第十章 脉冲整形

1、1考试时间：考试时间： 12月月26日日 上午上午10点点12点点考试地点：考试地点： 和钧和钧105阎石主编（第五版）阎石主编（第五版）物理与电气工程学院物理与电气工程学院数字电子技术基础数字电子技术基础3第十章第十章 脉冲波形的脉冲波形的产生产生和和整形整形4内容提要内容提要 本章主要介绍本章主要介绍矩形波的产生矩形波的产生和和整形电路整形电路。 数字电路区别于模拟电路的主要特点之数字电路区别于模拟电路的主要特点之 一是：它的工作信号是一是：它的工作信号是离散的脉冲信号离散的脉冲信号。最常。最常用的脉冲信号是用的脉冲信号是方波方波 ( 矩形波矩形波)。 如何产生方波以及对不理想的方波如何如

2、何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。整形，是本章讨论的重点。5第十章第十章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形10.1 概述概述10.2 施密特触发器施密特触发器 10.3 单稳态触发器单稳态触发器 10.4 多谐振荡器多谐振荡器10.5 555定时器及其应用定时器及其应用*10.6 用用Multisim 7 分析脉冲电路分析脉冲电路(略略)61、正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特、正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的电路组成及工作原理。触发器的电路组成及工作原理。2、掌握多谐、单稳、施密特器件的逻辑功能及主、掌握多谐、单稳、施密特器件的逻辑功能及主

3、要指标计算。要指标计算。3、掌握、掌握555定时器的工作原理。定时器的工作原理。4、掌握由、掌握由555定时器组成的多谐、单稳、施密特定时器组成的多谐、单稳、施密特电路工作原理、外接参数及电路指标的计算。电路工作原理、外接参数及电路指标的计算。教学基本要求：教学基本要求：7引引 言言 在前面的学习中，我们通常会在前面的学习中，我们通常会对时序电路加一个时钟对时序电路加一个时钟脉冲。脉冲。这些脉冲信号是怎么来的呢？它们的频率和脉宽又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？本章就为你解答这些问题。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，通常采用两种方法：脉冲信

4、号的获取，通常采用两种方法： 多谐振荡器多谐振荡器把已有的频率和幅度均符合要求的波形变换为把已有的频率和幅度均符合要求的波形变换为需要的矩形脉冲（施密特触发器、单稳态触发器）需要的矩形脉冲（施密特触发器、单稳态触发器）8引引 言言 本章将围绕这两种方法，本章将围绕这两种方法，重点讨论重点讨论用于用于脉冲整形与变换脉冲整形与变换的的施密特触发器施密特触发器，能直接产生脉冲波形能直接产生脉冲波形的的多谐振荡器多谐振荡器和用于和用于定时、延时、调整信号脉宽定时、延时、调整信号脉宽的的单稳态触发器单稳态触发器以及它们的典型以及它们的典型应用。应用。 本章介绍的本章介绍的中规模集成电路中规模集成电路55

5、5定时器定时器也是一个学习重也是一个学习重点，因为它就像一盒积木中那块点，因为它就像一盒积木中那块“最大的最大的”，有了它，再稍，有了它，再稍微搭配上几个微搭配上几个“小块小块”就可以方便的就可以方便的搭成各种常用的脉冲电搭成各种常用的脉冲电路路了。了。9 10. 1 概概 述述10 数字电路数字电路：特点是工作信号是：特点是工作信号是离散的脉冲信号离散的脉冲信号。脉冲电路与数字电路的比较脉冲电路与数字电路的比较：脉冲电路侧重脉冲电路侧重波形波形，数字电路侧重，数字电路侧重逻辑关系。逻辑关系。数字信号的波形也是一种脉冲电路数字信号的波形也是一种脉冲电路常用脉冲信号常用脉冲信号：方波方波( (矩

6、形波矩形波) )锯齿波锯齿波( (三角波三角波) )尖峰脉冲尖峰脉冲概概 述述11脉冲信号的定义脉冲信号的定义三角波：三角波： 锯齿波：锯齿波： 微分窄脉冲：微分窄脉冲： 方波：方波：脉冲信号：是指一种持续时间极短的电压或电流波形。脉冲信号：是指一种持续时间极短的电压或电流波形。 广义讲，各种广义讲，各种非正弦信号非正弦信号都是脉冲信号。都是脉冲信号。矩形波：矩形波：数字系统中所用的脉冲信号波形，一般是矩形脉冲。数字系统中所用的脉冲信号波形，一般是矩形脉冲。12脉冲电路分类脉冲电路分类脉冲电路作用脉冲电路作用脉冲电路脉冲电路构成：构成：门电路门电路 + + RC电路电路破坏电路的稳破坏电路的稳

7、态，产生暂态。态，产生暂态。控制暂稳态时控制暂稳态时间的变化规律。间的变化规律。单稳态电路（单稳态电路（单稳态单稳态触发器）触发器）多谐振荡（多谐振荡（无稳态无稳态）电路）电路施密特电路（施密特触发器）施密特电路（施密特触发器） 非矩形波非矩形波 矩形波矩形波 调整宽度（调整宽度（信号整形信号整形）波形产生（波形产生（信号源信号源）双稳态双稳态13单脉冲的产生单脉冲的产生+VCCFS 按钮按放一次，便产生一个单脉冲。按钮按放一次，便产生一个单脉冲。 但是，由于按钮但是，由于按钮 S 机械动作机械动作经常伴有抖动现象经常伴有抖动现象，使得输出的方波很不理想，毛刺很大。这样的方波用使得输出的方波很

8、不理想，毛刺很大。这样的方波用到数字系统中很容易引起误动作。因此，这个电路没到数字系统中很容易引起误动作。因此，这个电路没有实用价值。有实用价值。14可见：可见：按钮动作一次，按钮动作一次，Q Q端就端就输出一个正脉冲。输出一个正脉冲。由于锁定器的存在，即使按钮抖动，输出端也由于锁定器的存在，即使按钮抖动，输出端也不会产生毛刺。不会产生毛刺。削抖电路削抖电路SDRDSRQQRRVCCSt0Qt0SDt0RD156.1 概述矩形脉冲的参数矩形脉冲的参数理想情况：理想情况：实际情况：实际情况： 存在上升时间与下降时间存在上升时间与下降时间。m0.9Vm0.5Vm0.1VtftwtTmV为了为了定量

9、描述矩形脉冲的特性定量描述矩形脉冲的特性通常给出几个主要参数。通常给出几个主要参数。脉冲宽度与脉冲周期的比值脉冲宽度与脉冲周期的比值在脉冲整形或产生电路用于具体的数字系统时，在脉冲整形或产生电路用于具体的数字系统时，有时还可能有一些特殊的要求，如脉冲周期和幅度的有时还可能有一些特殊的要求，如脉冲周期和幅度的稳定性等。稳定性等。这时还这时还需要增加一些相应的性能参数需要增加一些相应的性能参数来说明。来说明。16阈值电压阈值电压 通常将通常将转折区中点转折区中点所对应的输入电压称为所对应的输入电压称为阈值电压阈值电压。一般一般TTL门电路取门电路取1.4V作为阈值电压作为阈值电压，CMOS门电路取

10、门电路取1/2电源电压电源电压作为阈值电压。作为阈值电压。 集成门电路的集成门电路的输出状态发生翻转输出状态发生翻转时，所对应的时，所对应的临界输临界输入信号入信号电压，用电压，用VTH 表示。表示。反相器的电压传输特性反相器的电压传输特性1710. 2 施密特施密特触发器触发器 18施密特触发器施密特触发器(Schmitt Trigger)（常用的一类脉冲整形电路）（常用的一类脉冲整形电路）主要用途：把变化缓慢的信号波形变换为边沿陡峭的矩形波。主要用途：把变化缓慢的信号波形变换为边沿陡峭的矩形波。 施密特触发器施密特触发器特点：特点：（1 1）输出有两种状态（输出为数字信号）；）输出有两种状

11、态（输出为数字信号）； （2 2）输入采用电平触发（输入为模拟信号）；）输入采用电平触发（输入为模拟信号）；（3 3）对于正向增加和负向减小的输入信号，电路有）对于正向增加和负向减小的输入信号，电路有 不同的阈值电平（不同的阈值电平（ ）。TTVV 和正向阈值电平反向阈值电平VTVT+VT- 回差电压：19 逻辑符号逻辑符号同相传输同相传输反相传输反相传输 电压传输特性电压传输特性同相同相ST传输特性传输特性反相反相ST传输特性传输特性施密特触发器施密特触发器(Schmitt Trigger)20施密特触发器施密特触发器1. 门电路组成的施密特触发器DD2thVV I为三角波为三角波 作如下假

12、定作如下假定： 用用CMOS反相器构成的施密特触发器反相器构成的施密特触发器 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1 电路结构电路结构条件条件：R1R2Ov2121I12120thRRRRRR 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1O211I2121I RRRRRR0 00 0只要只要vI1Vth，则保持，则保持vO=VOH当当vI1=Vth，电路产生如下正反馈，电路产生如下正反馈1T-th2(1)RVVR当当vI下降下降， vI1也也下降下降0 01T+th2(1)RVVR1TT+Tth22RVVVVR回差电压回差电压 vI vI1 vO1 vO 工作

13、原理：工作原理：23vI VT+VT_vO00tt0vIvOVT+VT_VDD(a) 工作波形工作波形(b) 传输特性曲线传输特性曲线 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1 电压传输特性电压传输特性24vOvI传输曲线传输曲线同相同相施密施密特触特触发器发器VT-VT+VT+ - VT-称为称为回差回差 电压传输特性电压传输特性反相反相ST传输特性传输特性同相传输同相传输反相传输反相传输回差电压（滞后电压）回差电压（滞后电压）：UT UTUT25UT+UT-OuItUOHUOLOuOt反向传输反向传输同向传输同向传输UT+UT-OuItUOHUOLOuOt 电压传输特性电

14、压传输特性26集成施密特触发器集成施密特触发器常用常用TTL电路集成施密特触发器有电路集成施密特触发器有7413等，等，常用常用CMOS电路集成施密特触发器有电路集成施密特触发器有CC40106等。等。【课下自学课下自学】27 施密特触发器的应用施密特触发器的应用（1）脉冲的整形）脉冲的整形将受到干扰的或不符合边沿要求的信将受到干扰的或不符合边沿要求的信号整形成较好的矩形脉冲。号整形成较好的矩形脉冲。 UItOUOtOUItOUOtOV VT T+ +V VT T- -V VT T+ +V VT T- -比较电平比较电平 用用反向比较器反向比较器整形：整形：IvovIv 用用反向施密特反向施密

15、特触发器触发器 VT+ VT-ov干扰干扰信号信号干扰影干扰影响整形响整形消除了消除了干扰影响干扰影响【例例】合理选择回差电压，可消除干扰信号。合理选择回差电压，可消除干扰信号。 29(a) 输入波形输入波形(b) 回差电压回差电压 较小较小时的时的 输出波形输出波形(c) 回差电压回差电压 较大较大时的时的 输出波形输出波形1TV回差值不同对比值回差值不同对比值为去掉干扰信号为去掉干扰信号回差电压应如何选择？回差电压应如何选择？30OuItuOUT+UT- -Ot将三角波、正弦波和其它将三角波、正弦波和其它不规则信号不规则信号变换成矩形脉冲。变换成矩形脉冲。 UOHUOL uI UT+ 后，

16、后，uO = UOL,只有当只有当 uI下降到经过下降到经过 UT- 时，时，uO 才会发才会发生跃变。生跃变。 uI tWtWRC积分电路积分电路电路电路波形波形AYCRAY 输出电压输出电压不能突变不能突变，电容电容C两端电压逐步升高。两端电压逐步升高。44AYRCAYRC微分电路微分电路电路电路波形波形RC积分与积分与微分微分电路电路 适当选取适当选取RC电路的时间常数，利用电容极板间的储电路的时间常数，利用电容极板间的储能变化，可实现信号的积分与微分。能变化，可实现信号的积分与微分。 tW微分电路应满足条件：微分电路应满足条件： = RC tW45电容充放电知识复习：电容充放电知识复习

17、：(1) 电容两端的电压不能突变，电容两端的电压不能突变，Vc（0） Vc（0）， 电容电容充放电需要时间充放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与，有过渡过程，其时间长短只与 RC有关有关,工程上取工程上取3；（2）开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小，相当短路；）开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小，相当短路； 充放电结束，电路处于稳态，充放电结束，电路处于稳态，C支路电流为支路电流为0，阻抗很大，阻抗很大， 相当开路；相当开路； （3）简单）简单RC电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；（4）在简单）在简单RC电路中电路中)(tvC )(vC )(vC)

18、0(vC et)()()0()(lntvvvvtCCCC 或或RC46用门电路组成的单稳态触发器用门电路组成的单稳态触发器一、一、微分型微分型单稳态触发器单稳态触发器G1、 G2 是是CMOS门电路；门电路；Rd、Cd 微分电路微分电路VOH VDD， VOL 0，VTH VDD / 2，用来产生触发脉冲用来产生触发脉冲决定输出的脉决定输出的脉冲宽度冲宽度47010101vI为低电平为低电平微分型微分型单稳态触发器单稳态触发器 vO为低电平为低电平 vO1为高电平，为高电平， vI2= vO1=高电平高电平 因此因此C上无电荷上无电荷稳态稳态48vO1由高由高低，低，vI2= vO1(因因C上

19、无电荷上无电荷)=0， 于是于是vO为高电平。为高电平。即使即使vI 触发器信号触发器信号撤除撤除，由于，由于vO的作用，的作用， vO1仍可为低电平。仍可为低电平。11010稳态至暂稳态稳态至暂稳态微分型微分型单稳态触发器单稳态触发器当当vI正跳变时（正跳变时（加触发信号加触发信号）vO由低由低高高49 电源经电阻电源经电阻R和门和门G1对电容对电容C充电充电vI2升高升高， 当当vI2=VTH时，时，vO下降，下降，vO1上升，使上升，使vI2再次升高再次升高， 最终最终vO1=1，vO=0。00101暂稳态至稳态暂稳态至稳态微分型微分型单稳态触发器单稳态触发器暂稳态期间暂稳态期间vO由高

20、由高低低50加触发脉冲加触发脉冲电容充电电容充电电容放电电容放电由于输入二极管由于输入二极管保护电路的钳位保护电路的钳位作用作用暂暂态态稳稳态态图示解析图示解析51C放电放电等效电等效电路电路路电路微分型微分型单稳态触发器单稳态触发器52( )(0)ln( )0lnln22ccwcTHDDDDDDvvtRCvVVRCRCVV tW=0.69RC输出的脉冲宽度为：输出的脉冲宽度为：输出的脉冲幅度为：输出的脉冲幅度为：mOHOLDDVVVV计算公式计算公式53C放电放电等效电路电路等效电路电路(3 5)reONtRCdwrettt恢复时间恢复时间：当当vO返回低电平返回低电平后，要等到后，要等到电

21、容电容C放电完毕放电完毕 才恢复为起始的稳态才恢复为起始的稳态。分辨时间分辨时间：在保证电路能正常工作的前提下，允许两个在保证电路能正常工作的前提下，允许两个 相邻触发脉冲之间的最小时间间隔相邻触发脉冲之间的最小时间间隔。计算公式计算公式54积分型积分型单稳态触发器单稳态触发器在在vi正脉冲到来以前正脉冲到来以前，vo1是高电平，是高电平，vo是高电是高电平，电路处于稳态。平，电路处于稳态。011155积分型积分型单稳态触发器单稳态触发器1001当当 vi 发生正跳变后发生正跳变后, vo1 跟着负跳变跟着负跳变;但但vA不能不能突变，突变，vo 立即下跳。立即下跳。放电放电56积分型积分型单

22、稳态触发器单稳态触发器01当当 C放电到放电到VTH, vo 跳变，跳变，暂稳态结束暂稳态结束; vA继续下继续下降一直到降一直到0。0157稳态稳态暂态暂态电容放电电容放电dtret积分型积分型单稳态触发器单稳态触发器58THOHtwVVRCVVVVRCtlnln)()()()(00OLV令令reTRdOretttCRRt)(53G G1 1输出高输出高电平时的电平时的输出电阻输出电阻没考虑没考虑G G2 2输入电路输入电路对对C C充电的充电的影响影响输出的脉冲宽度为输出的脉冲宽度为恢复时间和分辨时间恢复时间和分辨时间计算公式计算公式59微分型微分型单稳态触发器单稳态触发器 输出波形比较理

23、想输出波形比较理想，前后沿比较陡，前后沿比较陡， 因为因为有正反馈存在有正反馈存在，但，但抗干扰能力差抗干扰能力差；积分型积分型单稳态触发器单稳态触发器 抗干扰能力强抗干扰能力强，但输出波形，但输出波形边沿比较差边沿比较差， 要求要求输入触发脉冲的宽度输入触发脉冲的宽度要大于要大于输出脉冲宽度输出脉冲宽度。微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器两种单稳态触发器的比较：两种单稳态触发器的比较：60集成单稳态触发器集成单稳态触发器分类分类1、不可重复触发、不可重复触发tUITWUOt2、可重复触发、可重复触发tUIUOtTW触发进入暂稳态时，再次触发无效，不会影响

24、电路的工作过程，必须在暂稳态结束后，它才能接受下一个触发脉冲而转入暂稳态触发进入暂稳态时，再次触发有效，使输出脉冲再继续维持一个tW的脉冲宽度61 常用常用74121，74221，74LS221等都是等都是不可重复触不可重复触发发的单稳态触发器。的单稳态触发器。74121的电路符号如图：的电路符号如图：Cext RextCextUo RintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121集成单稳态触发器常用产品举例集成单稳态触发器常用产品举例62单稳态触发电路的单稳态触发电路的应用应用(1)脉冲整形：脉冲整形： 将输入的不规则脉冲整型为具有一定幅度和一定宽将输入的不规则脉冲整型

25、为具有一定幅度和一定宽度的脉冲。度的脉冲。(2)脉冲延时：脉冲延时： 可改变单稳态触发器的可改变单稳态触发器的R、C来调节延迟时间。来调节延迟时间。(3)定时：定时： 调节单稳电路中的定时元件调节单稳电路中的定时元件R或或C，可改变控制时，可改变控制时间的长短。间的长短。单稳单稳微分微分限幅限幅ViVoVAVB631. 延时与定时延时与定时（1）延时）延时图中，图中，v/O的下降沿比的下降沿比vI的下的下降沿滞后了时间降沿滞后了时间tW。（2）定时）定时当当v/O=1时，与门打开，时，与门打开，vO= vF。当。当v/O=0时，时，与门关闭，与门关闭，vO为低电平。为低电平。与门打开的时间是单

26、稳与门打开的时间是单稳输出脉冲输出脉冲v/O的宽度的宽度tW。vItWvOvFOv1&vIOvvO单稳单稳与门与门vF64输出脉冲延时输出脉冲延时UI+VCCUO2VCCUOBA1A2C1R1UO（1）VCCUOBA1A2C2R2UO（2）tUItUO1tUO2tUO1TW1TW2触发后，电路延时TW1 时间再输出。TW1 = 0.69 R1C1 TW2 = 0.69 R2C2741217412165 2. 整形整形 单稳态触发器能够把不规则的输入信号单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的的幅度

27、取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度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。决定于暂稳态时间。IvvOtW66单稳态触发器具有单稳态触发器具有一个稳态一个稳态和和一个暂稳态一个暂稳态。在。在单稳态触发器中单稳态触发器中,由稳态到暂稳态需要输入触发脉冲由稳态到暂稳态需要输入触发脉冲,暂稳态的持续时间暂稳态的持续时间即即脉冲宽度脉冲宽度是由电路的是由电路的阻容元件阻容元件RC决定的决定的,与输入信号无关。与输入信号无关。单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。定时器构成。单稳态触发器可以用于产生固定宽度的脉冲信单稳态触

28、发器可以用于产生固定宽度的脉冲信号，用途很广。号，用途很广。【小结小结】6710. 4 多谐多谐振荡器振荡器68 1多谐振荡器多谐振荡器没有稳定状态没有稳定状态，只有两个暂稳态。，只有两个暂稳态。 2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，从而产生从而产生自激振荡自激振荡，无需外触发。，无需外触发。 3输出周期性的输出周期性的矩形脉冲信号矩形脉冲信号，由于含有丰富的高次，由于含有丰富的高次谐波分量，故称作多谐振荡器。谐波分量，故称作多谐振荡器。多谐振荡器多谐振荡器(multivibrator) 多谐振荡器是一种多谐振荡器是一种自激振荡器自激振荡器

29、。在接通电源以后不需。在接通电源以后不需要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲。要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲。691. 电路组成电路组成由两个TTL反相器经电容交叉耦合而成。通常令C1=C2=C，R1=R2=RF。为了使静态时反相器工作在转折区，具有较强的放大能力，应满足ROFFRFRON的条件。 图 对称式多谐振荡器 对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器70 产生自激振荡的条件产生自激振荡的条件 静态工作点的计算静态工作点的计算 工作过程工作过程 波形图波形图 振荡周期与频率的计算振荡周期与频率的计算71 产生自激振荡的条件：产生自激振荡的条件： a) 要有要有正反馈正反馈 b）为了产

30、生自激振荡，电路）为了产生自激振荡，电路不能有稳定状态不能有稳定状态。即：在。即：在静态下静态下(电路没有振荡时电路没有振荡时)它的状态必须是不稳定的。它的状态必须是不稳定的。c）由）由TTL反相器电压传输特性可知：反相器电压传输特性可知： 若静态时若静态时G1和和G2工作在转折区或线性区工作在转折区或线性区，则它则它们将们将工作在放大状态工作在放大状态。此时只要输入电压有微小的此时只要输入电压有微小的波动，就会被正反馈回路放大而引起振荡。波动，就会被正反馈回路放大而引起振荡。72VOL max ViL maxVOH minViH minVTHVNHVNLvb/Vvi/V 静态工作点的计算：静

31、态工作点的计算：静态工作点：静态工作点：直流负载线与直流负载线与电压传输特性曲线的交点。电压传输特性曲线的交点。直流负载线直流负载线73 假定接通电源后，由假定接通电源后，由于某种原因使于某种原因使vI1 有微小的正有微小的正跳变，则必然会引起如下的正反馈过程跳变，则必然会引起如下的正反馈过程 工作过程：工作过程：第一个暂稳态：第一个暂稳态：C1充电，充电，C2放电。放电。 VO1L， VO2=H。74电容充放电的等效电路 C1充电的等效电路 vO1 C1 VCC R1 vO2 L H RF21 VE1 RE1 vO1 vi2 vi2 L 1 1 G1 G2 C1 RF1 RF2 C2 vi1

32、 vi2 vO1 vO2 C2 放电的等效电路 vO1 C2 + vO2 L H RF1 VO2 RE1 vO1 vi1 vi1 L H 第一个暂稳态：第一个暂稳态：C1充电，充电，C2放电。放电。 VO1L， VO2=H。75 工作过程：工作过程：第二个暂稳态：第二个暂稳态：C1放电，放电，C2充电。充电。 VO1H， VO2=L。76tUI1tUO1tUO2tUI2VTHVTHVIKVIKT1TC2放电放电、充电、充电C1充电充电、放电、放电 波形图波形图77tUI1tUO1tUO2tUI2VTHVTHVIKVIKT1TC2放电、充电放电、充电C1充电、放电充电、放电 波形图波形图 振荡周

33、期与频率的计算：振荡周期与频率的计算：振荡周期与电容的充电过振荡周期与电容的充电过程有关，由于电路是对称程有关，由于电路是对称的，因此，的，因此，T=2T1。利用利用THiiiVvvvRCt)()0()(ln222IKiVv)0(212)(EiVvTHEIKEEVVVVCRT11111ln78tUI1tUO1tUO2tUI2VTHVTHVIKVIKT1TC2放电、充电放电、充电C1充电、放电充电、放电 波形图波形图 振荡周期与频率的计算：振荡周期与频率的计算：E1IkE1E1TH11lnVVTR CVV E1IkEE1TH122lnVVTTR CVV 79在在RF1=RF2=RF、C1=C2=

34、C条件下条件下 THEIKEEVVVVCRTTln221 如果如果G1、G2为为74LS系列反相器，取系列反相器，取VOH3.4V、VIK-1V、VTH1.1V，R1=20k，RFVDD+VDF或或 u ， u O =1u + 2/3Vcc, TR1/3Vccvo=0, TD导通导通113工作原理工作原理11保持保持保持保持保持保持保持保持1触发器保持触发器保持2/3Vcc1/3Vcc(3) TH1/3Vccvo不变不变, TD不变不变114工作原理工作原理10101截止截止1触发器置触发器置12/3Vcc1/3Vcc(4) TH2/3Vcc, TR2/3Vcc, TR2/3V2/3VCCCC

35、时，时，VoVo0 0，T T导导通，通，C C放电放电。130用用555定时器接成定时器接成单稳态触发器单稳态触发器vIRC（1）vi=1时电路处于时电路处于稳态稳态,有有Q=0, vc=0 , vo=0。10通通0vc0SR01131（1）vi=1时电路处于稳态时电路处于稳态,有有Q=0 , vc=0, vo=0。Tvi13VCC0vo0TWTWvC023VCCtttVCC132用用555定时器接成定时器接成单稳态触发器单稳态触发器vIRC（2）vi触发（触发（0）时处于）时处于暂稳态暂稳态,有有vc充电充电, vo=1。10通通0vc01止止10SR00vc充电充电133Tvi13VCC

36、0vo0TWTWvC023VCCtttVCC（2）vi触发（触发（0）时处于暂稳态）时处于暂稳态,有有vc充电充电, vo=1。134用用555定时器接成定时器接成单稳态触发器单稳态触发器vIRC（3）电路返回稳态）电路返回稳态,有有Q=0, vc=0 , vo=0。01vc100止止通通1vc充电充电SR0Vc放电放电135Tvi13VCC0vo0TWTWvC023VCCtttVCC（3）电路返回稳态）电路返回稳态,有有Q=0, vc=0 , vo=0。1362/3VCCtvi00vCt0vot 稳态稳态（V VI I1 1，Vo Vo =0=0）vIvOVCCRCvC0.01uF12348

37、765 接通接通VCC后后,C充电，当充电，当vc上升上升到到2VCC/3时时:比较器比较器C1=0，将触发器置，将触发器置0，Vo0。T导通，导通，C放电放电,vc 0 电路进入稳态。电路进入稳态。V6=VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T22/3 /3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通21/31/3 VCC VCC保持保持保持保持22/3 /3 VCCVCC1/322/3 /3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通21/31/3 VCC VCC保持保持保持保持22/3 /3 VCCVCC1/322/3 /3 VCCVCC1/31/

38、3 VCC VCC0 0导通导通21/31/3 VCC VCC保持保持保持保持22/3 /3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止2/3VCC tvi00vCt0vot 自动返回自动返回（V VI I1 1）: :139 由以上过程可以看出由以上过程可以看出 : 每来一次负脉冲每来一次负脉冲 , vo 便输便输出一个正脉冲出一个正脉冲,其宽度其宽度 tW 由由 R C 决定决定 。vIvOVCCRCvC0.01uF123487652/3VCCtvi00vC0votttW140性能参数：性能参数： 暂稳态输出的宽度暂稳态输出的宽度0lnln3231.1CCwCCCCVtRCRC

39、VVRC( )(0)ln( )CCWCTvvTRCvv 141用用555定时器接成的定时器接成的多谐振荡器多谐振荡器设计思想：设计思想： 用用555先设计施密特触发器，先设计施密特触发器， 然后利用施密特触发器设计多谐振荡器然后利用施密特触发器设计多谐振荡器工作原理：工作原理： 无稳态电路，两个暂稳态不断地交替。无稳态电路，两个暂稳态不断地交替。利用放电管利用放电管T作为一个作为一个受控电子开关受控电子开关，使，使电容充电、电容充电、放电放电而改变而改变TH=TR，则交替置，则交替置0、置、置1。 142用用555定时器接成定时器接成多谐振荡器多谐振荡器C2，6端连在一起作为信号输入端端连在一

40、起作为信号输入端 为了提高比较器参考电压为了提高比较器参考电压VR1 和和VR2的稳定性，通常在的稳定性，通常在VR1端端接接0.01uF左右的滤波电容。左右的滤波电容。.uCR1R2+外外接接R1,R2,C143用用555定时器接成定时器接成多谐振荡器多谐振荡器.uCR1R2+144用用555定时器接成定时器接成多谐振荡器多谐振荡器.uCR1R2+接通电源接通电源 Vcc 通过通过R1、R2向向C充电充电,在在VC 2VCC/3,Vo 保持保持 1 不变。不变。11vC0t0tvoVCC /32VCC /3t1t2t3145用用555定时器接成定时器接成多谐振荡器多谐振荡器.uCR1R2+

41、当当VC=2VCC /3时时Vo由由1翻转为翻转为 0 T 导通导通电容电容C 经经R2、T放电。放电。0001vC0t0tvoVCC /32VCC /3t1t2t3146用用555定时器接成定时器接成多谐振荡器多谐振荡器.uCR1R2+当当Vc 降至降至VCC /3时，使得时，使得Vo回到回到 1 T截止截止电容电容C 再充电再充电，进入循环进入循环 . 1 1 0 0vC0t0tvoVCC /32VCC /3t1t2t3147vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2 Vcc 通过通过R1、R2向向C充电充电,在在VC 没有充电到没有充电到 2VCC/3 之之前前,Vo 保持保持

42、 1 不变。不变。 当当VC2VCC /3时时 Vo由由1翻转为翻转为 0 。 T 导通导通 电容电容C 经经R2、T放电。放电。vC0t0tvoVCC /32VCC /3t1t2t3当当Vc 降至降至VCC /3时，使得时，使得 Vo回到回到 1 T截止截止 电容电容C 再充电再充电，进入循环进入循环 .工作原理工作原理接通电源接通电源148VCC/32VCC/3所需的时间：所需的时间：3 3/1 1V VCC3 3/ /2 2lnln2 2V VC CR Rt tCCCCw2w2= =0.70.7R R2 2C C第一个暂稳态的脉冲宽度第一个暂稳态的脉冲宽度t tw1w1 ，VcVc从从V

43、 VCCCC/3/3充电上升到充电上升到2V2VCCCC/3/3所需的时间：所需的时间：第二个暂稳态的脉冲宽度第二个暂稳态的脉冲宽度t tw2w2 ，V Vc c从从2V2VCCCC/3/3放电下降到放电下降到 V VCCCC/3/33 3/ /2 23 3/ /1 1lnln) )( (2 21 1V VV VV VV VC CR RR Rt tCCCCCCCCCCCCCCCCw1w1- - -+ += =0.7(0.7(R R+ +R R) )C C2 21 1vOtW2tW1vc主要参数主要参数149重点：重点： 555计数器构成的施密特触发器、计数器构成的施密特触发器、 单稳态触单稳态

44、触发器、多谐振荡器发器、多谐振荡器 记住这三种电路各管脚的接法特点。会画输记住这三种电路各管脚的接法特点。会画输出波形。出波形。掌握这三种电路的性能特点掌握这三种电路的性能特点: 对多谐振荡器对多谐振荡器T、T1、T2、q、f 的计算的计算 对单稳态触发器对单稳态触发器tW的计算的计算 对施密特触发器对施密特触发器VT、VT、VT的计算的计算【小结小结】150555定时器定时器的应用的应用施密特触发器施密特触发器：两个输入端（两个输入端（2和和6）连在一起作为输入，且与输出端之间没连在一起作为输入，且与输出端之间没有有RC回路。回路。多谐振荡器多谐振荡器：2和和6接在一起，且没外接在一起，且没

45、外部输入；部输入；7与与R1组成的反相器输出经组成的反相器输出经R2C积分电路与积分电路与2和和6接在一起。接在一起。单稳态触发器单稳态触发器：2端作为输入；端作为输入；7与与R组成的反相器输出和组成的反相器输出和6连在一起，且对连在一起，且对地接电容。地接电容。ln31.1WtRCRC122ln2TRRC12122RRqRR23CCTVV3CCTVV3CCTVV【小结小结】151 阐明阐明555定时器的电路结构及其工作原理。定时器的电路结构及其工作原理。 分析用分析用555定时器实现的单稳态触发器、定时器实现的单稳态触发器、 多谐振荡器、施密特触发器电路。多谐振荡器、施密特触发器电路。 阐明

46、单稳态触发器的特点，掌握其应用。阐明单稳态触发器的特点，掌握其应用。 阐明多谐振荡器的特点，掌握其应用。阐明多谐振荡器的特点，掌握其应用。 阐明施密特触发器的特点，掌握其应用。阐明施密特触发器的特点，掌握其应用。 说明石英晶体振荡器的特点及其应用。说明石英晶体振荡器的特点及其应用。本章总结本章总结152555定时器定时器应用举例应用举例153解：解：当当 T oC R1 U6、U2 Uo = 0 0温控电路。分析工作过程。温控电路。分析工作过程。 U6 UDD 、23 切断加热器。切断加热器。 当当T oC R1 U6、U2 Uo = 1 1 接通加热器。接通加热器。 8 41 5 62 7R

47、1R2R3 555UDD Uo0.01F3 U2 UDD 13 U6 UDD 、23 U2 UDD 13【例例】1542 6S4 C2 R1 R2R4 81 53U 5557+0.01FR3C1 VD1 VD2 分析图示电路的功能。分析图示电路的功能。 “叮咚叮咚”电子门铃。电子门铃。分析：分析： S 长时断开时，长时断开时， u4 = 0 0，u3 = 0 0， 喇叭不响。喇叭不响。 S 合上时，合上时， 瞬间瞬间 u4 = 1 1， 电路振荡，电路振荡， 喇叭喇叭“叮叮”。 S 断开初瞬，断开初瞬， u4 = 1 1， 振荡周期振荡周期 ， 喇叭喇叭“咚咚”。 C1 放电使放电使 u4 =

48、 0 0。 1 1 0 0 【例例】1552 6S4 C2 R1 R2R4 81 53U 5557+0.01FR3C1 VD1 VD2 分析图示电路的功能。分析图示电路的功能。 “叮咚叮咚”电子门铃。电子门铃。【例例】156 单稳态触发器的应用之一。单稳态触发器的应用之一。 照明定时电路。照明定时电路。 8 41 5 62 7R1 555UDD uo0.01F3C ui 【例例】157单稳态触发器的应用之二。单稳态触发器的应用之二。 KAKA白白红红 洗相曝光定时电路。洗相曝光定时电路。 8 41 5 62 7R1 555UDD uo0.01F3C R2SBKAVD2VD1 【例例】158S8

49、 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1R28 R27 R26 R25 R24 R23 R22 R218 41 5 76 2R1 555UDD uo0.01F3C 无稳态触发器的应用之一无稳态触发器的应用之一 简易电子琴电路。简易电子琴电路。 【例例】159R1 81 536V5557+50 k S0.01 F 426R2C分析图示电路的功能。分析图示电路的功能。 防盗报警电路。防盗报警电路。易断导易断导 电细丝电细丝 0【例例】160.uC.+UCC4876213CR1R25.多谐振荡器构成水位监控报警电路多谐振荡器构成水位监控报警电路水位正常情况下，电容水位正常情况下，电容C被短接，扬声

50、器不发音；被短接，扬声器不发音；水位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始工作，水位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始工作， 扬声器发出报警。扬声器发出报警。+【例例】161162例例2： 双稳态触发器双稳态触发器: 微电机起动停车控制电路改进。微电机起动停车控制电路改进。S1 : 起动按钮起动按钮S2 : 停车按钮停车按钮4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机微电机555163例例3： 单稳态触发器单稳态触发器: 洗相曝光定时器。洗相曝光定时器。若若S打开打开 。 输出总为输出总为048162357uouiVCCRRTCTDTHTRS32CCV0t0tuCTuo若合闸时输出为若合

51、闸时输出为 0，将保持，将保持0若合闸时输出为若合闸时输出为 1，输出会自动回到零输出会自动回到零164例：鱼缸水温自动加热电路如图所示，例：鱼缸水温自动加热电路如图所示，RT是正温度系数热敏是正温度系数热敏电阻器。用电阻器。用555定时器构成的单稳态触发器，设定加热时间为定时器构成的单稳态触发器，设定加热时间为11s，试分析该电路的工作原理以及给出，试分析该电路的工作原理以及给出R和和C的设计值。的设计值。鱼缸自动加热电路鱼缸自动加热电路解：解：正常温度，正常温度，RT较大，较大，2脚输入高电平，脚输入高电平，3脚输脚输出低电平；出低电平；水温下降，水温下降，RT减小，减小，2脚输入低电平，

52、脚输入低电平，3脚输脚输出高电平，出高电平，VL亮，亮，K线线圈通电，触点圈通电，触点K1闭合，闭合，加热；加热；经过经过tW=11s时间，时间，3脚输出低电平，线圈断电，触点脚输出低电平，线圈断电，触点K1断开，停止加热。断开，停止加热。sRCtW111 . 1由由选选R =1M， C =10F7.47.4单稳态触发单稳态触发器器165例例 图图6.5.10为由为由555定时器构成的简易触摸开关，试分定时器构成的简易触摸开关，试分析是什么电路？二极管能亮多长时间？析是什么电路？二极管能亮多长时间？解：此电路为单稳态触发器解：此电路为单稳态触发器二极管亮的时间为二极管亮的时间为s1110501

53、02001 . 11 . 163RCT166例例10.5.2两相时钟发生器电路如图两相时钟发生器电路如图10.5.11所示已知所示已知R1510，R210K，C=0.1F。(1)说明说明555定定时器组成何种电路？时器组成何种电路？(2)画出画出vo、1和和2的波形。的波形。(3) 计算计算1的周期的周期T和脉冲宽度。和脉冲宽度。167解：（解：（1) 此电路为此电路为555构成的多谐振荡器；构成的多谐振荡器；（2) vo、1和和2的波形如图的波形如图10.5.12所示所示168(3)由于由于vo和和CLK频率相同，故频率相同，故msCRRTCP44. 1)2(69. 021msTTCP88.

54、 22msTtW72. 041169例例3 试分析图所示电路的工作原理。试分析图所示电路的工作原理。解：解：为电压频率转换电路，也叫压控振荡器为电压频率转换电路，也叫压控振荡器170下图是用下图是用555定时器接成的延时报警器。当开关定时器接成的延时报警器。当开关S断开后，断开后，经过一定的延迟时间后扬声器开始发出声音。试求延迟的时经过一定的延迟时间后扬声器开始发出声音。试求延迟的时间间TD和扬声器发出声音的频率和扬声器发出声音的频率f。UO1UO2解：解：（1）（2）（1）片接成施密特触发器，）片接成施密特触发器，U6=U2= UC1 的电压波形的电压波形通过操纵开关通过操纵开关S获得。获得

55、。（2）片不工作。）片不工作。（2）片的）片的 RD=0，（2）片接成多谐振荡器。）片接成多谐振荡器。当当UO1=1时；时；当当UO1=0时；时； （2）片自激振荡，）片自激振荡，喇叭出声。喇叭出声。123468555VCC=12V1642385550.01F175K5K100F10F1MS+C1171工作波形：工作波形：S闭合S断开23VCC13VCCS闭合VCC喇叭响TDTO2=0.69 (R1+2R2 ) C= 0.69 (5 +25 ) 103 0.0110-6103.5SfO2 9.66KHZU6、U2UO1tUO2ttUC1TO2VCC-0VCC -TD= RC ln =10610 10-6 ln 11（S）1212-823VCC 172173课课 堂堂 讨讨 论论 21.9 对微电机进行对微电机进行 起动和停止控制的电路起动和停止控制的电路如图所示，分析该电路如图所示，分析该电路的工作过程，填写下表。的工作过程，填写下表。 SB1 闭合、闭合、SB2 断开断开 SB1 断开、断开、SB2 断开断开 SB1 断开、断开、SB2 闭合闭合 SB1 断开、断开、SB2 断开断开 操作步序操作步序 按钮状态按钮状态 2 端电平端电平 6 端电平端电平 3 端电平端电平 M 的状态的状态 1234低低高高高高 高高 低低 低低高高 低低 高高 高高 低低 低低 运转运转运转