數(shù)字電子技術(shù) 課件 第7章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形

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術(shù)第7章脈沖波形的產(chǎn)生與整形目錄CATALOG7.1概述7.2施密特觸發(fā)器7.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7.4多諧振蕩器7.5555定時(shí)器及其應(yīng)用知

識(shí)

圖

譜7.1概述1．脈沖信號(hào)脈沖：電壓(u)或電流(i

)的波形像心電圖上的脈搏跳動(dòng)的波形。

在短時(shí)間內(nèi)突變，隨后又迅速返回其初始值的物理量稱之為脈沖。脈沖信號(hào)：指突然變化的電壓或電流。7.1

概述常見(jiàn)的脈沖波形有矩形波、鋸齒波、鐘形波、尖峰波、梯形波、階梯波等。

數(shù)字電路經(jīng)常用到各種寬度和幅值的邊沿陡峭的脈沖信號(hào)：時(shí)鐘信號(hào)、定時(shí)信號(hào)。最常用的脈沖信號(hào)是方波或矩形波。7.1概述

(1)脈沖幅度Vm——脈沖電壓的最大變化幅度。

(2)上升時(shí)間tr——脈沖上升沿從0.1Vm

上升到0.9Vm

的時(shí)間。

(3)下降時(shí)間tf

——脈沖上升沿從0.9Vm

下降到0.1Vm

的時(shí)間。

(4)脈沖寬度tw——脈沖前、后沿0.5Vm處的時(shí)間間隔，說(shuō)明

脈沖持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短。

(5)脈沖周期T——周期性脈沖中，兩個(gè)相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔。2．脈沖波形的主要參數(shù)(6)占空比q

——脈沖寬度與脈沖周期的比值，即q＝tw/T。如果q=50%，則稱為對(duì)稱方波。非周期性和周期性矩形波(a)非周期性(b)周期性數(shù)字電路中用得最多的是矩形波。矩形波有周期性與非周期性兩種。7.1概述脈沖電路是專門用來(lái)產(chǎn)生電脈沖和對(duì)電脈沖進(jìn)行放大、變換和整形的電路。家用電器中的定時(shí)器、報(bào)警器、電子開關(guān)、電子鐘表、電子玩具以及電子醫(yī)療器具等，都要用到脈沖電路。3．脈沖波形的產(chǎn)生方法脈沖有各種各樣的用途，有對(duì)電路起開關(guān)作用的控制脈沖，有起統(tǒng)帥全局作用的時(shí)鐘脈沖，有做計(jì)數(shù)用的計(jì)數(shù)脈沖，有起觸發(fā)啟動(dòng)作用的觸發(fā)脈沖等等。獲得脈沖波形的方法：

1)利用脈沖振蕩電路產(chǎn)生；

2)通過(guò)整形電路對(duì)已有的波形進(jìn)行整形、變換，使之符合系統(tǒng)的要求。7.1概述7.1概述

常用的有施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。獲取脈沖信號(hào)的方法脈沖信號(hào)產(chǎn)生與整形電路的實(shí)現(xiàn)是一種多用途集成電路，只要外接少量阻容元件就可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等，使用方便、靈活，應(yīng)用廣泛。用多諧振蕩器直接產(chǎn)生。用整形電路對(duì)已有波形進(jìn)行整形、變換。施密特觸發(fā)器主要用以將緩慢變化或快速變化的非矩形脈沖變換成陡峭的矩形脈沖。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

主要用以將寬度不符合要求的脈沖變換成符合要求的矩形脈沖。用門電路構(gòu)成。用專用的集成電路。用

555

定時(shí)器構(gòu)成。1.什么是脈沖信號(hào)？檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果3.矩形脈沖的主要技術(shù)參數(shù)有哪些？4.獲取矩形脈沖波形的途徑有哪兩種？

2.常見(jiàn)的脈沖波形有哪些？

7.2施密特觸發(fā)器7.2.1施密特觸發(fā)器的基本概念1．施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)

施密特觸發(fā)器是一種重要的脈沖整形電路，能夠?qū)⑦呇刈兓徛拿}沖信號(hào)波形整形為邊沿陡峭的矩形波。(1)輸出有兩種狀態(tài)（輸出為數(shù)字信號(hào)）；(2)電平觸發(fā)——即當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到一定的電壓值時(shí)，

輸出電壓會(huì)發(fā)生突變。施密特觸發(fā)器是一種受輸入

信號(hào)電平直接控制的雙穩(wěn)態(tài)電路；(3)滯回特性——即對(duì)于正向和負(fù)向變化的輸入信號(hào)，有不同的閾值電平（）。ΔUT＝UT+－UT-回差電壓：正向閾值電平反向閾值電平7.2施密特觸發(fā)器7.2.1施密特觸發(fā)器的基本概念

施密特觸發(fā)器是一種重要的脈沖整形電路，能夠?qū)⑦呇刈兓徛拿}沖信號(hào)波形整形為邊沿陡峭的矩形波。UOLUOH

UT=UT+-UT-回差電壓施密特觸發(fā)器工作特點(diǎn)(1)允許輸入信號(hào)為緩慢變化的信號(hào)。(2)有兩個(gè)閾值電壓。(3)有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)。UT+OuOuIUT-正向閾值電壓負(fù)向閾值電壓

當(dāng)uI從小增大時(shí)，經(jīng)過(guò)UT+處才能使輸出發(fā)生躍變。

當(dāng)uI從大減小時(shí)，經(jīng)過(guò)UT-處才能使輸出發(fā)生躍變。UOLUOHUT+OuOuIUT-uOuI具有施密特特性的與非門符號(hào)7.2.2施密特觸發(fā)器的電路組成及工作原理兩個(gè)CMOS反相器，兩個(gè)分壓電阻。1.電路組成反相輸出型同相輸出型7.2.2施密特觸發(fā)器的電路組成及工作原理兩個(gè)CMOS反相器，兩個(gè)分壓電阻。1.電路組成反相輸出型同相輸出型

1)當(dāng)uI=0時(shí)，uO1＝VDD，所以u(píng)O＝0。正向閾值電壓

如何求？↗時(shí),↗, 只要<UTH，則保持=0。uO2)當(dāng)=UTH，G1和G2輸出狀態(tài)將翻轉(zhuǎn)。由疊加原理得正向閾值電壓4)3)當(dāng)uI=1時(shí)，uO1＝0，所以u(píng)O＝1。負(fù)向閾值電壓如何求？由疊加原理得負(fù)向閾值電壓

（2）工作波形與電壓傳輸特性施密特觸發(fā)器將三角波uI變換成矩形波uO。同相輸出型施密特觸發(fā)器的工作波形及電壓傳輸特性（a）工作波形（b）電壓傳輸特性正向閾值電壓UT+

負(fù)向閾值電壓UT－

回差電壓ΔUT=UT+－UT－7.2.3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用（以反向輸出型為例）

OuItuOUT+UT-Ot波形變換將三角波、正弦波和其它不規(guī)則信號(hào)變換成矩形脈沖。UOHUOL

uI

>

UT+后，uO

=

UOL,只有當(dāng)uI下降到經(jīng)過(guò)UT-時(shí)，uO

才會(huì)發(fā)生躍變。

uI

<UT-后，uO

=UOH只有當(dāng)

uI

上升到經(jīng)過(guò)

UT+時(shí)，uO

才會(huì)發(fā)生躍變。

在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變，或者邊沿產(chǎn)生振蕩等。通過(guò)施密特觸發(fā)器整形，可以獲得比較理想的矩形脈沖波形。波形畸變邊沿振蕩脈沖整形將受到干擾的或不符合邊沿要求的信號(hào)整形成較好的矩形脈沖。OuItuOUT+UT-Ot脈沖鑒幅鑒別并取出幅度大于UT+的脈沖。UOLUOH【例7-1】在圖示(a)的施密特觸發(fā)器電路中，已知G1和G2為

CMOS反相器，(1)試計(jì)算電路的正向閾值電壓UT＋、負(fù)向閾值電壓UT-和回差電壓UT。(2)若施密特觸發(fā)器的輸入電壓波形如圖(b)所示，試畫出其

輸出電壓波形。解(1)正向閾值電壓為：負(fù)向閾值電壓為：回差電壓為：(2)畫出輸出電壓波形如圖所示。思考回答1.施密特觸發(fā)器有什么特點(diǎn)？施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性是什么？2.施密特觸發(fā)器的主要應(yīng)用有哪些？3.上限觸發(fā)電平、下限觸發(fā)電平及回差電壓的定義是什么？

4.用施密特觸發(fā)器能否寄存1位二值數(shù)據(jù)，說(shuō)明理由。？7.3.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的基本概念7.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)自動(dòng)返回工作特點(diǎn)：

(1)有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，無(wú)外觸發(fā)脈沖輸入時(shí)，電路

處于穩(wěn)態(tài)。(2)在外觸發(fā)脈沖作用下，電路從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)一段

時(shí)間后，電路自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。(3)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間長(zhǎng)短取決于電路本身的參數(shù)，與外加觸發(fā)脈沖

無(wú)關(guān)。應(yīng)用：脈沖整形、延時(shí)、定時(shí)舉例：樓道的燈7.3.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的基本概念7.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

工作特點(diǎn)與電路符號(hào)有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。無(wú)外觸發(fā)脈沖輸入時(shí)，電路處于穩(wěn)態(tài)；在外觸發(fā)脈沖作用下，電路將從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)一段時(shí)間后，電路又自動(dòng)返回到原來(lái)的穩(wěn)態(tài)。工作特點(diǎn)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間長(zhǎng)短取決于電路本身的參數(shù)，與外加觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài)期間如再次被觸發(fā)，對(duì)原暫穩(wěn)時(shí)間無(wú)影響，輸出脈沖寬度tW仍從第一次觸發(fā)開始計(jì)算。

暫穩(wěn)態(tài)期間如再次被觸發(fā)，輸出脈沖寬度可在此前暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的基礎(chǔ)上再展寬tW。可重復(fù)觸發(fā)型不可重復(fù)觸發(fā)型uOuI1uOuI限定符號(hào)“1

”表示不可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。限定符號(hào)“

”表示可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。7.3.2用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路組成及工作原理暫穩(wěn)態(tài)靠RC電路的充放電過(guò)程維持。由于RC電路接成微分電路形式，故該電路又稱為微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。uI=0，uI2=VDD，uO=UOL=0，uO1＝UOH=VDD，uC=0。(2)外加觸發(fā)信號(hào)，電路翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)uI正跳變時(shí)，uO1負(fù)跳變，經(jīng)電容C耦合，使uI2負(fù)跳變，uO正跳變；uO的正跳變反饋到G1輸入端，導(dǎo)致正反饋：無(wú)觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路處于穩(wěn)態(tài)。(1)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的穩(wěn)態(tài)即使uI觸發(fā)器信號(hào)撤除，由于uO的作用，uO1仍可為低電平。此時(shí)，電路處于uO1=UOL、uO=UOH的狀態(tài)。然而這一狀態(tài)是不能長(zhǎng)久保持的，故稱為暫穩(wěn)態(tài)。

(3)電容C充電，電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)（uO1=UOL、uO=UOH

）期間，VDD經(jīng)R對(duì)C充電，使uI2上升。當(dāng)uI2上升達(dá)到G2的UTH時(shí)，發(fā)生正反饋：

電路迅速由暫穩(wěn)態(tài)返回穩(wěn)態(tài)，uO1=UOH、uO=uO2=UOL。從暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)之后，電容C將通過(guò)電阻R放電，使電容上的電壓恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的初始值。

在RON＜＜R的情況下，等效電路可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的RC串聯(lián)電路。該電路的過(guò)渡過(guò)程可用三要素法求解。（1）脈沖寬度tw脈沖寬度tw等于從電容C開始充電到uI2上升至UTH的這段暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間。2．主要參數(shù)及計(jì)算初始值:uC

(0+)=uC(0-)=0V時(shí)間常數(shù):

=RC穩(wěn)態(tài)值:uC

(∞)=VDD

(2)恢復(fù)時(shí)間tre

暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電路需要一段時(shí)間恢復(fù)到初始狀態(tài)。一般，恢復(fù)時(shí)間tre為(3~5)τ（通常放電時(shí)間常數(shù)τ遠(yuǎn)小于RC）。設(shè)觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間間隔為T，為使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能正常工作，應(yīng)滿足T＞tw+tre的條件，即Tmin=tw+tre。因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最高工作頻率為：

fmax=1/Tmin=1/(tw+tre)

(3)最高工作頻率fmax（或最小工作周期Tmin）

Um=UOH-UOL≈VDD(4)輸出脈沖幅度Um7.3.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1.延時(shí)1uIu

O&uOuFuIu

OtW2.定時(shí)選通uFuO3.整形uIuO經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸后，脈沖信號(hào)的邊沿會(huì)變差或波形上疊加某些干擾，利用整形可使其變成符合要求的波形。2.

脈沖定時(shí)1.

脈沖整形

因此，利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以控制門開通與否以及開通時(shí)間長(zhǎng)短。

門的定時(shí)時(shí)間即為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間。

uC

為與門G開通與否的控制信號(hào)。

uC=1，門G開通，信號(hào)uB通過(guò)門G輸出；

uC=0，門G關(guān)閉，uB不能輸出。1.脈沖整形7.3.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用uIuO經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸后，脈沖信號(hào)的邊沿會(huì)變差或波形上疊加某些干擾，利用整形可使其變成符合要求的波形。2.脈沖定時(shí)因此，利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以控制門開通與否以及開通多長(zhǎng)時(shí)間。uAuBuCuOG單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的定時(shí)電路和工作波形uAuCuBuOuC

門的定時(shí)時(shí)間即為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間。tW

uC

為與門G開通與否的控制信號(hào)。

uC=1，門G開通，信號(hào)uB通過(guò)門G輸出；

uC=0，門G關(guān)閉，uB不能輸出。3.脈沖延時(shí)

7.3.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在輸入信號(hào)ui觸發(fā)下，輸出uo產(chǎn)生一個(gè)比ui延時(shí)了tW的脈沖波，這個(gè)延時(shí)作用可被適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間配合上。如圖7-14所示。

下面通過(guò)工作波形的分析來(lái)說(shuō)明可重復(fù)觸發(fā)型和不可重復(fù)觸發(fā)型觸發(fā)器的區(qū)別。單穩(wěn)工作波形舉例不可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)輸出波形可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)輸出波形輸入波形OuItOuOtOuOttWtWtWtW暫穩(wěn)態(tài)期間不能再次觸發(fā)。暫穩(wěn)態(tài)期間能再次觸發(fā)。其輸出脈寬將在原暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間基礎(chǔ)上再展寬tW。觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間tW后重新自動(dòng)回到穩(wěn)態(tài)。外觸發(fā)脈沖未來(lái)時(shí)，輸出為穩(wěn)態(tài)。1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有什么特點(diǎn)？2.如何計(jì)算暫態(tài)時(shí)間？3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理是什么？

4.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要應(yīng)用有哪些？想想練練7.4多諧振蕩器

多諧振蕩器又稱無(wú)穩(wěn)電路，主要用于產(chǎn)生各種方波或時(shí)間脈沖信號(hào)。它是一種自激振蕩器，在接通電源之后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，便能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖波。即距形脈沖產(chǎn)生電路，由于距形脈沖中含有豐富的諧波分量，故常稱多諧振蕩器。(1)不需輸入信號(hào)。(2)無(wú)穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。

通過(guò)電容的充電和放電，使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，輸出周期性的矩形脈沖信號(hào)。GuO工作特點(diǎn)1.最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器

利用集成門電路的傳輸延遲時(shí)間，將奇數(shù)個(gè)反相器首尾相連便可構(gòu)成最簡(jiǎn)單的環(huán)形振蕩器。該電路沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)。振蕩周期T=6tpd=2Ntpd(N=3)

缺點(diǎn)：不實(shí)用。因?yàn)榧砷T電路的延遲時(shí)間tpd極短，而且振蕩周期不便

調(diào)節(jié)。7.4.1由奇數(shù)個(gè)非門構(gòu)成的基本環(huán)形多諧振蕩器為了克服上述多諧振蕩器的缺點(diǎn)，可在電路中引入RC延遲環(huán)節(jié)，構(gòu)成如圖所示電路。使uA電壓延遲下降

設(shè)在t0時(shí)刻，uI=uo為低電平，則uo1為高電平，uo2為低電平。此時(shí)uo1經(jīng)電容C、電阻R到uo2形成電容的充電回路。uA↓→uo↑→uo1↓

正反饋的結(jié)果，使電路在t1時(shí)刻，uI=uo變?yōu)楦唠娖?，則uo1為低電平，uo2為高電平。

電容C上uc的電壓逐漸增大，uA相應(yīng)減小，當(dāng)接近門電路的閾值電壓UTH時(shí)，形成下述正反饋過(guò)程：此后的過(guò)程與上相似，最后使電路在t2時(shí)刻返回到uI=uo變?yōu)榈碗娖?，uo1為高電平，uo2為低電平。

電路在t1時(shí)刻，uI=uo變?yōu)楦唠娖?，uo1為低電平，uo2為高電平。此時(shí)uo2經(jīng)電阻R、電容C到uo1形成電容的放電回路。充電放電放電充電此后，電路重復(fù)上述過(guò)程，周而復(fù)始地從一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，從而在G3門的輸出端得到連續(xù)的方波。該電路的工作波形如圖所示。

7.4.2采用石英晶體的多諧振蕩特點(diǎn)：頻率穩(wěn)定，精度高。1．石英晶體的選頻特性符號(hào)當(dāng)f=f0時(shí)，電抗X=0。

石英晶體符號(hào)和電抗的頻率特性如下圖所示。由石英晶體的電抗頻率特性可知，當(dāng)外加電壓的頻率為f0時(shí)它的阻抗最小。阻抗特性fXf0電感性電容性電容性u(píng)I1C1G1uI2uO1uOuO2C2G2R1R2形成正反饋回路工作波形OuO2tOuO1tUOHUOLUOHUOLuI2UTHOtUTHuI1tO輸出波形

合理取值，使G1、G2門工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，使兩個(gè)反相器都工作于放大狀態(tài)。

通過(guò)

RC

電路的充放電作用自動(dòng)控制

uI1、uI2波形的變化，從而控制

G1、G2門交替開通和關(guān)閉，使電路輸出周期性的矩形脈沖。2．石英晶體多諧振蕩器(1)串聯(lián)式多諧振蕩器uI1C1G1uI2uO1uOuO2C2G2R1R2該電路的過(guò)渡過(guò)程可用三要素法求解：取R1=R2=R，C1=C2=C，則可輸出占空比50%的矩形波。電路的振蕩周期為：初始值:uC

(0+)=UIK時(shí)間常數(shù):

=RC穩(wěn)態(tài)值:uC

(∞)=UOH具有各種諧振頻率的石英晶體（簡(jiǎn)稱“晶振”）已被制成標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的產(chǎn)品出售。

反相器G1用于振蕩，電阻R=10MΩ是偏置電阻，為反相器G1提供靜態(tài)工作點(diǎn)。保證在靜態(tài)時(shí)使G1工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，構(gòu)成一個(gè)反相放大器。為了改善輸出波形，增強(qiáng)帶負(fù)載能力，通常在該振蕩器的輸出端再接一個(gè)反相器G2。反相器G2在電路中起整形緩沖作用，同時(shí)G2還可以隔離負(fù)載對(duì)振蕩電路的影響。石英晶體和兩個(gè)電容C1、C2構(gòu)成了一個(gè)π型網(wǎng)絡(luò)，用于完成選頻功能。(2)并聯(lián)式多諧振蕩器【例7-2】下圖是用反相器接成的環(huán)形振蕩器電路。某同學(xué)在用示波器觀察輸出電壓uo的波形時(shí)發(fā)現(xiàn)，取n=3和n=5所測(cè)得的脈沖頻率幾乎相等，試分析其原因。解：當(dāng)示波器的輸入電容和接線電容所造成的延遲時(shí)間遠(yuǎn)大于每個(gè)門電路本身的傳輸延遲時(shí)間時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致這種結(jié)果。思考與練習(xí)1.為什么叫多諧振蕩器？其作用是什么？2.多諧振蕩器的特點(diǎn)有哪些？3.如何計(jì)算多諧振蕩器的工作頻率？4.多諧振蕩器的應(yīng)用有哪些？7.5555定時(shí)器及其應(yīng)用555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字－模擬混合的中規(guī)模集成電路。通過(guò)外接少量元件，它可以很方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，可用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。由于其內(nèi)部有3個(gè)5kΩ的電阻分壓器，故稱555定時(shí)器。單定時(shí)器雙極型——555單極型——7555雙定時(shí)器雙極型——556單極型——7556型號(hào)1.555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與符號(hào)

C1C2G3QQG1G2RSVR5k

5k

5k

UR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS電路符號(hào)627153843OUT輸出端

8VCC電源端

4RD直接置0端

DIS7放電端TH6閾值輸入端TR2觸發(fā)輸入端CO5控制電壓輸入端

GND1接地端

集電極開路輸出端UR1UR2構(gòu)成電阻分壓器，為比較器

C1、C2提供兩個(gè)參考電壓，UR1=2/3VCC，UR2=1/3VCC。

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。2.555定時(shí)器的工作原理與邏輯功能

101

導(dǎo)通定時(shí)器5G555的功能表

不變不變1截止11導(dǎo)通01導(dǎo)通00V狀態(tài)OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××

直接置0端RD低電平有效，優(yōu)先級(jí)最高。不用時(shí)應(yīng)使其為1。2.555定時(shí)器的工作原理與邏輯功能

不變不變1截止11導(dǎo)通01導(dǎo)通00V狀態(tài)OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××定時(shí)器5G555的功能表

10截止10012.555定時(shí)器的工作原理與邏輯功能

不變不變1截止11導(dǎo)通01導(dǎo)通00V狀態(tài)OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××定時(shí)器5G555的功能表

11簡(jiǎn)化功能表

不變不變1截止11導(dǎo)通01導(dǎo)通00V狀態(tài)OUTRD輸出輸入TRTH××使用要點(diǎn)(1)RD低電平有效,優(yōu)先級(jí)最高，

不用時(shí)應(yīng)接高電平。通常不用CO端，為了提高電路工作穩(wěn)定性，將其通過(guò)0.01

F電容接地。(3)TR低電平有效，TH高電平

有效，因此，TH加低電平、

TR加高電平時(shí)為非有效電

平，電路狀態(tài)不變。(4)輸出

0

時(shí)，Q

=

1，因此

V

導(dǎo)通；輸出

1

時(shí)，

Q

=

0，故

V

截止。(5)注意：①

TH

電平高低是與

2/3VCC相比較，TR

電平高低是與

1/3VCC相比較。②若控制輸入端

CO

加輸入電壓

uCO，則

UR1=

uCO

UR2=

uCO/2，故

TH

和

TR

電平高低的比較值將變成

uCO和

uCO/2。(2)TH和TR均為高電平時(shí)輸出

0，均為低電平時(shí)輸出1。0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH當(dāng)TH=TR=uI>2/3VCC時(shí)電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性當(dāng)TH=TR=uI<1/3VCC時(shí)1/3VCC0當(dāng)1/3VCC<TH=TR=uI<2/3VCC時(shí)當(dāng)uI<1/3VCC時(shí)當(dāng)uI由高電平逐漸下降，且1/3VCC<uI<1/3VCC時(shí)不變不變1截止11導(dǎo)通01導(dǎo)通00V狀態(tài)OUTRD輸出輸入TRTH××0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOHUT+=2/3VCCUT-=1/3VCC

UT=UT+-UT-=1/3VCCuIuO62715384在5腳加控制電壓，可以改變電路的UT+和UT－。1.用555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器7.5.3用555定時(shí)器構(gòu)成的脈沖波形產(chǎn)生與整形電路OuO/Vt184355557+12V0.01

FuIuO260uI/Vt246810THTRuIuO+12VUT+UT-abcdefUOH【例7-3】試對(duì)應(yīng)輸入波形畫出下圖中輸出波形。試求：(1)當(dāng)VCC=12V而且沒(méi)有外接控制電壓時(shí)，VT+、VT－及△VT值。(2)當(dāng)VCC=9V，外接控制電壓VCO=5V時(shí)，VT+、VT－、△VT各為多少?解(1)(2)VT+=2VCC/3=8V,VT－=VCC/3=4V△VT=VT+-VT－=4VVT+=VCO=5V,VT－=VCO/2=2.5V△VT=VT+-VT－=2.5V【例7-4】分析下圖由555定時(shí)器構(gòu)成電路的工作原理。解：當(dāng)

時(shí)，u0=1；當(dāng)u0=1保持不變；當(dāng)uI>時(shí)，；uI從高逐漸下降，故回差電壓為u0=0，故在此時(shí)，變化方向上閾值電壓為的過(guò)程中，閾值電壓為2.用555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（1）得到負(fù)脈沖外觸發(fā)：使高觸發(fā)置0端TH有效→暫穩(wěn)態(tài)0自動(dòng)返回：通過(guò)電容C的充放電使低觸發(fā)置1端TR有效→穩(wěn)態(tài)1思路：外觸發(fā)→自動(dòng)返回（2）得到正脈沖外觸發(fā)：使低觸發(fā)置1端TR有效→暫穩(wěn)態(tài)1自動(dòng)返回：通過(guò)電容C的充放電使高觸發(fā)置0端TH有效→穩(wěn)態(tài)0(1)電路結(jié)構(gòu)2.用555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01

FRCuIuOuC-+DISTHVCCRR、C為定時(shí)元件TRuIOUTuOGNDVCCRDCO0.01

FCuC-+(2)工作原理、工作波形工作原理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(hào)為負(fù)脈沖，不加觸發(fā)信號(hào)時(shí)，uI=

UIH(應(yīng)

>

1/3

VCC)。

當(dāng)uC

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

0V。這時(shí)TR=UIH>1/3VCC，TH=uC

0<2/3VCC，uO保持低電平不變。因此，穩(wěn)態(tài)時(shí)

uC

0V，uO為低電平。充電導(dǎo)通放電VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH3.自動(dòng)返回穩(wěn)定狀態(tài)

uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC2.觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)

UIHUOL

TH≥2/3VCC放電V

當(dāng)輸入uI由高電平躍變?yōu)榈碗娖?/p>

(應(yīng)<1/3VCC)時(shí)，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，因此uO躍變

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

上升。這時(shí)uI必須已恢復(fù)為高電平

當(dāng)uC

上升到uC

≥2/3VCC時(shí)，

TH

=

uC

≥2/3

VCC，而TR=uI=

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

經(jīng)V迅速放電uC

0V，放電完畢后，電路返回穩(wěn)態(tài)。[例7-5]用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時(shí)時(shí)間為1s的正脈沖，R=27k

，試確定定時(shí)元件C的取值。

uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC輸出脈沖寬度tW即為暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)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(fù)觸發(fā)器，且要求輸入脈寬tWI小于輸出脈寬tWO。解：因?yàn)?/p>

tWO

1.1RC故可取標(biāo)稱值

33.7

F。估算公式tWO

1.1RC(2)工作原理、工作波形GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01

FR1CuOuC-+R2

3.用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器

(1)電路組成DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01

FOUTuOCuC-+R2

觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)

uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC

當(dāng)輸入uI由高電平躍變?yōu)榈碗娖?/p>

(應(yīng)<1/3VCC)時(shí)，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

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

上升。UILUOH充電(2)工作原理、工作波形(2)工作原理、工作波形uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡUOLTH

=

TR

≥

2/3

VCC

當(dāng)uC上升到

TH=TR=uC

≥

2/3

VCC時(shí)，uO躍變?yōu)榈碗娖?，同時(shí)放電管

V導(dǎo)通，C經(jīng)R2和V放電，uC

下降，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ。Ⅱ

接通VCC后，開始時(shí)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(shí)電路處于暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。放電

當(dāng)uC下降到

TH=TR=uC

≤1/3

VCC時(shí)，uO重新躍變?yōu)楦唠娖?，同時(shí)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。(2)工作原理、工作波形uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡTH=TR≤1/3VCCⅠ

當(dāng)uC上升到

TH=TR=uC≥

2/3