充電，uC

上升。UILUOH充電2.觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)uCOtOuOtUOLUOHt653.自動返回穩(wěn)定狀態(tài)

uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC2.觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)

UIHUOL

TH≥2/3VCC放電V

當輸入uI由高電平躍變?yōu)榈碗娖?/p>

(應(yīng)<1/3VCC)時，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，因此uO躍變

為高電平，進入暫穩(wěn)態(tài)，這時放電管V截止，VCC又經(jīng)R向C充電，uC

上升。這時uI必須已恢復為高電平

當uC

上升到uC

≥2/3VCC時，

TH

=

uC

≥2/3

VCC，而TR=uI=

UIH(>1/3VCC)，因此uO重新躍變?yōu)榈碗娖?。同時，放電管導通，C

經(jīng)V迅速放電uC

0V，放電完畢后，電路返回穩(wěn)態(tài)。3.自動返回穩(wěn)定狀態(tài)uCOtOuOtUOLUOH66[例]用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時時間為1s的正脈沖，R=27k，試確定定時元件

C的取值。

uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC輸出脈沖寬度tW即為暫穩(wěn)態(tài)維持時間，主要取決于充放電元件R、C。該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復觸發(fā)器，且要求輸入脈寬tWI小于輸出脈寬tWO。解：因為

tWO

1.1RC故可取標稱值

33F。估算公式tWO1.1RC[例]用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時時間為1s的正脈沖，R67（3）應(yīng)用舉例1、脈寬的定時

由于單穩(wěn)態(tài)電路能產(chǎn)生一定寬度tW的矩形脈沖，利用這個脈沖可以控制某電路在tW時間內(nèi)動作，這就是脈寬的定時作用。如左圖所示，定時電路只有在輸入uI下跳沿觸發(fā)下，使單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生脈沖定時信號uB，在tW的時間內(nèi)，信號uA才通過與門輸出。

通過（3）應(yīng)用舉例1、脈寬的定時由于單穩(wěn)態(tài)電路能產(chǎn)生一68

組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路很多，可以用TTL或CMOS的與非門、或非門外接R、C元件組成，另外還有單片集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。1.微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由CMOS或非門組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其中ＲＣ環(huán)節(jié)構(gòu)成微分電路，故稱為微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。為了討論方便，把ＣＭＯＳ或非門的傳輸特性作理想化折線處理。6.2.2集成和其它單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器使輸出狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)的輸入電壓稱為閾值電壓UTH，當輸入uI≥UTH

時，輸出UO=0當輸入uI≤UTH時，輸出UO=V

DD

組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路很多，可以用TTL或CMOS的與非69１、穩(wěn)定狀態(tài)

在0—t1

期間，當輸入沒有觸發(fā)信號時，Ui

=0。這時電路處于穩(wěn)態(tài)，電源VDD通過電阻Ｒ對Ｃ充電達到穩(wěn)定值，故UC＝VDD，使UO＝０。由此可知或非門Ｇ１輸出UO

＝VDD

。電容兩端的電壓接近0。通過R對Ｃ充電一、電路組成及工作原理１、穩(wěn)定狀態(tài)在0—t1期間，當輸入沒有觸發(fā)信號時，70２、當外加觸發(fā)信號時，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)在t1時刻，當輸入uI在脈沖信號上升沿的高電平VDD作用下，使UO1由１跳變到０時，由于ＲＣ電路中電容Ｃ上的電壓不能突變，因此UC也由１變到０，使G2門輸出由０變到１，并返送到Ｇ１門的輸入。輸入信號uI高電平撤消后，uo1仍可保持低電平，但不可能永久保持，故稱為暫穩(wěn)態(tài)。一、電路組成及工作原理２、當外加觸發(fā)信號時，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)在t1時刻，當輸入71一、電路組成及工作原理3.由暫穩(wěn)態(tài)自動返回穩(wěn)態(tài)在t1∽t2暫穩(wěn)態(tài)期間，電源VDD經(jīng)電阻Ｒ通過門Ｇ１的導通管Ｔ4對電容Ｃ充電，如圖所示。充電時間常數(shù)為tc=(R+Ron)C≈RC這時uc上升，當uc≧ＵTH時，電路發(fā)生如下反饋過程。Ｃ充電→uc↑→uo↓→uo1↑迅速使uO1變?yōu)楦唠娖?，uO變?yōu)榈碗娖剑娐纷詣踊謴偷椒€(wěn)態(tài)，uO1由０跳變到VDD，由于電容兩端電壓不能突變，按理uc由UTH上跳到UTH+VDD，uc只能躍升到VDD+0.6V。電容充、放電回路圖一、電路組成及工作原理3.由暫穩(wěn)態(tài)自動返回穩(wěn)態(tài)在t1∽t2暫72一、電路組成及工作原理４、電路恢復到穩(wěn)態(tài)時初始值的過程在t2時刻，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電容Ｃ一路通過Ｒ經(jīng)門Ｇ１的T1、T2管放電，另一路經(jīng)門G2輸入二極管D1、D3放電，使uc恢復到穩(wěn)態(tài)時的原始值VDD。放電時間常數(shù)гd=(R∥rD)C≈rDC。放電時間很短。電容充、放電回路圖一、電路組成及工作原理４、電路恢復到穩(wěn)態(tài)時初始值的過程在t273二、輸出波形主要參數(shù)的計算１、輸出脈沖寬度two暫穩(wěn)態(tài)t1—t2的時間即為輸出脈沖寬度two。為計算方便，以t1時刻作為計算時間起點，由uc波形可得：2、恢復時間tre從暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束到電路恢復到穩(wěn)態(tài)初始值所需時間tre≈3rd≈3rDC。3、最高工作頻率fmax觸發(fā)脈沖工作最小周期Tmin必須大于two+tre,輸入脈寬tw1<two,最高工作頻率為fmax=1/Tmin<1/(two+tre)Uc(0+)≈0,uc(∞)=VDD,uc(tW)=UTH=1/2VDD,г≈RC

二、輸出波形主要參數(shù)的計算１、輸出脈沖寬度two暫穩(wěn)態(tài)t1—742集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器高速CMOS集成雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器54/74HC4538的功能。54/74HC4538雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器邏輯符號圖符號框圖及外接R、C連線圖Rext/Cext和Cext的引腳分別與電容元件相連，不屬于邏輯狀態(tài)連接，故在邏輯符號圖引線上用“Ｘ”號表示。TR+為上升沿觸發(fā)信號輸入端，TR-反為下降沿觸發(fā)信號輸入端，這兩者為“或”的關(guān)系，故邏輯符號內(nèi)有或邏輯符號。2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器高速CMOS集成雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器75序號輸入輸出功能RD反TR+TR-反QQ反10XX01復位清零21上升沿1高脈沖低脈沖上升沿觸發(fā)310下降沿高脈沖低脈沖下降沿觸發(fā)411X01穩(wěn)定狀態(tài)51X001１、清零功能如序號１所列，當RD＝０時，不論其它輸入引腳為何種狀態(tài)，輸出端Ｑ立即出０，Ｑ出１，故ＲＤ的清零具有最高優(yōu)先級功能。使用其它輸入引腳功能時，RＤ必須置１。54/74HC4538的功能序號輸入輸出功能RD反TR+TR-反QQ反10XX01復位清76序號輸入輸出功能RD反TR+TR-反QQ反10XX01復位清零21上升沿1高脈沖低脈沖上升沿觸發(fā)310下降沿高脈沖低脈沖下降沿觸發(fā)411X01穩(wěn)定狀態(tài)51X001２、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)功能

如序號２、３所列，當TR－＝１時，TR+加上升沿觸發(fā)信號，Ｑ端能輸出一個正脈沖信號，Ｑ為負脈沖；或者當TR+＝０時，TR－加下降沿觸發(fā)信號，Ｑ也能輸出一個正脈沖信號，Ｑ為負脈沖，其波形如圖。54/74HC4538的功能序號輸入輸出功能RD反TR+TR-反QQ反10XX01復位清77輸出脈寬tw即為內(nèi)部電路處于暫穩(wěn)定狀態(tài)時間，近似可用tw≈0.7RC計算。R、C計算機為外接阻容元件值，一般R取值范圍為５千歐到１兆歐，如果R＞１兆歐，電路對外部噪聲信號很敏感．此外，電路還具有重觸發(fā)功能，即當電路被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)期間，可再次加輸入觸發(fā)信號，這時輸出脈寬tw’為第一次和第二次觸發(fā)信號的間隔時間t1加上以第二次觸發(fā)信號為起點的輸出脈寬tw如左圖．

t’w=tI+tw54/74HC4538單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形重觸發(fā)器輸出脈沖輸出脈寬tw即為內(nèi)部電路處于暫穩(wěn)定狀態(tài)時間，近似可用tw≈078序號輸入輸出功能RD反TR+TR-反QQ反10XX01復位清零21上升沿1高脈沖低脈沖上升沿觸發(fā)310下降沿高脈沖低脈沖下降沿觸發(fā)411X01穩(wěn)定狀態(tài)51X0013、穩(wěn)定狀態(tài)

如序號４、５所列，在TR＋＝１或TR－＝０時，均不能觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，為穩(wěn)定狀態(tài)或禁止觸發(fā)狀態(tài)，Ｑ維持０。4000系列14528與54/74HC4538芯片引腳功能完全相同，但54/74HC4538在帶負載能力和速度方面優(yōu)于14528。54/74HC4538的功能序號輸入輸出功能RD反TR+TR-反QQ反10XX01復位清79集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用：

集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器除用作信號脈寬轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)之節(jié)，還可較方便地用于延時、方波信號發(fā)生器等電路。１.脈沖信號的延時電路兩個集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器級聯(lián)后，可組成信號的延時電路。第一級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在輸入信號u1的下降沿觸發(fā)下，產(chǎn)生脈寬為tw2的信號uo1輸出，再利用uo1的下降沿作為第二級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)信號，再產(chǎn)生脈寬為tw2的信號uo輸出。這樣輸出uo的信號比輸入uI的信號延遲了tw1。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用：集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器除用作信號脈寬轉(zhuǎn)80

施密特觸發(fā)器的特性和符號。UT+

：正向閾值電壓

UT-：負向閾值電壓

回差電壓:

UH=UT+

-

UT-施密特觸發(fā)器(a)反相輸出的傳輸特性(b)反相輸出的符號圖(C)同相輸出的傳輸特性.6.3施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的特性和符號。81一．電路組成及工作原理在uI的a至b段，uI由小到大，在未達到2/3VCC之前，6號、2號引腳狀態(tài)為0、0和0、1，故3號引腳輸出uO1為1態(tài)；

當uI達到b點為UT+=2/3VCC時，6號、2號引腳狀態(tài)為1、1，輸出uO1翻轉(zhuǎn)為0；

在uI為b-c-d期間，6號、2號引腳狀態(tài)為1、1，0、1，輸出uO1仍維持為0；

6.3.1555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器一．電路組成及工作原理在uI的a至b段，uI由小到大，在未達82一．電路組成及工作原理當uI

達到d點為UT-=1/3VCC時，6號、2號引腳狀態(tài)為0、0，輸出又翻轉(zhuǎn)為1態(tài)．

在d-e-f期間，6號，2號引腳狀態(tài)為0、0和0、1，輸出uO1仍維持為1，

直到uI達到f點為2/3VCC，uO1又變?yōu)?態(tài)。這樣將輸入uI的三角波轉(zhuǎn)為方波輸出，因此又稱為整形。

一．電路組成及工作原理當uI達到d點為UT-=183二、應(yīng)用舉例１．波形的變換或整形．

回差電壓△UH=UT+-UT-較小時，抗干擾能力較差，輸出uo也受輸入干擾影響．如果將回差電壓擴大為△U’H=UT+-U’T-，則輸出u’0

可不受干擾影響。脈寬tw可由△UH控制，可將不規(guī)則的波形整形成矩形波。二、應(yīng)用舉例１．波形的變換或整形．回差電壓△UH=UT84２．幅度鑒別

利用施密特觸發(fā)器，從一串幅度不等的脈沖中，將幅度較大的信號鑒別出來，稱為幅度鑒別，其波形如下圖示．當輸入脈沖幅度大于UT+時，有信號輸出，小于UT-時，無信號輸出．２．幅度鑒別利用施密特觸發(fā)器，從一串幅度不等的脈沖中，將85一、CMOS集成觸發(fā)器40106的傳輸特性40106六施密特觸發(fā)器的邏輯符號圖不同電源電壓下的傳輸特性。由內(nèi)部電路參數(shù)的離散性，正向閾值電壓UT+、負向閾值電壓UT-、回差電壓ΔＵＨ均有一個變化范圍值。因此，某一塊集成電路要通過實測來確定ＵＴ＋和ＵＴ－。6.3.2集成施密特觸發(fā)器一、CMOS集成觸發(fā)器40106的傳輸特性40106六施密特86二、40106施密特觸發(fā)器電路的工作原理40106施密特觸發(fā)器內(nèi)部電路圖TP1、TP2和TN3、TN4四個管子組成反相器，其柵極相連作為輸入端。由于Tp5和TN6管的存在，使反相器輸出電平uo1翻轉(zhuǎn)所需的輸入閾值電壓不是1/2ＶＤＤ，這是因為Tp2和Tp3管的源極Ｓ2和S3的電位將受Tp5和TN6管的影響。反相器設(shè)P溝道Tp管轄的開啟電壓為UGS（th）p(負值)，N溝道TN管的開啟電壓為UGS（th）N當uI=0時，則UGS1、UGS2（-VDD）＜UGS(TH)P,故TP1、TP2管導通；UGS3、UGS4（0V）<UGS（th）N,故TN3、TN4管截止，UO1≈VDD二、40106施密特觸發(fā)器電路的工作原理40106施密特觸發(fā)87三、集成施密特觸發(fā)器應(yīng)用１.光電轉(zhuǎn)換形電路在檢測電機轉(zhuǎn)速時，可采用圖(a)所示光電轉(zhuǎn)換整形電路。將小孔的轉(zhuǎn)盤安裝于電機轉(zhuǎn)軸上，孔的位置對準紅外發(fā)光管和紅外光接收管。當電機轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)盤孔經(jīng)過光電管之間，在接收管T的集電極產(chǎn)生圖(b)中P1所波形,經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后,轉(zhuǎn)換成脈沖方波P2,對P2脈沖在一定時間內(nèi)進行計數(shù),即可實行測速。三、集成施密特觸發(fā)器應(yīng)用１.光電轉(zhuǎn)換形電路在檢測電機882.用于消除干擾和噪聲的脈沖整形電路在數(shù)字電路中，正常脈沖信號常受到電網(wǎng)上其它負載頻繁啟動而產(chǎn)生干擾信號的影響，如左圖所示u1波形。若將該信號作用于施密特觸發(fā)器的輸入端，經(jīng)整形后，即可獲得無干擾的脈沖信號輸出，只要施密特觸發(fā)器的回差電壓ΔUH大于干擾信號的幅度即可。3.多諧振蕩器電路利用施密特觸發(fā)器可以很方便地組成多諧振蕩器，電路如右圖(a），圖（b）所示為電容上電壓UC和輸出UO波形。2.用于消除干擾和噪聲的脈沖整形電路在數(shù)字電路中，正常脈沖信894.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用40106施密特觸發(fā)器可組成上升沿或下降沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路。上升沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路圖各點波形如圖（1）上升沿觸發(fā)電路（2）下降沿觸發(fā)的電路下降沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路圖各點波形如圖4.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用40106施密特觸發(fā)器可組成上升沿或下降沿906.4多諧振蕩器6.3.1555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器多諧振蕩器：又稱無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它毋須外加觸發(fā)脈沖，就能輸出一定頻率的矩形脈沖（自激振蕩），因此沒有穩(wěn)態(tài)；因矩形脈沖波含有豐富的諧波，故稱為多諧振蕩器。8+UCC56315K5K5K274+UCC+UCCR2R1CuoucC1C26.4多諧振蕩器6.3.1555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器91工作原理、工作波形與周期估算

uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ充電UOHTH=TR=uC很小Ⅰ

接通VCC后，開始時TH=TR=uC

0，uO為高電平，放電管截止，VCC經(jīng)R1、R2向C充電，uC

上升，這時電路處于暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。

工作原理

工作原理、工作波形與周期估算uCOtOuOtUOLUOHⅡ92uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡUOLTH

=

TR

≥

2/3

VCC

當uC上升到

TH=TR=uC

≥

2/3

VCC時，uO躍變?yōu)榈碗娖?，同時放電管

V導通，C經(jīng)R2和V放電，uC

下降，電路進入暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ。工作原理

Ⅱ

接通VCC后，開始時TH=TR=uC

0，uO為高電平，放電管截止，VCC經(jīng)R1、R2向C充電，uC

上升，這時電路處于暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。

放電uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡUOLTH93

當uC下降到

TH=TR=uC

≤1/3

VCC時，uO重新躍變?yōu)楦唠娖剑瑫r放電管V截止，C又被充電，uC

上升，電路又返回到暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡTH=TR≤1/3VCCⅠ工作原理

當uC上升到

TH=TR=uC≥

2/3

VCC時，uO躍變?yōu)榈碗娖剑瑫r放電管

V導通，C經(jīng)R2和V放電，uC下降，電路進入暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ。

接通VCC后，開始時TH=TR=uC

0，uO為高電平，放電管截止，VCC經(jīng)R1、R2向C充電，uC

上升，這時電路處于暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。

當uC下降到TH=TR=uC≤1/3

94電容C如此循環(huán)充電和放電，使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ二、振蕩頻率的計算tWH0.7(R1+R2)CtWL0.7R2CT=tWH+tWL0.7(R1+2R2)C電容C如此循環(huán)充電和放電，使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈956.4.1用CMOS反相器組成的多諧振蕩器6.4.2石英晶體多諧振蕩器6.4.1用CMOS反相器組成的多諧振蕩器6.4.296一、用CMOS反相器組成的多諧振蕩器CMOS反相器與R、C元件組成多諧振蕩器電路

由于CMOS反相器G1在輸入和輸出端之間并接電阻R,而CMOS電路輸入電流i≈0,故R上電流也近于零．因此靜態(tài)時電阻兩端各自的電位uI1=uo1。它所表示的直線與CMOS反相器電壓傳輸特性的交點為Q點。

它位于反相器電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū),以保證有較大的電壓放大倍數(shù).而使反相器G1輸出翻轉(zhuǎn)的輸入鬧值電壓為UTH=1/2VDD.即當UI1≥UTH時,UO1=0V;當UI1<UTH時,UO1=VDD。6.4.2其它多諧振蕩器電路一、用CMOS反相器組成的多諧振蕩器CMOS反相器與R、C元97工作過程：電路在振蕩時電容C的充、放電回路工作波形圖（1）在t0~t