脉冲定时电路

1、第六章 脉冲定时电路* SchmittFF* * FF* 555的 特 点 、 用 途 及 常 见 电 路多 谐 振 荡 器 原 理 和 常 见 电 路单 稳 态的 特 点 、 用 途 和 常 见 电 路定 时 器 的 组 成 、 原 理 及 其 应 用6.1 概述一、矩形波参数介绍HLWWrMMfMMV V T T Tq q Tt 0.1V0.9Vt 0.9V0.1V高电平，低电平周期正脉宽占空比 100上升时间下降时间WTTLVHVrtfttuRC C 电路脉冲特性电容二电压、上变化Cvt (=RC) 0e0 T= lncccccccccc v 0v v tvvvvvvv电路三要素公式：（

2、），（ ），（）（ ）（ ）-（）（ ）-（）（ ）-（T）sRECvC+_三、本章内容2. 一种集成电路555定时器1. 三种典型电路及其特性 SchmittFFTTVVg： 稳态稳态两个稳态VVTT回差电压 V=- g自动自动多谐振荡器 暂态暂态无稳态 FF触发自动单稳态 稳态暂态一个稳态，一个暂态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 稳态由 变稳态由0变1 稳态 稳态 稳态回差电压一、SchmittFF的引

3、出 1、电路组成： 基本R-SFF + 反相器、二极管D&1OVIv1G2G3GD3.电压传输特性曲线OLVOHV/VIvV0/VIIITVTV (): ()OIOTOTOIVf vVVVVVf vT+DT+曲线表明由高变低在处，为V由低变高在-V 处，为V曲线为下行线上行线 下行线I4.( )OVf v 两种曲线OLVOHVV0/VIIITVTV/VIvOLVOHVV0/VIIITVTV/VIv二、常见的SchmittFF电路1、TTL IC 中典型的SchmittFF结构 电路组成（74132芯片的原理电路）1R2R3R4R5R6R7R8R2D1DABOV5T4T3T2T1T4801.4

4、K2 K6 K4D3DC CV2111I12c2I12C CC SEIB E434II2C CC SEIB E424 V VVVR,VR+R TVV VR,VR+RvvvvvTT=0V时 ， T 管 截 止 ， T 导 通 ，低 电 平 输 出升 高 使 T 管 导 通 （ 并 进 入 饱 和 ） ， T 截 止 ，所 需 电 压 约 为 +设 此 电 压 为下 降 使进 入 截 止 ， T 导 通 （ 且 饱 和 ） ， 所 需 电压 约 为+设 此 电 压 为 SchmittFF电路原理T+T-23BECSECCT+T-T+T-R R ,VVV0.7,V0.1,V5, V1.95V V1.

5、6574132V=1.7V,V0.9VVVVV 因电阻有 若假设可求得 由于计算做了较多近似，和实际芯片 的有一定误差。O 74132V =fI逻辑符号和（ ）曲线v&V0/V3.60.10.91.7/VIv2、 CMOS门组成的SchmittFF电路 电路组成OV11Iv1G2G2R1RAvIO V v=0V ， =0V 为稳态 工作原理AATOI VVvvv使,当时 输出变为低电平，为稳态T在使，输出由稳态 变为稳态 时，处的电压即为 （）（1+）IATOITT1T1222 v vVVvVVRVR +RVRRAATOI VVvvv使,当时 输出变为高电平，为稳态1IATOIT-DDT1T-

6、TRT1221TT2v vVVvVVVRVVVVRVRRR VVVV RTT 在使，输出由稳态 变为稳态 时，处的电压即为 （1-）电路回差电压2 电路电压传输特性曲线 电路元件参数值考虑12DDT22LHmaxTOL22LLmaxR (G)IV -VR (G)I稳态 顺利返回稳态 的条件门输出高电平时门输出低电平时V0/VIIITVTVD DV/ VIv3、TTL与非门组成的SchmittFF 电路组成&OVIv1G2G2R1RAvD 工作原理工作原理1IOIATOTOLTTRDT1D2ITOT-TTOLTT1D2 vV v vVVVVVVVVVRVRvVVVVVV VVVRV R=0V ，

7、 =0 为稳态使时 输出 由0变为1，为稳态 在至 ，输出返回稳态 电路回差电压 电路元件参数取值考虑2OFFRR4、集成运算放大器构成的SchmittFF 电路组成12R ,R OOmax V =V 电阻的反馈支路为正反馈组态，电路输出为极值状态00+0VOIv2R1RVfAIOOmaxfOmaxf212IIfOOmaxfOmaxf212IIfO vV =V VV VRR +R vv V VV ,VV VRR +R v vVV 设很 小 ，为 稳 态 ， 运 放 同 相输 入 端 电 压 为，时正 反 馈 结 果 为 稳 态馈 送 回 运 放 同 相 端 电 压 为 当至时 ， 输 出返 回

8、 稳 态 工作原理T+VVOOmaxOOmaxT+fT-f-2TTOmax12 (V =V) (V =-V)V =VV =VR VVV2VR +R T电路原理可概括为： 稳态稳态 其中 回差电压 , RV改进电路引入参考电压增加可调性gf21fOR1212VRR VV +VR +RR +R同相输入端电压00+0OVIv2R1RfVAVRO V =fvI电压传输特性曲线（ ）RRRV =0 V 0 V 0 时曲线和坐标原点对称时曲线向右移动时曲线向左移动maxOVV0/VIIITVTVV0/VIIITVTVV0/VIIITVTVmaxOVmaxOVmaxOVmaxOVmaxOV/VIv/VIv/

9、VIv三、SchmittFF的用途整形 变换 鉴幅 TVTVOVIv6.3 多谐振荡器 一、多谐振荡器的引出、用途 触发器的双稳态和多谐振荡器的无稳态 ( 两个暂态）OFF1,2ONR-SFF R R R R 基本两个电阻、两个电容无稳态电路 电容实现变化信号的传送&dRdS1G2G111G2G2R1R2C1COV用途：作为数字系统中触发时钟信号QQ二、常见多谐振荡器电路1、TTL 门对称式多谐f1f212offf1f2ON R =R C =CR (R ,R ) R 电路组成112C1C1G2G1fR2fR1Iv2IvOV11112222IO1IOO2OIOf2II vVvVV C V =1

10、vVvv CC 耦合T（暂态 ）正反馈 耦合的暂态间， 为低电平，经R 对充电，并使 至门阈值电压V时，2122111IOIO11OOO1IOf1I vVvV C V V =0V1 vVvCC 耦合T 正反馈耦合 使=0进入暂态区暂态期间， 为低电平，经R 对充电， 使升高，至V 值时，前述正反馈过程出现，电路返回暂态g 原理讨论 电路中有关点波形OI2OI1 V =1v V =0v 1T2T 图中波形表明为暂态 ，暂态时间长短由电容C 充电过程决定， 充至V时，暂态 结束 为暂态 ，暂态 期间电容C 充电， 在充至V时，暂态 结束。OLVOHVV0/VIIIIIIOLVOHVV01/VDVT

11、VDVTVtttt1T2T 电路参数计算2121211f12f12112200lnln IDIDIOHIOHI1TITOHDOHDOHTOHTf1VVVVTVVVVVVVVVVR22暂态 、的时间设为（ ） （ ） （） （） （） （T） RC RC 在TTlnf212OHDOHTRCCVVVV，时，电路振荡周期 22、石英晶体多谐振荡器 电路组成石英晶体代替电容C 选频作用11C1G2G1fR2fR0fOV 石英晶体等效电路和阻抗频率特性210p 0.1pFp pF0元件参数量级：-3 L: 10亨 C: 0.01 F R: 量级 C : 几 F几十fsfpfxbaba0CLCR00001

12、 fs21 ff1ps2f fpsLCCCC CLC CCC 串联谐振频率并联谐振频率在时 00S ff f * 晶体固有谐振频率用表示 0f.-11取决于结晶时，晶格排列的方向，受外界其他因素影响很小，有极高的频率稳定性，频率稳定度高达10 3、CMOS门非对称式多谐 电路组成：R两个反相器加一个电阻、 一个电容电阻 上总有电位差111G2G1IvOVCR1OV电压总在变化1Iv 原理分析11111IOOI vVVv I1T电路接通瞬间，若 为低电平，经电阻R对C进行充电， 升高，当v 升至V时，有下述正反馈过程()1112IOIOOvVvVV C TV （ 暂态 ）正反馈 经电容 耦合11

13、11OIDDDII VvVV+Vvv TT暂态 情况下， 已跳为低电平，电位因正反馈作用从值上跳至（)值，经电阻R放电，在降至V时，产生下述正反馈过程：()212IOIOO vVvVV CTV （0 暂态 ）正反馈 经电容 耦合111OIDoI VvVGVv11正反馈结果： 突变至高电平，而下跳至 （门入端保护电路工作）。继而又将经电阻对电容充电，使升高。1IO1O v, VVg和点波形1IvTTVV 图中曲线表明： 点电压始终处于变化过程中，在升至及降至处切换电路状态。V01/VDVTVV0/V()DDDVVDDVDDVC放ttt1T2T 电路参数计算111111121IDDD2IDIIDD

14、I1TI2TDDD1TTTT : v0VV T : v0Vv0V vV vTV vTV =RC = RCV+VTRCln VIII 设电路暂态 、分别为和（ ）（ ） （） （）（）（） 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组成多谐 电路组成SchmittFF结构反相器加一个电阻、一个电容GOVCRCvCCC Cvv CvvOT+OCTO电容 上电压 在V为高电平时充电， 充至V 时V突跳为低电平，为暂态电容 上电压 放电，在

15、放至V 时，V突跳为高电平，为暂态CO vVg和点波形 原理分析gvCOO V T+T- 电容C上的电压在V 和V 之间，时而充电，时而放电。 =1时充电； V =0时放电。V0/VC放tt1T2TIIITVTVOLVOHV 121CT2CTCOLCOHC1T -C2TOLTO12OLTIIITTT : v0V T : v0V vV vV vTV vTV = RC = RCVVVTRCln TRClnVV 设电路暂态 、为和（ ）（ ）（） （）（）（） 11.1HTOHTOHOLTT2VV-V VVVVTTTRCRC若 3.6V ,0.1V ,1.6V ,0.8V =(0.76+0.34)

16、电路参数计算g5、集成运放组成的多谐 电路组成12,AR RRC运放 放大环节正反馈支路、 充放电回路稳压管对输出箝位00+0OVZV2R1RfVACvC 原理分析g1212,OOOCC1ZCCC1ZZ VVVvvRV vvvvRVV ZOZOOORVRVVVRVRVVVVVZZ0OCO电路输出为极值状态 V 设V，则V 经电阻R对C充电，使上升，当 运放入端，使V 变负，正反馈结果这时电阻两侧左正右负， 经R放电，下降，当 降至 运放入端，使V 变正，正反馈结果 将视为暂态ZV视为暂态暂态 为电容C充电过程，暂态 为电容C放电过程。CO vVg和点 波 形Cf+f-ff1fZ121f-Z12

17、vVVVVR V=VR +RR V =-VR +R 图中曲线表明： 电容C上的电压在和之间，或充电，或放电。，分别为V0/VtIIIfVfVZVZVtIII 电路参数计算g121Cf2CfCZCZC1fC2fZf12ZfITIITT :v0V T : v0V v+V v-V vTV vTV =RC = RCV -V TRCln TRV -V设暂态 充电过程为、暂态放电过程为（ ）（ ）（）（）（）（）ZfZf112212V -VClnV -V2R TT =RCln 1+RT2R T2RCln 1+R（）振荡周期（） 6、具有延迟环节的TTL门环形多谐电路组成SOFFRCRRR由、作为延迟环节

18、1111G2G1IvOVCR3G2Iv3IvSR123CIIIovvvV耦合1Iv2oV正反馈正反馈结果Vo=1，视为暂态I。 暂态I情况下， 高电平经电阻R对C充电，使 ，在 时：2oV3Iv3ITvV3122IToIIovVVvvVC耦合正反馈正反馈结果，Vo=0，视为暂态II 在暂态II情况下， 为低电平，电容C放电使 ，在 降至 值时返回暂态I。2oV3IvTV原理分析 设通电瞬间， 有一瞬时增量 和 点波形3IVoV图中曲线表明： 电压始终在变化。暂态I电路输出 为高电平，可视为电容C充电过程， 起始电压为 。暂态II电路输出 为低电平，可视为电容C放电过程， 起始电压为 。3Iv3

19、Iv3IvoVoVDV电路参数计算TOHOLVVV0IDITOHOLIOHIOLITITTvVTvVVVvVvVvTVvTVRCRC ： ： V0/Vt1T2TIIIO LVO HVtDVTV()TOHOLVVVI12TT，边界条件2L12L2-lnln2-lnOHDOLTOHOHTOTOHDOLTOHOHTOTVVVVVTRCTRCVVVVTVVVVVTTTRCVVVV 电路振荡周期 为： g 改进环形多谐电路引入射级跟随器，加大了电路振荡频率的调节范围。111OV1G2G3GCERRTCCV6.4 单稳态触发器一、单稳态触发器的引出 IoIOFFFFRCCVVVR

20、RR双稳态加一个电阻稳态 一个电容 暂态电容 传送变化信号。为触发信号静态情况下为高电平，为高电平电阻 取值 1211IoCIIoIoVVVVVvV耦合电路稳态为 下降沿触发电路 1&OV1G2GCRIV2Iv2210oITITooVvVvVVV为暂态，暂态情况下，降至值时 时 正反馈C耦合Vo正反馈结果，变为高电平，返回稳态FFIII 用信号触发自动返回单稳态特点为： 稳态稳态二、常见单稳态FF电路 1、TTL与非门微分单稳态电路 电路组成21oOFFIVRRv为电路稳态。电阻，稳态时为低电平1&OV1G2GCRIV2Iv 工作原理分析211001oIoIVvVVV为稳态，为稳态时的电平下降

21、沿触发电路12IoIoVVvV 220oIIToVvRvVVI为电路暂态，暂态情况下，经电阻 放电，时，由低变高返回稳态。若V 在此前已变为高电平，则有下述正反馈过程。21IToovVVVC耦合2IDOvVV下跌至，输出上升沿较陡。 ww22 0oIITIDVTVTvVvV图中波形表明：为电路暂态时间，宽度为 当负脉宽小于时，在放电至时有正反馈过程，在瞬间下跌至22IWITIVTvVv 若负脉宽大于时（如图虚线所示），则在放电至值时无正反馈过程，继续沿图中虚线放电。 电路中各点波形tIIIOLVOHVDVTVtttOLVOHVOLVOHVIIIWTWTV0/VVI/VV01/V WTg暂态时间

22、计算 w2222w0ln3.60.11.45000.51.36IIROHOLIRITROLOHWRTOHOLTRWTvvVVVvVvTVRCVRVVTRCVVVV VV VV RRVVTRC 由放电过程决定，其边界条件为： 式中为稳态时电阻 上的电压值。 若设 。稳态时电阻 上的电压，解得： 微分型单稳态改进电路2ddIWITdddONddWEOFFRCVTvVRCRRRCRCTTRR 、输入微分电路，在触发信号负脉宽大于时放电至值仍有正反馈过程存在，、需满足 三极管 构成的射级跟随器加大输出脉宽的调节范围，通常=OV1G2GIVCCCVdCdRBRER1&00IIOVVV稳态： 用上升沿触发

23、电路 原理分析1221010011CIOIOOIVVvVVv耦合 由 变由 变由 变 ，为电路暂态。暂态情况下，因充电上升2、CMOS或非门微分型单稳态电路 电路组成OV1G2GCRVI2IvDDV1121IToovVVV经过C耦合正反馈IWVT正反馈在正脉宽小于暂态时间时存在 电路中有关点波形22,IWITIVTvVv 图中曲线表明 正脉宽小于输出脉宽充电至值时，有正反馈过程，否则沿图中虚线上升tIIIWTITVDDVDDVDDVDDVtttV0/VVI/VV01/V 电路参数计算 22200lnln 2IIDDIWTDDWDDTvVVvTVRCVTRCRCVV v 1)2TD DC M O

24、 SICVV（的3、TTL与非门积分型单稳态 电路组成01IOIVVV 稳态 上升沿触发电路 g 原理分析OFFRR&1OV1G2GCRIV2Iv1OV 波形g 2220lnIOHIOLIWTOLOHWOLTvVvVvTVRCVVTRCVV V0/VvI2/VVI/VV01/VITVIIOLVOHVWTOLVOHVOLVOHVOHVtttt 电路参数g g 改进电路11 ,IOIIWVVVVT 稳态 用下降沿触发电路，允许为一负窄脉冲，脉宽可小于输出暂态结束返回稳态时，存在正反馈过程。&1&OV1G2GCRIV3G4、用SchmittFF构成单稳态电路 电路组成01IOIVVV 稳态 上升沿触

25、发电路 波形 0lnIWARIHILARAWTILIHWRTVTvVVVvVvTVRCVVTRCVV 正脉宽大于输出负脉宽 GOVCRAvIV 原理分析V0/VVI/VTVILVIHVOLVOHVtttvA/VRVDVWTI三、单稳态FF用途定时整形延时WTOVIVWTWTWT6.5 555定时器 一、 555定时器组成原理 电路组成 和电阻R构成电压比较器为输入级 门 构成的基本R-SFF为中间级 门 和T构成输出缓冲和放电回路 12AA、12GG、3G+ +- -A1+ +- -A2&1+ +- -A1+ +- -A2&1RGNDDISTROUTTHC VCCVRGNDDISTROUTTH

26、CVCCV5K5K5KdRdSQ 逻辑符号中引脚名称和作用： TH：高触发端 ：低触发端 C-V：控制电压端 DIS：放电端 ：清零端，低电平有效 OUT：输出端 ：电源，在4V18V间 GND：地端 原理分析TRCCVR555定时器功能表 通 通 保持 断RTHTROUT DIS T011100123c cV13c cV23c cV13c cV23c cV13c cV二、555定时器应用 1、555构成SchmittFFV-1IITHTRvvC VR和相连接 ：05 变化端不用，接小电容 RGNDTROUTTHC VCCVCCV0.01uIv+ +- -A1+ +- -A2&1&RGNDDI

27、STROUTTHCCVIv0.01u1CV2CVT 电压传输特性曲线O-012133-12ITccTccRTRTRvVVVVVC VVVVVV V 若端接参考电压 V0/VTVTVOLVOHVt/VIv1&+ +- -A1+ +- -A22、555构成多谐振荡器 电路连接CCVGNDTROUTTHC VDISR2R1RCCvCCVDISTROUTTHNTC VRRROV2R1RCCCV12TH TRRCCDISRRCVR、 相连并和充放电回路 相接接在电阻和中间不用，接小电容 不用，接高电平 和Vo波形123310cccccococvVVVvVv在之间变化时 为充电过程时 为放电过程cvttV0/VOLVOHV13CCV23CCV1T2T 电路参数计算 1200121122211222123302133ln2 ln2 cccccc