第6章 脉冲波形的产生与整形

1、第6章脉冲波形的产生与整形6.1脉冲信号6.2555集成定时器6.3施密特触发器6.4单稳态触发器6.5多谐振荡器6.6555定时器的实际应用电路第6章脉冲波形的产生与整形6.6.1延时报警器6.6.2双音门铃6.6.3简易电子琴电路6.6.4555触摸定时开关6.6.5照明灯自动亮灭装置6.6.6电热毯温度控制器6.1脉冲信号6.1.1脉冲信号的概念6.1.2矩形脉冲的获取及其主要参数6.1.1脉冲信号的概念图6-1典型脉冲信号a) 尖脉冲b) 三角波c) 矩形波6.1.2矩形脉冲的获取及其主要参数1) 利用自激振荡电路直接产生，其具体电路是多谐振荡器。2) 通过对已有信号进行变换，使之满足

2、系统的要求，其具体电路是施密特触发器和单稳态触发器。图6-2矩形脉冲特性的主要参数6.2555集成定时器6.2.1555定时器的电路组成6.2.2555定时器的基本功能6.2.1555定时器的电路组成1. 分压器2. 电压比较器3. 基本RS触发器4. 放电晶体管VT5. 输出缓冲器6.2.1555定时器的电路组成图6-3555定时器a) 电路b)图形符号c)引脚排列1. 分压器分压器由三个5k电阻组成，它为两个电压比较器提供比较参考电压。当控制电压端(5脚)悬空时，分压器对电源电压VCC(8脚)分压，电压比较器C1的参考电压为vR1=2VCC/3，电压比较器C2的参考电压为vR1=VCC/3

3、。脚)悬空时，分压器对电源电压VCC(8脚)分压，电压比较器C1的参考电压为vR1=2VCC/3，电压比较器C2的参考电压为vR1=VCC/3。一般在5脚和地线之间外接一个0.010.1F的电容，可提高电压比较器参考电压的稳定性。此外，改变5脚的接法可改变电压比较器的参考电压。例如，5脚外接固定电压vIC(其值在0VCC之间)，则电压比较器C1和C2的参考电压为vR1=vIC，vR2=vIC/2。2. 电压比较器C1和C2是两个结构完全相同的电压比较器。当电压比较器v+v-时，电压比较器输出高电平，当v+2/3 VCC，vI21/3VCC时，比较器 C1输出低电平，C2输出高电平，基本RS触发

4、器被置“0”，放电晶体管VT饱和导通，输出端vO为低电平。3)当vI11/3VCC时，比较器 C1输出高电平，C2也输出高电平，即基本RS触发器R=1，S=1，触发器状态不变，电路也保持原状态不变。4)当vI1 2/3VCC，vI2 2/3VCC，vI21/3 VCC时，比较器 C1输出高电平，C2输出低电平，基本RS触发器Q=Q=1，放电晶体管VT截止，输出端vO为高电平。 6.3.1555定时器组成的施密特触发器6.3.2门电路组成的施密特触发器6.3.3集成施密特触发器6.3.4施密特触发器的应用6.3施密特触发器6.3施密特触发器施密特触发器的特点是：1)输入电压在上升和下降过程中，电

5、路状态发生转换所对应的输入电压不同，具有回差特性。2)电路状态转换速度非常快，可以使输出波形边沿变陡，从而得到比较理想的矩形脉冲。图6-4施密特触发器的电压传输特性及图形符号a) 同相输出电压传输特性b) 同相输出图形符号c) 反相输出电压传输特性d) 反相输出图形符号6.3.1555定时器组成的施密特触发器1.电路结构与工作原理2.主要参数1.电路结构与工作原理图6-5555定时器构成的施密特触发器a) 电路结构b)工作波形1.电路结构与工作原理1) 当vI1/3VCC时，即vI1vI21/3VCC，vO输出高电平。2)在1/3VCCvI2/3VCC时，即vI11/3VCC ，保持vO输出高

6、电平。3)当vI升高到2/3VCC以后，即vI12/3VCC ，vI21/3VCC ，vO输出变为低电平。1)当vI2/3VCC时，即vI12/3VCC，vI21/3VCC ，vO输出低电平。2)当1/3VCCvI2/3VCC时，即vI11/3VCC ，保持vO输出低电平。3)当vI下降到1/3VCC以后，即vI12/3VCC ，vI2VTH， vO1为低电平，vO为高电平。2.主要参数6.3.3集成施密特触发器图6-8集成施密特触发器a)CC40106b)74LS146.3.4施密特触发器的应用图6-9施密特触发器的应用a)波形变换b)波形整形c)脉冲鉴幅6.3.4施密特触发器的应用图6-1

7、0单稳态触发器的图形符号a)正脉冲触发b)负脉冲触发6.4.1555定时器组成的单稳态触发器6.4.2门电路组成的单稳态触发器6.4.3集成单稳态触发器6.4.4单稳态触发器的应用6.4单稳态触发器6.4单稳态触发器单稳态触发器的特点是：1)具有一个稳态和一个暂稳态，在外来触发脉冲作用下，单稳态触发器能够由稳态翻转到暂稳态。2)单稳态触发器的暂稳态维持一段时间后，将自动返回到稳态。6.4.1555定时器组成的单稳态触发器1.电路结构与工作原理2.主要参数1.电路结构与工作原理(1)稳态(2)暂稳态(3)恢复过程1.电路结构与工作原理图6-11用555构成的单稳态触发器a)电路结构b)工作波形(

8、1)稳态当电路无触发信号时，vI保持高电平，电路工作在稳定状态，即输出端vO保持低电平，555定时器内放电晶体管VT饱和导通，7脚接地，电容电压vC为0V。(2)暂稳态当vI负脉冲(下降沿)到达时，使2脚电压 vI2VCC/3。所以电容电压vC上升至23VCC之前，输出电压vO保持高电平不变。(3)恢复过程电容电压vC上升至稍大于2VCC/3时，由于6脚电压vI12VCC/3，而2脚电压 vI2VCC/3，则输出电压vO由高电平跳变为低电平(暂态结束)，555定时器内放电晶体管VT由截止转为饱和导通，电容C经放电晶体管对地迅速放电，时间常数2=RCESC，式中RCES是晶体管VT的饱和导通电阻

9、，其阻值非常小，因此2之值也非常小。经过(35)2后，电容C放电完毕，恢复过程结束，电路重新返回到稳状，电路又可以接收下一个触发信号，并重复上述过程。2.主要参数输出脉冲宽度就是暂稳态维持时间，也就是定时电容的充电时间。由图6-11b可得 （6-7）6.4.2门电路组成的单稳态触发器1.电路结构与工作原理2.主要参数1.电路结构与工作原理图6-12微分型单稳态触发器a)电路结构b)工作波形2.主要参数（6-8）（6-9）6.4.3集成单稳态触发器集成单稳态触发器有不可重复触发型和可重复触发型两种。不可重复触发的单稳态触发器一旦被触发进入暂稳态以后，再加入触发脉冲不会影响电路的工作过程，必须在暂

10、稳态结束以后，它才能接收下一个触发脉冲而转入下一个暂稳态，如图6-13a所示。而可重复触发的单稳态触发器在电路被触发而进入暂稳态以后，如果再次加入触发脉冲，电路将重新被触发，使输出脉冲再继续维持一个tw宽度，如图6-13b所示。图6-13不可重复触发与可重复触发型单稳态触发器的工作波形a)不可重复触发波形b)可重复触发波形c)不可重复触发图形符号d) 可重复触发图形符号6.4.4单稳态触发器的应用图6-14单稳态触发器的应用a)频率计框图b)工作波形6.5多谐振荡器6.5.1555定时器组成的多谐振荡器6.5.2门电路组成的多谐振荡器6.5.3石英晶体多谐振荡器6.5多谐振荡器多谐振荡器具有以

11、下特点：1)多谐振荡器是一种自激振荡器，不需要外加触发信号。2)多谐振荡器无稳态，只有两个暂稳态。6.5多谐振荡器图6-15多谐振荡器的图形符号6.5.1555定时器组成的多谐振荡器1.电路结构与工作原理2.主要参数1.电路结构与工作原理(1)电容充电过程 (2)电容放电过程(1)电容充电过程刚接通电源时，电容C上的电压为0V；由于vI2VCC/3，vI12VCC/3，所以输出端vO为高电平，555定时器内部的放电晶体管VT截止。在这种情况下，VCC通过电阻R1、R2开始对电容C充电，充电时间常数为1=(R1+R2)C。随着充电的进行，vC点的电位逐渐上升，只要vC点的电位不大于2VCC/3，

12、输出端vO仍为高电平，放电晶体管VT仍截止。(2)电容放电过程当vC点的电位逐渐上升到稍大于2VCC/3时，输出端vO为低电平，放电晶体管导通。电容C通过放电晶体管、电阻R2放电，若忽略放电晶体管的导通电阻，则放电时间常数为2=R2C。vC电位逐渐下降，当下降到VCC/3时，放电晶体管截止，输出vO为高电平。又进入电容充电过程。如此反复循环，在输出端输出矩形脉冲。1.电路结构与工作原理图6-16555构成的多谐振荡器及工作波形a)电路结构b)工作波形2.主要参数（6-10）（6-11）（6-12）（6-13）（6-14）（6-15）（6-16）（6-17）（6-18）图6-17占空比可调的多谐

13、振荡器2.主要参数图6-18例6-2的电路图 【例6-2】试用CB555定时器设计一个多谐振荡器，要求振荡周期为1s，占空比为75%，输出脉冲幅度为3V。解：由CB555定时器的特性参数可知，当取电源电压为5V时，在100mA的输出电流时输出电压的典型值为3.3V，所以取VCC=5V可满足对输出脉冲的幅度要求。6.5.2门电路组成的多谐振荡器1.对称式多谐振荡器2.环形振荡器1.对称式多谐振荡器图6-19对称式多谐振荡器a)电路结构b)工作波形1.对称式多谐振荡器图6-20图6-19电路中充放电等效电路a) 充电等效电路b) 放电等效电路（6-19）（6-21）（6-22）（6-23）2.环形

14、振荡器图6-21环形振荡器电路a)电路结构b)工作波形6.5.3石英晶体多谐振荡器1.石英晶体的选频特性2.石英晶体多谐振荡器6.5.3石英晶体多谐振荡器图6-22石英晶体的电抗频率特性和图形符号1.石英晶体的选频特性图6-23串联式CMOS石英晶体多谐振荡器2.石英晶体多谐振荡器(1)串联式振荡器(2)并联式振荡器(1)串联式振荡器图6-24并联式CMOS石英晶体多谐振荡器(2)并联式振荡器并联式CMOS石英晶体多谐振荡器如图6-24所示，图中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fs与fp之间，等效一电感，与C1、C2共同构成电容三点式振荡电路。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。6.6555定时器的实际应用电路6.6.1延时报警器6.6.2双音门铃6.6.