（本科）第8章 脉冲电路ppt课件（全）

1、第8章 脉冲电路第 8 章数字电子技术基础学习指导8.1 概述8.2 集成555定时器8.3 多谐振荡电路8.4 施密特触发电路8.5 单稳态电路本章小结第8章 脉冲电路本章介绍矩形脉冲波形的产生和整形电路。先介绍矩形脉冲的主要参数，再重点介绍555定时器的组成、工作原理、功能和应用，最后介绍由它构成的施密特触发电路、单稳态电路和多谐振荡电路及其应用。学习指导8.1 概述获取矩形脉冲波形的途径有两种：1. 利用各种形式的多谐振荡电路直接产生所需的矩形脉冲。2. 通过各种整形电路，把已有的周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。脉冲周期 T脉冲幅度 脉冲宽度 : 上升沿 到下降沿上升时间 ：下降

2、时间 :占空比q : 脉冲宽度与脉冲周期的比值：矩形脉冲主要参数555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。 555定时器产品型号TTL型后3位数码为555，CMOS型后4位数码为7555，它们的功能和引脚排列完全相同。为了提高集成度，又生产了双定时器产品556（双极型，即TTL型）和7556（ CMOS型）。8.2 集成555定时器 8.2.1 555定时器的电路结构和工作原理 555定时器的内部电路包括以下几部分 : 一个由三个相等电阻组成的分压器; 两个电压比较器: A1、A2 ;一个 RS 触发器;

3、 一个反相器和一个晶体管T等。具体的 结构见后图。 555定时器能在很宽的电压范围内工作，并可承受较大的负载电流。双极型555定时器的电源电压范围为516V，最大负载电流为200mA，CMOS型7555定时器的电源电压范围为318V，最大负载电流在4mA以下。电阻分压器电压比较器基本RS触发器放电管T缓冲器 阈值端 触发端控制电压输入端当CO悬空：UR12/3VCC，UR21/3VCC当COVCO：UR1VCO，UR21/2VCO 8.2.2 555定时器的功能在电压控制端5号管脚经一个小电容（例如0.01f）接地或5号管脚开路时，555定时器的功能如下：1. 外部强制复位端RD的功能最高，它

4、是低电平有效的。只要RD=0，555定时器3号管脚的输出就为低电平。只有当RD=1时，555定时器3号管脚的输出才由6号管脚的阈值端输入和号2号管脚的触发端输入决定。综上所述，就得到了CB555的功能表如下。功能表 8.2.2 555定时器的功能1号管脚是接地端，2号管脚是低电平触发输入端，3号管脚是输出端，4号管脚是复位端，5号管脚是控制端，6号管脚是阈值端输入端，7号管脚是放电端，8号管脚是电源端。8.3 多谐振荡电路多谐振荡电路是能产生矩形脉冲的自激振荡电路，由于矩形脉冲波中除基波外，还包含许多高次谐波，因此这类振荡电路被称为多谐振荡电路。多谐振荡电路一旦振荡起来后，电路没有稳态，只有两

5、个暂稳态，它们交替变化，输出连续的矩形脉冲信号，因此它又称为无稳态电路，常用作脉冲信号源。8.3 多谐振荡电路多谐振荡电路的特点为1多谐振荡电路没有稳定状态，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，从而产生自激振荡，无需外触发。3输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的谐波分量，故称作多谐振荡器。8.3.1 用555定时器构成的多谐振荡电路1.电路组成将555定时器的高、低电平触发端（6管脚、2管脚）短接后连接到电容C与电阻R2的连接处，将放电端（7管脚）接到R1与R2的连接处，构成多谐振荡电路。电压控制端（5管脚）经小滤波电容0.01F接地以提高电路的稳定性。这个电容也

6、可以不接。2.工作原理用555定时器接成多谐振荡电路的工作过程可以分为四个阶段。（1）暂稳态I（t0t1）（2）自动翻转I（t1）（3）暂稳态II（t1t2）（4）自动翻转II（t2）3. 主要参数两个暂稳态维持时间T1和T2的计算公式如下电路的振荡周期和频率分别为占空比为此电路占空比大于50%。为了得到小于或等于50%的占空比，应改进电路结构。占空比可调的多谐振荡器电路如图所示。如何改变占空比？8.3.2 用门电路构成的多谐振荡电路对称式多谐振荡电路： T1.3RFC 2. 环形振荡电路利用闭合回路中的正反馈作用可以产生自激振荡，利用闭合回路中的延迟负反馈作用同样可以产生自激振荡，只要负反馈

7、的信号足够强。环形振荡电路就是利用延迟负反馈作用产生振荡的。它是利用门电路的平均传输延迟时间将奇数个反相器首尾相接而构成的，振荡周期和频率分别为3.带延迟的环形振荡电路8.3.3 石英晶体多谐振荡电路 在许多应用场合下都对多谐振荡电路的振荡频率稳定性有严格的要求。例如，在将多谐振荡电路作为数字钟的脉冲源使用时，它的频率稳定性直接影响着计时的准确性。在这种情况下，前面所讲的几种多谐振荡电路难以满足要求，因为在这些多谐振荡电路中振荡频率主要取决于门电路输入电压在电容充、放电过程中达到转换电平所需要的时间，所以频率稳定性不可能很高。 在对频率稳定性要求比较高时，必须采取稳定频率措施。普遍采用的频率稳

8、定措施是在多谐振荡电路中接入石英晶体，组成石英晶体多谐振荡电路。8.3.3 石英晶体多谐振荡器 一、石英晶体的电抗频率特性和符号电容性电容性电感性振荡频率为f0二、石英晶体多谐振荡器 石英晶体振荡器常用作数字系统的基准信号。通常选用振荡频率为32768HZ的石英晶体谐振器，因为32768215，将32768HZ经过15次二分频，即可得到1HZ的时钟脉冲作为计时标准。三、石英晶体多谐振荡电路的振荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率f0，而与外接电阻、电容无关。石英晶体的谐振频率由石英晶体的结晶方向和外形尺寸所决定，具有极高的频率稳定性。它的频率稳定度（f/f0）可达到10-1010-11，足以满足

9、大多数数字系统对频率稳定度的要求。8.3.3 石英晶体多谐振荡电路（1）门铃48162357555R1R2CuCuo0.01FESB100F10k100k0.01F开关SB按下，电源接通，振荡，喇叭发出声音开关SB不按，电源断开，振荡器不工作，喇叭不响f =0.7（10103+2 100 103 ） 0.01 10-6 （S）8.3.4 多谐振荡电路的应用简易电子琴就是通过改变R2 的阻值来改变输出方波的周期 , 使外接的喇叭发出不同的音调 。（2）简易电子琴电路48162357R1C555uoVCCR21R28S8S1细铜丝至于盗贼必经之路（3）防盗报警电路84162357555R1R2Cu

10、C0.01FE100F5.1k100k0.01FS50K1、555接成何种电路？2、简述工作原理？振荡器（4）试用CB555定时器设计一个多谐振荡器，要求振荡周期为1秒，输出脉冲幅度大于3V而小于5V ，输出脉冲占空比为2/3。解：由CB555的特性可知，当电源电压为5V时，在100mA的输出电流下输出电压的典型值为3.3V，所以取VCC=5V即可满足输出脉冲幅度的要求。由得 R1=R2若取C=10F， 则R1 =R2=48K,接线如图。答案不唯一。又由（5） 用两个多谐振荡器可以组成如下图 (a)所示的模拟声响电路。适当选择定时元件，使振荡器A的振荡频率fA=1Hz，振荡器B的振荡频率 fB

11、= 1kHz。由于低频振荡器A的输出接至高频振荡器B的复位端(4脚)，当Uo1输出高电平时，B振荡器才能振荡，Uo1输出低电平时， B振荡器被复位，停止振荡，因此使扬声器发出1kHz的间歇声响。其工作波形如图 (b)所示。 用 555 定时器构成的模拟声响发生器(a) 电路图； (b) 波形图 8.4 施密特触发电路施密特触发电路能将边沿变化缓慢的波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲，同时具有回差电压和较强的抗干扰能力。施密特触发电路的特点为1. 输入信号从低电平上升的过程中电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降的过程中对应的输入转换电平不同。2. 在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈

12、过程使输出电压波形的边沿变得很陡。利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高低电平上的噪声有效地清除。8.4.1 用555定时器接成的施密特触发电路8 4 35126F将555定时器的两个输入端连在一起作为信号输入端，如图所示，即得到了施密特触发器。时：时：不变以后：分析 vI 从0开始升高的过程：8.4.1 用555定时器接成的施密特触发电路当以后：回差电压： 从高于 开始下降的过程：时：当时：不变8.4.1 用555定时器接成的施密特触发电路8.4.2 集成施密特触发电路 在TTL电路及CMOS电路中都有单片集成施密特触发器产品，如TTL

13、中的7413、74LS132等；CMOS中的CC40106、CC14093等。集成施密特触发电路还增加了温度补偿、缓冲输出等电路，其性能优良，得到了广泛的应用。8.4.3 用施密特触发电路构成的多谐振荡电路 施密特触发电路最突出的特点是它的电压传输特性有一个滞回区，若能使它的输入电压在两个阈值之间不停地往复变化，那么在输出端就可以得到多谐振荡的矩形脉冲波了。 若使用的是CMOS斯密特触发电路，输出电压波形得到振荡周期的计算公式为 通过调节R和C的大小，即可改变振荡周期。此外，在这个电路的基础上稍加修改就能实现对输出脉冲占空比的调节，脉冲占空比可调的多谐振荡电路接法如图所示。8.4.4 施密特触

14、发电路的应用一、用于波形变换。二、用于脉冲整形。三、用于脉冲鉴幅。波形变换。可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换成矩形脉冲。脉冲整形。将不规则的电压波形整形为矩形波。图 (a)为有干扰的输入信号，图 (b)为回差电压较小的输出波形， 图 (c)为回差电压大于顶部干扰时的输出波形。 增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。脉冲整形8.4.4 施密特触发电路的应用脉冲鉴幅。下图是将一系列幅度不同的脉冲信号加到施密特触发器输入端的波形，只有那些幅度大于上触发电平U+的脉冲才在输出端产生输出信号。因此，通过这一方法可以选出幅度大于U+的脉冲，即对幅度可以进行鉴别。幅度鉴别 8.4.4 施密特触发电路的应用

15、84162357555R1R20.01FLDR+VCCKKA路灯自动开关控制电路光照强LDR阻值小VA2/3VCC 输出低电平VT止K线圈断电常闭触点闭合灯亮光敏电阻负光照系数8.4.4 施密特触发电路的应用8.5 单稳态触发电路将555定时器的触发输入端作为电路的触发信号输入端，并外接R和C于8、6和1引脚，其中6和7引脚相连，就构成了单稳态电路。连线图如图所示。稳定状态稳定状态暂稳态由外界触发自动返回稳态和暂稳态两个状态。外界触发到暂稳态，暂稳态维持一段时间后，自动返回稳态。暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数。特点：整形、延时、定时应用：8.5 单稳态触发电路 单稳态触发电路顾名思义

16、电路只有一个稳态，另一个状态是暂稳态。1. 稳态时：电容充电： T 截止。2. 暂态：电容放电： 充到 后，T放电。8.5.1 用555定时器接成的单稳态触发电路微分型单稳控制附加电路8.5.2 集成单稳态触发器输出缓冲电路 集成单稳态触发器74121输入输出0101010100111011111100集成单稳态触发器74121的功能表稳态下降沿触发上升沿触发集成单稳态触发器74121的外部连接方法及工作波形16347591011141使用外接电阻Rext(下降沿触发）1634759101114使用内部电阻Rint(上升沿触发）不可重复触发型与可重复触发型 图（a）为不可重复型触发单稳态触发器

17、该电路在触发进入暂稳态期间如再次受到触发，对原暂稳态时间没有影响，输出脉冲宽度tw仍从第一次触发开始计算。 图（b）为可重复触发型单稳态触发器 该电路在触发进入暂稳态期间如再次被触发，则输出脉冲宽度可在此前暂稳态时间的基础上再展宽tw。 因此，采用可重复触发单稳态触发器时能比较方便地得到持续时间更长的输出脉冲宽度。1. 脉冲延时单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时。 单稳电路的延时作用 如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳电路来实现。 uO的下降沿比uI的下降沿延迟了tw的时间。 8.5.3 单稳态触发器的应用2.脉冲定时 单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某

18、一电路，则可使它在tw时间内动作(或者不动作)。 8.5.3 单稳态触发器的应用 3. 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。8.5.3 单稳态触发器的应用50定时单稳&uouFuiuFOttttuiuouFuFOtw调整 tw =1S，对uFO的脉冲计数可构成频率计8.5.4 单稳态电路应用实例按一下按钮 S未按uo0J的线圈不通电J 的触点不动作红灯白灯亮灭1通电闭合亮灭白灯亮的时间即为曝光时间 TWTW = 1.1 RC洗相曝光定时器若S打开 , 则 ui = 1 ;若S合上 , 则 ui = 0 48162357uoui+VCCRCDTHTRSJ