2014-第六章脉冲波形的产生与整形

1、1第六章第六章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形 在第四章和第五章时序逻辑电在第四章和第五章时序逻辑电路中讲到的触发器状态的翻转以路中讲到的触发器状态的翻转以及时序电路的工作启动，均需要及时序电路的工作启动，均需要依靠时钟脉冲依靠时钟脉冲CP来触发。来触发。而这而这种种CP脉冲是如何产生的？脉冲是如何产生的？引言：引言：2 通过各种整形电路把已有的周期性变化通过各种整形电路把已有的周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。波形变换为符合要求的矩形脉冲。最常用的最常用的两种脉冲整形电路包括：两种脉冲整形电路包括：施密特触发器施密特触发器和和单单稳态触发器稳态触发器。（注意：在采用整形的方法

2、获（注意：在采用整形的方法获取矩形脉冲时，是以能够找到频率和幅度都取矩形脉冲时，是以能够找到频率和幅度都符合要求的一种初始电压信号为前提的。）符合要求的一种初始电压信号为前提的。） 利用各种形式的利用各种形式的多谐振荡器多谐振荡器电路来直接电路来直接产生所需要的矩形脉冲信号。产生所需要的矩形脉冲信号。获取矩形脉冲波形有两大类方法：获取矩形脉冲波形有两大类方法：注意：在同步时序逻辑电路中，作为时钟信号的注意：在同步时序逻辑电路中，作为时钟信号的矩形脉冲控制和协调整个系统的工作，因此时钟矩形脉冲控制和协调整个系统的工作，因此时钟脉冲的特性就直接关系到系统能否正常工作，这脉冲的特性就直接关系到系统能

3、否正常工作，这就需要定量方法描述矩形脉冲的特性。就需要定量方法描述矩形脉冲的特性。3理想脉冲信号理想脉冲信号描述矩形脉冲特性的主要参数：描述矩形脉冲特性的主要参数：上升时间上升时间下降时间下降时间脉冲宽度脉冲宽度脉冲幅度脉冲幅度脉冲周期脉冲周期占空比：脉冲宽度与脉冲周期的比值占空比：脉冲宽度与脉冲周期的比值:q=TW/T46.2 施密特触发器施密特触发器6.3 单稳触发器单稳触发器6.4 多谐振荡器多谐振荡器6.5 555定时器及其应用定时器及其应用56.2 施密特触发器施密特触发器 (P309页页)施密特触发器的主要特点施密特触发器的主要特点： 在在电路状态发生转电路状态发生转换时，通过电路

4、内部的换时，通过电路内部的正反馈过程，可以使输正反馈过程，可以使输出电压波形的出电压波形的边沿变陡边沿变陡。 输入信号在输入电输入信号在输入电压压上升上升和和下降下降过程中，过程中，电路状态发生转换时刻电路状态发生转换时刻所对应的输入电平不同。所对应的输入电平不同。可可将叠加在矩形脉将叠加在矩形脉冲高、低电平上的冲高、低电平上的噪声有效滤除噪声有效滤除；可以将边沿变化可以将边沿变化缓慢的信号波形缓慢的信号波形整形为边沿陡峭整形为边沿陡峭的矩形波的矩形波。 存在两个稳定状态，所以又称为双稳态触发存在两个稳定状态，所以又称为双稳态触发器（具体哪个稳态状态则由输入情况决定器（具体哪个稳态状态则由输入

5、情况决定）；阶跃特性阶跃特性66.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器21210RRVVVVVDDTHOLDDOH ，且且，反相器反相器反相器反相器结构：将两级反相器串接起来，同时通过结构：将两级反相器串接起来，同时通过分压电阻把输出端的电压反馈到输入端，分压电阻把输出端的电压反馈到输入端，从而构成施密特触发器。从而构成施密特触发器。同相输出端同相输出端反相输出端反相输出端分压电阻分压电阻7(一一)VI上升阶段分析：上升阶段分析：oIooIIvRRRvRRRvRRRvvv211212221 当当vI=0=0时，时，有：有：oIvRRRv211 无论无论vo是高电平还是低

6、电平，都使得是高电平还是低电平，都使得 ( (阈值阈值) )所所以以G1门输出高电平门输出高电平，G2门门输出低电平，即输出低电平，即vo1=VDD，vo=0DDTHIVVv21 当当vI从从0逐渐升高时逐渐升高时，并且此过程处于同相输出端状态尚，并且此过程处于同相输出端状态尚未翻转阶段，将仍有未翻转阶段，将仍有vo=0，代入上式可得，代入上式可得：IIvRRRv212如何计算？如何计算？同相端同相端反相端反相端8oIIvRRRvRRRv211212IIvRRRv212 当当 随随v vI I增加增加而增加至而增加至 ，由于，由于G1进入电压传进入电压传输特性的转折区输特性的转折区( (放大区

7、放大区) )，将出现下述正反馈过程：，将出现下述正反馈过程：IvTHIVv 正反馈过程使得电路迅速翻转为正反馈过程使得电路迅速翻转为G1输出低电平（输出低电平（即：即：Vo增大又加速了增大又加速了VI的增大，见公式的增大，见公式），），G2 门输出高电平，即门输出高电平，即vo1=0，vo=VDD (此后此后vI继续增大，电路将继续保持此态继续增大，电路将继续保持此态) 定义：定义：vI上升过程中电路状态发生转换时刻上升过程中电路状态发生转换时刻所对应的输入所对应的输入电平为电平为VT+(正向阈值电压正向阈值电压) (此临界时刻此临界时刻Vo仍仍=0)TTHIVRRRVv212THTVRRV)

8、1 (219(二二)VI下降阶段分析：下降阶段分析：oIIvRRRvRRRv211212THIVv 当当vI继续减小至，使得继续减小至，使得 时，则出现如下正反馈过程：时，则出现如下正反馈过程： 当当vI从高电平逐渐下降过程中，若有从高电平逐渐下降过程中，若有 ，则电路始终为，则电路始终为G1门输出低电平，门输出低电平，G2门输出高电平。门输出高电平。 THIVv 正反馈使得电路迅速翻转为正反馈使得电路迅速翻转为G1输出高电平，输出高电平， G2 门输出门输出低电平（即：低电平（即： Vo减小又加速了减小又加速了VI的减小，见公式的减小，见公式），），即即vo1=VDD，vo=0 (此后此后v

9、I继续减小，电路仍将保持此态继续减小，电路仍将保持此态)10THTIIIDDTHIV)RR(VVVRRR)VV(VV212111 VT-:负向阈值电压负向阈值电压可求出可求出vI下降过程下降过程中中电路输出状态发电路输出状态发生转换时刻所对应生转换时刻所对应的输入电平的输入电平VT-：THDDVV2=VDD11反相输出反相输出同相输出同相输出同相输出同相输出反相输出反相输出THTIV)RR(VV211 THTIV)RR(VV211 THVRR21TTT2VVV回差电压：回差电压：复习牢记！复习牢记！12例：在例：在下图中，如果要求下图中，如果要求R1 =1k，VT+=7.5v，VT=5v。试求

10、。试求R2和和VDD？见书？见书311页页vVRRVTHT5 . 7)1 (21vVRRVTHT52215.010521RRvVvVDDTH复习牢记！复习牢记！13一、用于波形变换一、用于波形变换6.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用 (P317页页)反相输出反相输出分析过程：主要是考察输入分析过程：主要是考察输入信号处于上升阶段还是下降信号处于上升阶段还是下降阶段。阶段。 如果输入信号处于如果输入信号处于上升阶上升阶段段，则状态翻转发生在，则状态翻转发生在VT+；若处于若处于下降阶段下降阶段，则状态翻，则状态翻转发生在转发生在VT-；14二、用于脉冲鉴幅二、用于脉冲鉴幅 将不同幅度

11、、不同规律变化的脉冲信号加到将不同幅度、不同规律变化的脉冲信号加到施密特触发器的输入端，施密特触发器的输入端，能够选择幅度大于能够选择幅度大于VT+的信号进行输出的信号进行输出，即鉴幅。，即鉴幅。反相输出反相输出15三、用于脉冲整形三、用于脉冲整形 当传输线上电容较大时，波形的上升沿和下降当传输线上电容较大时，波形的上升沿和下降沿将发生明显变坏。沿将发生明显变坏。 在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。常见的几种情况如下：畸变。常见的几种情况如下：阶跃特性变坏阶跃特性变坏16 当传输线较长时，而且当传输线较长时，而且接收端阻抗与传输线的阻抗接

12、收端阻抗与传输线的阻抗不匹配时，在波形的上升沿不匹配时，在波形的上升沿和下降沿将会产生振荡。和下降沿将会产生振荡。 当其他脉冲信号通过导线当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线间的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号上时，叠加到矩形脉冲信号上时，信号上将会出现附加噪声。信号上将会出现附加噪声。176.3 单稳态触发器单稳态触发器 (P319页页)工作特点：工作特点： 有有一个一个稳态稳态和一个和一个暂稳态暂稳态； 基于以上特点，单稳触发器三个应用：基于以上特点，单稳触发器三个应用：、脉冲整形、脉冲整形；、延时、延时(产生滞后于触发脉冲的输出脉冲产生滞后于触发脉冲的输出脉冲)；、定时、

13、定时(产生固定时间宽度的脉冲信号产生固定时间宽度的脉冲信号)； 在外界触发信号作用下，能从在外界触发信号作用下，能从稳态稳态暂稳态暂稳态，维持一段时间后维持一段时间后自动自动返回稳态；返回稳态； 暂稳态暂稳态维持的时间长短取决于电路本身的参数维持的时间长短取决于电路本身的参数(R、C)，而与触发脉冲的宽度和幅度无关而与触发脉冲的宽度和幅度无关；186.3.1 用门电路组成的单稳态触发器用门电路组成的单稳态触发器 （P319页）页）工作原理工作原理：单稳态触发器的暂稳态通常都是单稳态触发器的暂稳态通常都是靠靠RC电路的充、放电过程来维持电路的充、放电过程来维持。根据。根据RC电路不电路不同接法，

14、又可分成同接法，又可分成微分电路形式微分电路形式和和积分电路形式积分电路形式。它的突出特点是它的突出特点是: 输出端只有一个稳定状态输出端只有一个稳定状态, 另一个另一个状态则是暂稳态。状态则是暂稳态。加入触发信号后加入触发信号后,它可以由稳定状态转它可以由稳定状态转入暂稳态，但是经过一定时间以后入暂稳态，但是经过一定时间以后,它又会自动返回原来它又会自动返回原来的稳定状态。的稳定状态。稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态由外界触发由外界触发自动返回自动返回恢复期19一、微分型单稳态触发器一、微分型单稳态触发器 (P319页页)COMS门电路门电路G1和和G2为为CMOS门：门：DDT

15、HOLDDOHVV,V,VV210 RC微分电路微分电路微分电路作用：用来将矩形脉冲转换为微分电路作用：用来将矩形脉冲转换为尖峰脉冲尖峰脉冲20微分电路作用：用来将矩形脉冲转换为尖峰脉冲微分电路作用：用来将矩形脉冲转换为尖峰脉冲在在t=t1时刻加入一个正脉冲，时刻加入一个正脉冲，即即Uin从从0突然跳变到突然跳变到E（正跳（正跳变，类似于将开关合上，接变，类似于将开关合上，接入电源）。由于电容两端开入电源）。由于电容两端开始时刻电压为始时刻电压为0，则在，则在t1时刻时刻输出端输出端Uout就为就为E。此时电容此时电容C开始充电，电开始充电，电容两端的电压容两端的电压UC按指数规律按指数规律增

16、加，那么输出端增加，那么输出端Uout=Uin-Uc(基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律)也将也将 按指数规律下降。当电容两按指数规律下降。当电容两端电压充到端电压充到E时，输出端时，输出端Uout=0。Uout+Uc=Uin21到了到了t=t2时刻输入端时刻输入端Uin突然跳变为突然跳变为0（负跳变，类似于输入端短接）。这时（负跳变，类似于输入端短接）。这时已经充饱电荷的电容已经充饱电荷的电容(Uc=E)就要进行就要进行放电放电(如左下图如左下图)，（这时放电电流与充，（这时放电电流与充电电流方向相反，从下至上流经电阻）电电流方向相反，从下至上流经电阻）则在则在t2时刻输出端时刻输出端Uout

17、就跳变为就跳变为-E。由于放电电流按指数规律变化，则由于放电电流按指数规律变化，则输出端输出端Uout也从也从-E按指数规律变化，按指数规律变化，电容放电完毕，输出电压也就为电容放电完毕，输出电压也就为0。注：当输入矩形脉冲时，微分电路注：当输入矩形脉冲时，微分电路输出一个输出一个正、负双向尖峰脉冲正、负双向尖峰脉冲。这。这种电路具有种电路具有“突出变化量，压低恒突出变化量，压低恒定量定量”特点，输出信号能够很快反特点，输出信号能够很快反映输入信号的跳变成分。映输入信号的跳变成分。 由于在数学上，常用微分运算，由于在数学上，常用微分运算，考察信号的变化情况，因此这种电考察信号的变化情况，因此这

18、种电路称为微分电路。路称为微分电路。221、工作原理、工作原理: 稳态时稳态时VI=0， Vd=0 ， VI2=VDD，VO=0，使得，使得VO1=VDD ，于是电容，于是电容C上无电压上无电压(电容两端无压差电容两端无压差)。 、在触发脉冲、在触发脉冲VI加到输入端时，微分电路输出端将出现很窄加到输入端时，微分电路输出端将出现很窄的正、负脉冲的正、负脉冲Vd，当，当Vd上升到上升到VTH以后，将引发如下正反馈以后，将引发如下正反馈: 开始充电电路迅速进入暂稳态CVVVVVVOOOIOd,0,1121暂稳态：暂稳态：VO=1正反馈加速进入暂稳态正反馈加速进入暂稳态VDD开始通过开始通过R给给C

19、充电充电电容电容两端两端电压电压不能不能突变突变23具体分析：具体分析：Vd上升使得上升使得Vo1迅速跳变为低电平。由于迅速跳变为低电平。由于电容电容两端电压不能发生突变两端电压不能发生突变，这使得，这使得VI2也只能同时跳变至低也只能同时跳变至低电平，电路进入暂稳态。此时，即使电平，电路进入暂稳态。此时，即使Vd回到低电平，回到低电平，Vo的高电平也仍将维持。的高电平也仍将维持。电容电容两端两端电压电压不能不能突变突变24、这时、这时VI又变为低电平（使得又变为低电平（使得Vd=0）。）。此过程随着此过程随着VDD开始通开始通过过R给给电容充电，电容充电，VI2逐渐升高逐渐升高，当升至当升至

20、VI2=VTH时，时，O1I2VVVO使得使得Vo=0。重新进入稳态。重新进入稳态VI2为低电平的持续时间为低电平的持续时间（也即（也即C充电时间），对应于充电时间），对应于Vo=1，即单稳态持续时间，即单稳态持续时间252、性能参数计算输出脉宽：、性能参数计算输出脉宽：200lnRCVVVlnRCVVVVlnRCtTHDDDD)t()()()(w 的时间。充电至从时间）等于输出脉冲宽度（THIOVVV012电容电容C充电充电等效电等效电路路电容上电压从充放电过程开始到变化到某一数值电容上电压从充放电过程开始到变化到某一数值VTH所经过时间所经过时间RRON起始起始终止终止稳态稳态触发脉冲触发

21、脉冲26二、积分型单稳态触发器二、积分型单稳态触发器 (P321页页)、稳态时，由于、稳态时，由于VI=0，所以，所以VO=VOH，VA=VO1=VOH、当输入正脉冲时，、当输入正脉冲时，VO1跳变为低电平，这使跳变为低电平，这使得电容得电容C通过通过R放电。放电。故故在一段时间里在一段时间里VA仍在仍在VTH以上。因此在这段时间里以上。因此在这段时间里G2的两个输入端电压的两个输入端电压同同时高于时高于VTH， 使得使得VO=VOL，电路进入，电路进入暂稳暂稳态态。同时同时电容电容C继续通过继续通过R放电放电。放电放电27、但这种暂态不会持续很、但这种暂态不会持续很久，因为随着电容久，因为随

22、着电容C的放电，的放电，VA电位将不断降低至电位将不断降低至VOL以以下，这将使得下，这将使得VO回到高电回到高电平（稳定状态）。平（稳定状态）。、当、当VI重新返回到低电平重新返回到低电平时，时，VO1又重新变为高电平又重新变为高电平VOH，并向电容，并向电容C充电充电。 经过一段时间后，经过一段时间后，VA恢恢复为高电平，电路达到稳态。复为高电平，电路达到稳态。充电充电282、性能参数计算输出脉宽：、性能参数计算输出脉宽：)()()0()(ln)(tOwVVVVCRRt的时间。的时间。放电至放电至从从时间）等于时间）等于输出脉冲宽度（输出脉冲宽度（THOHAOVVVV0 起始起始终止终止稳

23、态稳态296.4 基于施密特触发器的多谐振荡器基于施密特触发器的多谐振荡器 (P328页页) 多谐振荡器是一种自激振荡器，它多谐振荡器是一种自激振荡器，它具有两个暂稳态具有两个暂稳态。在接通电源以后，在接通电源以后，不需要外加触发信号不需要外加触发信号，就能在这两个，就能在这两个暂稳态之间连续、自动切换，产生一定频率和脉宽的矩暂稳态之间连续、自动切换，产生一定频率和脉宽的矩形脉冲信号。由于所产生的矩形波中含有丰富的谐波分形脉冲信号。由于所产生的矩形波中含有丰富的谐波分量，故称为量，故称为多谐振荡器多谐振荡器。由由施密特触发器施密特触发器构成的构成的多谐振荡器电路多谐振荡器电路：将施密特触发：将

24、施密特触发器的反相输出端经器的反相输出端经RC积分电路接回输入端，这使得输入积分电路接回输入端，这使得输入电压电压VI始终在始终在VT+和和VT- 之间往复变化，从而在输出端得之间往复变化，从而在输出端得到矩形脉冲波。到矩形脉冲波。30工作原理：工作原理：当接通电源以后，因为电容上的初当接通电源以后，因为电容上的初始电压为始电压为0，所以输出为高电平，并开始经电阻，所以输出为高电平，并开始经电阻R向电容向电容C充电。充电。 当充到输入电压为当充到输入电压为VI=VT+时，输出时，输出VO跳变为低跳变为低电平，于是电容电平，于是电容C又经过电阻又经过电阻R开始放电。开始放电。当当C放电至放电至V

25、I=VT-时，输出时，输出VO电位又跳变成高电电位又跳变成高电平，电容平，电容C重新开始充电。如此周而复始，电路不重新开始充电。如此周而复始，电路不停振荡。停振荡。316.5 555定时器及其应用定时器及其应用 (P348页页)6.5.1 555定时器的电路结构与功能定时器的电路结构与功能 555定时器是一种将模拟电路和数字电定时器是一种将模拟电路和数字电路的功能，巧妙结合在一起的多用途中规路的功能，巧妙结合在一起的多用途中规模集成电路芯片。若在其外部配接上几个模集成电路芯片。若在其外部配接上几个阻容元件，便可以构成阻容元件，便可以构成多谐振荡器、单稳多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器态触

26、发器和施密特触发器等基本电路单元。等基本电路单元。6.5.2 用用555定时器接成施密特触发器定时器接成施密特触发器6.5.3 用用555定时器接成单稳态触发器定时器接成单稳态触发器6.5.4 用用555定时器接成多谐振荡器定时器接成多谐振荡器32一、电路结构：一、电路结构： 由电压比较器（由电压比较器（C1,C2）、基本）、基本RS触发触发器（倒置）、输出缓冲器（器（倒置）、输出缓冲器（G3,G4）、集电极开路的）、集电极开路的放电放电三三级管（级管（TD）组成）组成6.5.1 555定时器的电路结构与功能（数定时器的电路结构与功能（数/模混合模混合IC）VI1是比较器是比较器C1的的反相输

27、入端反相输入端(也叫也叫阈值端，用阈值端，用TH标注标注 )VI2是比较器是比较器C2的的同相输入端同相输入端(也叫触也叫触发端，用发端，用TR标注标注 )C1和和C2的参考电压的参考电压(电压比较的基准电压比较的基准)，VR1和和VR2经三个经三个5k电阻分压给出电阻分压给出基本基本RS触触发器发器倒置倒置各个管脚编号说明？各个管脚编号说明？131129-2533二、原理分析二、原理分析 在控制电压输入端在控制电压输入端VCO若为悬空状态，则若为悬空状态，则VR1=2/3VCC，VR2=1/3VCC；VCO若外接固定电压，若外接固定电压，则则VR1=VCO，VR2=1/2VCO。OVDT00

28、101101SRRS34 为提高电为提高电路的带负载能路的带负载能力，还在输出力，还在输出端设置了缓冲端设置了缓冲器器G4。 若若VO为低为低电平时，电平时，VO也也一定为低电平。一定为低电平。两者等效两者等效356.5.2 用用555定时器接成的施密特触发器定时器接成的施密特触发器电压传输特性电压传输特性将将555定时器的定时器的VI1 (6脚脚)和和VI2 (2脚脚)两个输入端连两个输入端连在一起在一起作为作为一个一个信号输入端信号输入端，即，即可得到施密特触可得到施密特触发器发器输出电压输出电压VO由高由高电平变为低电平和电平变为低电平和由低电平变为高电由低电平变为高电平所对应的输入值平

29、所对应的输入值VI也不相同也不相同，这样，这样就形成了施密特触就形成了施密特触发特性。发特性。 (P350页页)RD36OVDT VI1/3VCC时，时，vc1=1，vc2=0，Q=1，故，故vo=VoH；CCTV32V 1/3VCCVI2/3VCC时，时，vc1=1，vc2=1，Q=1，故，故vo=VoH；保持不保持不变变 VI2/3VCC时，时，vc1=0，vc2=1，Q=0，故，故vo=VoL；VI上升过程（红色）上升过程（红色）SRRD37OVDT VI1/3VCC时，时，vc1=1，vc2=0，Q=1，故，故vo=VoH；CCTV31V 1/3VCCVI2/3VCC时，时，vc1=1

30、，vc2=1，Q=0，故，故vo=VoL；保持不变保持不变 VI2/3VCC时，时，vc1=0，vc2=1，Q=0，故，故vo=VoL；VI下降过程（兰色）下降过程（兰色）CCTV31V SRRD386.5.3 用用555定时器接成的单稳态触发器定时器接成的单稳态触发器 (P351页页)一、电路结构一、电路结构: 单独将单独将555定时器定时器的的VI2(2脚脚)端作为触端作为触发信号的输入端。发信号的输入端。 同时在同时在VI1（6脚）脚）对地接对地接入电容入电容C，就构成了单稳态触，就构成了单稳态触发器。发器。再将再将TD集电极（集电极（7脚）接至脚）接至VI1端端6脚。脚。 847623

31、150.01uFVccQViCRRD39 假定初始状态假定初始状态下接通电源后，触发器稳定状态下接通电源后，触发器稳定状态停在停在Q=0 和和VO=0状态状态，则，则TD导通导通,VC=0（电容电压（电容电压为为0），且有），且有 (VR1=2/3VCC) (Vi1=0=VC=6脚脚)和和(Vi2=Vi=1=VDD)(VR2=1/3VCC)，使得，使得VC1=VC2=1，因此因此Q=0及及VO=0的状态将继续稳定维持下去。的状态将继续稳定维持下去。SRRD40 当触发脉冲的下降沿到达，使当触发脉冲的下降沿到达，使VI2跳变到跳变到1/3VCC以下以下时，使时，使VC2=0 Q=1 TD截止截止

32、C开始充电开始充电(此时此时C电压从电压从0开始缓慢上升，开始缓慢上升，故这段时间故这段时间VC1仍仍=1)，触发器被置为，触发器被置为1态，态，VO跳变为高电平，电路进入暂稳态。跳变为高电平，电路进入暂稳态。SR触发脉冲触发脉冲RD41 当电容当电容C充电至充电至2/3Vcc时，使时，使Vc1变为变为0。若此时输入。若此时输入端的端的触发脉冲触发脉冲VI已经返回高电平（使得已经返回高电平（使得Vc2变为变为1），则），则触发器输出端触发器输出端Q将被置将被置0，于是电路又返回到，于是电路又返回到VO=0的状的状态，整个电路又回复到稳态。态，整个电路又回复到稳态。 与此同时，与此同时，TD也变

33、为导通状态，电容也变为导通状态，电容C经经TD迅速放迅速放电，直至电，直至VC=0，使得，使得Vc1=Vc2=1，继续维持，继续维持Q=0，VO=0的稳定状态。的稳定状态。直到直到VI出现下一个触发信号！出现下一个触发信号！暂稳态暂稳态SR触发脉冲触发脉冲RD42 输出脉冲的宽度输出脉冲的宽度tw等于等于暂稳态暂稳态的持续时间，而暂稳的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于态的持续时间取决于外接电阻外接电阻R和电容和电容C的大小的大小。 tw等于电容电压在充电过程中从等于电容电压在充电过程中从0 上升到上升到2/3Vcc所所需要的时间，由此可得：需要的时间，由此可得： V()充满电的稳态为充满电的

34、稳态为Vcc 充电过程！充电过程！1RC. 1RCln3V32V0VRClnV)V()(lntCCCCCCw止起始VVRC暂稳态暂稳态起始起始结束结束RD436.5.4 用用555定时器接成的多谐振荡器定时器接成的多谐振荡器 (P352页页)1、工作原理、工作原理 用施密特触发器构成的多谐振荡器电路：将施密特用施密特触发器构成的多谐振荡器电路：将施密特触发器的触发器的反相输出端反相输出端经经RC积分电路接回输入端积分电路接回输入端. （这里这里只要将只要将555定时器的定时器的VI1和和VI2连接在一起接成施密特触连接在一起接成施密特触发器，再将输出发器，再将输出VO经经R2C积分电路接回输入

35、端即可积分电路接回输入端即可） 为减轻为减轻G4门的负载，不宜直接由门的负载，不宜直接由G4提供电容的充放提供电容的充放电电流。由于电电流。由于VO与与Vo在高低电平状态上完全相同，最后在高低电平状态上完全相同，最后采用将采用将VO （7）经）经R2C积分电路积分电路接到施密特触发器输入端，接到施密特触发器输入端，从而构成多谐振荡器。从而构成多谐振荡器。VO无输入端无输入端R1R244 设接通电源前，电容电压设接通电源前，电容电压Vc=0；当电；当电源接通后，由于源接通后，由于Vc不能突变，不能突变，Vc=VI2的的电压小于电压小于VCC/3，且，且Vc=VI1小于小于2VCC/3使使得得Vc

36、2=0，Vc1=1，于是，于是Q=1，Vo=1，同时，同时TD截止。于是截止。于是电源电源Vcc通过通过R1和和R2 对电对电容容C充电充电，这将使得，这将使得Vc按指数规律上升，按指数规律上升，直到直到Vc达到达到2Vcc/3时。时。 整个变化过程如图中整个变化过程如图中0t1段所示。段所示。SRRDR1R245、当、当Vc上升到略大于上升到略大于2Vcc/3时，时， 这使得这使得Vc1=0，Vc2=1，于是，于是Q=0，Vo=0，同时，同时TD导通，导通，电容电容C通通过电阻过电阻R2和和TD放电，放电，Vc按指数规律下降，直到按指数规律下降，直到Vc降为降为Vcc/3为止，这是一个暂稳态

37、；为止，这是一个暂稳态； 此变化过程如图中此变化过程如图中t1t2段所示。段所示。电容电容C放完电放完电为为0 稳态稳态V()CRVVCRVVVVCRTTT22227 . 000ln)()(止起起始起始结束结束SR放电回路存在一个电阻放电回路存在一个电阻R2RD46 当当Vc下降到略小于下降到略小于Vcc/3时，时， 将使得将使得VI1端电压小于端电压小于2Vcc/3 ，VI2端电压略小于端电压略小于Vcc/3，这使得，这使得Vc1=1，Vc2=0，于是，于是Q=1，Vo=1，同时同时TD截止，于是电源截止，于是电源Vcc再次通过再次通过R1和和R2 对电容对电容C充电充电，这将，这将使得使得

38、Vc按指数规律上升，直到按指数规律上升，直到Vc达到达到2Vcc/3时。时。 此充电过程如图中此充电过程如图中t2t3段所示。电容段所示。电容C充满电稳态充满电稳态V()为为VccTCTCVvVvT)()(ln11CRR)(7.021起始起始结束结束SR充电回路存在两个电阻充电回路存在两个电阻R1和和R2RD472、参数计算、参数计算（1）电容充电时间T1（2） 电容放电时间T2（3）电路振荡周期 T：（5）输出波形占空比 q：TCTCVvVvT)()(ln11CRR)(7 . 021CCCCCCCCVVVV3231ln1CRVVCRTTT2227 . 000lnCRRTf)2(43. 112

39、1212112RRRRTTq（4）电路振荡频率）电路振荡频率 f ：R1R2通过通过R1和和R2 对电容对电容C充电充电通过电阻通过电阻R2和和TD放电放电 T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C48例例6.5.1 试用试用CB555定时器设计一个多谐振荡器，要求振定时器设计一个多谐振荡器，要求振荡周期为荡周期为1秒，输出脉冲幅度大于秒，输出脉冲幅度大于3v而小于而小于5v，输出脉冲，输出脉冲的占空比的占空比q=2/3解：采用图解：采用图6.5.6电路，根据公式：电路，根据公式：322RRRRq2121故得到故得到:R1=R2又因为振荡周期为：又因为振荡周期为：1Cln2)2RR(T21若取

40、若取C=10uF,代入上式可得：代入上式可得：48k3Cln21RR21无输入端无输入端493、占空比可调的多谐振荡器、占空比可调的多谐振荡器 为了提高多谐振荡器的使用为了提高多谐振荡器的使用灵活性，需要使得占空比可调灵活性，需要使得占空比可调。 方法：利用二极管的单向方法：利用二极管的单向导电性，将充电回路和放电回导电性，将充电回路和放电回路分开，并添加一个电位器路分开，并添加一个电位器RP，通过调节通过调节RP的阻值，就可以改的阻值，就可以改变占空比值。变占空比值。充电回路：充电回路：VccRA D1 C 地地放电回路：放电回路：CD2RBTD(7脚脚) 地地充电时间：充电时间：T1=RA

41、C， 放电时间：放电时间：T2=RBC，于是有，于是有: BAABAA1RRRCln2)R(RCln2RTTq通过调节通过调节RP的大小，就可以改变占空比的大小，就可以改变占空比 q。50例例1：用：用555定时器组成的防盗报警电路如图所示。当有定时器组成的防盗报警电路如图所示。当有人破门而入时，人破门而入时，ab导线被扯断。试分析该电路的工作原导线被扯断。试分析该电路的工作原理，并计算喇叭发声频率。理，并计算喇叭发声频率。练习！（练习！（振荡器类型？）振荡器类型？）解：解：ab导线未被扯断时，导线未被扯断时，555定时器的复位端定时器的复位端4为低电平，为低电平，多谐振荡器多谐振荡器停振。停

42、振。(看图分析看图分析) 当当ab线断开后，线断开后，4端接晶端接晶体管体管T的发射极并经电容的发射极并经电容C4接地。由于接地。由于T是导通的，电源是导通的，电源经经R3和导通的和导通的T对对C4充电。充电。当当C4充电至高电平时，充电至高电平时，4端变端变为高电平，多谐振荡器开始为高电平，多谐振荡器开始振荡，于是从振荡，于是从3 端输出一振荡端输出一振荡信号，经隔直电容信号，经隔直电容C3驱动喇驱动喇叭发声报警。叭发声报警。827Hz)2(43. 1121CRRTf喇叭发声频率喇叭发声频率 f ：C2C4C351例例2：分析下图所示电子门铃电路，当按下按钮：分析下图所示电子门铃电路，当按下

43、按钮S时可使时可使门铃鸣响。门铃鸣响。 说明门铃鸣响时说明门铃鸣响时555定时器的工作方式；定时器的工作方式； 改变电路中什么参数能改变铃响持续时间；改变电路中什么参数能改变铃响持续时间； 改变什么参数能改变铃响的音调高低。与频率有关改变什么参数能改变铃响的音调高低。与频率有关解：解： 当当S按下后，电容按下后，电容C4立即充电至高电平，立即充电至高电平，使使555定时器的定时器的4端由低端由低电平变为高电平，电平变为高电平，多谐多谐振荡器起振，振荡器起振，输出交流输出交流脉冲信号经隔直电容脉冲信号经隔直电容C3驱动门铃驱动门铃Y鸣响。鸣响。C3C4 S断开后，断开后，C4经经RW放电，放电，

44、4端电位逐渐降低，端电位逐渐降低，维维持一段高电平时间后，变为低电平，门铃停止鸣响。持一段高电平时间后，变为低电平，门铃停止鸣响。52 门铃鸣响时间由门铃鸣响时间由C4经经RW放电时间常数决放电时间常数决定。因此，定。因此，C4，RW值越大，鸣响时间越长。值越大，鸣响时间越长。 铃响音调高低由多铃响音调高低由多谐振荡器输出信号的谐振荡器输出信号的频率决定，因此，改频率决定，因此，改变多谐振荡器电路中变多谐振荡器电路中R1、R2和和C1参数的参数的值可改变门铃鸣响音值可改变门铃鸣响音调的高低。调的高低。CRRTf)2(43. 112153例例3：一个用：一个用555定时器组成的冰箱温度控制电路定

45、时器组成的冰箱温度控制电路如图所示。如图所示。Rt1和和Rt2均为负温度系数热敏电阻，均为负温度系数热敏电阻，J为冰箱压缩机控制继电器线圈，为冰箱压缩机控制继电器线圈，J通电，压缩机工通电，压缩机工作；反之停机。试分析该电路工作原理。作；反之停机。试分析该电路工作原理。解：解：当冰箱压缩机停当冰箱压缩机停机时，冰箱温度回升，机时，冰箱温度回升，随着温度上升，负温度随着温度上升，负温度系数的热敏电阻系数的热敏电阻Rt1和和Rt2阻值下降，为此阻值下降，为此2端端和和6端电位都要下降。端电位都要下降。 当当2端电位下降到端电位下降到5v=1/3Vcc(对应于冰箱对应于冰箱的上限温度的上限温度)时，

46、比较器时，比较器C2输出低电平，使反相输出低电平，使反相器器3端输出高电平，继端输出高电平，继电器电器J通电，压缩机开通电，压缩机开始制冷。始制冷。冰箱内部上限温度控制冰箱内部上限温度控制因此，因此，调节调节RW2可调整设定冰箱上限温度。可调整设定冰箱上限温度。54 随着压缩机工作，随着压缩机工作，冰箱温度下降，负温冰箱温度下降，负温度系数热敏电阻度系数热敏电阻Rt1和和Rt2阻值开始上升，为阻值开始上升，为此此2端和端和6端电位都要端电位都要上升。上升。 当当6端电位上升到端电位上升到10v=2/3Vcc(对应于冰对应于冰箱的下限温度箱的下限温度)时，比时，比较器较器C1输出低电平，输出低电平，使反相器使反相器3端输出低电端输出低电平，继电器平，继电器J断电，压断电，压缩机停止制冷工作。缩机停止制冷工作。因此，因此，调节调节RW1可调可调整设定冰箱下限温度。整设定冰箱下限温度。冰箱内部下限温度控制冰箱内部下限温