项目八 脉冲发生、波形变换电路 - 世界大学城

1、项目八 脉冲发生、波形变换电路第一节 555集成定时器的电路结构及其功能555集成定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能中规模集成电路。555集成定时器的主要应用：多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等。555集成定时器的主要特点：电源电压范围宽、与TTL及CMOS兼容、可带一定功率的负载。555集成定时器的型号：TTL单定时器为555，双定时器为556;CMOS单定时器为7555，双定时器为7556。一、电路组成555集成定时器由五部分组成：基本RS触发器、比较器、分压器、三极管开关、输出缓冲器。其管脚和内部结构如下图所示：12345678GNDOUTVCCDISCTHC

2、O5551、基本RS触发器R为置“0”复位端，R0时，Q=0,Q=1，电路复位。2、比较器由两个集成运算放大器C1、C2构成两个电压比较器。V+V-时，输出高电平，V+V-时，输出低电平。3、分压器由三个5k电阻串联构成（555因此得名），为比较器C1和C2提供参考电压，C1的正端V+=2Vcc/3，C2的负端V-=Vcc/3。如果在电压控制端CO另加控制电压，则可改变比较器C1和C2的参考电压。若不使用CO端时，可通过一个0.01uF电容接地，以旁路高频干扰。4、三极管开关三极管VT用开关使用，受触发器的Q端控制，当Q=“0”时，VT截止，Q=“1”时，VT饱和导通。5、输出缓冲器由反相器G

3、3构成，作用是提高定时器带负载能力和隔离负载对定时器的影响。5G555定时器的八个引出端：1.接地端 2.低触发端 3.输出端 4.复位端5.电压控制端 6.高触发端 7.放电端 8.电源端二、工作原理下表为5G555定时器的功能表：（1）复位：当R=0时，Q=1,输出OUT=0,VT饱和导通。（2）置0：当R=1，TH>2Vcc/3,TR>Vcc/3时，C1输出低电平，C2输出高电平，Q=1，Q=0，OUT=0，VT饱和导通。（3）置1：当R=1，TH<2Vcc/3,TR<Vcc/3时，C1输出高电平，C2输出低电平，Q=0，Q=1，OUT=1，VT截止。（4）保持：

4、当R=1，TH<2Vcc/3,TR>Vcc/3时，C1输出高电平，C2输出高电平，基本RS触发器保持原来状态不变，因此OUT、VT也保持原状态不变。第二节 555定时器接成多谐振荡器多谐振荡器：能产生矩形脉冲波的自激振荡器。用555定时器构成的多谐振荡器如图 (a)所示，图 (b)为工作波形。（a）555定时器构成多谐振荡器电路 (b) 555定时器构成多谐振荡器工作波形无电路工作过程分析如下：第一暂稳态：VCC经R1和R2对电容C充电，电容电压Vc按指数规律上升，充电时间常数时（R1+R2）C，内部放电管T截止，输出电压Vo为高电平。自动翻转1：电容电压Vc上升至VC C时，内部

5、放电管T由截止变为导通 ，C充电结束，输出电压Vo从高电平翻转为低电平，电路自动进入第二暂稳态。第二暂稳态：内部放电管T饱和导通，C通过R2和T放电，Vc按指数规律下降，放电时间常数时R2C，输出电压Vo为低电平。自动翻转2：电容电压Vc下降至VC C时，C放结束，输出电压Vo从低电平翻转为高电平。内部放电管T由导通变为截止，电路自动进入第一暂稳态。第一暂稳态的脉冲宽度tp1:tp1 » 0.7（R1+R2）C tp2 » 0.7R2C 周期T：T = tp1+ tp2 » 0.7（R1+2R2）C占空比：VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，u

6、o=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。占空比可调的多谐振荡器电路利用半导体二极管的单向导电特性，把电容C充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。可计算得： T1=0.7R1C T2=0.7R2C占空比：三 石英晶体多谐振荡器 1.石英晶体的选频特性有两个谐振频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗X=0； 当f=fp时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。 由晶体本身的特性决定： fs fp f0（晶体的标称频率）

7、石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达10-1010-11。（1）串联式振荡器R1、R2的作用使两个反相器在静态时都工作在转折区，成为具有很强放大能力的放大电路。 对于TTL门，常取R1=R2=0.72k，若是CMOS门则常取R1=R2=10100M；C1=C2是耦合电容。 石英晶体工作在串联谐振频率f0下，只有频率为f0的信号才能通过，满足振荡条件。因此，电路的振荡频率= f0，与外接元件R、C无关，所以这种电路振荡频率的稳定度很高。（2）并联式振荡器RF是偏置电阻，保证在静态时使G1工作转折区，构成一个反相放大器。 晶体工作在略大于fS与 fP之间，等效一电感，与C1、C2共同

8、构成电容三点式振荡电路。电路的振荡频率= f0。 反相器G2起整形缓冲作用，同时G2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。四多谐振荡器应用实例1. 简易温控报警器2. 秒脉冲发生器CMOS石英晶体多谐振荡器产生f=32768Hz的基准信号， 经T/触发器构成的15级异步计数器分频后，便可得到稳定度极高的秒信号。 这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源。第三节 施密特触发器施密特触发器具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。一. 用555定时器构成的施密特触发器1. 电路组成及工作原理2. 电压滞回特性和主要参数（1）电压滞回特性（2）主要静态参数（a）上限阈

9、值电压VT+vI上升过程中，输出电压vO由高电平VOH跳变到低电平VOL时，所对应的输入电压值。VT+=2/3VCC。（b）下限阈值电压VT vI下降过程中，vO由低电平VOL跳变到高电平VOH时，所对应的输入电压值。VT=1 /3VCC。（3）回差电压VT VT= VT+VT=1 /3VCC二 集成施密特触发器 1. CMOS集成施密特触发器CC401062. TTL集成施密特触发器74LS14 三 施密特触发器的应用举例1. 用作接口电路将缓慢变化的输入信号，转换成为符合TTL系统要求的脉冲波形。2. 用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。3. 用于脉冲鉴幅从一系列幅度不同的脉冲

10、信号中，选出那些幅度大于VT+的输入脉冲。 第四节 单稳态触发器单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。一 用555定时器组成单稳态触发器1. 电路组成及工作原理（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态 当vI=1时，电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。（2）vI下降沿触发 当vI下降沿到达时，vO由0跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。3）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，三极管T截止，VCC经R向C充电。时间常数1=RC，vC由0V开始增大，在vC上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。（4）自动返回（暂稳态结束）

11、时间当vC上升至2/3VCC时，vO由1跳变0，三极管T由截止转为饱和导通，电容C经T迅速放电，电压vC迅速降至0V，电路由暂稳态重新转入稳态。（5）恢复过程当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的放电三极管 T放电，时间常数 2=RCESC，经过（35）2后，电容C放电完毕，恢复过程结束。二 集成单稳态触发器74121A1和A2是两个下降沿有效的触发信号输入端，B是上升沿有效的触发信号输入端。74121的主要参数(1) 输出脉冲宽度tW 使用外接电阻： tW 0.7RextC 使用内部电阻： tW 0.7RintC（2）输入触发脉冲最小周期Tmin Tmin= tWtre tre是恢复时间。（3

12、）周期性输入触发脉冲占空比q 定义： q = tW/T 最大占空比： qmax= tW/ Tmin 74121内部电阻=2k，外接电阻Rext可在1.440k之间选择， 外接电容C可在10pF10F之间选择， 所以，当R=2k时， 最大占空比qmax为67%； 当R=40k时，最大占空比qmax可达90%。三 单稳态触发器的应用1. 延时与定时（1）延时图中，v/O的下降沿比vI的下降沿滞后了时间tW。（2）定时当v/O=1时，与门打开，vO= vF。当v/O=0时，与门关闭，vO为低电平。显然与门打开的时间是恒定不变的，就是单稳输出脉冲v/O的宽度tW。2. 整形单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩