脈沖波形產(chǎn)生與整形

脈沖波形產(chǎn)生與整形第1頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四6.1概述一、脈沖信號脈沖是脈動(dòng)和短促的意思，凡是具有不連續(xù)波形的信號均可稱為脈沖信號。廣義講，各種非正弦信號都是脈沖信號。(a)矩形波(b)方波(c)尖脈沖(d)鋸齒波第2頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四6.1概述在數(shù)字系統(tǒng)中常常需要用到各種幅度、寬度以及具有陡峭邊沿的矩形脈沖信號，如觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖（CP）。獲取這些脈沖信號的方法通常有兩種：①脈沖產(chǎn)生電路直接產(chǎn)生；②利用已有的周期信號整形、變換得到。脈沖整形、變換電路——單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器；脈沖產(chǎn)生電路——多諧振蕩器；多用途的定時(shí)電路——555定時(shí)器。第3頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四6.1概述二、脈沖信號的參數(shù)trtftWT0.9

Um0.5

Um0.1

UmUm矩形脈沖信號的主要參數(shù)脈沖幅度脈沖周期脈沖寬度上升時(shí)間下降時(shí)間占空比D－－脈沖寬度與脈沖周期的比值，D＝tW/T

。第4頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四6.1概述三、脈沖產(chǎn)生電路的暫態(tài)分析脈沖波形產(chǎn)生與整形電路多是由RC充放電電路構(gòu)成的。①開關(guān)閉合的一瞬間，電容器上電壓不能突變，滿足開關(guān)定理UC(0+)=UC(0-)。②充電暫態(tài)過程結(jié)束后，流過電容器的電流iC(∞)為0，即電容器相當(dāng)于開路。tMU(t)UTtU(∞)0U(0+)CCCUC(t)SUCR第5頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四④令uC(tW)=UT，則從暫態(tài)過程的起始值UC(0+)變到UT所經(jīng)歷的時(shí)間tW（脈沖寬度）可用下式計(jì)算：③電路的時(shí)間常數(shù)τ=RC，τ決定了暫態(tài)時(shí)間的長短。根據(jù)三要素公式，可以得到電壓隨時(shí)間變化的方程為6.1概述tWU(t)UTtU(∞)0U(0+)CCC第6頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四6.2施密特觸發(fā)器主要用途：把變化緩慢的信號波形變換為邊沿陡峭的矩形波。

特點(diǎn)：

⑴電路有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。兩種穩(wěn)定狀態(tài)的維持和轉(zhuǎn)換完全取決于外加觸發(fā)信號。觸發(fā)方式：電平觸發(fā)。⑵電壓傳輸特性特殊，電路有兩個(gè)轉(zhuǎn)換電平（上限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT+和下限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT－）。⑶狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)有正反饋過程，從而輸出邊沿陡峭的矩形脈沖。

返回第7頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四6.2.1

用集成門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器返回1.電路組成

兩個(gè)CMOS反相器，兩個(gè)分壓電阻。圖6-7用集成門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（a）電路（b）邏輯符號第8頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四2.工作原理

（1）工作過程設(shè)CMOS反相器的閾值電壓UTH=VDD/2，輸入信號uI為三角波。怎樣確定UT+、UT－的值？第9頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四當(dāng)uI=0V時(shí)，G1截止、G2導(dǎo)通，輸出為UOL，即uO=0V。只要滿足uI1＜UTH，電路就會處于這種狀態(tài)（第一穩(wěn)態(tài)）。當(dāng)uI上升，使得uI1=UTH時(shí)，電路會產(chǎn)生如下正反饋過程：第10頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四電路會迅速轉(zhuǎn)換為G1導(dǎo)通、G2截止，輸出為UOH，即uO=VDD的狀態(tài)（第二穩(wěn)態(tài)）。此時(shí)的uI值稱為施密特觸發(fā)器的上限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT+。顯然，uI繼續(xù)上升，電路的狀態(tài)不會改變。第11頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四如果uI下降，uI1也會下降。當(dāng)uI1下降到UTH時(shí)，電路又會產(chǎn)生以下的正反饋過程：電路會迅速轉(zhuǎn)換為G1截止、G2導(dǎo)通、輸出為UOL的第一穩(wěn)態(tài)。此時(shí)的uI值稱為施密特觸發(fā)器的下限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT－。uI再下降，電路將保持狀態(tài)不變。第12頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（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。圖6-8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3.重要參數(shù)上限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT+

下限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT－

回差ΔUT=UT+－UT－（通常UT+＞UT－）改變R1和R2的大小可以改變回差ΔUT

第13頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四集成施密特觸發(fā)器的UT+和UT－的具體數(shù)值可從集成電路手冊中查到。

如CT74132的UT+＝1.7V、UT－＝0.9V，所以，ΔUT＝UT+—UT－＝1.7V—0.9V＝0.8V。

6.2.2

集成施密特觸發(fā)器1.

施密特反相器

TTL的74LS14和CMOS的CC40106均為六施密特觸發(fā)的反相器。下面以CC40106為例說明其功能。

返回第14頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四圖6-9施密特觸發(fā)反相器(a)原理框圖(b)電壓傳輸特性(c)邏輯符號

為了提高電路的性能，電路在施密特觸發(fā)器的基礎(chǔ)上，增加了整形級和輸出級。

整形級可以使輸出波形的邊沿更加陡峭，

輸出級可以提高電路的負(fù)載能力。第15頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四2.施密特觸發(fā)與非門電路

為了對輸入波形進(jìn)行整形，許多集成門電路采用了施密特觸發(fā)形式。比如CMOS的CC4093和TTL的74LS13就是施密特觸發(fā)的與非門電路。

圖6-10施密特觸發(fā)與非門的邏輯符號第16頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四1.波形變換

將變化緩慢的波形變換成矩形波（如將三角波或正弦波變換成同周期的矩形波）。圖6-11波形變換

6.2.3

施密特觸發(fā)器的應(yīng)用返回第17頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四2.脈沖整形

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。通過施密特觸發(fā)器整形，可以獲得比較理想的矩形脈沖波形。

圖6-12脈沖整形

波形畸變邊沿振蕩第18頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四3．脈沖鑒幅

將一系列幅度各異的脈沖信號加到施密特觸發(fā)器的輸入端，只有那些幅度大于UT+的脈沖才會在輸出端產(chǎn)生輸出信號?？梢姡┟芴赜|發(fā)器具有脈沖鑒幅能力。

圖6-13脈沖鑒幅第19頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四4.構(gòu)成多諧振蕩器工作原理：電容上初始電壓為零，即uI＝0，則uO＝1，并經(jīng)R向C充電，當(dāng)充至uI＝U+時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝0。電容C又經(jīng)R進(jìn)行放電，當(dāng)放電至uI＝U-時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝1。第20頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四工作特點(diǎn)：第一，它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)；第二，在外加脈沖作用下，觸發(fā)器能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；第三，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，將自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與外加觸發(fā)信號無關(guān)。例：樓道的路燈。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第21頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四6.3.1用集成門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器返回1.電路組成及工作原理

暫穩(wěn)態(tài)是靠RC電路的充放電過程來維持的。由于圖示電路的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。圖6-14集成門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第22頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（1）

輸入信號uI為0時(shí)，電路處于穩(wěn)態(tài)。

uI2=VDD，uO=UOL=0，uO1＝UOH=VDD。

（2）外加觸發(fā)信號，電路翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)uI產(chǎn)生正跳變時(shí)，uO1產(chǎn)生負(fù)跳變，經(jīng)過電容C耦合，使uI2產(chǎn)生負(fù)跳變，G2輸出uO產(chǎn)生正跳變；uO的正跳變反饋到G1輸入端，從而導(dǎo)致如下正反饋過程：

第23頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四使電路迅速變?yōu)镚1導(dǎo)通、G2截止的狀態(tài)，此時(shí)，電路處于uO1=UOL、uO=uO2=UOH的狀態(tài)。然而這一狀態(tài)是不能長久保持的，故稱為暫穩(wěn)態(tài)。

第24頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（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)期間，VDD經(jīng)R對C充電，使uI2上升。當(dāng)uI2上升達(dá)到G2的UTH時(shí)，電路會發(fā)生如下正反饋過程：

第25頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四使電路迅速由暫穩(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。第26頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四圖6-15單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形第27頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四2.

主要參數(shù)

（1）輸出脈沖寬度tw

輸出脈沖寬度tw，就是暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間。根據(jù)uI2的波形可以計(jì)算出：

tw≈0.7RC（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）放電時(shí)間常數(shù)（通常放電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于RC）。

第28頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四設(shè)觸發(fā)信號的時(shí)間間隔為T，為了使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠正常工作，應(yīng)當(dāng)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）

在使用微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時(shí)，輸入觸發(fā)脈沖uI的寬度tw1應(yīng)小于輸出脈沖的寬度tw，即tw1＜tw，否則電路不能正常工作。如出現(xiàn)tw1＞tw的情況時(shí)，可在觸發(fā)信號源uI和G1輸入端之間接入一個(gè)RC微分電路。3.

對輸入觸發(fā)脈沖寬度的要求

（3）最高工作頻率fmax（或最小工作周期Tmin）第29頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四6.3.2

集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用集成門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雖然電路簡單，但輸出脈沖寬度的穩(wěn)定性較差，調(diào)節(jié)范圍小，而且觸發(fā)方式單一。因此實(shí)際應(yīng)用中常采用集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。返回1.輸入脈沖觸發(fā)方式

上升沿觸發(fā)下降沿觸發(fā)

第30頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四2.不可重復(fù)觸發(fā)型與可重復(fù)觸發(fā)型圖（a）為不可重復(fù)型觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器該電路在觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)期間如再次受到觸發(fā)，對原暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間沒有影響，輸出脈沖寬度tw仍從第一次觸發(fā)開始計(jì)算。圖（b）為可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器該電路在觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)期間如再次被觸發(fā)，則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。因此，采用可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時(shí)能比較方便地得到持續(xù)時(shí)間更長的輸出脈沖寬度。第31頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四3.TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路74121的功能及其應(yīng)用

74121是一種不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它既可采用上升沿觸發(fā)，又可采用下降沿觸發(fā)，其內(nèi)部還設(shè)有定時(shí)電阻Rint(約為2kΩ)。

表6-174121電路的功能表

圖6-16

74121的電路符號觸發(fā)輸入端輸出端外接定時(shí)元件引腳內(nèi)部電阻引腳第32頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四功能：

（1）觸發(fā)方式：

第33頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四圖6-1774121應(yīng)用電路（2）定時(shí)元件接法：輸出脈沖uO的寬度：tw≈0.7RCext外接電容Cext一般取值范圍為10pF～10μF，在要求不高的情況下最大值可達(dá)1000μF。圖(a)：外接電阻R=Rext（1.4~40kΩ）。圖(b)：用內(nèi)部電阻R＝Rint(約為2kΩ)。第34頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四6.3.3

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用返回1.脈沖延時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要應(yīng)用是整形、定時(shí)和延時(shí)。圖6-18單穩(wěn)電路的延時(shí)作用

如果需要延遲脈沖的觸發(fā)時(shí)間，可利用單穩(wěn)電路來實(shí)現(xiàn)。

uO的下降沿比uI的下降沿延遲了tw的時(shí)間。第35頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四2.脈沖定時(shí)

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠產(chǎn)生一定寬度tw的矩形脈沖，利用這個(gè)脈沖去控制某一電路，則可使它在tw時(shí)間內(nèi)動(dòng)作(或者不動(dòng)作)。

圖6-19脈沖定時(shí)第36頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四作業(yè)題P357—6.2P359—6.9返回第37頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四

1．多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。

2．通過電容的充電和放電，使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，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。6.4多諧振蕩器第38頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四6.4.1對稱式多諧振蕩器返回1.電路組成由兩個(gè)TTL反相器經(jīng)電容交叉耦合而成。通常令C1=C2=C，R1=R2=RF。為了使靜態(tài)時(shí)反相器工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，具有較強(qiáng)的放大能力，應(yīng)滿足ROFF＜RF＜RON的條件。

圖6-20對稱式多諧振蕩器第39頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四

2.工作原理

假定接通電源后，由于某種原因使uI1有微小正跳變，則必然會引起如下的正反饋過程

：

使uO1迅速跳變?yōu)榈碗娖健O2迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。此后，uO2的高電平對C1電容充電使uI2升高，電容C2放電使uI1降低。由于充電時(shí)間常數(shù)小于放電時(shí)間常數(shù)，所以充電速度較快，uI2首先上升到G2的閾值電壓UTH，并引起如下的正反饋過程：第40頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四使uO2迅速跳變?yōu)榈碗娖?、uO1迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。此后，C1放電、C2充電，C2充電使uI1上升，會引起又一次正反饋過程，電路又回到第一暫穩(wěn)態(tài)。這樣，周而復(fù)始，電路不停地在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間振蕩，輸出端產(chǎn)生了矩形脈沖。

第41頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四圖6-21對稱式多諧振蕩器的工作波形第42頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四3.

主要參數(shù)

矩形脈沖的振蕩周期為

T≈1.4RFC當(dāng)取RF＝1kΩ、C＝100pF～100μF時(shí)，則該電路的振蕩頻率可在幾赫到幾兆赫的范圍內(nèi)變化。第43頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四6.4.2

環(huán)形振蕩器返回1.最簡單的環(huán)形振蕩器

圖6-22最簡單的環(huán)形振蕩器(a)電路(b)工作波形

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)成最簡單的環(huán)形振蕩器。該電路沒有穩(wěn)定狀態(tài)。

如此周而復(fù)始，便產(chǎn)生了自激振蕩。振蕩周期

T=6tpd。

第44頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四2.RC環(huán)形振蕩器

最簡單的環(huán)形振蕩器構(gòu)成十分簡單，但是并不實(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)。圖6-23

RC環(huán)形振蕩器

利用電容C的充放電，改變uI3的電平(因?yàn)镽S很小,在分析時(shí)往往忽略它。)來控制G3周期性的導(dǎo)通和截止，在輸出端產(chǎn)生矩形脈沖。RS是限流電阻（保護(hù)G3），通常選100Ω左右。增加RC延遲環(huán)節(jié)，即可組成RC環(huán)形振蕩器電路。

第45頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四圖6-24RC環(huán)形振蕩器的工作波形電路的振蕩周期為

T≈2.2RC

R不能選得太大（一般1kΩ左右），否則電路不能正常振蕩。

。

第46頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四3.CMOS反相器構(gòu)成的多諧振蕩器(非對稱式多諧振蕩器）

R的選擇應(yīng)使G1工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)。此時(shí)，由于uO1即為uI2，G2也工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，若uI有正向擾動(dòng)，必然引起下述正反饋過程：

圖6-25CMOS反相器構(gòu)成的多諧振蕩器第47頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四使uO1迅速變成低電平，而uO2迅速變成高電平，電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。此時(shí)，電容C通過R放電，然后uO2向C反向充電。隨著電容C的的放電和反向充電，uI不斷下降，達(dá)到uI＝UTH時(shí)，電路又產(chǎn)生一次正反饋過程：

從而使uO1迅速變成高電平，uO2迅速變成低電平，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。此時(shí)，uO1通過R向電容C充電。

第48頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四隨著電容C的不斷充電，uI不斷上升，當(dāng)uI≥UTH時(shí)，電路又迅速跳變?yōu)榈谝粫悍€(wěn)態(tài)。如此周而復(fù)始，電路不停地在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換，電路將輸出矩形波。振蕩周期為

T＝2.2RC圖6-26

CMOS反相器構(gòu)成多諧振蕩器的工作波形第49頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四6.4.3

石英晶體振蕩器返回前面介紹的多諧振蕩器的一個(gè)共同特點(diǎn)就是振蕩頻率不穩(wěn)定，容易受溫度、電源電壓波動(dòng)和RC參數(shù)誤差的影響。而在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖信號常用作時(shí)鐘信號來控制和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。因此，控制信號頻率不穩(wěn)定會直接影響到系統(tǒng)的工作，顯然，前面討論的多諧振蕩器是不能滿足要求的，必須采用頻率穩(wěn)定度很高的石英晶體多諧振蕩器。第50頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四石英晶體的阻抗頻率特性圖

石英晶體具有很好的選頻特性。當(dāng)振蕩信號的頻率和石英晶體的固有諧振頻率fo相同時(shí)，石英晶體呈現(xiàn)很低的阻抗，信號很容易通過，而其它頻率的信號則被衰減掉。第51頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四因此，將石英晶體串接在多諧振蕩器的回路中就可組成石英晶體振蕩器，這時(shí)，振蕩頻率只取決于石英晶體的固有諧振頻率fo，而與RC無關(guān)。圖6-27石英晶體振蕩器電路在對稱式多諧振蕩器的基礎(chǔ)上，串接一塊石英晶體，就可以構(gòu)成一個(gè)石英晶體振蕩器電路。該電路將產(chǎn)生穩(wěn)定度極高的矩形脈沖，其振蕩頻率由石英晶體的串聯(lián)諧振頻率fo決定。

第52頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四目前，家用電子鐘幾乎都采用具有石英晶體振蕩器的矩形波發(fā)生器。由于它的頻率穩(wěn)定度很高，所以走時(shí)很準(zhǔn)。通常選用振蕩頻率為32768HZ的石英晶體諧振器，因?yàn)?2768＝215，將32768HZ經(jīng)過15次二分頻，即可得到1HZ的時(shí)鐘脈沖作為計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。第53頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四作業(yè)題P360—6.14返回第54頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四為數(shù)字—模擬混合集成電路?？僧a(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個(gè)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。6.5555定時(shí)器及其應(yīng)用第55頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四各公司生產(chǎn)的555定時(shí)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(diǎn)驅(qū)動(dòng)能力較大低功耗、高輸入阻抗電源電壓工作范圍5~16V3~18V負(fù)載電流可達(dá)200mA可達(dá)4mA第56頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四6.5.1555定時(shí)器返回1.電路組成圖6-28555定時(shí)器(a)原理圖(b)外引線排列圖電阻分壓器電壓比較器基本RS觸發(fā)器放電管T緩沖器第57頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（1）

電阻分壓器由3個(gè)5kΩ的電阻R組成，為電壓比較器C1和C2提供基準(zhǔn)電壓。第58頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（2）

電壓比較器

C1和C2。當(dāng)U＋＞U－時(shí)，

UC輸出高電平，反之則輸出低電平。

第59頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四

CO為控制電壓輸入端。當(dāng)CO懸空時(shí)，UR1＝2/3VCC，UR2＝1/3VCC。當(dāng)CO＝UCO時(shí)，UR1＝UCO，UR2＝1/2UCO

第60頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四

TH稱為高觸發(fā)端，TR稱為低觸發(fā)端。

第61頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（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(shí)，必須使R處于高電平。

第62頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（4）

放電管T

T是集電極開路的三極管。相當(dāng)于一個(gè)受控電子開關(guān)。

輸出為0時(shí)，T導(dǎo)通，輸出為1時(shí)，T截止。第63頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四（5）緩沖器緩沖器由G3和G4構(gòu)成，用于提高電路的負(fù)載能力。第64頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四

2.工作原理

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

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

表6-2555定時(shí)器的功能表第65頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四6.5.2

555定時(shí)器的應(yīng)用舉例返回1.

構(gòu)成施密特觸發(fā)器

思考：施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)？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(shí)器發(fā)生聯(lián)系？

內(nèi)部比較器有兩個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓UR1和UR2。第66頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四1.

構(gòu)成施密特觸發(fā)器

圖6-29555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（a）電路（b）工作波形如果在UIC加上控制電壓，則可以改變電路的UT+和UT－。第67頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四2.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：通過電容C的充放電使高觸發(fā)置0端TH有效→穩(wěn)態(tài)0第68頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四圖6-30555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（a）電路（b）工作波形工作原理：穩(wěn)態(tài)為0低觸發(fā)有效置1T截止，C充電自動(dòng)高觸發(fā)返0提高基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定性的濾波電容輸出脈沖的寬度tw≈1.1RC。當(dāng)觸發(fā)脈沖uI為高電平時(shí)，VCC通過R對C充電，當(dāng)TH=uC≥2/3VCC時(shí)，高觸發(fā)端TH有效置0；此時(shí)，放電管導(dǎo)通，C放電，TH=uC=0。穩(wěn)態(tài)為0狀態(tài)。此時(shí)放電管T截止，VCC通過R對C充電。當(dāng)TH=uC≥2/3VCC時(shí)，使高觸發(fā)端TH有效，置0狀態(tài)，電路自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)，此時(shí)放電管T導(dǎo)通。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)。第69頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四工作原理：當(dāng)觸發(fā)脈沖uI下降沿到來時(shí)，低觸發(fā)端TR有效置1狀態(tài)，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)觸發(fā)脈沖uI為高電平時(shí)，VCC通過R對C充電，當(dāng)TH=uC≥2/3VCC時(shí)，高觸發(fā)端TH有效置0；此時(shí)，放電管導(dǎo)通，C放電，TH=uC=0。穩(wěn)態(tài)為0狀態(tài)。此時(shí)放電管T截止，VCC通過R對C充電。當(dāng)TH=uC≥2/3VCC時(shí)，使高觸發(fā)端TH有效，置0狀態(tài)，電路自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)，此時(shí)放電管T導(dǎo)通。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)。第70頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四3.構(gòu)成多諧振蕩器

設(shè)計(jì)思想：是無穩(wěn)態(tài)電路，兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)不斷地交替。利用放電管T作為一個(gè)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。

圖6-29555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器（a）電路（b）工作波形電容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)C第71頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四返回本章介紹了各種產(chǎn)生和變換矩形脈沖的電路。

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)受輸入信號電平的控制，所以輸出脈沖的寬度是由輸入信號決定的。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)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(shí)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。本章小結(jié)第72頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四

多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，是由電路內(nèi)部電容的充、放電作用自動(dòng)進(jìn)行的，所以它不需要外加觸發(fā)信號，只要接通電源就能自動(dòng)產(chǎn)生矩形脈沖信號。

555定時(shí)器是一種用途很廣的集成電路，除了能構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器以外，還可以接成各種應(yīng)用電路。讀者可參閱有關(guān)書籍自行設(shè)計(jì)出所需的電路。

第73頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四作業(yè)題P361—6.24P361—6.31返回第74頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四為數(shù)字—模擬混合集成電路。可產(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個(gè)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。6.5555定時(shí)器及其應(yīng)用第75頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四R=5kΩ2/3VDD1/3VDD

555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及邏輯符號555定時(shí)器的工作原理

基本RS觸發(fā)器比較器①③⑤④⑥⑦⑧②RDVDDDiscVCOvSGNDQvR555第76頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四

555定時(shí)器的功能表555定時(shí)器的工作原理

－+C1R2/3VDDvR⑥－+C2S1/3VDDvS②

輸入

輸出RSQN1××0

導(dǎo)通

011

截止

100

導(dǎo)通

00不變不變

×

×＜2/3VDD＜1/3VDD＞2/3VDD＞1/3VDD＜2/3VDD＞1/3VDD＞2/3VDD＜1/3VDD

0

1

1

1

1

111

截止RDvRvS第77頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四用555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

電路結(jié)構(gòu)第78頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四－+C1R2/3VDDvI⑥－+C2S1/3VDDvI

②2/3VDD1/3VDDvI0tvO0t（1）當(dāng)vI＜1/3VDD時(shí)，R=0，S=1，Q=1，vO=1；（2）當(dāng)1/3VDD＜vI＜2/3VDD時(shí)，R=0，S=0，Q=1，vO=1；（3）當(dāng)vI＞2/3VDD時(shí)，R=1，S=0，Q=0，vO=0；（4）當(dāng)1/3VDD＜vI＜2/3VDD時(shí)，R=0，S=0，Q=0，vO=0；（5）當(dāng)vI＜1/3VDD時(shí)，R=0，S=1，Q=1，vO=1；原理分析用555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

第79頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四主要參數(shù)用555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

1.閥值電平VT+=2/3VDDVT-=1/3VDD2.回差電壓=VT+－VT-=1/3VDD第80頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四用555構(gòu)成的多諧振蕩器電路結(jié)構(gòu)（教材P148）第81頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四用555構(gòu)成的多諧振蕩器工作原理－+C1R2/3VDDvC⑥－+C2S1/3VDDvC②1.上電時(shí)，vC=0，得R=0，S=1，Q=1，N1管截止,vO=1。3.當(dāng)vC

＞2/3VDD時(shí)，R=1，S=0，基本RS觸發(fā)器被置0，Q=0，N1管導(dǎo)通，vO=0。2.當(dāng)VDD通過R1、R2向C充電，vC

逐漸上升;第82頁，共93頁，2023年，2月20日，星期四用555構(gòu)成的多諧振蕩器工作原理（續(xù)）－+C1R2/3VDDvC⑥－+C2S1/3VDDvC②5.當(dāng)vC下降到vC

＜1/3VDD時(shí)，R=0，S=1，RS觸發(fā)器置成1態(tài)，Q=1，T1管截止，vO=1。對電容C充電又重新開始。4.電容C將通過R2和