脉冲波形的产生与整形授课计划

脉冲波形的产生与整形授课计划第一页，共三十二页，2022年，8月28日一、授课计划

1、教学目标1、掌握555定时器的结构框图、应用电路及其工作原理。2、掌握施密特触发器的工作原理特点、电压传输特性、回差的概念、应用。3、掌握多谐振荡器的常用电路形式、工作原理、参数计算。4、了解石英晶体振荡器的特点。5、掌握单稳态触发器的常用电路形式、工作特点，集成单稳态触发器的参数计算、应用。6、通过555定时器应用电路的学习，巩固三种脉冲电路（施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器）知识。第二页，共三十二页，2022年，8月28日

2、重点与难点

1、重点：多谐振荡器，施密特触发器和单稳态触发器在波形处理方面的应用。2、难点：用555定时器、门电路芯片构成满足指定功能的电路。第三页，共三十二页，2022年，8月28日

3、学时分配：共4学时第1、2学时：555时基集成电路

第3、4学时：555时基集成芯片的应用

第四页，共三十二页，2022年，8月28日7.1集成555定时器（第1、2学时）7.1.1555时基集成电路的分类

555时基集成电路按内部元件分类，可分为TTL型555（电源电压为4.5V~＋5V）和CMOS型555（电源电压为2V~18V）两大类，按芯片内包含的定时器的个数可分为单时基定时器555和双时基定时器556两种类型。按封装分类又可分为8脚T0~99型，8脚双列直插型（见图）和14脚双列直插型三种（见图）

第五页，共三十二页，2022年，8月28日由以下几部分组成：（1）三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器。（2）两个电压比较器C1和C2。

7.1.2555定时器的电路的组成电压比较器的功能：

v+>v-，vO=1v+<v-，vO=0（3）基本RS触发器、（4）放电三极管T及缓冲器G。第六页，共三十二页，2022年，8月28日第七页，共三十二页，2022年，8月28日7.1.3555时基集成电路的功能555定时器功能表（1）4脚为复位输入端（RD

），当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。（2）5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3VCC

和1/3VCC

。（3）2脚为触发输入端，6脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器C1和C2的输出，从而控制RS触发器，决定输出状态。第八页，共三十二页，2022年，8月28日

比较TTL型555和CMOS555，从表7.2可以看出两者的差异是：1、CMOS型555的功耗权为TTL型555的几十分之一，静态电流仅为120μA左右，为微功耗器件；

2、CMOS型555的电源电压可低到2~3V，高至18V，各输入功能端电流均为PA量级；

3、CMOS型555的输入阻抗比TTL型555要高出几个数量级，高达1010Ω；

4、CMOS型555的输出脉冲的上升沿和下降沿比TTL型要陡，转换时间短；

5、CMOS型555的驱动功能力差，输出电流仪为1~3mA，而TTL型555的输出驱动电流可达200mA。一般说来，在要求定时长、功耗小，负载轻的场合，宜选用CMOS型的555，而在负载重，要求驱动电流大，电压高的场合，宜选用TTL型555。

CMOS型555的输入阻抗高达1010Ω数量级远比TTL型高，非常适合于做长时间的延时电路，RC时间常数一般很大。第九页，共三十二页，2022年，8月28日

7.2555时基集成芯片的应用（第3、4学时）7.2.1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第十页，共三十二页，2022年，8月28日第十一页，共三十二页，2022年，8月28日（2）主要静态参数（a）上限阈值电压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ΔVT

ΔVT=VT+－VT—=1/3VCC

2.

电压滞回特性和主要参数

（1）电压滞回特性

第十二页，共三十二页，2022年，8月28日二．集成施密特触发器

1.CMOS集成施密特触发器CC40106

2.TTL集成施密特触发器74LS14第十三页，共三十二页，2022年，8月28日三．施密特触发器的应用举例2.用于脉冲鉴幅——从一系列幅度不同的脉冲信号中，选出那些幅度大于VT+的输入脉冲。

1.用作整形电路——把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。第十四页，共三十二页，2022年，8月28日7.2.2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。第十五页，共三十二页，2022年，8月28日第十六页，共三十二页，2022年，8月28日（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τ1=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）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。第十七页，共三十二页，2022年，8月28日（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τ2=RCESC，经过（3～5）τ2后，电容C放电完毕，恢复过程结束。第十八页，共三十二页，2022年，8月28日2.主要参数估算(1)输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）上式说明，单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定时元件R、C的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节R、C的取值，即可方便的调节tW。（2）恢复时间tre

tre=（3～5）τ2（3）最高工作频率fmax

vI周期的最小值：Tmin=tW＋tre

因此，单稳态触发器的最高工作频率应为:第十九页，共三十二页，2022年，8月28日

单稳态触发器的应用图中，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。1.延时与定时（1）延时第二十页，共三十二页，2022年，8月28日

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形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于暂稳态时间。第二十一页，共三十二页，2022年，8月28日触摸定时控制开关

555定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片P，由于人体感应电压相当于在触发输入端（管脚2）加入一个负脉冲，555输出端输出高电平，灯泡（RL）发光，当暂稳态时间（tW）结束时，555输出端恢复低电平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由RC参数调节。第二十二页，共三十二页，2022年，8月28日举例：下图题为一心律失常报警电路，图中vI是经过放大后的心电信号，其幅值vIm=4V。

（1）对应vI分别画出图中vo1、vo2、vo三点的电压波形；

（2）说明电路的组成及工作原理。第二十三页，共三十二页，2022年，8月28日第二十四页，共三十二页，2022年，8月28日7.2.3多谐振荡器

多谐振荡器——能产生矩形脉冲波的自激振荡器。一．用555定时器构成的多谐振荡器1.

电路组成及工作原理多谐振荡器波形第二十五页，共三十二页，2022年，8月28日2.

振荡频率的估算（3）电路振荡周期T

T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（4）电路振荡频率f（5）输出波形占空比q（1）电容充电时间T1：（用三要素法计算）（2）电容放电时间T2第二十六页，共三十二页，2022年，8月28日

二．占空比可调的多谐振荡器电路

可计算得：T1=0.7R1CT2=0.7R2C

占空比：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。第二十七页，共三十二页，2022年，8月28日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）石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达10-10～10-11。第二十八页，共三十二页，2022年，8月28日2.石英晶体多谐振荡器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=0.7～2kΩ，若是CMOS门则常取R1=R2=10～100MΩ；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。（1）串联式振荡器第二十九页，共三十二页，2022年，8月28日（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第三十页，共三十二页，2022年，8月28日本章小结

1．多谐振荡器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矩形脉冲。用555定时器可以组成多谐振荡器，用石英晶体也定时器可以组成多谐振荡器。石英晶体振荡器的特点是fo的稳定性极好。2．施密特触发器和单稳态触发器