杨志忠数电第3版7脉冲信号的产生与整形

1、第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路第第 7 章脉冲产生与整形电路章脉冲产生与整形电路 概述概述 施密特触发器施密特触发器单稳态触发器单稳态触发器多谐振荡器多谐振荡器本章小结本章小结555 定时器的电路结构及其逻辑功能定时器的电路结构及其逻辑功能第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路主要要求：主要要求： 了解脉冲信号产生与整形的方法。了解脉冲信号产生与整形的方法。 了解脉冲波形的主要参数。了解脉冲波形的主要参数。 7.1 概概 述述第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路umtrtf ttw 脉脉 冲冲 幅幅 度度 um： 脉冲上升时间脉冲上升时间 t

2、r：脉冲下降时间脉冲下降时间 tf：脉脉 冲冲 宽宽 度度 tw ：脉脉 冲冲 周周 期期 t ：脉脉 冲冲 频频 率率 f ： 占占 空空 比比 q ：脉冲电压变化的最大值脉冲电压变化的最大值 脉冲波形从脉冲波形从 0.1um 上升到上升到 0.9um 所需的时间所需的时间 脉冲上升沿脉冲上升沿 0.5um 到下降沿到下降沿 0.5um 所需的时间所需的时间 脉冲波形从脉冲波形从 0.9um 下降到下降到 0.1um 所需的时间所需的时间 周期脉冲中相邻两个波形重复出现所需的时间周期脉冲中相邻两个波形重复出现所需的时间 1 秒内脉冲出现的次数秒内脉冲出现的次数 f = 1/t 脉冲宽度脉冲宽

3、度 tw 与脉冲周期与脉冲周期 t 的比值的比值 q = tw/t 一、脉冲波形的主要参数一、脉冲波形的主要参数 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路主要用以主要用以将缓慢变化将缓慢变化或快速变化的或快速变化的非矩形脉冲变换非矩形脉冲变换成陡峭的矩形脉冲。成陡峭的矩形脉冲。 常用的有施密特触发器和单稳态触发器。常用的有施密特触发器和单稳态触发器。 获取脉冲信获取脉冲信号的方法号的方法 脉冲信号产生与脉冲信号产生与整形电路整形电路的实现的实现是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器

4、等，使用方便、灵活，密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。应用广泛。 用多谐振荡器直接产生。用多谐振荡器直接产生。 用用整形电路整形电路对已有波形进行整形、变换。对已有波形进行整形、变换。 施密特触发器施密特触发器单稳态触发器单稳态触发器 主要用以将宽度不符合要求的脉主要用以将宽度不符合要求的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。冲变换成符合要求的矩形脉冲。用门电路构成。用门电路构成。 用专用的集成电路。用专用的集成电路。 用用 555 定时器定时器构成。构成。 二、脉冲信号产生与整形的方法二、脉冲信号产生与整形的方法 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路主

5、要要求：主要要求： 了解了解 555 定时器的电路结构，定时器的电路结构，掌握其符号和功能。掌握其符号和功能。7.2 555 定时器的电路结构及其逻辑功能定时器的电路结构及其逻辑功能 了解了解 555 定时器的电路结构，定时器的电路结构，掌握其符号和功能。掌握其符号和功能。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路555 定时器简介定时器简介 555 定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。它的电源电压范围宽用途广泛的多功能电路。它的电源电压范围宽( (ttl 555 定时器为定时器为 5 16 v，cmos 555 定时

6、器为定时器为 3 18 v) )，可可提供与提供与 ttl 及及 cmos 数字电路兼容的接口电平，还数字电路兼容的接口电平，还可可输出一定功率输出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。，驱动微电机、指示灯、扬声器等。ttl 单定时器型号单定时器型号的最后的最后 3 位数字位数字为为 555，双定时，双定时器的为器的为 556；cmos 单定时器单定时器的最后的最后 4 位数位数为为 7555，双，双定时器的为定时器的为 7556。它们的逻辑功能和外部引线排列完全它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。相同。 7.2.1 555 定时器的电路结构定时器的电路结构第第 7 章章 脉冲产生与整形电

7、路脉冲产生与整形电路c1c2g3qqg1g2rsvrrrur1ur2g4555 定时器的电路结构与符号定时器的电路结构与符号 ur1ur2 构成构成电阻分电阻分压器压器，为比较器，为比较器 c1、c2 提供两个基提供两个基准电压准电压: ur1 =( (2/3) )vdd， ur2 =( (1/3) )vdd。 输出输出缓冲器缓冲器构成构成基本基本 rs 触发触发器器，决定电路输出。，决定电路输出。mos 开关管开关管构成构成电压比电压比较器较器，比较，比较 th 与与 ur1 和和tr 与与 ur2 的大小。的大小。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路555 定时器的电路结构

8、与符号定时器的电路结构与符号 c1c2g3qqg1g2rsvrrrur1ur2g4gndvddrdoutco555thtrdis电路符号电路符号627153843out输出端输出端 8vdd电源端电源端 4rd直接置直接置0 0端端 dis 7放电端放电端 th 6阈值输入端阈值输入端 tr 2触发输入端触发输入端 co 5控制电压输入端控制电压输入端 gnd1接地端接地端 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路定时器定时器 cc7555 的的工作原理工作原理 7.2.2 555 定时器的逻辑功能定时器的逻辑功能当当 th 端电压大于端电压大于ur1= vdd，tr 端电压大于端

9、电压大于ur2= v dd时，电压时，电压比较器比较器 c1 和和c2 分别输出分别输出 r=1 1、s=0 0，基本基本 rs 触发器置触发器置 0 0，q =0 0、q = 1 1， 输出输出 uo =0 ，这时，这时 mos 管管 v 导通。导通。1323当当 th 端电压小于端电压小于ur1= vdd，tr 端电压小于端电压小于ur2= v dd时，电压时，电压比较器比较器 c1 和和c2 输出输出 r= 0 0、s=1 1，基本，基本 rs 触发器置触发器置 1 1，q =1 1、q = 0 0， 输出输出 uo =1 ，这时，这时 mos 管管 v 截止。截止。1323当当 th

10、端电压小于端电压小于ur1= vdd，tr 端电压大于端电压大于ur2= v dd时，电压时，电压比较器比较器 c1 和和c2 分别分别 r= 0 0、s=0 0，基本，基本 rs触发器置保持原状态不变。输出触发器置保持原状态不变。输出 uo 保持不变。保持不变。1323第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路定时器定时器 cc7555 的的功能表功能表 不变不变不变不变1 1截止截止1 11 1导通导通0 01 1导通导通0 00 0v 状态状态out (uo) )rdtrth输输 出出 输输 入入dd32vdd32vdd31vdd31vdd31vdd32v7.2.2 555 定

11、时器的逻辑功能定时器的逻辑功能第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路7.3 施密特触发器施密特触发器主要要求：主要要求： 理解施密特触发器的逻辑功能、工作特点。理解施密特触发器的逻辑功能、工作特点。理解施密特触发器的典型应用。理解施密特触发器的典型应用。了解用了解用 555 定时器构成施密特触发器的方法。定时器构成施密特触发器的方法。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路7.3.1 施密特触发器的逻辑符号和电压传输特性施密特触发器的逻辑符号和电压传输特性 schmitt trigger一、施密特触发器的逻辑符号一、施密特触发器的逻辑符号 uo1ui施密特触发器的逻辑

12、符号施密特触发器的逻辑符号(a)反相输出逻辑符号；反相输出逻辑符号； (b)同向输出逻辑符号同向输出逻辑符号uo2ui(a) (b)第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路uoluoh二、施密特触发器的传输特性二、施密特触发器的传输特性 ut = ut+ - - ut- -回差电压回差电压施密特触发施密特触发器工作特点器工作特点 ( (1) )允许输入允许输入信号为信号为缓慢变化缓慢变化的信号。的信号。 ( (2) )有有两个阈值两个阈值电压。电压。 ( (3) )有两个稳态。有两个稳态。 ut+ououi正向阈值电压正向阈值电压负向阈值电压负向阈值电压 当当 ui 从小增大时，从

13、小增大时，经过经过 ut+ 处才能使输处才能使输出发生跃变。出发生跃变。ut- - 当当ui从大减小从大减小时，经过时，经过ut- -处才能处才能使输出发生跃变。使输出发生跃变。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路vddrdoutcothtrdis7.3.2 用用 555 定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器 一、一、电路组成电路组成 uiuo第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路ouotouituoh( (2/3) )vdd( (1/3) )vdduol 二、工作原理二、工作原理当输入电压当输入电压 uivdd 时，比较器时，比较器 c1 和和 c2 分

14、别输出分别输出 r= 0、s =1， 触发器触发器置置 1，q = 1，输出，输出 uo 为高电平为高电平 uoh。13当输入电压当输入电压 vdd ui vdd时时，比较器比较器 c1 和和 c2 输出输出 r= 0、s =0， 触发触发器保持器保持 1 状态不变，状态不变， 输出输出 uo = uoh不变。不变。2313当输入电压当输入电压 uivdd 时时，比较器比较器 c1 和和 c2 输出输出 r= 1、s =0， 触发器触发器 0，q = 0，输出，输出 uo 为由高电平为由高电平 uoh 跃到低跃到低电平电平 uol 。所以，施密特触发器的正向。所以，施密特触发器的正向阈值电压阈

15、值电压 ut+ = vdd。2323第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路ouotouituoh( (2/3) )vdd( (1/3) )vdduol 二、工作原理二、工作原理当输入电压由大于当输入电压由大于 vdd下降到下降到 vdd ui vdd 时，比较器时，比较器 c1 和和 c2 输出输出 r= 0、s =0， 触发器保持触发器保持 0 状状态不变，输出态不变，输出 uo保持低电平保持低电平 uol不变。不变。232313当输入电压下降到当输入电压下降到 ui vdd时时，比较器比较器 c1 和和 c2 输出输出 r =0、s =1， 触发触发器置器置 1 ， q =

16、1，输出，输出 uo 由低电平由低电平 uol 跃到高电平跃到高电平 uoh。所以，施密特触发器。所以，施密特触发器的负向阈值电压的负向阈值电压 ut- = vdd。1313第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路ouotouituoh( (2/3) )vdd( (1/3) )vdduol 二、工作原理二、工作原理555 定时器的定时器的功能表功能表 不变不变不变不变1 1截止截止1 11 1导通导通0 01 1导通导通0 00 0v 状态状态out (uo) )rdtrth输输 出出 输输 入入dd32vdd32vdd31vdd31vdd31vdd32v第第 7 章章 脉冲产生与

17、整形电路脉冲产生与整形电路电压传输特性为反相电压传输特性为反相输出的滞回特性输出的滞回特性0uouiuol( (1/3) )vdd( (2/3) )vdduoh ut+ = ( (2/3) )vdd ut- - = ( (1/3) )vdd回差电压：回差电压： ut = ut+ - - ut- - = ( (1/3) )vdd 三、传输特性三、传输特性第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路双双4输入施密特输入施密特与非与非门门逻辑符号逻辑符号1act74ls132a2c2b2d1y2y1d1b1c六施密特反相器六施密特反相器逻辑符号逻辑符号1a2a3a4a5a6a1y2y3y4y

18、5y6yct7414输出逻辑输出逻辑表达式为表达式为y=a输出逻辑表输出逻辑表达式为达式为y=abcd7.3.3 集成施密特触发器集成施密特触发器一、一、ttl集成施密特触发器集成施密特触发器第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路ttl 集成施密特触发门电路一些重要参数的典型值集成施密特触发门电路一些重要参数的典型值 tphlphl8.7542.5典型延迟时间典型延迟时间/ns8.825.58.625.5典型典型ut+ /v典型每门典型每门功耗功耗/mw双双 4 输入输入与非与非门门四四 2 输入输入与非与非门门六反六反相器相器电路电路名称名称ct74ls13ct7413ct74

19、ls132ct74132ct74ls14ct7414型号型号tplhplh典型典型ut- /v典型典型ut /v1.61.71.61.71.61.70.80.90.80.90.80.90.80.80.80.80.80.8181515151515151815151515ttl 施密特触发器的特点施密特触发器的特点 (1) 可将变化缓慢的信号变换成上升沿和下降沿都很可将变化缓慢的信号变换成上升沿和下降沿都很陡直的脉冲信号。陡直的脉冲信号。 (2) 具有阈值电压和回差电压温度补偿。具有阈值电压和回差电压温度补偿。 (3) 具有很强的抗干扰能力。具有很强的抗干扰能力。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路

20、脉冲产生与整形电路六施密特反相器六施密特反相器逻辑符号逻辑符号1a2a3a4a5a6a1y2y3y4y5y6ycc40106输出逻辑输出逻辑表达式为表达式为y=a7.3.3 集成施密特触发器集成施密特触发器二、二、cmos 集成施密特触发器集成施密特触发器四四2输入施密特输入施密特与非与非门门逻辑符号逻辑符号1acc40933a4a3b4b1y2y3y4y2b1b2a输出逻辑输出逻辑表达式为表达式为y=ab第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路cmos 施密特触发门电路一些重要参数施密特触发门电路一些重要参数 cmos 集成施密特触发器的特点集成施密特触发器的特点 (1) 可将变

21、化缓慢的信号变换成上升沿和下降沿都很陡直可将变化缓慢的信号变换成上升沿和下降沿都很陡直的脉冲信号。的脉冲信号。 (2) 在电源电压在电源电压vdd一定时，触发阈值电压稳定，但其值一定时，触发阈值电压稳定，但其值会随会随vdd变化。变化。 (3) 电源电压电源电压vdd变化范围宽，输入阻抗高，功耗极小。变化范围宽，输入阻抗高，功耗极小。 (4) 抗干扰能力很强。抗干扰能力很强。平均传输平均传输延迟时间延迟时间 tpd/ns1510515105ut+ /vvdd/v最小值最小值 最大值最大值四四 2 输入输入与非与非门门六反六反相器相器电路电路名称名称cc4093cc40106型号型号ut- /v

22、ut /v 6.8 10.8 4.6 7.1 2.2 3.6 0.9 2.8130180380120140280最小值最小值 最大值最大值最小值最小值 最大值最大值 6.8 10.8 4.6 7.1 2.2 3.6 2.5 5.2 4.0 7.4 0.9 2.8 2.5 5.2 4.0 7.4 0.3 1.6 1.2 3.4 1.6 5.0 0.3 1.6 1.2 3.4 1.6 5.0第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路ouituout+ut- -ot一、脉冲波形变换一、脉冲波形变换 将三角波、正弦波和其他将三角波、正弦波和其他不规则信号变换成矩形脉冲。不规则信号变换成矩形脉

23、冲。 uohuol 当当 ui ut+ 后，后，uo = uol ；当当 ui下降到小于下降到小于 ut- - 时，时，uo 才跃变到才跃变到 uoh。 当当 ui vdd，th = uc 0 vdd，th = ui vdd，因此，因此 uo 为低为低电平，电平，v 导通，电容导通，电容 c 经放电管经放电管 v 迅速迅速放电完毕，放电完毕，uc 0 v。132323第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路 2. 触发进入暂稳态触发进入暂稳态 二、工作原理二、工作原理ucotouotuoluoh twdd32votuihdd31vuivdduiluoh充电充电当输入当输入 ui 由

24、高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平( (应小于应小于 vdd ) )时，使时，使 tr=uil vdd ，而而th = uc 0 v vdd，因此，因此 uo 跃变跃变为高电平，进入暂稳态为高电平，进入暂稳态，这时放电管，这时放电管 v截止，截止，vdd 又经又经 r 向向 c 充电，充电，uc 上升上升。132313第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路 3. 自动返回稳定状态自动返回稳定状态 二、工作原理二、工作原理ucotouotuoluoh twdd32votuihdd31vuivdduoluih放电放电v这时这时 ui 必须已必须已恢复为高电平恢复为高电平th vd

25、d23当当 uc 上升到上升到 uc vdd时时， th = uc vdd，而，而 tr = ui = uih ( (大于大于 vdd ) )，因此，因此 uo 重新跃变为低电平。重新跃变为低电平。同同时，放电管导通，时，放电管导通，c 经经 v 迅速放电迅速放电 uc 0 v，放电完毕后，电路返回稳态。放电完毕后，电路返回稳态。132323第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路 例例 用上述单稳态电路输出定时用上述单稳态电路输出定时时间为时间为1 s 的的正脉冲，正脉冲，r = 27 k ，试确定定时元件试确定定时元件 c 的取值。的取值。 三、输出脉冲宽度的计算三、输出脉冲宽

26、度的计算ucotouotuoluoh twdd32votuihdd31vuivdd输出脉冲宽度输出脉冲宽度 tw 即为暂稳态维持时即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件间，主要取决于充放电元件 r、c。 该电路为不可重复触发单稳，且要该电路为不可重复触发单稳，且要求输入负脉宽小于输出脉宽求输入负脉宽小于输出脉宽 tw 。解：解：因为因为 tw 1.1 rc故故可取标称值可取标称值 33 f。f33.7k271 . 1s11 . 1wo rtc估算公式估算公式 tw 1.1 rc第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路gndvddrdoutco555thtrdisvdd0.01 f

27、rcuiuocdrd四、具有四、具有 rc 输入微分电路的单稳态触发器输入微分电路的单稳态触发器当输入当输入 ui 负脉冲宽度大于输出脉冲宽度负脉冲宽度大于输出脉冲宽度 t w 时，时，需在需在 tr 端和输入触发信号端和输入触发信号 ui 之间接入之间接入 rdcd 微分电微分电路后，电路才能正常工作。路后，电路才能正常工作。vddrdcd第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路集集成成单单稳稳态态触触发发器器暂稳态期间如再次被触发，对原暂稳态暂稳态期间如再次被触发，对原暂稳态时间无影响，输出脉冲宽度时间无影响，输出脉冲宽度 tw 仍从第一次触仍从第一次触发开始计算。发开始计算。

28、 暂稳态期间如再次被触发，输出脉冲宽暂稳态期间如再次被触发，输出脉冲宽度可在此前暂稳态时间的基础上再展宽度可在此前暂稳态时间的基础上再展宽 tw 。 可可重重复复触触发发型型 非非重重复复触触发发型型 uoui1uoui限定符号限定符号“1 ”表示不可重复触发型单稳表示不可重复触发型单稳态触发器。态触发器。限定符号限定符号“ ”“ ”表表示可重复触发型单稳态示可重复触发型单稳态触发器。触发器。 7.4.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路单单稳稳工工作作波波形形举举例例单稳输出波形单稳输出波形非重复触发型非重复触发型 单稳输出波形单稳输出波形

29、可重复触发型可重复触发型 输入波形输入波形ouitouotouottwtwtwtw暂稳态期间暂稳态期间不能再次触发。不能再次触发。暂稳态期间能再暂稳态期间能再次触发。其输出脉宽次触发。其输出脉宽将在原暂稳态时间基将在原暂稳态时间基础上再展宽础上再展宽 tw 。触发脉冲到来触发脉冲到来时，输出翻转为暂时，输出翻转为暂稳态，经暂稳态持稳态，经暂稳态持续时间续时间 tw 后自动回后自动回到稳态。到稳态。外触发脉冲未来外触发脉冲未来时，输出为稳态。时，输出为稳态。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路单稳态触发器单稳态触发器 ct74121 的逻辑图的逻辑图一、非重复触发单稳态触发器一、

30、非重复触发单稳态触发器1. 电路组成与逻辑符号电路组成与逻辑符号输入触发输入触发脉冲控制电路脉冲控制电路输出缓冲级输出缓冲级微分型单稳态微分型单稳态触发器触发器第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路一、非重复触发单稳态触发器一、非重复触发单稳态触发器1. 电路组成与逻辑符号电路组成与逻辑符号有有 3 个个触发信号输触发信号输入端，入端，tr- -a和和 tr- -b 用负用负脉冲触发，脉冲触发， tr+ 用正脉用正脉冲触发。冲触发。 有有 2 个互补输出端个互补输出端tr+tr- -btr- -aqqri cx rx/cxrintcextrext/cextri cx rx/cx不

31、可重复触发型不可重复触发型单稳的限定符号单稳的限定符号 外接定时元件端外接定时元件端 “”号表示非逻号表示非逻辑连接，即没有任何逻辑连接，即没有任何逻辑信息的连接，例如外辑信息的连接，例如外接接 r、c 和和 vcc 等。等。 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路负脉冲触发应用举例负脉冲触发应用举例ri cx rx/cxtr+tr- -btr- -aqq+vcc+vcc 欲负脉冲触发，则将欲负脉冲触发，则将触发脉冲从触发脉冲从 tr- -a 或或 tr- -b 加入，而加入，而 tr+ 接接 1 1。 ct74121 可可正脉冲正脉冲触发，触发，也可也可负脉冲负脉冲触发。触发。

32、qtr- -b2. 工作原理工作原理 ct74121 的功能表的功能表 0 00 01 11 11 11 11 11 10 0111 10 00 01 10 01 10 01 10 01 10 0qqtr+tr- -btr- -a输输 出出输输 入入第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路正脉冲触发应用举例正脉冲触发应用举例ri cx rx/cxuo+vccuitr+ 欲正脉冲触发，则将触欲正脉冲触发，则将触发脉冲从发脉冲从 tr+ 加入，而加入，而 tr- -a 和和 tr- -b 至少有一接至少有一接0 0。uiuo2. 工作原理工作原理 ct74121 的功能表的功能表 0

33、00 01 11 11 11 11 11 10 01 11 11 10 00 01 10 01 10 01 10 01 10 0qqtr+tr- -btr- -a输输 出出输输 入入第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路2. 逻辑功能逻辑功能单稳态触发器单稳态触发器ct74121 的工作波形的工作波形 在暂稳态期间再次进在暂稳态期间再次进行触发时，对暂稳态时间行触发时，对暂稳态时间没有影响。没有影响。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路3. 输出脉冲宽度的计算输出脉冲宽度的计算ri cx rx/cxtr+tr- -btr- -aqq悬空不接悬空不接cextrext

34、vcc一般接法一般接法tw 0.7 rextcext通常取：通常取：rext = 2 40 k ，cext = 10 pf 10 f。当输出脉宽不大时，当输出脉宽不大时，可用内部电阻可用内部电阻 rint = 2 k 取代取代 rext ，接法如下：，接法如下：ri cx rx/cxtr+tr- -btr- -aqqcext+vcctw 0.7 rintcext第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路1rd1tr- -1tr+ +1q1q1cext1rext /cext2tr- -2tr+ +2rd2cext2rext /cext2q2q二、可重复触发单稳态触发器二、可重复触发单稳

35、态触发器1. 逻辑符号逻辑符号 有两个触有两个触发信号输入端，发信号输入端，1tr- -用负脉冲用负脉冲触发，触发，1tr+ 用正脉冲触发。用正脉冲触发。 可重可重复触发型复触发型单稳的限单稳的限定符号定符号 互补互补输出输出 直接复位直接复位端为端为1rd，低，低电平有效。电平有效。 ct74hc123由两个独由两个独立的可重复触发单稳组成。立的可重复触发单稳组成。 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路2. 逻辑功能逻辑功能ct74hc123 的功能表的功能表 1 11 10 01 10 01 11 10 00 01 11 10 01 11 11 10 00 0qqtr+tr

36、- -rd d输输 出出输输 入入下降沿触发下降沿触发上升沿上升沿触发触发稳稳 定定状状 态态复复 位位说说 明明第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路2. 逻辑功能逻辑功能单稳态触发器单稳态触发器ct74hc123 的工作波形的工作波形 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路3. 输出脉冲宽度的估算输出脉冲宽度的估算 可重复触发单稳态触发器可重复触发单稳态触发器 cc74hc123 的输出脉冲的输出脉冲宽度宽度 tw 可用下式估算可用下式估算 tw rc 对于单稳态触发器对于单稳态触发器 ct74ls123，在电容，在电容 c 1000pf时，其输出脉冲宽度时，其

37、输出脉冲宽度 tw 可用下式估算可用下式估算 tw 0.45rc第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路二、脉冲定时二、脉冲定时 一、脉冲整形一、脉冲整形 由于单稳态触发器可产生宽度和幅度都符合要求的矩形脉由于单稳态触发器可产生宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，因此，可利用它来作定时电路。冲，因此，可利用它来作定时电路。 7.4.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用脉冲信号经过长距离传输后，其边沿会变差或叠加了某些脉冲信号经过长距离传输后，其边沿会变差或叠加了某些干扰，这时可利用单稳态触发器进行整形。将这些受到干扰的干扰，这时可利用单稳态触发器进行整形。将这些受到干扰的脉冲信号加

38、到脉冲信号加到单稳态触发器的输入端，输出便可得到单稳态触发器的输入端，输出便可得到符合要求符合要求的矩形脉冲。的矩形脉冲。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路二、脉冲定时二、脉冲定时 由由ct74121组成的定时电路组成的定时电路 某生产线上有某生产线上有3道加工工序，要求第道加工工序，要求第 1 道工序加工道工序加工10s，第，第 2 道工序加工道工序加工 20s，第，第 3 道加工工序加工道加工工序加工 30s。当要求对这当要求对这 3 道工序的加工进行自动控制时，则可用道工序的加工进行自动控制时，则可用 3片集成单稳态触发器片集成单稳态触发器 ct74121 串接起来实现

39、。串接起来实现。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路二、脉冲定时二、脉冲定时 工作波形工作波形 某生产线上有某生产线上有3道加工工序，要求第道加工工序，要求第 1 道工序加工道工序加工10s，第，第 2 道工序加工道工序加工 20s，第，第 3 道加工工序加工道加工工序加工 30s。当要求对这当要求对这 3 道工序的加工进行自动控制时，则可用道工序的加工进行自动控制时，则可用 3片集成单稳态触发器片集成单稳态触发器 ct74121 串接起来实现。串接起来实现。由由ct74121组成的定时电路组成的定时电路第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路若已知若已知 rext

40、 = 10 k ，cext = 1 f则可得则可得 tw 0.7 rextcext = 7 msri cx rx/cxq+vccuirextcextqouitouot脉脉冲冲展展宽宽电电路路和和工工作作波波形形三、三、脉冲展宽脉冲展宽 tw接成正脉冲接成正脉冲触发方式触发方式将窄脉冲展宽成将窄脉冲展宽成宽度为宽度为 tw 的脉冲的脉冲第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路7.5 多谐振荡器多谐振荡器主要要求：主要要求： 了解用了解用 555 定时器构成多谐振荡器的方法。定时器构成多谐振荡器的方法。理解石英晶体多谐振荡器的工作原理。理解石英晶体多谐振荡器的工作原理。 第第 7 章章

41、 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路即矩形脉冲产生电路，由于矩形脉冲含即矩形脉冲产生电路，由于矩形脉冲含有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。 ( (1) )不需输入信号。不需输入信号。( (2) )无稳定状态，只有两个无稳定状态，只有两个暂稳态暂稳态。 通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。 工作特点工作特点astable multivibratorguo逻辑符号逻辑符号多谐振荡器多谐振荡器 第第 7 章章 脉冲产生与整

42、形电路脉冲产生与整形电路gndvddrdoutco555thtrdisvdd0.01 fr1cuouc- -+r27.5.1 用用 555 定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器 一、一、电路组成电路组成 disvddr1cuc- -+r2thtrgndvddrdco0.01 foutuo第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路ucotouotuoluohtwhtwldd32vdd31v 二、工作原理二、工作原理 充电充电uohth = tr = uc 很小很小接通接通 vdd 后后，开始时，开始时 th = tr = uc 0 0，uo 为高电平，为高电平，电路电路处于暂稳态处

43、于暂稳态。 这时这时放电管截止，放电管截止，vdd 经经 r1、r2 向向 c 充充电，电，uc 上升。上升。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路ucotouotuoluohtwhtwldd32vdd31v 二、工作原理二、工作原理 uolth = tr 2/3 vcc当当 uc 上升到上升到 th = tr = uc 2/3vdd 时，时，uo 跃变为低电平，跃变为低电平，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。这时放电管。这时放电管 v 导通，导通，c 经经 r2 和和 v 放放电，电，uc 下降。下降。接通接通 vdd后后，开始时，开始时th = tr = uc 0，uo 为高电

44、平，为高电平，电路电路处于暂稳态处于暂稳态。这时放电管截止，这时放电管截止，vdd经经 r1、r2 向向 c 充电，充电，uc 上升上升。放电放电第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路ucotouotuoluohtwhtwldd32vdd31v 当当 uc 下降到下降到 th = tr = uc 1/3vdd 时，时， uo 重新跃变为高电平重新跃变为高电平，同时放电管，同时放电管 v 截止，电路截止，电路返回到暂稳态返回到暂稳态。 二、工作原理二、工作原理th=tr1/3vcc接通接通 vdd 后后，开始时，开始时 th = tr = uc 0 0，uo 为高电平，为高电平，电

45、路电路处于暂稳态处于暂稳态。这时放电管截止，这时放电管截止，vdd 经经 r1、r2 向向 c 充充电，电，uc 上升上升。当当 uc 上升到上升到 th = tr = uc 2/3vdd 时，时，uo 跃变为低电平，跃变为低电平，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。这时放电管。这时放电管 v 导通，导通，c 经经 r2 和和 v 放放电，电，uc 下降。下降。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路 二、工作原理二、工作原理电容电容 c 如此循环充电和放电，如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。使电路产生振荡，输出矩形脉冲。周期估算周期估算tw1 0.7 (r1 + r2

46、)c tw2 0.7 r2ct = tw1 + tw2 0.7 (r1 + 2r2)cucotouotuoluohtwhtwldd32vdd31v 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路 三、占空比可调的多谐振荡器三、占空比可调的多谐振荡器 充电回路为充电回路为 vdd 经经r1、vd1 对对 c 充电，时充电，时间常数为间常数为 r1c。 放电回路为放电回路为 c 经经vd2、 r2和放电管和放电管 v 放放电，时间常数为电，时间常数为r2c 。gndvddrdoutco555thtrdisvdd0.01 fr1cuovd2r2rpvd1r1r2vddcvd2rpvd1占空比占

47、空比估算估算tw1 0.7 r1c tw2 0.7 r2c211211 w17 . 07 . 07 . 0rrrcrcrcrttq第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路 三、占空比可调的谐振荡器三、占空比可调的谐振荡器 555定时器组成的防盗报警电路定时器组成的防盗报警电路当导线当导线 ab 连通时，直接置连通时，直接置 0 端端 rd 为低电平，电路不振为低电平，电路不振荡，扬声器不发出声响，电容荡，扬声器不发出声响，电容 c4 上电压为上电压为 0，三极管，三极管 v 工作工作在导通状态。在导通状态。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路 三、占空比可调的谐振荡

48、器三、占空比可调的谐振荡器 当当 ab 导线被人拉断时，电源导线被人拉断时，电源 vcc 经经 r3、v 将将 c4 迅速充电到高迅速充电到高电平，使电平，使 rd 端为高电平，多谐振荡电路开始振荡，其振荡频率端为高电平，多谐振荡电路开始振荡，其振荡频率 f 1/0.7(r1+2 r2) c 1khz，于是，扬声器发出，于是，扬声器发出1khz 的报警声响。的报警声响。555定时器组成的防盗报警电路定时器组成的防盗报警电路第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路振荡频率稳定振荡频率稳定 由石英晶体的阻抗频由石英晶体的阻抗频率特性可知，只有外加信率特性可知，只有外加信号的频率号的频率

49、 f 和石英晶体的和石英晶体的固有谐振频率固有谐振频率 f0 相同时，相同时，石英晶体才呈现极低的阻石英晶体才呈现极低的阻抗，而在其他频率时，则抗，而在其他频率时，则呈现很高的阻抗。因此，呈现很高的阻抗。因此，石英晶体具有很好的选频石英晶体具有很好的选频特性。特性。石英晶体的阻抗频率特性石英晶体的阻抗频率特性7.5.2 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 一、石英晶体的选频特性一、石英晶体的选频特性符号符号 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路 电阻电阻rf1、rf2用于确用于确定反相器定反相器 g1 和和 g2 的工作的工作点，使其工作在放大区，点，使其工作在放大区，有利于

50、电路起振。对于有利于电路起振。对于ttl反相器，反相器，rf1 和和 rf2 通通常取常取0.7 2 k ；对于；对于cmos 反相器，反相器，rf1和和rf2 通常取通常取10 100 m ，电容，电容 c1 和和 c2 为为g1和和g2间的耦合间的耦合电容，在频率为电容，在频率为 f 0时，它时，它们呈现的容抗极小，可忽们呈现的容抗极小，可忽略不计，使略不计，使g1和和g2之间形之间形成正反馈环路。成正反馈环路。对称石英晶体多谐振荡器对称石英晶体多谐振荡器7.5.2 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 二、石英晶体多谐振荡器二、石英晶体多谐振荡器1. 对称石英晶体多谐振荡器对称石英晶体多

51、谐振荡器第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路 由于石英晶体接在由于石英晶体接在 g1 和和 g2 两级反相器之间，且两级反相器之间，且具有很好的选频特性，因具有很好的选频特性，因此，在接通电源后，对频此，在接通电源后，对频率为率为 f 0 的信号非常容易通的信号非常容易通过石英晶体而产生频率为过石英晶体而产生频率为f0 的自激振荡。反相器的自激振荡。反相器 g3用于整形，使输出用于整形，使输出 uo 的波的波形更接近于矩形脉冲，形更接近于矩形脉冲， g3还具有缓冲隔离作用，也还具有缓冲隔离作用，也提高了负载能力。提高了负载能力。对称石英晶体多谐振荡器对称石英晶体多谐振荡器7.5

52、.2 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 二、石英晶体多谐振荡器二、石英晶体多谐振荡器1. 对称石英晶体多谐振荡器对称石英晶体多谐振荡器第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路 电阻电阻r1、r2 用以使反相器工作在放大区。对于用以使反相器工作在放大区。对于 ttl 反相器反相器r1 和和 r2 通常取通常取0.7 2 k ；对于；对于cmos 反相器，反相器，r1 和和 r2 通常取通常取10 100 m 。 c 1为反相器为反相器 g1 和和 g2 之间的耦合电容，使之间的耦合电容，使 g1 和和 g2 之间之间形成正反馈环路，对于频率为形成正反馈环路，对于频率为 f0 的信

53、号，其呈现的容抗极小，的信号，其呈现的容抗极小，可忽可忽略不计。略不计。串联串联石英石英晶体晶体多谐多谐振荡器振荡器7.5.2 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 二、石英晶体多谐振荡器二、石英晶体多谐振荡器2. 串联石英晶体振荡器串联石英晶体振荡器第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路 在电路接通电源后，在电路接通电源后， g2 输出频率为输出频率为 f 0 的信号很容易通过石的信号很容易通过石英晶体形成很强的正反馈而产生自激振荡。英晶体形成很强的正反馈而产生自激振荡。 g3 用以整形，使输用以整形，使输出出 uo 的波形更接近于矩形脉冲，并具有缓冲隔离和提高负载能的波形更接

54、近于矩形脉冲，并具有缓冲隔离和提高负载能力的作用。力的作用。串联串联石英石英晶体晶体多谐多谐振荡器振荡器7.5.2 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 二、石英晶体多谐振荡器二、石英晶体多谐振荡器2. 串联石英晶体振荡器串联石英晶体振荡器第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路 rf为反馈电阻，使反相器为反馈电阻，使反相器 g1 工作在电压传输特性的过渡区，工作在电压传输特性的过渡区，rf常取常取10 100 m 。 g1 、rf 和石英和石英晶体、晶体、c1、c2 构成电容三点式振荡构成电容三点式振荡电路。电路。c1、c2 和石英晶体组成和石英晶体组成形形选频网络，对于频率为选

55、频网络，对于频率为 f0 的信号选的信号选频能力最强，很易通过石英晶体而频能力最强，很易通过石英晶体而产生自激振荡。反馈系数取决于产生自激振荡。反馈系数取决于 c1 和和 c2 的比值，的比值，c1 还可微调振荡频还可微调振荡频率。反相器率。反相器 g2 用以整形，使输出用以整形，使输出 uo 为矩形脉冲，并可隔离外接负载为矩形脉冲，并可隔离外接负载对振荡电路的影响对振荡电路的影响 。7.5.2 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 二、石英晶体多谐振荡器二、石英晶体多谐振荡器3. 并联石英晶体振荡器并联石英晶体振荡器并联石英晶体多谐振荡器并联石英晶体多谐振荡器第第 7 章章 脉冲产生与整形电

56、路脉冲产生与整形电路7.5.2 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 二、石英晶体多谐振荡器二、石英晶体多谐振荡器3. 并联石英晶体振荡器并联石英晶体振荡器 g1 和和 g2 为为 cmos 反相器，电阻反相器，电阻 r1 通常取通常取 1 30 m ； g1 组组成石英晶体多谐振荡器，输出频率成石英晶体多谐振荡器，输出频率 f =32768hz 的脉冲信号；的脉冲信号； g2 为为整形电路，其输出整形电路，其输出 32768hz 的矩形脉冲经的矩形脉冲经 15 级由边沿级由边沿 d 触发器组触发器组成的分频电路后，成的分频电路后，ff15 的的 q15 端输出稳定度很高的端输出稳定度很高的

57、1hz 秒脉冲作为秒脉冲作为计时用的基准信号计时用的基准信号 。秒秒信信号号发发生生器器第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路本章小结555 定时器是一种用途很广的多功能电路，定时器是一种用途很广的多功能电路，只需外接少量的阻容元件就可很方便地组成只需外接少量的阻容元件就可很方便地组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，等，使用方便灵活，有较强的驱动负载的能使用方便灵活，有较强的驱动负载的能力，获得了广泛的应用。力，获得了广泛的应用。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路施密特触发器有两个稳态状态，而每个稳定施密特触发器有两个稳态状态，而每个稳定状态都是依靠输入电平来维持的。当输入电状态都是依靠输入电平来维持的。当输入电压大于正向阈值电压压大于正向阈值电压ut+时，输出状态转换到时，输出状态转换到另一个稳定状态；而当输入电压小于负向阈另一个稳定状态；而当输入电压小于负向阈值电压值电压ut-时，输出状态又返回到原来的稳定时，输出状态又返回到原来的