第7章 数字电子技术

1、*7.2 施密特触发器施密特触发器第七章第七章 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形* 7.4 多谐振荡器多谐振荡器7.1 概述概述7.5 集成集成555定时器定时器 * 7.3 单稳态触发器单稳态触发器引 言 在前几章的学习中，我们常说：在前几章的学习中，我们常说：“在输入端加一个方波。在输入端加一个方波。”或者或者说：说：“给计数器加一个时钟脉冲。给计数器加一个时钟脉冲。” 也许，你早就有个疑问了，这些也许，你早就有个疑问了，这些脉冲信号是怎么来的呢？它们的频率和脉宽又是怎样调整的呢？本章脉冲信号是怎么来的呢？它们的频率和脉宽又是怎样调整的呢？本章就为你解答这些问题。脉冲信号的获取，通

2、常采用两种方法：一是利就为你解答这些问题。脉冲信号的获取，通常采用两种方法：一是利用多谐振荡器直接产生；二是通过对已有信号进行整形与变换得到。用多谐振荡器直接产生；二是通过对已有信号进行整形与变换得到。本章将围绕这两种方法，重点讨论用于脉冲整形与变换的施密特触发本章将围绕这两种方法，重点讨论用于脉冲整形与变换的施密特触发器，能直接产生脉冲波形的多谐振荡器和用于定时、延时、调整信号器，能直接产生脉冲波形的多谐振荡器和用于定时、延时、调整信号脉宽的单稳态触发器以及它们的典型应用。本章介绍的中规模集成电脉宽的单稳态触发器以及它们的典型应用。本章介绍的中规模集成电路路555555定时器也是一个学习重点

3、，因为它就像一盒积木中那块定时器也是一个学习重点，因为它就像一盒积木中那块“最大最大的的”，有了它，再稍微搭配上几个，有了它，再稍微搭配上几个“小块小块”就可以方便的搭成各种常就可以方便的搭成各种常用的脉冲电路了。用的脉冲电路了。一、常见的脉冲信号一、常见的脉冲信号 脉冲信号是指在短时间内出现的电压或电流信号。一般来讲，凡是不脉冲信号是指在短时间内出现的电压或电流信号。一般来讲，凡是不具有连续正弦波形状的信号，都可以称为脉冲信号。具有连续正弦波形状的信号，都可以称为脉冲信号。7.1 概述概述（a）矩形波（b）锯齿波（c）微分波（d）钟形波 二二 、典型的数字信号、典型的数字信号 一个理想的周期

4、性数字信号，可用以下几个参数来描绘：一个理想的周期性数字信号，可用以下几个参数来描绘： Um信号幅度。信号幅度。 T信号的重复周期。信号的重复周期。 tW脉冲宽度。脉冲宽度。 q占空比。其定义为：占空比。其定义为： %100(%)WTtq5U(V)0t(ms)twTUm三个周期相同（三个周期相同（T=20ms），但幅度、脉冲宽度及占空比各不相同的数字），但幅度、脉冲宽度及占空比各不相同的数字信号。信号。Ut(V)(ms)501020304050Ut(V)(ms)01020304050Ut(V)(ms)010203040503.610(a)(b)(c)tr上升时间。是指从脉冲幅值的上升时间。是指

5、从脉冲幅值的10%上升到上升到90%所需要的时间。所需要的时间。tf下降时间。是指从脉冲幅值的下降时间。是指从脉冲幅值的90%下降到下降到10%所需要的时间。所需要的时间。tW脉冲宽度。为脉冲幅值的脉冲宽度。为脉冲幅值的50%的两个时间点之间的时间。的两个时间点之间的时间。 三三 、实际的矩形脉冲信号、实际的矩形脉冲信号t0UUmUmUmUm0.10.50.9twtrtf7.5 集成集成555定时器定时器 一、电压比较器一、电压比较器 1. 基本功能：基本功能： 若若u+u，则，则uo为高电平为高电平 若若u+u，则，则uo为低电平为低电平 -+uouu7654321Vcc-+-+-+1189

6、10141312-+GND集成电压比较器集成电压比较器LM339的管脚排列图的管脚排列图在反相输入端加一基准电压在反相输入端加一基准电压UREF=3V，在同相输入端加一可变的电压，在同相输入端加一可变的电压Ui， 当当Ui3V时，时，Uo为高电平；为高电平； 当当Ui3V时，时，Uo为低电平。为低电平。2. 典型应用典型应用iutUREFtuoouu+u+5VRR+5V3VWREFUiu7.5.1 集成集成555定时器的电路结构和工作原理定时器的电路结构和工作原理由以下几部分组成：由以下几部分组成：（1）三个）三个5k电阻组电阻组成的分压器。成的分压器。（2）两个电压比较器）两个电压比较器 C

7、1和和C2。1. 555定时器的电路结构定时器的电路结构（3）基本）基本RS触发器，触发器，（4）放电三极管）放电三极管T 及缓冲器及缓冲器G。CC&1RSTG5k5k5k12VRCCDI1D(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源电源复位复位高电平触发端高电平触发端控制端控制端低电平触发端低电平触发端放电端放电端UI2UICUUoUR1UR2UQQUo7.5 集成集成555定时器定时器1 12 26 65 58 84 43 37 7I2I1ICVCC555555DRUoUUUUDCC&1RSTG5k5k5k12VRCCDI1D(1)(7)(2)(6)(5)(8)(

8、4)(3)电源电源复位复位高电平触发端高电平触发端控制端控制端低电平触发端低电平触发端放电端放电端UI2UICUUoUR1UR2UQQUo555定时器的电路符号定时器的电路符号CC&1RSTG5k5k5k12VRCCDI1D(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源电源复位复位高电平触发端高电平触发端控制端控制端低电平触发端低电平触发端放电端放电端UI2UICUUoUR1UR2UQQUo2555定时器的定时器的工作原理工作原理1/3VCC2/3VCC（1）4脚为复位输入脚为复位输入端（端（ RD ），当），当RD为低电平时，不为低电平时，不管其他输入端的管其他输入端的状态如何

9、，输出状态如何，输出Uo为低电平。为低电平。（2）5脚为电压控制脚为电压控制端，当其悬空时，端，当其悬空时，比较器比较器C1和和C2的的比较电压分别为比较电压分别为2/3VCC 和和1/3VCC 。（3）2脚为低电平触发端，脚为低电平触发端，6脚为高电平触发端，两端的电位高低控制比脚为高电平触发端，两端的电位高低控制比较器较器C1和和C2的输出，从而控制的输出，从而控制RS触发器，决定输出状态。触发器，决定输出状态。555555定时器功能表（定时器功能表（U UICIC端开路时）端开路时）高电平触高电平触发端（发端（UI1）低电平触低电平触发端发端（UI2）R端端S端端复位端复位端（RD）输出

10、端输出端（UO）放电管放电管T功能功能00导通导通复位复位2/3VCC1/3VCC1011截止截止置置12/3VCC1/3VCC0110导通导通置置02/3VCC1/3VCC111不变不变不变不变保持保持7.5.2 555构成施密特触发器构成施密特触发器 施密特触发器是一种整形电路，其特点是施密特触发器是一种整形电路，其特点是:（1）具有两个稳定的状态，但没有记忆作用，输出状态）具有两个稳定的状态，但没有记忆作用，输出状态需要相应的输入电压来维持。需要相应的输入电压来维持。（2）电平触发。只要输入信号达到某一额定值，输出即）电平触发。只要输入信号达到某一额定值，输出即发生翻转。发生翻转。（3）

11、具有回差特性。）具有回差特性。uItOut2/3VCC1/3VCC1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理1 12 26 65 5VCCRD5555553 37 78 84 4CCVVCC 2RUICI1UI2UIUOUOU电路符号电路符号OUIUCU5kS1(2)2/3V(7)(6)u&放电端放电端I1(3)GV&uOCC(4)TCCCI2(8)5k5k2RCC(1)&11/3VVORUIUCC2UOQQ555构成的施密特触发器内部电路图构成的施密特触发器内部电路图uItOut2. 电压滞回特性电压滞回特性1/3VCCUoUi0传输特性传输特性UOHUOL2/3VC

12、CUT+UT UTUT+UT UT3. 主要参数主要参数（1）上限阈值电压）上限阈值电压UT+ UT+=2/3VCC。（2）下限阈值电压）下限阈值电压UT UT=1 /3VCC。（3）回差电压）回差电压UT UT= UT+UT=1 /3VCC1/3VCC2/3VCCOUtOUtVCC21 12 26 65 5VCCRD5555553 37 78 84 4CCVVCC2RUICI1UI2UIUOUOU 4. 输出端输出端UO的作用的作用CU5kS1(2)2/3V(7)(6)u&放电端放电端I1(3)GV&uOCC(4)TCCCI2(8)5k5k2RCC(1)&11/3VV

13、ORUIUCC2UOQQ 改变输出高电平的数值改变输出高电平的数值5.5.施密特触发器的应用举例施密特触发器的应用举例（1 1）用于波形变换）用于波形变换IU1UOtUI0 0Ut0 0OT+T-UU（2 2） 用作脉冲整形用作脉冲整形IU1UOtUI0 0Ut0 0OT+T-UU 当信号受到干扰而发生畸变时，将其整成标准的矩形脉冲。当信号受到干扰而发生畸变时，将其整成标准的矩形脉冲。 （3）用于脉冲鉴幅）用于脉冲鉴幅从一系列幅度不同的脉冲信号中，选出那些幅度大于从一系列幅度不同的脉冲信号中，选出那些幅度大于UT+的输入脉冲。的输入脉冲。0 00 0UUIOUUT+T-tt1UOIU7.5.3

14、 555构成单稳态触发器构成单稳态触发器（1）无触发信号输入时电路工作）无触发信号输入时电路工作在稳定状态在稳定状态 当当uI=1时，时，电路工作在稳定状态，电路工作在稳定状态，即即uO=0，uC=0。1. 1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理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，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。自动返回到稳态。2 26 6VCCRDO5555553 3I2I18 84 47 7RVCCC1 15 50.01FC1CIUUUUU（2

15、）uI下降沿触发下降沿触发 当当uI下降沿到达时，下降沿到达时，uO由由0跳变为跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。，电路由稳态转入暂稳态。2 26 6VCCRDO5555553 3I2I18 84 47 7RVCCC1 15 50.01FC1CIUUUUU2Ou3CCOtVOtCuOItu555构成的单稳态触发器内部电路图构成的单稳态触发器内部电路图CU5kS1(2)2/3V(7)(6)u&I1(3)GV&uOCC(4)TCCCI2(8)5k5k2RCC(1)&11/3VUOQQUCPRCUI充电充电放电放电（3）暂稳态的维持时间）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，三极管在暂

16、稳态期间，三极管T截止，截止，VCC经经R向向C充电。时间常数充电。时间常数1=RC，uC由由0V开始增大，在开始增大，在uC上升到上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。之前，电路保持暂稳态不变。（4）自动返回时间）自动返回时间当当uC上升至上升至2/3VCC时，时，uO变变0，电路回到由稳态。，电路回到由稳态。（5）恢复过程）恢复过程C通过饱和导通的通过饱和导通的T放电，放电，2=RCESC，由于，由于RCES很小，所很小，所以放电很快。以放电很快。C放电完毕，恢复过程结束。放电完毕，恢复过程结束。2Ou3CCOtVOtCuOItu2 26 6VCCRDO5555553 3I2I18

17、84 47 7RVCCC1 15 50.01FC1CIUUUUU2. 2. 主要参数估算主要参数估算reWttTf 11minmaxCRVVVtuuuutCCCCCCWCCCCW1 . 1320ln)()()0()(ln11 （2）恢复时间）恢复时间tre tre=（35）2（3）最高工作频率）最高工作频率fmax uI周期的最小值：周期的最小值： Tmin= tWtre 最高工作频率最高工作频率:TTW(1) 输出脉冲宽度输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）用三要素法计算）tOu2Ou3CCOVtCOItu基本单稳的缺点：需要基本单稳的缺点：需要“窄脉冲窄脉冲”触发触发 2 26 6VCCRD

18、O5555553 3I2I18 84 47 7RVCCC1 15 50.01FC1CIUUUUUCCt00UUIOU0WC3V2输入脉宽输入脉宽暂稳态没有结束暂稳态没有结束ttt“宽脉冲宽脉冲”触发的波触发的波形形 在输入端加一在输入端加一“窄脉冲形成电路窄脉冲形成电路”。最简单的最简单的“窄脉冲形成电路窄脉冲形成电路”可采用可采用RC微分电路。微分电路。3. 可以可以“宽脉冲宽脉冲”触发的单稳态触发器触发的单稳态触发器 I2CCUCCDRC3 34 4O1U0.01FV7 7UCCR8 85 5UV2 2I16 61 1555555R1DC1IUI0tUCUWVO002t3tCCUtU0I2

19、tVCCCCV+UD在暂稳态期间，加入新的触发脉冲，电路的暂稳态将延续。在暂稳态期间，加入新的触发脉冲，电路的暂稳态将延续。4可重复触发的单稳态触发器可重复触发的单稳态触发器ttOUC3CCUI2tOUVWOtO3 3pUCIT6 64 4VUO8 8RCC7 75 52 21 1555555C15单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用（2）调整信号脉宽）调整信号脉宽（1）整形）整形IUOWtUI单稳单稳1UOUtWUO1TUO单稳态触发器单稳态触发器多谐振荡器多谐振荡器1UOR22CO1UCCVC11R（3）定时）定时1）触摸定时开关）触摸定时开关CC1CL5C83R61R4P555(+6V)

20、+V100F2100k7UO 555构成单稳态触发器。构成单稳态触发器。用手触摸一下金属片用手触摸一下金属片P时，由时，由于人体感应电压相当于在触发于人体感应电压相当于在触发输入端加入一个负脉冲，输出输入端加入一个负脉冲，输出高电平，灯泡（高电平，灯泡（RL）发光，）发光，当暂稳态时间（当暂稳态时间（tW）结束时，）结束时，输出端恢复低电平，灯泡熄灭。输出端恢复低电平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间定时该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由照明，定时时间可由RC参数参数调节。调节。2）产生定时门控信号）产生定时门控信号与门与门&1I单稳单稳UUOFU计数器计数器OU（Cp）被测信号

21、被测信号IUWOtUFUOU例：数字测频计例：数字测频计7.5.4 555构成多谐振荡器构成多谐振荡器0UctUo0t多谐振荡器多谐振荡器能产生矩形脉冲波的自激振荡器。能产生矩形脉冲波的自激振荡器。2/3VCC1/3VCC2 26 6VCCRDO5555553 3I2I18 84 47 7RRVCC1 12C1 15 5C1CPUUUU0.01FF1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理CU5kS1(2)2/3V(7)(6)u&放电端放电端I1(3)GV&uOCC(4)TCCCI2(8)5k5k2RCC(1)&11/3VRUOQQUCPRRC21555构成的多谐振荡器

22、内部电路图构成的多谐振荡器内部电路图充电充电放电放电2. 振荡频率的估算振荡频率的估算（2） 电容放电时间电容放电时间T2（3）电路振荡周期）电路振荡周期T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（5）输出波形占空比）输出波形占空比q)()()0()(ln111TuuuuTCCCC CRR)(7 . 021 CCCCCCCCVVVV3231ln1 CRT227 . 0 CRRTf)2(43. 1121 212112RRRRTTq （4）电路振荡频率）电路振荡频率fTT1T2（1）电容充电时间）电容充电时间T1：（用三要素法计算）（用三要素法计算）0UctUo0t2/3VCC1/3VCC3占空

23、比可调的多谐振荡器电路占空比可调的多谐振荡器电路 可计算得：可计算得： T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比：占空比：21121121117 . 07 . 07 . 0RRRCRCRCRTTTTTq 利用二极管的单向导电性，把电容利用二极管的单向导电性，把电容C充电和放电回路隔离开，再加上一个充电和放电回路隔离开，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。R6 61V2 22C4 4555555CC8 8OV1DD5 5I27 7C0.013 31 1I1DCCCUUUUFF2 2R1 1R4多谐振荡器应用实例多谐振荡器应用实例（1 1

24、） 简易温控报警器简易温控报警器2 26 6VCCRD5555553 3I2I18 84 47 7RRVCC2 23C1 15 50.01C310/10VC220k100k0.011 1R2k（+6V）T3AX31?FFUU1（2 2）双音门铃）双音门铃3I18 81 12R5555551 15 5CR4 42 27 7I26 63k3k0.1R4 44.7k4C47CDD1 122CP3 3R3.9kCCV（+6V）C247F3 38PANDCCVRF0.01F1UU（3 3）双音报警器）双音报警器0.01RR3 3C6 610k1k1 12C8 87 75 51 1VF31F2 24 42CCD555555R5 5CD14R8 81 16 63 3555555F7 723 3CC4 42 2RV3k1kR