脈沖定時(shí)電路

1、第六章 脈沖定時(shí)電路* SchmittFF* * FF* 555的 特 點(diǎn) 、 用 途 及 常 見 電 路多 諧 振 蕩 器 原 理 和 常 見 電 路單 穩(wěn) 態(tài)的 特 點(diǎn) 、 用 途 和 常 見 電 路定 時(shí) 器 的 組 成 、 原 理 及 其 應(yīng) 用6.1 概述一、矩形波參數(shù)介紹HLWWrMMfMMV V T T Tq q Tt 0.1V0.9Vt 0.9V0.1V高電平，低電平周期正脈寬占空比 100上升時(shí)間下降時(shí)間WTTLVHVrtfttuRC C 電路脈沖特性電容二電壓、上變化Cvt (=RC) 0e0 T= lncccccccccc v 0v v tvvvvvvv電路三要素公式：（

2、），（ ），（）（ ）（ ）-（）（ ）-（）（ ）-（T）sRECvC+_三、本章內(nèi)容2. 一種集成電路555定時(shí)器1. 三種典型電路及其特性 SchmittFFTTVVg： 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)兩個(gè)穩(wěn)態(tài)VVTT回差電壓 V=- g自動(dòng)自動(dòng)多諧振蕩器 暫態(tài)暫態(tài)無穩(wěn)態(tài) FF觸發(fā)自動(dòng)單穩(wěn)態(tài) 穩(wěn)態(tài)暫態(tài)一個(gè)穩(wěn)態(tài)，一個(gè)暫態(tài)g6.2 SchmittFF2、工作原理TTDIOITOITDOVV -VOOT+T-TTDD=0V V =1 ()V V10 ()V -V V() (V =1) (V =0)V=V-V =V -(V -V )=Vvvv 穩(wěn)態(tài)由 變穩(wěn)態(tài)由0變1 穩(wěn)態(tài) 穩(wěn)態(tài) 穩(wěn)態(tài)回差電壓一、SchmittFF的引

3、出 1、電路組成： 基本R-SFF + 反相器、二極管D&1OVIv1G2G3GD3.電壓傳輸特性曲線OLVOHV/VIvV0/VIIITVTV (): ()OIOTOTOIVf vVVVVVf vT+DT+曲線表明由高變低在處，為V由低變高在-V 處，為V曲線為下行線上行線 下行線I4.( )OVf v 兩種曲線OLVOHVV0/VIIITVTV/VIvOLVOHVV0/VIIITVTV/VIv二、常見的SchmittFF電路1、TTL IC 中典型的SchmittFF結(jié)構(gòu) 電路組成（74132芯片的原理電路）1R2R3R4R5R6R7R8R2D1DABOV5T4T3T2T1T4801.4

4、K2 K6 K4D3DC CV2111I12c2I12C CC SEIB E434II2C CC SEIB E424 V VVVR,VR+R TVV VR,VR+RvvvvvTT=0V時(shí) ， T 管 截 止 ， T 導(dǎo) 通 ，低 電 平 輸 出升 高 使 T 管 導(dǎo) 通 （ 并 進(jìn) 入 飽 和 ） ， T 截 止 ，所 需 電 壓 約 為 +設(shè) 此 電 壓 為下 降 使進(jìn) 入 截 止 ， T 導(dǎo) 通 （ 且 飽 和 ） ， 所 需 電壓 約 為+設(shè) 此 電 壓 為 SchmittFF電路原理T+T-23BECSECCT+T-T+T-R R ,VVV0.7,V0.1,V5, V1.95V V1.

5、6574132V=1.7V,V0.9VVVVV 因電阻有 若假設(shè)可求得 由于計(jì)算做了較多近似，和實(shí)際芯片 的有一定誤差。O 74132V =fI邏輯符號和（ ）曲線v&V0/V3.60.10.91.7/VIv2、 CMOS門組成的SchmittFF電路 電路組成OV11Iv1G2G2R1RAvIO V v=0V ， =0V 為穩(wěn)態(tài) 工作原理AATOI VVvvv使,當(dāng)時(shí) 輸出變?yōu)榈碗娖?，為穩(wěn)態(tài)T在使，輸出由穩(wěn)態(tài) 變?yōu)榉€(wěn)態(tài) 時(shí)，處的電壓即為 （）（1+）IATOITT1T1222 v vVVvVVRVR +RVRRAATOI VVvvv使,當(dāng)時(shí) 輸出變?yōu)楦唠娖?，為穩(wěn)態(tài)1IATOIT-DDT1T-

6、TRT1221TT2v vVVvVVVRVVVVRVRRR VVVV RTT 在使，輸出由穩(wěn)態(tài) 變?yōu)榉€(wěn)態(tài) 時(shí)，處的電壓即為 （1-）電路回差電壓2 電路電壓傳輸特性曲線 電路元件參數(shù)值考慮12DDT22LHmaxTOL22LLmaxR (G)IV -VR (G)I穩(wěn)態(tài) 順利返回穩(wěn)態(tài) 的條件門輸出高電平時(shí)門輸出低電平時(shí)V0/VIIITVTVD DV/ VIv3、TTL與非門組成的SchmittFF 電路組成&OVIv1G2G2R1RAvD 工作原理工作原理1IOIATOTOLTTRDT1D2ITOT-TTOLTT1D2 vV v vVVVVVVVVVRVRvVVVVVV VVVRV R=0V ，

7、 =0 為穩(wěn)態(tài)使時(shí) 輸出 由0變?yōu)?，為穩(wěn)態(tài) 在至 ，輸出返回穩(wěn)態(tài) 電路回差電壓 電路元件參數(shù)取值考慮2OFFRR4、集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的SchmittFF 電路組成12R ,R OOmax V =V 電阻的反饋支路為正反饋組態(tài)，電路輸出為極值狀態(tài)00+0VOIv2R1RVfAIOOmaxfOmaxf212IIfOOmaxfOmaxf212IIfO vV =V VV VRR +R vv V VV ,VV VRR +R v vVV 設(shè)很 小 ，為 穩(wěn) 態(tài) ， 運(yùn) 放 同 相輸 入 端 電 壓 為，時(shí)正 反 饋 結(jié) 果 為 穩(wěn) 態(tài)饋 送 回 運(yùn) 放 同 相 端 電 壓 為 當(dāng)至?xí)r ， 輸 出返 回

8、 穩(wěn) 態(tài) 工作原理T+VVOOmaxOOmaxT+fT-f-2TTOmax12 (V =V) (V =-V)V =VV =VR VVV2VR +R T電路原理可概括為： 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 其中 回差電壓 , RV改進(jìn)電路引入?yún)⒖茧妷涸黾涌烧{(diào)性gf21fOR1212VRR VV +VR +RR +R同相輸入端電壓00+0OVIv2R1RfVAVRO V =fvI電壓傳輸特性曲線（ ）RRRV =0 V 0 V 0 時(shí)曲線和坐標(biāo)原點(diǎn)對稱時(shí)曲線向右移動(dòng)時(shí)曲線向左移動(dòng)maxOVV0/VIIITVTVV0/VIIITVTVV0/VIIITVTVmaxOVmaxOVmaxOVmaxOVmaxOV/VIv/VIv/

9、VIv三、SchmittFF的用途整形 變換 鑒幅 TVTVOVIv6.3 多諧振蕩器 一、多諧振蕩器的引出、用途 觸發(fā)器的雙穩(wěn)態(tài)和多諧振蕩器的無穩(wěn)態(tài) ( 兩個(gè)暫態(tài)）OFF1,2ONR-SFF R R R R 基本兩個(gè)電阻、兩個(gè)電容無穩(wěn)態(tài)電路 電容實(shí)現(xiàn)變化信號的傳送&dRdS1G2G111G2G2R1R2C1COV用途：作為數(shù)字系統(tǒng)中觸發(fā)時(shí)鐘信號QQ二、常見多諧振蕩器電路1、TTL 門對稱式多諧f1f212offf1f2ON R =R C =CR (R ,R ) R 電路組成112C1C1G2G1fR2fR1Iv2IvOV11112222IO1IOO2OIOf2II vVvVV C V =1

10、vVvv CC 耦合T（暫態(tài) ）正反饋 耦合的暫態(tài)間， 為低電平，經(jīng)R 對充電，并使 至門閾值電壓V時(shí)，2122111IOIO11OOO1IOf1I vVvV C V V =0V1 vVvCC 耦合T 正反饋耦合 使=0進(jìn)入暫態(tài)區(qū)暫態(tài)期間， 為低電平，經(jīng)R 對充電， 使升高，至V 值時(shí)，前述正反饋過程出現(xiàn)，電路返回暫態(tài)g 原理討論 電路中有關(guān)點(diǎn)波形OI2OI1 V =1v V =0v 1T2T 圖中波形表明為暫態(tài) ，暫態(tài)時(shí)間長短由電容C 充電過程決定， 充至V時(shí)，暫態(tài) 結(jié)束 為暫態(tài) ，暫態(tài) 期間電容C 充電， 在充至V時(shí)，暫態(tài) 結(jié)束。OLVOHVV0/VIIIIIIOLVOHVV01/VDVT

11、VDVTVtttt1T2T 電路參數(shù)計(jì)算2121211f12f12112200lnln IDIDIOHIOHI1TITOHDOHDOHTOHTf1VVVVTVVVVVVVVVVR22暫態(tài) 、的時(shí)間設(shè)為（ ） （ ） （） （） （） （T） RC RC 在TTlnf212OHDOHTRCCVVVV，時(shí)，電路振蕩周期 22、石英晶體多諧振蕩器 電路組成石英晶體代替電容C 選頻作用11C1G2G1fR2fR0fOV 石英晶體等效電路和阻抗頻率特性210p 0.1pFp pF0元件參數(shù)量級：-3 L: 10亨 C: 0.01 F R: 量級 C : 幾 F幾十fsfpfxbaba0CLCR00001

12、 fs21 ff1ps2f fpsLCCCC CLC CCC 串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率在時(shí) 00S ff f * 晶體固有諧振頻率用表示 0f.-11取決于結(jié)晶時(shí)，晶格排列的方向，受外界其他因素影響很小，有極高的頻率穩(wěn)定性，頻率穩(wěn)定度高達(dá)10 3、CMOS門非對稱式多諧 電路組成：R兩個(gè)反相器加一個(gè)電阻、 一個(gè)電容電阻 上總有電位差111G2G1IvOVCR1OV電壓總在變化1Iv 原理分析11111IOOI vVVv I1T電路接通瞬間，若 為低電平，經(jīng)電阻R對C進(jìn)行充電， 升高，當(dāng)v 升至V時(shí)，有下述正反饋過程()1112IOIOOvVvVV C TV （ 暫態(tài) ）正反饋 經(jīng)電容 耦合11

13、11OIDDDII VvVV+Vvv TT暫態(tài) 情況下， 已跳為低電平，電位因正反饋?zhàn)饔脧闹瞪咸粒?值，經(jīng)電阻R放電，在降至V時(shí)，產(chǎn)生下述正反饋過程：()212IOIOO vVvVV CTV （0 暫態(tài) ）正反饋 經(jīng)電容 耦合111OIDoI VvVGVv11正反饋結(jié)果： 突變至高電平，而下跳至 （門入端保護(hù)電路工作）。繼而又將經(jīng)電阻對電容充電，使升高。1IO1O v, VVg和點(diǎn)波形1IvTTVV 圖中曲線表明： 點(diǎn)電壓始終處于變化過程中，在升至及降至處切換電路狀態(tài)。V01/VDVTVV0/V()DDDVVDDVDDVC放ttt1T2T 電路參數(shù)計(jì)算111111121IDDD2IDIIDD

14、I1TI2TDDD1TTTT : v0VV T : v0Vv0V vV vTV vTV =RC = RCV+VTRCln VIII 設(shè)電路暫態(tài) 、分別為和（ ）（ ） （） （）（）（） DDD2DDTTDD12DDDDDDV+V TRClnV-V1CMOS VV, 2 TT V+5V T1.65RC V+10V T1.52RC V+15V T1.48RC 的因此4、集成SchmittFF組成多諧 電路組成SchmittFF結(jié)構(gòu)反相器加一個(gè)電阻、一個(gè)電容GOVCRCvCCC Cvv CvvOT+OCTO電容 上電壓 在V為高電平時(shí)充電， 充至V 時(shí)V突跳為低電平，為暫態(tài)電容 上電壓 放電，在

15、放至V 時(shí)，V突跳為高電平，為暫態(tài)CO vVg和點(diǎn)波形 原理分析gvCOO V T+T- 電容C上的電壓在V 和V 之間，時(shí)而充電，時(shí)而放電。 =1時(shí)充電； V =0時(shí)放電。V0/VC放tt1T2TIIITVTVOLVOHV 121CT2CTCOLCOHC1T -C2TOLTO12OLTIIITTT : v0V T : v0V vV vV vTV vTV = RC = RCVVVTRCln TRClnVV 設(shè)電路暫態(tài) 、為和（ ）（ ）（） （）（）（） 11.1HTOHTOHOLTT2VV-V VVVVTTTRCRC若 3.6V ,0.1V ,1.6V ,0.8V =(0.76+0.34)

16、電路參數(shù)計(jì)算g5、集成運(yùn)放組成的多諧 電路組成12,AR RRC運(yùn)放 放大環(huán)節(jié)正反饋支路、 充放電回路穩(wěn)壓管對輸出箝位00+0OVZV2R1RfVACvC 原理分析g1212,OOOCC1ZCCC1ZZ VVVvvRV vvvvRVV ZOZOOORVRVVVRVRVVVVVZZ0OCO電路輸出為極值狀態(tài) V 設(shè)V，則V 經(jīng)電阻R對C充電，使上升，當(dāng) 運(yùn)放入端，使V 變負(fù)，正反饋結(jié)果這時(shí)電阻兩側(cè)左正右負(fù)， 經(jīng)R放電，下降，當(dāng) 降至 運(yùn)放入端，使V 變正，正反饋結(jié)果 將視為暫態(tài)ZV視為暫態(tài)暫態(tài) 為電容C充電過程，暫態(tài) 為電容C放電過程。CO vVg和點(diǎn) 波 形Cf+f-ff1fZ121f-Z12

17、vVVVVR V=VR +RR V =-VR +R 圖中曲線表明： 電容C上的電壓在和之間，或充電，或放電。，分別為V0/VtIIIfVfVZVZVtIII 電路參數(shù)計(jì)算g121Cf2CfCZCZC1fC2fZf12ZfITIITT :v0V T : v0V v+V v-V vTV vTV =RC = RCV -V TRCln TRV -V設(shè)暫態(tài) 充電過程為、暫態(tài)放電過程為（ ）（ ）（）（）（）（）ZfZf112212V -VClnV -V2R TT =RCln 1+RT2R T2RCln 1+R（）振蕩周期（） 6、具有延遲環(huán)節(jié)的TTL門環(huán)形多諧電路組成SOFFRCRRR由、作為延遲環(huán)節(jié)

18、1111G2G1IvOVCR3G2Iv3IvSR123CIIIovvvV耦合1Iv2oV正反饋正反饋結(jié)果Vo=1，視為暫態(tài)I。 暫態(tài)I情況下， 高電平經(jīng)電阻R對C充電，使 ，在 時(shí)：2oV3Iv3ITvV3122IToIIovVVvvVC耦合正反饋正反饋結(jié)果，Vo=0，視為暫態(tài)II 在暫態(tài)II情況下， 為低電平，電容C放電使 ，在 降至 值時(shí)返回暫態(tài)I。2oV3IvTV原理分析 設(shè)通電瞬間， 有一瞬時(shí)增量 和 點(diǎn)波形3IVoV圖中曲線表明： 電壓始終在變化。暫態(tài)I電路輸出 為高電平，可視為電容C充電過程， 起始電壓為 。暫態(tài)II電路輸出 為低電平，可視為電容C放電過程， 起始電壓為 。3Iv3

19、Iv3IvoVoVDV電路參數(shù)計(jì)算TOHOLVVV0IDITOHOLIOHIOLITITTvVTvVVVvVvVvTVvTVRCRC ： ： V0/Vt1T2TIIIO LVO HVtDVTV()TOHOLVVVI12TT，邊界條件2L12L2-lnln2-lnOHDOLTOHOHTOTOHDOLTOHOHTOTVVVVVTRCTRCVVVVTVVVVVTTTRCVVVV 電路振蕩周期 為： g 改進(jìn)環(huán)形多諧電路引入射級跟隨器，加大了電路振蕩頻率的調(diào)節(jié)范圍。111OV1G2G3GCERRTCCV6.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的引出 IoIOFFFFRCCVVVR

20、RR雙穩(wěn)態(tài)加一個(gè)電阻穩(wěn)態(tài) 一個(gè)電容 暫態(tài)電容 傳送變化信號。為觸發(fā)信號靜態(tài)情況下為高電平，為高電平電阻 取值 1211IoCIIoIoVVVVVvV耦合電路穩(wěn)態(tài)為 下降沿觸發(fā)電路 1&OV1G2GCRIV2Iv2210oITITooVvVvVVV為暫態(tài)，暫態(tài)情況下，降至值時(shí) 時(shí) 正反饋C耦合Vo正反饋結(jié)果，變?yōu)楦唠娖?，返回穩(wěn)態(tài)FFIII 用信號觸發(fā)自動(dòng)返回單穩(wěn)態(tài)特點(diǎn)為： 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)二、常見單穩(wěn)態(tài)FF電路 1、TTL與非門微分單穩(wěn)態(tài)電路 電路組成21oOFFIVRRv為電路穩(wěn)態(tài)。電阻，穩(wěn)態(tài)時(shí)為低電平1&OV1G2GCRIV2Iv 工作原理分析211001oIoIVvVVV為穩(wěn)態(tài)，為穩(wěn)態(tài)時(shí)的電平下降

21、沿觸發(fā)電路12IoIoVVvV 220oIIToVvRvVVI為電路暫態(tài)，暫態(tài)情況下，經(jīng)電阻 放電，時(shí)，由低變高返回穩(wěn)態(tài)。若V 在此前已變?yōu)楦唠娖?，則有下述正反饋過程。21IToovVVVC耦合2IDOvVV下跌至，輸出上升沿較陡。 ww22 0oIITIDVTVTvVvV圖中波形表明：為電路暫態(tài)時(shí)間，寬度為 當(dāng)負(fù)脈寬小于時(shí)，在放電至?xí)r有正反饋過程，在瞬間下跌至22IWITIVTvVv 若負(fù)脈寬大于時(shí)（如圖虛線所示），則在放電至值時(shí)無正反饋過程，繼續(xù)沿圖中虛線放電。 電路中各點(diǎn)波形tIIIOLVOHVDVTVtttOLVOHVOLVOHVIIIWTWTV0/VVI/VV01/V WTg暫態(tài)時(shí)間

22、計(jì)算 w2222w0ln3.60.11.45000.51.36IIROHOLIRITROLOHWRTOHOLTRWTvvVVVvVvTVRCVRVVTRCVVVV VV VV RRVVTRC 由放電過程決定，其邊界條件為： 式中為穩(wěn)態(tài)時(shí)電阻 上的電壓值。 若設(shè) 。穩(wěn)態(tài)時(shí)電阻 上的電壓，解得： 微分型單穩(wěn)態(tài)改進(jìn)電路2ddIWITdddONddWEOFFRCVTvVRCRRRCRCTTRR 、輸入微分電路，在觸發(fā)信號負(fù)脈寬大于時(shí)放電至值仍有正反饋過程存在，、需滿足 三極管 構(gòu)成的射級跟隨器加大輸出脈寬的調(diào)節(jié)范圍，通常=OV1G2GIVCCCVdCdRBRER1&00IIOVVV穩(wěn)態(tài)： 用上升沿觸發(fā)

23、電路 原理分析1221010011CIOIOOIVVvVVv耦合 由 變由 變由 變 ，為電路暫態(tài)。暫態(tài)情況下，因充電上升2、CMOS或非門微分型單穩(wěn)態(tài)電路 電路組成OV1G2GCRVI2IvDDV1121IToovVVV經(jīng)過C耦合正反饋IWVT正反饋在正脈寬小于暫態(tài)時(shí)間時(shí)存在 電路中有關(guān)點(diǎn)波形22,IWITIVTvVv 圖中曲線表明 正脈寬小于輸出脈寬充電至值時(shí)，有正反饋過程，否則沿圖中虛線上升tIIIWTITVDDVDDVDDVDDVtttV0/VVI/VV01/V 電路參數(shù)計(jì)算 22200lnln 2IIDDIWTDDWDDTvVVvTVRCVTRCRCVV v 1)2TD DC M O

24、 SICVV（的3、TTL與非門積分型單穩(wěn)態(tài) 電路組成01IOIVVV 穩(wěn)態(tài) 上升沿觸發(fā)電路 g 原理分析OFFRR&1OV1G2GCRIV2Iv1OV 波形g 2220lnIOHIOLIWTOLOHWOLTvVvVvTVRCVVTRCVV V0/VvI2/VVI/VV01/VITVIIOLVOHVWTOLVOHVOLVOHVOHVtttt 電路參數(shù)g g 改進(jìn)電路11 ,IOIIWVVVVT 穩(wěn)態(tài) 用下降沿觸發(fā)電路，允許為一負(fù)窄脈沖，脈寬可小于輸出暫態(tài)結(jié)束返回穩(wěn)態(tài)時(shí)，存在正反饋過程。&1&OV1G2GCRIV3G4、用SchmittFF構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路 電路組成01IOIVVV 穩(wěn)態(tài) 上升沿觸

25、發(fā)電路 波形 0lnIWARIHILARAWTILIHWRTVTvVVVvVvTVRCVVTRCVV 正脈寬大于輸出負(fù)脈寬 GOVCRAvIV 原理分析V0/VVI/VTVILVIHVOLVOHVtttvA/VRVDVWTI三、單穩(wěn)態(tài)FF用途定時(shí)整形延時(shí)WTOVIVWTWTWT6.5 555定時(shí)器 一、 555定時(shí)器組成原理 電路組成 和電阻R構(gòu)成電壓比較器為輸入級 門 構(gòu)成的基本R-SFF為中間級 門 和T構(gòu)成輸出緩沖和放電回路 12AA、12GG、3G+ +- -A1+ +- -A2&1+ +- -A1+ +- -A2&1RGNDDISTROUTTHC VCCVRGNDDISTROUTTH

26、CVCCV5K5K5KdRdSQ 邏輯符號中引腳名稱和作用： TH：高觸發(fā)端 ：低觸發(fā)端 C-V：控制電壓端 DIS：放電端 ：清零端，低電平有效 OUT：輸出端 ：電源，在4V18V間 GND：地端 原理分析TRCCVR555定時(shí)器功能表 通 通 保持 斷RTHTROUT DIS T011100123c cV13c cV23c cV13c cV23c cV13c cV二、555定時(shí)器應(yīng)用 1、555構(gòu)成SchmittFFV-1IITHTRvvC VR和相連接 ：05 變化端不用，接小電容 RGNDTROUTTHC VCCVCCV0.01uIv+ +- -A1+ +- -A2&1&RGNDDI

27、STROUTTHCCVIv0.01u1CV2CVT 電壓傳輸特性曲線O-012133-12ITccTccRTRTRvVVVVVC VVVVVV V 若端接參考電壓 V0/VTVTVOLVOHVt/VIv1&+ +- -A1+ +- -A22、555構(gòu)成多諧振蕩器 電路連接CCVGNDTROUTTHC VDISR2R1RCCvCCVDISTROUTTHNTC VRRROV2R1RCCCV12TH TRRCCDISRRCVR、 相連并和充放電回路 相接接在電阻和中間不用，接小電容 不用，接高電平 和Vo波形123310cccccococvVVVvVv在之間變化時(shí) 為充電過程時(shí) 為放電過程cvttV0/VOLVOHV13CCV23CCV1T2T 電路參數(shù)計(jì)算 1200121122211222123302133ln2 ln2 cccccc