第7章脈沖波形的產(chǎn)生與變換

第7章脈沖波形的變換與產(chǎn)生7.2施密特觸發(fā)器7.3多諧振蕩器7.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7.4555定時器及應(yīng)用5/6/202313、重點掌握由555定時器組成的多諧、單穩(wěn)、施密特觸發(fā)器的電路、工作原理及外接參數(shù)及電路指標的計算。1、正確理解單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器的電路工作方式及應(yīng)用。2、掌握555定時器的工作原理。教學基本要求5/6/20232①電路在沒有觸發(fā)信號作用時處于一種穩(wěn)定狀態(tài)；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點：②在外來觸發(fā)信號作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài);③由于電路中RC延時環(huán)節(jié)的作用，暫穩(wěn)態(tài)不能長保持,經(jīng)過一段時間后，電路會自動返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間僅取與RC參數(shù)值有關(guān)。7.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5/6/20233門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MSI集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按電路形式不同單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類工作特點劃分5/6/20234vOvItwtwvOvItwtw不可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)被重復(fù)觸發(fā)沒有被重復(fù)觸發(fā)5/6/20235單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1.定時

該電路可用于頻率計5/6/20236

2.延時5/6/202373.噪聲消除電路

單穩(wěn)觸發(fā)器的輸出脈寬應(yīng)大于噪聲寬度而小于信號脈寬，才可消除噪聲。如用I作為下降沿觸發(fā)的計數(shù)器觸發(fā)脈沖,干擾加入,就會造成計數(shù)錯誤.5/6/202387.2施密特觸發(fā)器1、施密特觸發(fā)器的工作特點①施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，當輸入信號達到某一定電壓值時，輸出電壓會發(fā)生突變。②電路有兩個閾值電壓。輸入信號增加和減少時，電路的閾值電壓分別是正向閾值電壓（VT+）和負閾值電壓（VT-）。5/6/20239同相輸出施密特觸發(fā)器反相輸出施密特觸發(fā)器

oVT+

vO

VOH

VOL

VT-

vI2、施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性5/6/2023103、施密特觸發(fā)器的應(yīng)用VT+VT_vT+vT-（1）波形變換5/6/202311（2）波形的整形vI

VT+

VT–

0

t

vO

VOH

VOL

0

t

(b)

5/6/202312vovI合理選擇回差電壓，可以消除干擾信號。（3）消除干擾信號5/6/202313oυI（4）幅度鑒別5/6/202314①多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)；多諧振蕩器的工作特點：②通過電容的充電和放電，使兩個暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，無需外觸發(fā)；③輸出周期性的矩形脈沖信號，由于含有豐富的諧波分量，故稱作多諧振蕩器。7.3多諧振蕩器5/6/202315開關(guān)電路

RC延時環(huán)節(jié)多諧振蕩器的基本組成：開關(guān)器件：產(chǎn)生高、低電平反饋延遲環(huán)節(jié)（RC電路）：利用RC電路的充放電特性實現(xiàn)延時，輸出電壓經(jīng)延時后，反饋到開關(guān)器件輸入端，改變電路的輸出狀態(tài)，以獲得所脈沖波形輸出。5/6/2023167.4.1555定時器工作原理7.4555定時器及其應(yīng)用7.4.2555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7.4.3555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器7.4.4555定時器構(gòu)成多諧振蕩器7.4.5555定時器應(yīng)用實例5/6/202317

555定時器為數(shù)字—模擬混合集成電路?？僧a(chǎn)生精確的時間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個5KΩ的電阻分壓器，故稱555。在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。5/6/202318各公司生產(chǎn)的555定時器的邏輯功能與外引線排列都完全相同

雙極型產(chǎn)品CMOS產(chǎn)品單555型號的最后幾位數(shù)碼5557555雙555型號的最后幾位數(shù)碼5567556優(yōu)點驅(qū)動能力較大低功耗、高輸入阻抗電源電壓工作范圍5~16V3~18V負載電流可達200mA可達4mA5/6/2023191.電路組成電阻分壓器電壓比較器基本RS觸發(fā)器放電管T緩沖器7.4.1555定時器工作原理5/6/202320（1）

電阻分壓器由3個5kΩ的電阻R組成，為電壓比較器C1和C2提供基準電壓。5/6/202321（2）

電壓比較器

C1和C2。當U＋＞U－時，

UC輸出高電平，反之則輸出低電平。

5/6/202322CO為控制電壓輸入端。當CO懸空時，UR1＝2/3VCC，UR2＝1/3VCC。當CO＝UCO時，UR1＝UCO，UR2＝1/2UCO

5/6/202323

TH稱為高觸發(fā)端，TR稱為低觸發(fā)端。

5/6/202324（3）

基本RS觸發(fā)器其置0和置1端為低電平有效觸發(fā)。R是低電平有效的復(fù)位輸入端。正常工作時，必須使R處于高電平。

5/6/202325（4）

放電管TT是集電極開路的三極管。相當于一個受控電子開關(guān)。

輸出為0時，T導(dǎo)通，輸出為1時，T截止。5/6/202326（5）緩沖器緩沖器由G3和G4構(gòu)成，用于提高電路的負載能力。5/6/2023272.工作原理

TH接至反相輸入端，當TH＞UR1時，UC1輸出低電平，使觸發(fā)器置0，故稱為高觸發(fā)端（有效時置0）；

TR接至同相輸入端，當TR＜UR2時，UC2輸出低電平，使觸發(fā)器置1，故稱為低觸發(fā)端（有效時置1）。

555定時器的功能表5/6/2023287.4.2555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、555如何構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器？思路：外觸發(fā)＋自動返回使低觸發(fā)置1端TR有效→暫穩(wěn)態(tài)1

通過電容C的充放電使高觸發(fā)置0端TH有效→穩(wěn)態(tài)0外觸發(fā)：自動返回：5/6/202329二、555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路1、電路圖電路元件是如何連接的？5/6/2023302、工作原理①當觸發(fā)脈沖uI為高電平時,VCC通過R對C充電,當VTH=uC≥2/3VCC時,高觸發(fā)端VTH有效,輸出置0；此時,放電管導(dǎo)通,C放電,VTH=uC=0。電路處于穩(wěn)態(tài)0。③此時放電管T截止，VCC通過R對C充電。④當VTH=uC≥2/3VCC時,使高觸發(fā)端VTH有效,輸出置0狀態(tài),電路自動返回穩(wěn)態(tài)0，此時放電管T導(dǎo)通。⑤電路返回穩(wěn)態(tài)后，C通過導(dǎo)通的放電管T放電，使電路迅速恢復(fù)到初始狀態(tài)。②當觸發(fā)脈沖uI下降沿到來時，低觸發(fā)端TR有效，輸出置1狀態(tài)，電路進入狀態(tài)1。（暫穩(wěn)態(tài)1）5/6/202331Vct03、工作波形Vit0Vot0Tw輸出脈沖的寬度Tw≈1.1RCTw可重復(fù)觸發(fā)？不可重復(fù)觸發(fā)？5/6/2023324、用555定時器組成可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器Vit0Vot0Vct0TwTw5/6/2023335、應(yīng)用（1）觸摸定時控制電路5/6/2023345、應(yīng)用（2）心律失常報警電路5/6/202335VAt0VEt0VBt0TwVit0報警5/6/2023366、應(yīng)用multisim仿真軟件分析脈沖電路5/6/2023376、應(yīng)用multisim仿真軟件分析脈沖電路5/6/202338如將5腳外接電壓Vco，電路的脈寬會改變嗎?Vco增加，脈寬如何改變?是增加或減小?課后探究：5/6/202339思考：施密特觸發(fā)器的特點？回差特性：上升過程和下降過程有不同的轉(zhuǎn)換電平UT＋和UT－。

如何與555定時器發(fā)生聯(lián)系？

內(nèi)部比較器有兩個不同的基準電壓UR1和UR2。7.4.3555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器5/6/202340如果在UIC加上控制電壓VDD，對電路有什么影響？輸出波形有什么變化？5/6/202341利用放電管T作為一個受控電子開關(guān)，使電容充電、放電而改變TH=TR，則交替置0、置1。

設(shè)計思想：

多諧振蕩器是無穩(wěn)態(tài)電路，兩個暫穩(wěn)態(tài)不斷地交替。

7.4.4555定時器構(gòu)成多諧振蕩器5/6/202342電容C充電τ充=(R1+R2)C電容C放電τ放=R2C振蕩器輸出脈沖uO的工作周期為：T≈0.7(R1+2R2)CtPL=R2C1n2≈0.7R2C

tpH=(R1+R2)C1n2≈0.7(R1+R2)C

5/6/202343用555定時器組成占空比可調(diào)的多諧振蕩器tPL=RBC1n2≈0.7RBC

tpH=RAC1n2≈0.7RAC

5/6/2023447.4.5555定時器應(yīng)用實例5/6/2023455/6/2023465/6/2023475/6/202348本章介紹了各種產(chǎn)生和變換矩形脈沖的電路。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)態(tài)，在外加觸發(fā)脈沖作用下，能夠從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)。但暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間取決于電路內(nèi)部的元件參數(shù)，與輸入信號無關(guān)。因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以用于產(chǎn)生脈寬固定的矩形脈沖波形。

施密特觸發(fā)器有兩種穩(wěn)態(tài)，但狀態(tài)的維持與翻轉(zhuǎn)受輸入信號電平