10脈沖波形的產生與變換ppt課件

1、數字電子技數字電子技術基礎術基礎吳亞聯吳亞聯湘潭大學信息工程學院湘潭大學信息工程學院第十章第十章 脈沖波形的脈沖波形的產生和整形產生和整形10.1 概概 述述獲得矩形脈沖波形的兩種方法獲得矩形脈沖波形的兩種方法 ： 1利用各種形式的多諧振蕩器電路，利用各種形式的多諧振蕩器電路，直接產生矩形脈沖；直接產生矩形脈沖； 2通過整形電路把已有的周期性變化通過整形電路把已有的周期性變化的波形變換為矩形脈沖。的波形變換為矩形脈沖。 實現這一變換功能實現這一變換功能的過程，稱作的過程，稱作“整形整形”。 常用的整形電路常用的整形電路 有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器密特觸發(fā)器 。1、脈沖周期、

2、脈沖周期T;2、脈沖幅度、脈沖幅度Vm3、脈沖寬度、脈沖寬度tw4、上升時間、上升時間tr5、下降時間、下降時間tf6、占空比、占空比q q= tw / T10. 2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器(schmitt Trigger)的特點：的特點：（1屬于電平觸發(fā)屬于電平觸發(fā),當輸入信號達到一定電壓值時當輸入信號達到一定電壓值時,輸出輸出電壓會發(fā)生突變，輸入信號增加和減少時，電路有不同電壓會發(fā)生突變，輸入信號增加和減少時，電路有不同的閾值電平。的閾值電平。（2在電路狀態(tài)轉換時，通過電路內部的正反饋過程，在電路狀態(tài)轉換時，通過電路內部的正反饋過程，使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。

3、使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。VT-VT+VOVIVOLVOH施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性“回差特性回差特性”V= VT+ - VT-10.2.1 用門電路組成的施密特觸發(fā)器用門電路組成的施密特觸發(fā)器11R1R2VI1VIVO1VO1VIVO(b)圖形符號圖形符號（a電路電路1、工作原理：、工作原理：設設G1G1、G2G2是是CMOSCMOS電路，閾值電壓電路，閾值電壓Vth=VDD /2, R1 R2 ; VI Vth=VDD /2, R1VthVI1Vth時時, ,電路狀態(tài)維持電路狀態(tài)維持VO=VDDVO=VDD不不變。變。VOVO從從VDDVDD跳變?yōu)樘優(yōu)?;0

4、;DDTthIVRRRVRRRVV2112121VI1VO1VO11R1R2VI1VIVO1VO2 2、工作波形圖和傳輸特性曲線：、工作波形圖和傳輸特性曲線：VOVIVT-VT+0VDDV VI IVTVT+ +VT-VT-t t0 0VOVOVDDVDDt t0 0th21TVRR2V 回差電回差電壓壓通過調節(jié)通過調節(jié)R1, R2 的比值，的比值，調節(jié)回差電壓的大小。調節(jié)回差電壓的大小。*10.2.2 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器TTLTTL集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器74137413圖圖10.2.3 帶與非功能的帶與非功能的TTL集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器CMOSCMOS集成

5、施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器CC40106CC40106：1VIVO10.2.3 施密特觸發(fā)器的應用施密特觸發(fā)器的應用 利用施密特觸發(fā)器的回差特性，可以用于利用施密特觸發(fā)器的回差特性，可以用于對信號進行整形、波形變換、幅度限幅等。對信號進行整形、波形變換、幅度限幅等。1.用于波形變換用于波形變換2.用于脈沖整形用于脈沖整形(a)當傳輸線上電當傳輸線上電容較大時，波形的容較大時，波形的上升沿和下降沿將上升沿和下降沿將明顯變壞。明顯變壞。(b)當傳輸線較長而當傳輸線較長而且接收端的阻抗與且接收端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹傳輸線的阻抗不匹配時，在波形的上配時，在波形的上升沿和下降沿將產升沿和下降沿將產

6、生振蕩現象。生振蕩現象。(c)當其他脈沖信當其他脈沖信號疊加到矩形脈沖號疊加到矩形脈沖信號時，信號上將信號時，信號上將出現附加的噪聲。出現附加的噪聲。3.用于脈沖幅度鑒別用于脈沖幅度鑒別 例如，輸入信號為幅度不等的一串脈沖，需要消除例如，輸入信號為幅度不等的一串脈沖，需要消除幅度較小的脈沖，而保留幅度大于幅度較小的脈沖，而保留幅度大于Vth的脈沖。的脈沖。 只要將施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓只要將施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓VT+調到規(guī)定的調到規(guī)定的Vth，便可實現：，便可實現：10. 3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有以下特點：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有以下特點：1電路有一個穩(wěn)態(tài)、一個暫穩(wěn)態(tài)；電

7、路有一個穩(wěn)態(tài)、一個暫穩(wěn)態(tài)；2在外來觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)態(tài)轉到暫穩(wěn)態(tài)；在外來觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)態(tài)轉到暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，電路會自動返回穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，電路會自動返回穩(wěn)態(tài)。3暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數，與暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關。觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)由外界觸發(fā)自動返回自動返回著重著重理解理解 :1.為什么電路可以自動返回穩(wěn)態(tài)為什么電路可以自動返回穩(wěn)態(tài) ? 2.在在“暫穩(wěn)態(tài)上停留的時間有多暫穩(wěn)態(tài)上停留的時間有多長長 ? 該時間由什么決定該時間由什么決定

8、 ?單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路形式單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路形式: 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由分立元件構單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以由分立元件構成、門電路構成、還有專門的單穩(wěn)成、門電路構成、還有專門的單穩(wěn)集成電路以及由集成電路以及由555電路構成等等。電路構成等等。下面介紹門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：下面介紹門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：0tvIvo1vRvo20t0t0tt1當當t1 時刻輸入觸發(fā)信號，時刻輸入觸發(fā)信號， 即即vI 發(fā)生正跳變后，發(fā)生正跳變后，? vo1 應該產生負跳變。應該產生負跳變。10. 3. 1 用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器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電路組成及工作原理11 G1 G2vI

9、VDD R C vRvO1 vO2(1) 穩(wěn)態(tài)：穩(wěn)態(tài)：vo1=1，vo2 =0一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖圖10.3.1只需只需 vR tW +tre ，即，即3. 3. 討論：討論：11 G1 G2vI VDD R C vRvO1 vO2vR0tVth（1 1暫態(tài)結束瞬間，加在暫態(tài)結束瞬間，加在G2G2門門輸入端的高壓，可能損壞輸入端的高壓，可能損壞G2G2。為。為了避免這種現象發(fā)生，了避免這種現象發(fā)生，CMOSCMOS器件器件內部設有保護二極管。內部設有保護二極管。（2 2當輸入當輸入vIvI的脈沖寬度的脈沖寬度tpi tW tpi tW 時，則在時，則在V02V02變?yōu)?/p>

10、低電平后，將不能變?yōu)榈碗娖胶螅瑢⒉荒苡绊懹绊慓1G1的變化，也就形成不了前述的變化，也就形成不了前述正反饋過程，使正反饋過程，使V02V02輸出邊沿變緩。輸出邊沿變緩。此時需在此時需在G1G1輸入端加一微分電路。輸入端加一微分電路。（3 3若采用若采用TTLTTL與非門構成單穩(wěn)電路，與非門構成單穩(wěn)電路，G2G2輸入端的電阻輸入端的電阻R R應小于應小于0.7K0.7K。Vth+ VDDVDD+ 0.7v0tvivo1vAvo20t0t0tt1當輸入的觸發(fā)信號當輸入的觸發(fā)信號 vi 發(fā)生正跳變后，發(fā)生正跳變后，0111?100 vo1 應該產生負跳變。應該產生負跳變。1二、二、 積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)

11、器積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.工作原理工作原理vO1vO2RC1vivAG1G1G2G2vA0t電容電容C應該放電應該放電:VTH 只需只需 vA VTH ，仍然有仍然有 VA 1，+5VR4T4T5vo1ARC+-10vo1vo2RC1vivA11011 那么，那么，vo2 應該應該由由 1 變成變成 0。電容電容C應該放電應該放電:vA0tVTHvo1vo2RC1vivA1101011 只需只需 vA VTH ，仍，仍然有然有 VA 1， 那么，那么，vo2 應該由應該由 1 變成變成 0。0tvivo1vAvo20t0t0tt1VTHvA0tVTH1vo1vo2RC1viVA1100110tv

12、ivo1vAvo20t0t0tt1VTH0 那么，那么，vo2 應該由應該由 0 變成變成 1。 一旦一旦 vA 1000PF 時，脈寬時，脈寬 tW 應為應為t W = 0. 45 RT CT 74LS123RT / CTCTVCCCTRT74LS123輸出脈沖的寬度有三種控制方法輸出脈沖的寬度有三種控制方法: 2. 在清零端在清零端 ( CLR ) 加清加清 0 負脈沖，可提負脈沖，可提前終止輸出脈沖，如下圖所示前終止輸出脈沖，如下圖所示 ：tWCLRQ圖中圖中tW是由電路參數決定的暫穩(wěn)態(tài)時間是由電路參數決定的暫穩(wěn)態(tài)時間 ；實線所表示的實線所表示的 Q 波形則是波形則是 CLR 作用的結果

13、。作用的結果。 3. 通過在通過在 A 端或端或 B 端加再觸發(fā)脈沖，端加再觸發(fā)脈沖， 可使輸出脈沖的寬度加寬可使輸出脈沖的寬度加寬 ：tWtWBQtW 為為B的第一次觸發(fā)所產生的暫穩(wěn)態(tài)時間；的第一次觸發(fā)所產生的暫穩(wěn)態(tài)時間；tW 為為B的第二次觸發(fā)所產生的暫穩(wěn)態(tài)時間。的第二次觸發(fā)所產生的暫穩(wěn)態(tài)時間。第一次觸發(fā)尚未結束，又施加第二次觸發(fā)信號，第一次觸發(fā)尚未結束，又施加第二次觸發(fā)信號，其效果如其效果如 Q 的實線波形所示。的實線波形所示。 3. 通過在通過在 A 端或端或 B 端加再觸發(fā)脈沖，端加再觸發(fā)脈沖， 可使輸出脈沖的寬度加寬可使輸出脈沖的寬度加寬 ：tWtWBQ 由于這種單穩(wěn)可以通過加再觸

14、發(fā)由于這種單穩(wěn)可以通過加再觸發(fā)脈沖增大輸出脈沖的寬度，脈沖增大輸出脈沖的寬度，所以，所以，它被稱為可再觸發(fā)式單穩(wěn)它被稱為可再觸發(fā)式單穩(wěn) 。 單穩(wěn)的應用多種多樣，如單穩(wěn)的應用多種多樣，如 ：整形、延：整形、延時控制、定時順序控制等等。時控制、定時順序控制等等。 1、定時、定時 利用單穩(wěn)電路產生脈寬為利用單穩(wěn)電路產生脈寬為tW的矩形輸的矩形輸出脈沖作為定時信號，去控制某電路，使出脈沖作為定時信號，去控制某電路，使其在其在tW時間內動作或不動作）。時間內動作或不動作）。補充補充: 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用與門與門單穩(wěn)觸單穩(wěn)觸發(fā)器發(fā)器tW2、延時、延時 1如延時開關：當按一下開關時路燈如延

15、時開關：當按一下開關時路燈就亮了，但當手松開后燈并沒有立即滅就亮了，但當手松開后燈并沒有立即滅掉，而是經過一段時間后才滅掉，這里掉，而是經過一段時間后才滅掉，這里就是單穩(wěn)態(tài)電路的延時應用。就是單穩(wěn)態(tài)電路的延時應用。 0tvivo1vRvo20t0t0tt1Vth 2從單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)從單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形可看出，器的工作波形可看出，輸出端輸出端vo1的上升沿相的上升沿相對于輸入信號對于輸入信號vi 的上升的上升沿延遲了沿延遲了tW時間。時間。tW 這種延遲作用常應這種延遲作用常應用于時序控制。用于時序控制。3、構成多諧振蕩器、構成多諧振蕩器A2A1BRext/CextVCCCextQGNDC1R1

16、VCCVCC1741211）A2A1BVCCCextQGNDC2R2VCCRext/CextVCC74121(2）VOQ1Q2SS為起振開關，將為起振開關，將S打開，電路開始振蕩。打開，電路開始振蕩。工作原理：工作原理：B=1, A1 、A2中一個為下降沿，中一個為下降沿，另一個為另一個為1或或A1 、A2 都為下降沿都為下降沿。 觸發(fā)方式：觸發(fā)方式： A1A2=0, 且且B為上升沿；為上升沿； A2A1BRext/CextVCCCextQGNDC1R1VCCVCC1741211）A2A1BVCCCextQGNDC2R2VCCRext/CextVCC74121(2）VOQ1Q2設初始狀態(tài)設初始

17、狀態(tài)Q1 =0, Q2=0, S打開后：打開后：第第1片：片：A1 =Q2 =0, A2=1,B由由0跳變?yōu)樘優(yōu)?，所所 以以Q1 從從0 跳變?yōu)樘優(yōu)?；第第2片：片：A2 =B=1, A1= Q1,當當Q1暫穩(wěn)態(tài)結暫穩(wěn)態(tài)結束時束時A1 有下降沿，所以有下降沿，所以Q2 從從0 跳變?yōu)樘優(yōu)?；A2A1BRext/CextVCCCextQGNDC1R1VCCVCC1741211）A2A1BVCCCextQGNDC2R2VCCRext/CextVCC74121(2）VOQ1Q2設初始狀態(tài)設初始狀態(tài)Q1 =0, Q2=0, S打開后：打開后：第第1片：當片：當Q2 暫穩(wěn)態(tài)結束時，暫穩(wěn)態(tài)結束時，

18、A2=B=1, A1=Q2有下降沿，所以有下降沿，所以Q1 又從又從0跳變?yōu)樘優(yōu)?；第第2片：片：A2 =B=1, A1= Q1,當當Q1暫穩(wěn)態(tài)結暫穩(wěn)態(tài)結束時束時A1 有下降沿，所以有下降沿，所以Q2 又從又從0跳變?yōu)樘優(yōu)?；周而復始，形成振蕩。周而復始，形成振蕩。 振蕩周期振蕩周期T=0.7(R1C1+R2C2)工作波形：工作波形：Q1Q2B1tW1tW24、噪聲消除電路、噪聲消除電路A2A1BRextVCCCext74121QCRVCC1DC1RQVOVIVIVOQtWtWtW噪聲噪聲 利用單穩(wěn)電路，將輸出脈寬調節(jié)到大于利用單穩(wěn)電路，將輸出脈寬調節(jié)到大于噪聲寬度而小于信號寬度，即可消除

19、噪聲。噪聲寬度而小于信號寬度，即可消除噪聲。10. 4 多諧振蕩器多諧振蕩器10. 4. 2 非對稱式多諧振蕩器非對稱式多諧振蕩器1 1、電路組成及工作原理：、電路組成及工作原理：1G G1 11G G2 2R RC CVIVIVOVO1 1VO2VO2圖圖10.4.6 10.4.6 由由CMOSCMOS門電門電路組成的多諧振蕩器路組成的多諧振蕩器假定假定CMOSCMOS反相器的反相器的電壓輸出特性為理電壓輸出特性為理想化折線，即想化折線，即VON=VOFF VON=VOFF ，稱之，稱之為門坎電平為門坎電平Vth Vth 。 多諧振蕩器也叫矩形波振蕩器，是一種自激振蕩多諧振蕩器也叫矩形波振蕩

20、器，是一種自激振蕩電路，在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號，就能產電路，在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號，就能產生一定頻率和幅值的矩形脈沖。是無穩(wěn)態(tài)電路。生一定頻率和幅值的矩形脈沖。是無穩(wěn)態(tài)電路。(1)(1)第一暫第一暫穩(wěn)態(tài)及電路穩(wěn)態(tài)及電路自動翻轉的自動翻轉的過程：過程：+UDDTP1TN1D1D2TP2TN2D3D4VO1VO2VIRC 設設t=0t=0時刻時刻接通電源，接通電源，電容電容C C尚未充尚未充電，初始狀電，初始狀態(tài)為：態(tài)為：VO1=1VO2=0電容電容C C充電充電, ,充充電電當當VI上升到上升到Vth 時時:VIVO1VO2電路迅速翻轉為：電路迅速翻轉為：VO1=0 VO2=

21、1正反饋過程正反饋過程( (第二暫穩(wěn)態(tài)第二暫穩(wěn)態(tài)) )設設Vth= VDD/2Vth= VDD/2：10( (第一暫穩(wěn)態(tài)第一暫穩(wěn)態(tài)) )0(2)(2)第二暫第二暫穩(wěn)態(tài)及電路穩(wěn)態(tài)及電路自動翻轉的自動翻轉的過程：過程：+UDDTP1TN1D1D2TP2TN2D3D4VO1VO2VIRC電路進入電路進入第二暫態(tài)第二暫態(tài)的瞬間，的瞬間，電容電容C C放電放電, ,放放電電當當VI 降至降至Vth 時時:VIVO1VO2電路迅速翻轉為：電路迅速翻轉為：VO1=1，VO2=0VO2上升到上升到 UDD ：VI= UDD + V+正反饋過程正反饋過程1VI也上跳也上跳 UDD，102 2、工作波形圖：、工作

22、波形圖：VthVIt0tVO20VDDVDD+ V+1G G1 11G G2 2R RC CVIVIVOVO1 1VO2VO2充充電電放放電電-V- 忽略導通門的導通電阻，充電和放電的時間常數均為忽略導通門的導通電阻，充電和放電的時間常數均為RC，用三要素法求解，用三要素法求解:1充電時：充電時：VI0+）0，VI（）=VDD ， =RCteVVVtV)()0()()(VthVIt0tVO20VDDt1t23 3、振蕩周期、振蕩周期T T的計算：的計算：T1T2VDD+ V+-V-RCTDDDDIeVVTV/11)0()(=VththDDRCTDDVVeV/1DDthDDRCTVVVe/1th

23、DDDDVVVRCTln12放電時：放電時：VI0+） VDD ，VI（）=0 ， =RCthDD2VVRClnT VthVIt0tVO20VDDt1t2T1T2ththDDDDVVVVRCTTT)(ln221則則T= T1+T21.4RC若若Vth=VDD / 2,2其振蕩頻率主要取決于其振蕩頻率主要取決于R、C的參數的參數及及Vth 的大小。而的大小。而Vth本身就不穩(wěn)定，因本身就不穩(wěn)定，因此其頻率的穩(wěn)定性不高。此其頻率的穩(wěn)定性不高。1這種形式的多諧振蕩器電路是利用這種形式的多諧振蕩器電路是利用回路中的正反饋作用產生自激振蕩的；回路中的正反饋作用產生自激振蕩的；結結論論10.4.3 環(huán)形振

24、蕩器環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器環(huán)形振蕩器: : 例如，利用邏輯門電路的傳輸延遲時例如，利用邏輯門電路的傳輸延遲時間，將奇數個與非門首尾相接，就可以構間，將奇數個與非門首尾相接，就可以構成一個簡單的環(huán)形振蕩器成一個簡單的環(huán)形振蕩器: :&321uo3uo2uo1利用閉合回路中的延遲負反利用閉合回路中的延遲負反饋作用產生自激振蕩。饋作用產生自激振蕩。&321uo3uo2uo1 設設 uo3 的初始狀態(tài)為的初始狀態(tài)為0:010101 用波形圖來表示用波形圖來表示,則為則為:優(yōu)點優(yōu)點: 電路結構簡單電路結構簡單,所用元件少而精。所用元件少而精。缺陷缺陷: 頻率太高頻率太高,并且不可調整。并且

25、不可調整。T=2ntpd0tuo310.4.4 用施密特觸發(fā)器構成的多諧振蕩器用施密特觸發(fā)器構成的多諧振蕩器1VIVORCVIVT+VT-0tVOt0T1 T2T=T1 + T2)ln(lnlnTTTDDTDDTTTDDTDDVVVVVVRCVVRCVVVVRCT若電路使用的是若電路使用的是CMOS施密特觸發(fā)器，且施密特觸發(fā)器，且VOHVDD,VOL0,那那么么通過改變通過改變R1和和R2的比值，就能改變占空比。的比值，就能改變占空比。 石英晶體振蕩器常用作數字系統(tǒng)的石英晶體振蕩器常用作數字系統(tǒng)的基準信號?；鶞市盘?。 為獲得穩(wěn)定的振蕩頻率，為獲得穩(wěn)定的振蕩頻率， 可在振蕩可在振蕩電路中串接石英

26、晶體，組成石英晶體振電路中串接石英晶體，組成石英晶體振蕩器，如下圖所示。蕩器，如下圖所示。10. 4. 5 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器石英晶體石英晶體11RFRFCCG1G2vo1、石英晶體的符號和阻抗頻率特性：、石英晶體的符號和阻抗頻率特性：容容性性感感性性容容性性0Xf0f 當外加電壓的頻率為當外加電壓的頻率為f0時，它的阻抗最小，因此時，它的阻抗最小，因此只有頻率為只有頻率為f0 的電壓信號最容易通過它，并在電路中的電壓信號最容易通過它，并在電路中形成正反饋，而其他頻率的信號均會被石英晶體衰減。形成正反饋，而其他頻率的信號均會被石英晶體衰減。電阻性電阻性(a)符號符號f0串聯諧

27、振頻率串聯諧振頻率 因此，石英晶體振蕩器的頻率僅由石英因此，石英晶體振蕩器的頻率僅由石英晶體固有的串聯諧振頻率晶體固有的串聯諧振頻率f0 所決定，而與外所決定，而與外接電阻、電容無關。接電阻、電容無關。 其頻率穩(wěn)定度其頻率穩(wěn)定度f0/f0 f0/f0 甚至可達甚至可達 101010 10-11 10 10-11 量級，量級，因而得到廣泛的應用。因而得到廣泛的應用。2、石英晶體振蕩器、石英晶體振蕩器:11RFRFCCG1G2vo10.5 55510.5 555定時器及其應用定時器及其應用 555定時器是一種多用途的數字-模擬混合集成電路， 由于使用靈活、方便，由于使用靈活、方便，555定時器在波

28、形的定時器在波形的產生與變換、信號的測量與控制、家用電器、電產生與變換、信號的測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領域中都得到廣泛的應用。子玩具等許多領域中都得到廣泛的應用。 利用它能極方便地構成單穩(wěn)態(tài)觸利用它能極方便地構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器及其它實發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器及其它實用電路。用電路。555定時器定時器雙極型雙極型CMOS型型如：如：NE555、556雙雙555）如：如：7555、7556 （雙（雙555）電源電壓范圍為電源電壓范圍為5 16v，最大負載電，最大負載電流可達流可達200mA；電源電壓范圍為電源電壓范圍為3 18v，最大負載電，最大負載電流在

29、流在4mA以下。以下。10.5.1 555定時器的結構及工作原理定時器的結構及工作原理放電端放電端觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入閾值輸入閾值輸入控制電壓控制電壓3個阻值為個阻值為5K 的電阻組成的分壓器；兩個模擬的電阻組成的分壓器；兩個模擬電壓比較器電壓比較器 C1、C2 ； 一個一個SR鎖存器鎖存器 ；一個放電三極；一個放電三極管管TD 和緩沖器和緩沖器G4。(1) (1) 電路結構：電路結構：(2) 555定時器的工作原理：定時器的工作原理：5腳懸空時，腳懸空時，比較器比較器C1、C2 的比較電的比較電壓分別為：壓分別為：CCCCVV3132和比較器比較器C1輸出低電平，輸出低電平，比較器比較器C2輸出

30、高電平，輸出高電平， SR鎖存器被置鎖存器被置0，放電三極管，放電三極管TD導通，輸出端導通，輸出端v0為低電平。為低電平。當當vI123VCC,vI213VCC時，時，1)VCC 8 43 v0 1 GND vo 7 觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入vI2 2閾值輸入閾值輸入vI1 6控制電壓控制電壓vCO 5R&1+-+-C1C25k5k5kSTDQQG4VR2VR1比較器比較器C1輸出高電平，輸出高電平，比較器比較器C2輸出低電平，輸出低電平， SR鎖存器被置鎖存器被置1，放電三極管，放電三極管TD截止，輸出端截止，輸出端v0為高電平。為高電平。當當vI123VCC,vI213VCC時，時，2)

31、比較器比較器C1輸出高電平，輸出高電平，比較器比較器C2輸出高電平，輸出高電平， SR鎖存器狀態(tài)不變，鎖存器狀態(tài)不變，v0和和TD的的狀態(tài)保持。狀態(tài)保持。當當vI113VCC時，時，3)VCC 8 43 v0 1 GND vo 7 觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入vI2 2閾值輸入閾值輸入vI1 6控制電壓控制電壓vCO 5R&1+-+-C1C25k5k5kSTDQQG4VR2VR1比較器比較器C1輸出低電平，比較器輸出低電平，比較器C2輸出低電平，輸出低電平，輸出端輸出端v0為高電平，放電三極管為高電平，放電三極管TD截止。截止。當當vI123VCC,vI213VCC時，時，4)閾值端閾值端觸發(fā)端觸

32、發(fā)端vI1 vI2VCC / 32VCC / 3VCC / 3RD晶體管晶體管TDvo2VCC / 3大于大于小于小于堅持堅持堅持堅持1大于大于2VCC / 3VCC / 3大于大于10導通導通小于小于小于小于11截止截止00導通導通XX555的功能表的功能表10. 5. 2 用用555定時器接成的施密特觸發(fā)器定時器接成的施密特觸發(fā)器tvI0tvo0工作波形圖工作波形圖CCV31CCV32vIvo0電壓傳輸特性電壓傳輸特性CCV31CCV32如果如果5 5腳外接控制電壓腳外接控制電壓vCO vCO ，則改變，則改變vCOvCO的大的大小，就可以調節(jié)回差小，就可以調節(jié)回差電壓的范圍。電壓的范圍。

33、vot0twvCt023VCCtvI0（1 1電源接通瞬間，電路自動進入電源接通瞬間，電路自動進入vo=0vo=0的穩(wěn)定狀態(tài)；的穩(wěn)定狀態(tài)；（2 2加入觸發(fā)信號，電路進入暫穩(wěn)態(tài)加入觸發(fā)信號，電路進入暫穩(wěn)態(tài)11；vC(0+)=0, vC()=VCC, =RCtw=RCln31.1RC？10. 5. 3 用用555定時器接成的單穩(wěn)觸發(fā)器定時器接成的單穩(wěn)觸發(fā)器由由555定時器構成可重復觸發(fā)單穩(wěn)電路：定時器構成可重復觸發(fā)單穩(wěn)電路：tw放電放電 該電路與前面的電路不同的地方該電路與前面的電路不同的地方就是在電容兩端并接了一個三極管就是在電容兩端并接了一個三極管T T。只有在兩次觸發(fā)時間間隔大于只有在兩次觸

34、發(fā)時間間隔大于tw時，電路才會回到穩(wěn)態(tài)。時，電路才會回到穩(wěn)態(tài)。8 476352 10.01FCTvIVCCvOR555t0vIt0t0vCvOCCV32 這樣，當這樣，當vI 在單穩(wěn)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)期間連續(xù)觸發(fā)時，在單穩(wěn)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)期間連續(xù)觸發(fā)時，由于由于T導通能將電容導通能將電容C上的電荷放掉，使上的電荷放掉，使6端電壓達不到端電壓達不到2/3VCC，從而實現重復觸發(fā)。，從而實現重復觸發(fā)。vC555構成的單穩(wěn)電路作為脈沖寬度調制器：構成的單穩(wěn)電路作為脈沖寬度調制器：8 425376vCO1VccRCvOvI555vOt0vCOt0CCVCCV32CCV31vIt0vCt0當控制電壓升高時，電

35、路的閾值當控制電壓升高時，電路的閾值電壓也升高，輸出脈沖寬度隨之電壓也升高，輸出脈沖寬度隨之增加；反之，輸出脈沖寬度隨之增加；反之，輸出脈沖寬度隨之減少。減少。比較電壓分別是：比較電壓分別是： vco 和和 COv21該電路可以實現電壓該電路可以實現電壓-頻率轉換。頻率轉換。vCtPHtPL電路狀態(tài)保持，電路狀態(tài)保持， vo仍為仍為1； 定時器狀態(tài)翻轉為定時器狀態(tài)翻轉為0，內部放電，內部放電管管TD導通；導通； 3VCC123VCCvC當當vC上升到：上升到：當當vC上升上升到到23VCC時，時， 電容電容C通過通過R2,TD放電，放電，vC下降，降至下降，降至 時，時，vO又從又從0翻轉到翻

36、轉到1，內部放電管，內部放電管TD截止。截止。CCV31tvo Otvc OCCV31CCV32 當電源接通時，電容當電源接通時，電容C上初始電壓為上初始電壓為0，電源，電源VCC通過通過R1和和R2對電容對電容C充電，充電，vC上升，在上升，在vC 時，由于時，由于2端、端、6端相連，定時器處于置端相連，定時器處于置1狀態(tài)，內部放電管狀態(tài)，內部放電管TD截止；截止；CCV3110. 5. 4 用用555定時器接成的多諧振蕩器定時器接成的多諧振蕩器振蕩頻率的計算：振蕩頻率的計算：1)1)矩形波高電平時間矩形波高電平時間tPHtPH，即充電時間，即充電時間: :tPH =(R1+R2)Cln20

37、.7(R1+R2)C2)2)矩形波低電平時間矩形波低電平時間tPLtPL，即放電時間，即放電時間: :tPL =R2Cln20.7R2C占空比占空比q :q :脈沖高電平時間脈沖高電平時間與周期的百分比。與周期的百分比。CRRttfPLPH)2(43. 112121212RRRRtttqPLPHPHtvo OtPHtPLtvc OCCV31CCV320.01FC8 476235vcVccvoR1R21555占空比可調的多諧振蕩器占空比可調的多諧振蕩器(圖圖10.5.8 )CRRttfPLPH)(43. 1121100211RRRq充充電電放電放電48162357R1C555uoVCCR21R2

38、8S8S1簡易電子琴簡易電子琴- 555定時器構成的多諧振蕩器：定時器構成的多諧振蕩器： 簡易電子琴就是通過改變簡易電子琴就是通過改變R2 的阻值來的阻值來改變輸出方波的頻率改變輸出方波的頻率 ， 使外接的喇叭發(fā)出使外接的喇叭發(fā)出不同的音調不同的音調 。本章小結本章小結1、施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的、施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的工作特點和主要用途；工作特點和主要用途；2、555定時器的應用；定時器的應用；3、波形分析方法：、波形分析方法：（1分析電路的工作過程，定性地畫出電路中各點電分析電路的工作過程，定性地畫出電路中各點電壓的波形，找出決定電路狀態(tài)發(fā)生轉換的控制電壓

39、；壓的波形，找出決定電路狀態(tài)發(fā)生轉換的控制電壓；（2畫出控制電壓充、放電的等效電路，并將得到的畫出控制電壓充、放電的等效電路，并將得到的電路化簡；電路化簡；（3確定每個控制電壓充、放電的起始值、終了值和確定每個控制電壓充、放電的起始值、終了值和轉換值；轉換值；（4計算充、放電時間，求出所需的計算結果。計算充、放電時間，求出所需的計算結果。課后練習課后練習10.2施密特觸發(fā)器）；施密特觸發(fā)器）；10.7微分型單穩(wěn)），微分型單穩(wěn)），10.1174121）；）；10.12對稱式多諧）；對稱式多諧）；10.20，10.21，10.22555）思考題：思考題：10.25，10.26第十章第十章 結結 束

40、束該雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器作為微電機起動、停車的控制電路。該雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器作為微電機起動、停車的控制電路。4816235S2S1RRCVCCTHTRvoM微電機微電機555S1 : 起動按鈕起動按鈕S2 : 停車按鈕停車按鈕補充：補充：555定時器構成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器構成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器4816235S2S1RRCVCCTHTRM微電機微電機555vo導通導通閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端THTR大于大于大于大于小于小于小于小于小于小于大于大于堅持堅持堅持堅持RD晶體管晶體管Tvo011001導通導通截止截止VCC /32VCC /3VCC /32VCC /32VCC /3VCC /31XX 那么那么 TR VC

41、C / 3 ； 未按未按 S2 ， TH VCC / 3 ， TH 2VCC / 3 ，且且 TR VCC / 3 ， 這時 vo = 0 ， 電機停轉電機停轉 。電機電機 停轉停轉 再再 松開松開 S2 ， TH VCC / 3， 這時 vo保持為 0 ，電機依然停轉。電機依然停轉。閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端THTR大于大于大于大于小于小于小于小于小于小于大于大于堅持堅持堅持堅持RD晶體管晶體管Tvo011001導通導通截止截止VCC /32VCC /3VCC /32VCC /32VCC /3VCC /31XX導通導通*多點溫度巡回檢測多點溫度巡回檢測第一路第一路測溫電橋測溫電橋第二路第二路測

42、溫電橋測溫電橋CC 4 0 5 1多路多路開關開關C B A141335 0 倍倍電壓電壓放大器放大器電壓表電壓表數數 字字NE55574LS90計計數數器器QBQABA74LS48譯譯碼碼器器顯示器顯示器7DC重點講解：重點講解：測溫電橋測溫電橋模擬多路開關模擬多路開關“測溫電橋的工作原理測溫電橋的工作原理+_R1R2R3+-R測溫探頭測溫探頭U接接 405170K 10 K6V = 測溫探頭也稱溫度傳感器，測溫探頭也稱溫度傳感器， 其種類其種類很多，很多， 本電路中使用的是一個具有保護本電路中使用的是一個具有保護外套的半導體二極管。外套的半導體二極管?？芍芍皽y溫電橋的工作原理測溫電橋的工作