《数字电路课件》第六章集成定时器

1、第六章 脉冲电路_学习要点,脉冲波形的基本概念、整形和产生电路 施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的工作特点 分析电路的工作过程，等效电路，电路各点电压波形，计算电路参数 集成定时器555构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器电路、参数计算和波形分析,第六章 脉冲波形的产生和整形,概述 施密特触发器 单稳态触发器 多谐振荡器 集成定时器555及其应用 小结,一. 脉冲电路 概述,脉冲信号 脉冲信号的获取 矩形脉冲信号的主要参数：,非正弦变化的电压/电流信号(一般指矩形脉冲信号),产生和整形非正弦变化的电压/电流信号,产生：利用脉冲振荡器（多谐振荡器） 整形：对已有的周期信号进行整形和

2、变换 （施密特触发器、单稳态触发器）,脉冲周期 T 脉冲幅度 Um 脉冲宽度 t p 下降时间 t f 上升时间 t r 占空比 q=t p /T,二. 施密特触发器,施密特触发器的主要特点: (1) 电路状态转换时所需的输入电平不同。（有两个阈值电压） (2) 能改善输出波形,使输出电压的波形的边沿变的很陡 施密特触发器的逻辑符号 门电路组成的施密特触发器 施密特触发器的应用 例题,施密特触发器 逻辑符号,逻辑符号 阈值电压和传输特性 * 正向阈值电压 VT+ ：输入电压从低电平上升到高电平的阈值电压 负向阈值电压 VT- ：输入电压从高电平下降到低电平的阈值电压 回差电压 U= VT+ V

3、T- * 传输特性,门电路组成的施密特触发器,电路图 组成： 基本RS触发器（G1、G2） 控制门 G3 电平偏移二极管D 原理分析 当uI UT 门G3导通, D截止 Q=0 当uI = UT 门G3截止, D截止 Q=保持 (Q=0) 当uI =UT -UD 门G3截止, D导通 Q=1 当uI UT 门G3截止, D截止 Q=保持 (Q=1) 门电路施密特波形图及参数,门电路施密特波形图及主要参数,波形图 当uI UT 门G3导通, D截止 Q=0 当uI =UT 门G3截止, D截止 Q 保持 (Q=0) 当uI =UT- UD 门G3截止, D导通 Q=1 当uI UT 门G3截止,

4、 D截止 Q 保持 (Q=1) 参数 正向阈值电压 U+ = UT 负向阈值电压 U- =U T - U D 回差电压 U= U+ U- = U D,施密特触发器的应用,一. 用于波形变换 (例:将正弦波 矩形波) 二. 用于脉冲整形 (例:消除干扰信号) 三. 用于脉冲鉴幅 (例:鉴出幅度大于U+的信号),施密特触发器 例题,例题：已知反相施密特触发器输入波形如图，其U+ = 5V， U- =2.5V, 画出输出波形。,三. 单稳态触发器,单稳态触发器的特点: (1) 具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态; (2) 在外界触发脉冲作用下，能从稳态进入到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，会自动地回

5、到稳态； (3) 暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。 门电路组成的单稳态触发器 施密特构成的单稳态触发器 集成单稳态触发器 单稳态触发器的应用,门电路组成的单稳态触发器,电路图 (微分型单稳态触发器) 组成: RC微分电路 CMOS或非门 原理分析 稳态: 当 ui =0 ,uo1 =1 ui2 = 1 uo = 0 当ui (=1)到来,uo1 =0 ,由于C上电压不可突变, 有 ui2 = 0 uo = 1 进入暂稳态 随后VCC 经R对C充电, 充电使ui2 上升,当ui2 = UT uo = 0 (自动) 回到稳态 波形图及计算,微分型单稳态触发器波

6、形及计算,微分型单稳态触发器波形图 稳态: 当 ui =0 , uo = 0 当ui (=1)到来,uo1 =0 有ui2 =0 uo = 1 (暂稳态) 随后VCC对C充电,使ui2 上升,当ui2=UT uo = 0 (稳态) 二. 脉冲宽度计算（CMOS电路UT =1/2 VCC ）,施密特构成的单稳态触发器,电路图 工作原理 稳态: Vi =1 ,VA =1 Vo =0 当Vi (=0)到来,由于C上电压不可突变, 有VA =0 Vo = 1 进入暂稳态,集成单稳态触发器,常用集成单稳态触发器 TTL 74121、74221、74122、74123 CMOS CC4098、CC1254

7、8,单稳态触发器的应用,整形: 定时:,四. 多谐振荡器,多谐振荡器的特点: (1) 具有两个暂稳态; (2) 由暂稳态1维持一段时间后，会自动地进入暂稳态2；在暂稳态2维持一段时间后，又会自动地回到暂稳态1；在两个暂稳态之间来回变化，形成振荡。 (3) 暂稳态维持时间的长短由电路参数决定。 环形多谐振荡器 石英晶体多谐振荡器 施密特构成的多谐振荡器,环形多谐振荡器,电路图与波形图: 原理分析 (利用门电路的传输延迟时间将奇数个 反相器首尾相连形成振荡) 若设: ui1 =0 uo1 =1(ui2 =1) uo2 =0(ui3 =0) uo3 =1(ui1 =1) uo1 =0(ui2 =0)

8、 uo2 =1(ui3 =1) uo3 =0(ui1 =0) uo(=uo3 ) 从1到0 又回到1, 形成振荡,脉冲周期的计算,环形多谐振荡器计算T,电路图与波形图: 脉冲周期： T = 2 n tPD n 反相器个数。 n必须为奇数 tPD 门电路的传输延迟时间,石英晶体多谐振荡器,电路图: 特点:,* 石英晶体多谐振荡器的振荡频率取决于石英晶体 的固有谐振频率fo ,而与外接电阻、电容无关。 * 石英晶体具有很好的选频特性，频率稳定性高。,施密特构成的多谐振荡器,电路图及波形图: 工作原理: （1）若设VA = V0L （=0） 有：Vo =1 此时V0 =V0H 通过R经A点对C充电，

9、充电使A点电压上升，当VA =V+ 有Vo =0 （进入2） （2）当 Vo =0 电容C经R到V0 =V0L 放电，放电使A点电压下降，当VA =V- 有Vo =1 （回到1）,五. 集成定时器555及其应用,集成定时器555 555构成施密特触发器 555构成单稳态触发器 555构成多谐振荡器,集成定时器555_组成和原理,集成定时器555的构成、管脚图和逻辑符号 组成及功能 分压器 三个相同阻值R组成 比较器 两个比较器C1和C2组成 RS触发器 控制输出和放电管T 一般连接 几个管脚的常规连接,集成定时器555_分压器,集成定时器555的构成、管脚图和逻辑符号 分压器 3个电阻分压为：

10、2/3 VCC ，1/3 VCC,集成定时器555_比较器,集成定时器555的构成、管脚图和逻辑符号 比较器:( V+ V- 输出为1;V+ V- 输出为0 ),集成定时器555_输出及放电管状态,集成定时器555的构成、管脚图和逻辑符号 RS触发器控制输出端及放电管T,集成定时器555_管脚图及一般连接,集成定时器555管脚图及一般连接 8脚（工作电压） 4脚（清零端） 3脚（输出端） 1脚（接地端）,555_构成施密特触发器,555构成施密特触发器 工作原理 *当VI2/3VCC V0 =0; *当1/3VCCVI2/3VCC V0 保持(=0) *当VI1/3 VCC V0 =1 阈值电

11、压,555施密特触发器_阈值电压,阈值电压 按图(1) 按图(2) *当VI2/3VCC V0 =0; *当VIVC0 V0 =0; *当VI1/3 VCC V0 =1 *当VI1/2VC0 V0 =1 有: U+ = 2/3VCC 有: U+ = VC0 U- = 1/3VCC U- = 1/2VC0,555_构成单稳态触发器,555构成单稳态触发器 工作原理 接通电源后VI=1(S=0), UC(6脚)=1( R=1) V0 =0 (此时,T管导通,C经(7脚)T管放电后R=0 V0 =0保持不变) 当VI (=0触发脉冲到来) 有(S=1) V0 =1 进入暂稳态 此时, VCC 经R对

12、C充电, 充电使UC(6脚)电压上升, 当 UC =2/3VCC 时, V0 =0 回到稳态 脉冲宽度的计算,555单稳态触发器计算脉冲宽度,555构成单稳态触发器 脉冲宽度的计算,555_构成多谐振荡器,555构成多谐振荡器 工作原理（初态时： VC =0 V0 =1） （1） VCC 经R1、R2 对C充电，充电使VC 上升 当 VC =2/3VCC时, V0 =0 进入暂稳态1 （2）此时：T管导通， C经R2 到T管放电，放电使VC 下降， 当 VC =1/3VCC时， V0 =1 进入暂稳态2 此时, VCC 经R1、R2 重新对C充电,回到（1） 计算脉冲周期和占空比,555多谐振

13、荡器计算脉冲周期和占空比,555构成多谐振荡器 计算脉冲周期T = t1（充电）+ t2（放电）,555多谐振荡器计算脉冲周期和占空比(续),计算脉冲周期T = T1（充电）+ T2（放电）,占空比q,占空比q可调的555多谐振荡器,占空比可调的555多谐振荡器,555构成多谐振荡器 电路图:P355 图6.5.8 计算脉冲周期T = t1（充电）+ t2（放电）,六. 小结和要求,掌握施密特触发器的工作特点和应用 掌握单稳态触发器的工作特点和应用 掌握多谐振荡器的工作特点和应用 掌握555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路图、参数计算和画波形图,六. 小结和要求（续1）,

14、主要参数的计算 * 施密特触发器（ VT+ 、 VT- ；输出波形图） 对555: (1) VT+ =2/3 V CC 、 VT- =1/3 V CC (2) VT+ =VC0 、 VT- = 1/2 VC0 * 单稳态触发器（脉冲宽度TW ） 对555：TW =RCln3 =1.1RC * 多谐振荡器（脉冲周期T、占空比q） 对555: (1) T=（R1+2R2）ln2=0.7(R1+2R2） q= R1+R2 Cln2/0.7(R1+2R2） (2) T=（R1+R2）ln2=0.7(R1+R2） q= R1/ (R1+R2） ,六. 小结和要求（续2）,学习和掌握波形分析法： * 分析电路工