脈沖波形產(chǎn)生與整形

關(guān)于脈沖波形產(chǎn)生與整形第一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三6.1概述一、脈沖信號脈沖是脈動和短促的意思，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)鋸齒波第二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三6.1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；多用途的定時電路——555定時器。第三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三6.1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間下降時間占空比D－－脈沖寬度與脈沖周期的比值，D＝tW/T

。第四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三6.1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，即電容器相當于開路。tMU(t)UTtU(∞)0U(0+)CCCUC(t)SUCR第五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三④令uC(tW)=UT，則從暫態(tài)過程的起始值UC(0+)變到UT所經(jīng)歷的時間tW（脈沖寬度）可用下式計算：③電路的時間常數(shù)τ=RC，τ決定了暫態(tài)時間的長短。根據(jù)三要素公式，可以得到電壓隨時間變化的方程為6.1概述tWU(t)UTtU(∞)0U(0+)CCC第六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三6.2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：

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)時有正反饋過程，從而輸出邊沿陡峭的矩形脈沖。

返回第七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三6.2.1

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CMOS反相器，兩個分壓電阻。圖6-7用集成門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（a）電路（b）邏輯符號第八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三2.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？第九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三當uI=0V時，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uI上升，使得uI1=UTH時，電路會產(chǎn)生如下正反饋過程：第十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三電路會迅速轉(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。第十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三如果uI下降，uI1也會下降。當uI1下降到UTH時，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。第十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三（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

第十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三集成施密特觸發(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。

返回第十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三圖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載能力。第十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三2.施密特觸發(fā)與非門電路

為了對輸入波形進行整形，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十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三1.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)用返回第十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三2.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十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三3．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?，施密特觸發(fā)器具有脈沖鑒幅能力。

圖6-13脈沖鑒幅第十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三4.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，當充至uI＝U+時，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝0。電容C又經(jīng)R進行放電，當放電至uI＝U-時，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝1。第二十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三工作特點：第一，它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(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)維持一段時間后，將自動返回穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持時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)器第二十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三6.3.1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)器第二十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三（1）

輸入信號uI為0時，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uI產(chǎn)生正跳變時，uO1產(chǎn)生負跳變，經(jīng)過電容C耦合，使uI2產(chǎn)生負跳變，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：

第二十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三使電路迅速變?yōu)镚1導(dǎo)通、G2截止的狀態(tài)，此時，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)。

第二十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三（3）電容C充電，電路由暫穩(wěn)態(tài)自動返回穩(wěn)態(tài)。

在暫穩(wěn)態(tài)期間，VDD經(jīng)R對C充電，使uI2上升。當uI2上升達到G2的UTH時，電路會發(fā)生如下正反饋過程：

第二十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三使電路迅速由暫穩(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)時的初始值。第二十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三圖6-15單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形第二十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三2.

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)的維持時間。根據(jù)uI2的波形可以計算出：

tw≈0.7RC（2）

恢復(fù)時間tre

暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電路需要一段時間恢復(fù)到初始狀態(tài)。一般，恢復(fù)時間tre為（3~5）放電時間常數(shù)（通常放電時間常數(shù)遠小于RC）。

第二十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三設(shè)觸發(fā)信號的時間間隔為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，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，可在觸發(fā)信號源uI和G1輸入端之間接入一個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）第二十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三6.3.2

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)

第三十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三2.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)進入暫穩(wěn)態(tài)期間如再次受到觸發(fā)，對原暫穩(wěn)態(tài)時間沒有影響，輸出脈沖寬度tw仍從第一次觸發(fā)開始計算。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)器時能比較方便地得到持續(xù)時間更長的輸出脈沖寬度。第三十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三3.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元件引腳內(nèi)部電阻引腳第三十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三功能：

（1）觸發(fā)方式：

第三十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三圖6-1774121應(yīng)用電路（2）定時元件接法：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)。第三十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三6.3.3

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

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

uO的下降沿比uI的下降沿延遲了tw的時間。第三十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三2.脈沖定時

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

圖6-19脈沖定時第三十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三作業(yè)題P357—6.2P359—6.9返回第三十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三

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

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。6.4多諧振蕩器第三十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三6.4.1對稱式多諧振蕩器返回1.電路組成由兩個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)時反相器工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，具有較強的放大能力，應(yīng)滿足ROFF＜RF＜RON的條件。

圖6-20對稱式多諧振蕩器第三十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三

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?、uO2迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進入第一暫穩(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。由于充電時間常數(shù)小于放電時間常數(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：第四十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三使uO2迅速跳變?yōu)榈碗娖?、uO1迅速跳變?yōu)楦唠娖?，電路進入第二暫穩(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，電路不停地在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間振蕩，輸出端產(chǎn)生了矩形脈沖。

第四十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三圖6-21對稱式多諧振蕩器的工作波形第四十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三3.

主要參數(shù)

矩形脈沖的振蕩周期為

T≈1.4RFC當取RF＝1kΩ、C＝100pF～100μF時，則該電路的振蕩頻率可在幾赫到幾兆赫的范圍內(nèi)變化。第四十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三6.4.2

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間，將奇數(shù)個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。

第四十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三2.RC環(huán)形振蕩器

最簡單的環(huán)形振蕩器構(gòu)成十分簡單，但是并不實用。因為集成門電路的延遲時間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(因為RS很小,在分析時往往忽略它。)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。

第四十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三圖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。

。

第四十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三3.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，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，必然引起下述正反饋過程：

圖6-25CMOS反相器構(gòu)成的多諧振蕩器第四十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三使uO1迅速變成低電平，而uO2迅速變成高電平，電路進入第一暫穩(wěn)態(tài)。此時，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，達到uI＝UTH時，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，電路進入第二暫穩(wěn)態(tài)。此時，uO1通過R向電容C充電。

第四十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三隨著電容C的不斷充電，uI不斷上升，當uI≥UTH時，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四十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三6.4.3

石英晶體振蕩器返回前面介紹的多諧振蕩器的一個共同特點就是振蕩頻率不穩(wěn)定，容易受溫度、電源電壓波動和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鐘信號來控制和協(xié)調(diào)整個系統(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。第五十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三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。當振蕩信號的頻率和石英晶體的固有諧振頻率fo相同時，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。第五十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三因此，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，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。

第五十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三目前，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，所以走時很準。通常選用振蕩頻率為32768HZ的石英晶體諧振器，因為32768＝215，將32768HZ經(jīng)過15次二分頻，即可得到1HZ的時鐘脈沖作為計時標準。第五十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三作業(yè)題P360—6.14返回第五十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三為數(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。6.5555定時器及其應(yīng)用第五十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三各公司生產(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4mA第五十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三6.5.1555定時器返回1.電路組成圖6-28555定時器(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緩沖器第五十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三（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。第五十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三（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。

第五十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三

CO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

第六十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三

TH稱為高觸發(fā)端，TR稱為低觸發(fā)端。

第六十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三（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。

第六十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三（4）

放電管T

T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。第六十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三（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。第六十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三

2.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）。

表6-2555定時器的功能表第六十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三6.5.2

555定時器的應(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？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。第六十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三1.

構(gòu)成施密特觸發(fā)器

圖6-29555定時器構(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－。第六十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三2.構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

（1）得到負脈沖

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第六十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三圖6-30555定時器構(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充電自動高觸發(fā)返0提高基準電壓穩(wěn)定性的濾波電容輸出脈沖的寬度tw≈1.1RC。當觸發(fā)脈沖uI為高電平時，VCC通過R對C充電，當TH=uC≥2/3VCC時，高觸發(fā)端TH有效置0；此時，放電管導(dǎo)通，C放電，TH=uC=0。穩(wěn)態(tài)為0狀態(tài)。此時放電管T截止，VCC通過R對C充電。當TH=uC≥2/3VCC時，使高觸發(fā)端TH有效，置0狀態(tài)，電路自動返回穩(wěn)態(tài)，此時放電管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)。第六十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三工作原理：當觸發(fā)脈沖uI下降沿到來時，低觸發(fā)端TR有效置1狀態(tài)，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。當觸發(fā)脈沖uI為高電平時，VCC通過R對C充電，當TH=uC≥2/3VCC時，高觸發(fā)端TH有效置0；此時，放電管導(dǎo)通，C放電，TH=uC=0。穩(wěn)態(tài)為0狀態(tài)。此時放電管T截止，VCC通過R對C充電。當TH=uC≥2/3VCC時，使高觸發(fā)端TH有效，置0狀態(tài)，電路自動返回穩(wěn)態(tài)，此時放電管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)。第七十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三3.構(gòu)成多諧振蕩器

設(shè)計思想：是無穩(wěn)態(tài)電路，兩個暫穩(wěn)態(tài)不斷地交替。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。

圖6-29555定時器構(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第七十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三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。本章小結(jié)第七十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三

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

555定時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)計出所需的電路。

第七十三頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三作業(yè)題P361—6.24P361—6.31返回第七十四頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三為數(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。6.5555定時器及其應(yīng)用第七十五頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三R=5kΩ2/3VDD1/3VDD

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

基本RS觸發(fā)器比較器①③⑤④⑥⑦⑧②RDVDDDiscVCOvSGNDQvR555第七十六頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三

555定時器的功能表555定時器的工作原理

－+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第七十七頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三用555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

電路結(jié)構(gòu)第七十八頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三－+C1R2/3VDDvI⑥－+C2S1/3VDDvI

②2/3VDD1/3VDDvI0tvO0t（1）當vI＜1/3VDD時，R=0，S=1，Q=1，vO=1；（2）當1/3VDD＜vI＜2/3VDD時，R=0，S=0，Q=1，vO=1；（3）當vI＞2/3VDD時，R=1，S=0，Q=0，vO=0；（4）當1/3VDD＜vI＜2/3VDD時，R=0，S=0，Q=0，vO=0；（5）當vI＜1/3VDD時，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

第七十九頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三主要參數(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第八十頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三用555構(gòu)成的多諧振蕩器電路結(jié)構(gòu)（教材P148）第八十一頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三用555構(gòu)成的多諧振蕩器工作原理－+C1R2/3VDDvC⑥－+C2S1/3VDDvC②1.上電時，vC=0，得R=0，S=1，Q=1，N1管截止,vO=1。3.當vC

＞2/3VDD時，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VDD通過R1、R2向C充電，vC

逐漸上升;第八十二頁，共九十四頁，編輯于2023年，星期三用555構(gòu)成的多諧振蕩器工作原理（續(xù)）－+C1R2/3VDDvC⑥－+C2S1/3VDDvC②5.當vC下降到vC

＜1/3VDD時，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N1管放電，vC逐漸下降；第八十三頁，共