数字电子技术基础第八章 脉冲电路

1、 8.2 555定时器及其应用定时器及其应用 8.4 施密特触发器施密特触发器 8.5 单稳态触发器单稳态触发器 8.3 多谐振荡器多谐振荡器 8.1 概述概述高、低电平高、低电平1、01. 矩形脉冲的特性参数矩形脉冲的特性参数TT 脉冲周期脉冲周期UmUm 脉冲幅度脉冲幅度0.5UmtWtW 脉冲宽度脉冲宽度0.1Um0.9Umtrtr 上升时间上升时间tftf 下降时间下降时间 8.1 概述概述信号信号:是指一种持续时间极短的电压或电流是指一种持续时间极短的电压或电流波形。波形。2. 获得脉冲的方法：获得脉冲的方法：1） 自激振荡电路直接产生矩形脉冲。自激振荡电路直接产生矩形脉冲。由由多谐

2、振荡器多谐振荡器来实现来实现 555 定时器定时器是构成多谐振荡器、施密特触发器和单是构成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器的既经济又简单实用的器件。稳态触发器的既经济又简单实用的器件。2） 将已有波形将已有波形（正弦波、锯齿波正弦波、锯齿波等等）整形为矩整形为矩形脉冲。形脉冲。 由由施密特触发器施密特触发器和和单稳态触发器单稳态触发器来实现来实现555定时器是一种应用方便的中规模集成电路定时器是一种应用方便的中规模集成电路,只需外只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器等。广泛用于信号的产生、变换、控制与检测等。发器等。广泛用

3、于信号的产生、变换、控制与检测等。 8.2 集成集成555定时器定时器DRQ1RU电阻分压器电阻分压器电压比较器电压比较器基本基本RS触发器触发器复位输入端复位输入端(0)输出缓冲反相器输出缓冲反相器集电极开路输出三极管集电极开路输出三极管 TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1VCC(8)G2RU8.2.1 555定时器的电路结构与工作原理定时器的电路结构与工作原理 0 01 10 0 TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k

4、 5 k &1VCC(8)G CC32VCC31V如果悬空如果悬空CC32V CC31V 0 01 10 01 10 0CC32V CC31V 1 10 01 11 10 01 1CC32V CC31V 1 11 1保持保持保持保持工作原理工作原理DRQ DR不变不变不变不变1导通导通01截止截止11导通导通00放电管放电管T输出输出(UO)复位复位( )触发输入触发输入(UI2)阈值输入阈值输入(UI1)输输 出出输输 入入CC31V CC31V CC31V CC32V XCC32V GNDOUTDRCCVDIS123487651IU2IUICU1 接地端接地端2 低位触发置低位触发

5、置1端端3 输出端输出端4 低电平复位端低电平复位端5 电压控制端电压控制端6 高位触发置高位触发置0端端7 - 开关开关(放电放电)端端8 - 电源端电源端“3入入1出出1开关开关” 是一种自激振荡电路，不是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。矩形脉冲。 没有稳定状态，只有两个没有稳定状态，只有两个暂稳态。暂稳态。多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器8.3.1 由由555定时器组成的多谐振荡器定时器组成的多谐振荡器 R1R2CuCCC32VCC31V uCtUOH uOtUOL1. 电路组成和工作原理电路组成和工作原理 实

6、验室实验室 +VCCTDuOQ&1&Q2. 参数的估算参数的估算1）C 充电时间充电时间 tw1W11W1()(0 )ln()()CCCCuutuutt-+=-W1120.7tRRC=+（）2）C 放电时间放电时间 tw2W2220.70.7tR Ct= uCCC32VCC31VUOH uOUOLtw1tw2T3）频率）频率 f uCCC32VCC31VtUOH uOtUOLtw1tw2TT = 0.7（R1+2R2）C周期：周期：频率：频率：12110.72fTRRC=+（）占空比：占空比：W112120.70.72tRRCqTRRC+=+（）（）00504）占空比）占空比q

7、3. 占空比可调电路占空比可调电路62784153555R1C+R2C2+VCCD1D2uOtw1= 0.7R1Ctw2 = 0.7R2CCRRCRTtq）211W17 . 07 . 0(7 . 0 211RRR 实验室用门电路构成的多谐振荡器用门电路构成的多谐振荡器工作原理：工作原理：1. 反相器静态工作在转折区反相器静态工作在转折区（放大放大）;2. 由两个反相器和电容连接成正反馈电路由两个反相器和电容连接成正反馈电路.。电路的振荡周期电路的振荡周期 T= 1.3RC 特点：频率稳定，精度高。特点：频率稳定，精度高。1. 符号和电抗的频率特性符号和电抗的频率特性电电感感性性电电容容性性fX

8、f0O公元年美国 卡第提出用石英压电效应调制电磁振荡的频率。 巴黎广播电台首先用严济慈制作的石英振荡片实现了无线电播音中的稳频，随后各国相继采用，使无线广播振荡电磁回路稳频成为压电晶体的最重要应用之一。8.3.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器2. 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器11C1R1R2C2uo工作原理：工作原理：1. 反相器静态工作在转折区反相器静态工作在转折区（放大放大）;2. 石英晶体石英晶体 X = 0, 回路构成正反馈回路构成正反馈;3. C1 、 C2 为耦合电容。为耦合电容。电阻取值范围：电阻取值范围：TTL反相器：反相器：R1= R2 = 0.7 2 k CMOS反

9、相器：反相器：R1= R2 =10 100 M 3. CMOS 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器放放大大器器RF =10 100 M C1RFC2uo11100 M 20 pF5 50 pF f0电容三点式电容三点式秒信号发生器秒信号发生器RC1C211C1C1C1C1FF0FF1FF14FF15Q0Q1Q14Q15T 触发器触发器32768 Hz 16384 Hz1 Hz2 Hz为保证为保证 CMOS 反相反相器静态时工作在转折区，器静态时工作在转折区，偏置电阻偏置电阻RF 取值为取值为 :1. 模拟声响电路模拟声响电路10 F26784153NE555ICICR1C1B21+26784

10、153NE55510k 100k 10k 150k 10k 8 R2R3R4R5C2C3C4+5V0.01 F0.01 F100 FuO1uO2uo1uo28.3.4 多谐振荡器应用举例多谐振荡器应用举例 2. 数字计时器数字计时器 实验室实验室3. 防盗报警电路防盗报警电路实验室实验室4. 秒信号发生器秒信号发生器RC1C211C1C1C1C1FF0FF1FF14FF15Q0Q1Q14Q15T 触发器触发器32768 Hz16384 Hz1 Hz2 Hz例题例题1:电路如图所示，其中电路如图所示，其中RA=RB=10k, C=0.1F 。1.在在Uk为高电平期间，由为高电平期间，由555定时

11、器构成的是定时器构成的是什么电路什么电路? 其输出其输出U0的频率的频率f0=? 2.分析由分析由JK触发器触发器FF1、FF2、FF3构成的计数器电路，要求：构成的计数器电路，要求：写出写出驱动方程驱动方程和和状态方程状态方程，画出完整的，画出完整的状态转换图状态转换图；设；设Q3、Q2、Q1的的初态为初态为000，Uk所加正脉冲的宽度为所加正脉冲的宽度为Tw=5/f0，脉冲过后脉冲过后Q3、Q2、Q1将保持在哪个状态将保持在哪个状态？例题例题2:电路如图所示，其中电路如图所示，其中R1=47k; R2=39k, C=12F 。1.画出画出Q0、Q1;的波形的波形 ; 2.求输出波形求输出波

12、形Q2的频率。的频率。 （SchmittTrigger）1. 1. 普通反相器和施密特反相器的比较普通反相器和施密特反相器的比较AY1普通反相器普通反相器uAUTHuYTTL：1.4 VCMOS：DD21V施密特反相器施密特反相器AYuAUT+UT上限阈值电压上限阈值电压下限阈值电压下限阈值电压uY回差电压：回差电压： TTTUUU2.2.电路组成及工作原理电路组成及工作原理+VCCuO1TDQ&1uI工作原理工作原理CC32VCC31V uItUOH uOtUOLCCVOO外加外加 时时,可改变阈值和回差电压可改变阈值和回差电压+VDDuO2uI 上升时与上升时与 2VCC/3 比比

13、uI 下降时与下降时与 VCC/3 比比CC32VCC31V uItUOH uOtUOLCCVOOuI 上升时与上升时与 2VCC/3 比比uI 下降时与下降时与 VCC/3 比比 VCC 8 4555 6 2 vI vO VIC 0.01F 7 3 5 1 3. 滞回特性及主要参数滞回特性及主要参数1)1) 滞回特性滞回特性OuIuOUOHUOLCC31VCC32VuI 增大增大时与时与上限阈上限阈值值比比特点特点:uI 减小减小时与时与下限阈下限阈值值比比上限阈值电压上限阈值电压2)2) 主要静态参数主要静态参数回差回差电压电压COCCT32UVU或或 下限阈值电压下限阈值电压COCCT2

14、131UVU或或 回差电压回差电压 UT = UT+ UT1. CMOS 集成施密特触发器集成施密特触发器1 1） 引出端功能图引出端功能图CC401061A1Y2A2Y3A3Y6A6Y5A5Y4A4YVDDVSS1234567141312111098CC40933A3B3Y4Y4A4BVDDVSS12345671413121110 9 81A1Y1B2A2Y2B2） 主要静态参数主要静态参数CC40106、CC4093 的主要静态参数的主要静态参数电参数电参数名称名称符号符号测试条件测试条件参参 数数单位单位VDD最小值最小值最大值最大值上限阈上限阈值电压值电压UT+510152.24.66

15、.83.67.110.8V下限阈下限阈值电压值电压UT510150.92.54 2.85.27.4V滞回滞回电压电压 UT510150.31.21.61.63.45V2. TTL 集成施密特触发器集成施密特触发器（略）（略）施密特触发器的应用施密特触发器的应用1. 接口与整形接口与整形1 1） 接口接口MOS或或CMOS1把缓变输入信号转换为把缓变输入信号转换为TTLTTL系统要求的脉冲系统要求的脉冲正弦波正弦波振荡器振荡器12 2） 整形整形输入输入输出输出UT+UT2. 阈值探测、脉冲展宽阈值探测、脉冲展宽1 1） 阈值探测阈值探测输入输入UTUT+输出输出2 2） 脉冲展宽脉冲展宽CAu

16、OuIuA集电极开路输出集电极开路输出uIuAuOUT+UT虚拟实验室虚拟实验室 VCC 8 4 555 6 2 vI vO1 VIC 0.01F 7 3 5 1 1uoCR3 . 用于波形的产生用于波形的产生思考题思考题: 1.输出波形的振荡频率如何计算输出波形的振荡频率如何计算? 2.如由如由7号端输出号端输出,输出波形如何输出波形如何?特点特点:1. 有一个有一个 稳态稳态和一个和一个暂稳态；暂稳态；2. 在外来触发在外来触发 脉冲作用下脉冲作用下,电路将从电路将从稳态稳态翻转翻转到到暂暂稳态；暂稳态稳态；暂稳态停留一段时间后停留一段时间后,又返回到又返回到稳定状态稳定状态;3. 暂稳态

17、暂稳态持续时间仅取决于电路的参数持续时间仅取决于电路的参数 。1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理RCuIuC+VCCTDuOQ&1&Q8.5.1 用用555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器62784153555RC+VCC0.01 FuI+uCuOuIVCC0uC02VCC/ 3VCCuO2. 主要参数主要参数输出脉冲宽度输出脉冲宽度 twtwW1W()(0)ln()()CCCCuutuutt+-=-ln31.1WtRCRC=1. 非重触发单稳态触发器非重触发单稳态触发器 74121非重触发非重触发 只能在稳态接受输入信号。只能在稳态接受输入信号。1）图

18、形符号）图形符号 11 &QQTRATRBTR+RintCextRICXRX/CXRext / Cext 表示不属于逻辑状态连接表示不属于逻辑状态连接下降沿触发输入下降沿触发输入上升沿触发输入上升沿触发输入非重复触发非重复触发外接定时外接定时电阻、电容电阻、电容VCC内接定时电阻引出端内接定时电阻引出端)(BA TRTRTRTR2）功能表）功能表输输 入入输输 出出注注TRA TRB TR+Q Q 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1保持保持稳态稳态 1 1 1 1 1下降沿下降沿触发触发 0 0 上升沿上升沿触发触发)(BA TRTRTRTR3）主要参数）主要参

19、数RCRCt7 . 0 2lnW 输出脉宽输出脉宽 tw:输入触发脉冲最输入触发脉冲最小周期小周期 Tmin :reWminttT 周期性输入触发周期性输入触发脉冲占空比脉冲占空比 q:reWWminWtttTtq 2. 可重触发单稳态触发器可重触发单稳态触发器 74122可重触发可重触发 在暂稳态期间在暂稳态期间, 能够接受新的触发信号。能够接受新的触发信号。1）图形符号）图形符号1QQTRATRBTR+ARintCextRICXRX/CXRext / Cext &RTR+BRD直接复位直接复位)(BABA TRTRTRTRTR可重复触发可重复触发2）功能表）功能表输输 入入输输 出

20、出注注RD TRA TRB TR+A TR+BQ Q L H H L L L H L H L H L H复位复位保持保持稳态稳态 H L H H L H H L H L H L H H L H H上升沿上升沿触发触发 H H H H H H H H H H H下降沿下降沿触发触发)(BABA TRTRTRTRTR当定时当定时电容电容C 1000 pF时时:RCt32. 0W 1.触摸定时控制开关触摸定时控制开关 虚拟实验室虚拟实验室2.脉搏测试仪脉搏测试仪虚拟实验室虚拟实验室3. 延时延时1uIu O&uOuFuIu OtW4. 4. 定时选通定时选通uFuO5. 整形整形uIuO一、

21、一、555 定时器定时器 是一种多用途的集成电路。只需外接少量阻容元是一种多用途的集成电路。只需外接少量阻容元件便可构成各种脉冲产生、整形电路，如件便可构成各种脉冲产生、整形电路，如施密特触发施密特触发器器、单稳态触发器单稳态触发器和和多谐振荡器多谐振荡器等。等。12348765GNDTROUTDRCOTHCCVDIS双极型双极型 (TTL)电源电源: 4.5 16 V单极型单极型 (CMOS)电源电源: 3 18 V带负载能力强带负载能力强62784153555R1C+ +R2C1+VCCuO二、多谐振荡器二、多谐振荡器 是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就是一种自激振荡电路，不需要外

22、加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。可以自动地产生出矩形脉冲。 多谐振荡器多谐振荡器没有稳定状态，没有稳定状态，只有两个暂稳态。暂稳态间的相只有两个暂稳态。暂稳态间的相互转换完全靠电路本身电容的充互转换完全靠电路本身电容的充电和放电自动完成。电和放电自动完成。 改变改变 R、C 定时元件数值的定时元件数值的大小，可调节振荡频率。大小，可调节振荡频率。 在振荡频率稳定度要求很高的情况下，可采用在振荡频率稳定度要求很高的情况下，可采用石英晶石英晶体振荡器体振荡器。CRRTf）（2127 . 011 三、施密特触发器三、施密特触发器 是一种是一种脉冲整形电路脉冲整形电路，虽然不能自动产生矩形脉，虽然不能自动产生矩形脉冲，却可将输入的周期性信号整形成所要求的同周期冲，却可将输入的周期性信号整形成所要求的同周期的矩形脉冲输出，还可用来进行幅度鉴别、构成单稳的矩形脉冲输出，还可用来进行幅度鉴别、构成单稳态触发器和多谐振荡器等。态触发器和多谐振荡器等。