2022年医学专题-数电-07-脉冲波形的变换与产生资料

8脉冲波形(bōxínɡ)的变换与产生基本(jīběn)要求2、理解(lǐjiě)555定时器的工作原理，掌握其应用。※1、了解门电路组成的单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的电路组成，理解其工作原理和应用；1第一页，共九十三页。概述1、单元电路类型:(1)单稳态触发器——定时、延时，消除噪声(2)施密特触发器——滤波整形，波形变换(3)多谐振荡器——产生矩形(jǔxíng)波，时钟脉冲波(4)555定时器——多用途器件2、电路(diànlù)结构特点：(1)含有开关元件——各种门电路——产生高低电平(2)含有储能元件——阻容延时元件等3、电路工作(gōngzuò)特点：开关元件的状态转换导致电路的过渡过程4、分析方法:波形图分析法※2第二页，共九十三页。1、门坎(ménkǎn)电平（阈值电压)：VTHTTL与非门一般而言，开门电平(VON)和关门电平(VOFF)不相等。为分析方便(fāngbiàn)，将其理想化处理，引入门坎电平（或阈值电平）的概念，记为VTH。TTL与非门或反相器的电压(diànyā)传输特性为：TTL与非门的VTH=1.4V；预备知识：开门电平VON：使与非门开通的输入高电平的最小值。关门电平VOFF：使与非门关闭的输入低电平的最大值。输出高电平（逻辑1）——与非门关闭输出低电平（逻辑0）——与非门开通3第三页，共九十三页。VDDCDAB1/2VDD1/2VDDVDDOvOvIVGS(th)PVGS(th)PCMOS反相器CMOS反相器的VTH=VDD/2。※同样(tóngyàng)，CMOS反相器也有门坎电平

或（阈值电压)：VTH4第四页，共九十三页。2、TTL与非门的输出(shūchū)等效电路：&输出(shūchū)为高电平（与非门关闭）时：3.6VRo100ΩvOH输出(shūchū)为低电平（与非门开通）时：0.3VvOL输出电阻5第五页，共九十三页。3、TTL与非门的关门(guān〃mén)电阻和开门电阻:&RvIvO输入(shūrù)端悬空，相当于接逻辑高电平；输入端经电阻接电源电压(diànyā)，相当于接逻辑高电平；输入端经电阻接地，输入端的电平与电阻阻值大小有关。RvI1.0VROFF1.4VRON输出高电平——与非门关闭输出低电平——与非门开通6第六页，共九十三页。ROFF=0.85kΩRON=2.5kΩR<ROFF与非门关闭(guānbì)，输出高电平；R>RON与非门开通(kāitōng)，输出低电平。※关门(guān〃mén)电阻开门电阻

※而对于CMOS门电路而言：(1)输入端不许悬空；(2)输入端经电阻接电源时，与接逻辑高电平等效；(3)输入端经电阻接地时，与接逻辑低电平等效。74LS系列：RON=9kΩ7第七页，共九十三页。4、电容的储能(chǔnénɡ)作用：(1)电容具有储能作用，当两端电压增大时，储存电场(diànchǎng)能；当两端电压减小时，释放电场(diànchǎng)能。(2)微分电路：(3)积分电路：CRvIvdvc－+※

电容(diànróng)上的电压不能突变。换路定律：vC(0+)=vC(0-)CRvIvc+－•

稳态时，电容相当于开路。8第八页，共九十三页。8.1单稳态触发器1)电路有一个稳态、一个暂稳态;2)在外加触发(chùfā)信号的作用下，电路由稳态翻转到暂稳态；3)经过一段时间，电路将自动由暂稳态返回到稳态；4)暂态的持续时间只取决于电路参数，而与所加触发信号的宽度无关。与基本(jīběn)SR触发器区别！单稳态触发器的特点(tèdiǎn)：注意:——后者为双稳态电路※9第九页，共九十三页。8.1.1用CMOS门电路组成(zǔchénɡ)的微分型单稳态触发器两个(liǎnɡɡè)与非门(或非门)+RC微分电路构成1、电路(diànlù)组成：注意与P389图8.1.1的不同：输入端未加微分电路≥1≥1vO1vOG2G1vIVDDRCvI2vI2与作业8.1.1类似※&&vO1vOG2G1vIRC•••与基本SR锁存器有何不同？输入为窄脉冲，输出为宽脉冲10第十页，共九十三页。vIvO1vI2vO(1)vI未加单正脉冲(màichōng)

vI=0稳态时C开路(kāilù)vI2=1→vO=00V01012、或非门组成的微分型单稳态触发器的工作(gōngzuò)原理※电容两端电压相等，vC=0V电路处于稳态≥1≥1vO1vOG2G1vIVDDvI2RC+－→vO1=VDD•11第十一页，共九十三页。vIvO1vI2vO≥1≥1vO1vOG2G1vIVDDvI2(2)vI加触发(chùfā)单正脉冲,电路进入暂稳态;vO1=0，电容(diànróng)电压不能突变vI2下跳变vO=1vCvO=1vO1=0vO=1形成正反馈，即使(jíshǐ)vI正脉冲消失，输出仍能维持——自锁。010※此状态能否一直保持下去？+－12第十二页，共九十三页。vIvO1vI2vO≥1≥1vO1vOG2G1vIVDDvI2(3)VDD经R向电容(diànróng)C充电，vI2逐渐升高；0VTH(4)当vI2↑≥阈值电压Vth时，电路状态将发生(fāshēng)突变：※+－13第十三页，共九十三页。vIvO1vI2vO≥1≥1vO1vOG2G1vIVDDvI2VDD+VTHVDD+Δ+vO由1变0vO1=1(注意：∵此时(cǐshí)vI的正脉冲已撤消)电容(diànróng)电压不能突变vC=Vth

vI2上升到VDD+Vth如果G2是CMOS门，由于保护二极管的钳位作用

vI2只能(zhīnénɡ)上升到VDD+Δ+VTH※Vth0001暂态过程结束+－14第十四页，共九十三页。≥1≥1vO1vOG2G1vIVDDvI2VTH+－VDD+Δ+VDD+VTHvIvO1vI2vO(5)恢复(huīfù)过程:电路(diànlù)返回稳态:vI=0vI2=VDDvO=0vO1=1电容(diànróng)放电，vC恢复到稳态值;等待下一次触发※特点:输入窄脉冲，输出宽脉冲。15第十五页，共九十三页。(1)输出(shūchū)脉冲宽度tWVDD+VTHvI2vOVTHVDD+Δ+≥1≥1vO1vOG2G1vIVDDvI20tWtW=0.7RC——只取决于电路参数，与输入脉冲宽度(kuāndù)无关。调节R或C，可改变tW宽度。※tW+－3、主要参数计算(jìsuàn)：根据RC电路瞬态分析的三要素法：RVTH=VDD/216第十六页，共九十三页。(2)恢复(huīfù)时间tre0tre一般认为经过(jīngguò)(3~5)RC时间，电容已经放电完毕，即：(3)最大工作频率：则，触发脉冲的间隔(jiàngé)(周期)最小不能小于tw+tre，即：Tmin>tw+treVDD+VTHvRvOVTHVDD+Δ+tW※tre=(3~5)RC17第十七页，共九十三页。4、讨论(tǎolùn)：≥1≥1vO1vOG2G1vIVDDvI2RC(1)为保证触发脉冲(màichōng)为窄脉冲(màichōng)，输入端加RC微分电路CdvIvdRd(2)为避免在瞬态结束瞬间vI2上跳变时损坏CMOS门，在器件(qìjiàn)内部有二极管保护电路。(3)与非门组成的微分型单稳态触发器是负窄脉冲触发，输出负宽脉冲！(4)用TTL与非门组成微分型单稳态触发器(图8.1.1a)，考虑到输入电流，则应R＜Roff，而Rd＞Ron。CMOS门组成的单稳态触发器中R、Rd不受此限制。※18第十八页，共九十三页。补充(bǔchōng)：积分型单稳态触发器工作(gōngzuò)原理：1)稳态：

vI=0，未加触发(chùfā)正脉冲G1、G2封锁,vO1=vO=1；2)vI加触发正脉冲,电路由稳态变为暂态：vI

G1开启,vO1由1

0∵vc=1不能突变，G2全1出0，vO由1

0两个与非门+RC积分电路※011100vIvOG1G2vcvO11&RvO1经R向C充电至vc=vO1=119第十九页，共九十三页。vIvOG1G2vcvO11&R1003)vc经R和导通G1放电，电路自动(zìdòng)返回稳态。vc↓≤vth时————→G2封锁vO由0

1即使vI正脉冲仍存在4)恢复(huīfù)过程vI下跳变G1封锁(fēnɡsuǒ),vO1由0

1，vO1又经R向C充电，经3RC后，vc=1稳态vth1120第二十页，共九十三页。vIvO1vcvO稳态触发电容(diànróng)放电输出翻转输入消失电容充电恢复稳态tI波形图tWvIvOG1G2vcvO1&1特点(tèdiǎn):输入宽脉冲，输出窄脉冲。※1234

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21第二十一页，共九十三页。输出(shūchū)脉冲宽度tW取决于电容从vOH=3.6v放电至阈值电平1.4V的过渡时间。vO1vcvO21234567tWtpitWRO=100Ω——TTL与非门的输出电阻vIvOG1G2vcvO11&RC※22第二十二页，共九十三页。(1)∵电路中无反馈∴电路状态转换过程较慢输出(shūchū)波形上升沿较差，(2)电路要正常工作必须(bìxū)tpi

>tW适用于宽脉冲触发的电路。vIvOG1G2vcvO11&RC两点说明(shuōmíng)：为此，后面再加一级整形电路。触发脉冲最小周期Tmin>5RC※vO1vcvO1234567tWtpitW23第二十三页，共九十三页。积分型单稳态触发器：宽脉冲(màichōng)触发，触发脉冲(màichōng)宽度要求tpi>tW，尖峰脉冲干扰不会引起误动作——抗干扰能力较强。但是由于没有正反馈，输出波形的边沿不理想。微分型单稳态触发器：窄脉冲触发，容易引起误动作；电路中有正反馈，所以(suǒyǐ)输出的边沿比较好。两种单稳态触发器比较(bǐjiào)：※24第二十四页，共九十三页。分为可重复触发(chùfā)和不可重复触发两类。不可重复(chóngfù)触发型——电路进入暂稳态(被触发状态)时，不受触发输入影响，只有返回稳态后才可以被再次触发。可重复触发型——电路在暂稳态中仍然可以接受输入，可以被重复触发，每触发一次，电路暂稳态会继续保持tW。不可重复(chóngfù)触发tWtWtWtW可重复触发tΔ（74121、74221、74LS221）（74122、74123、74LS122）※8.1.2集成单稳态触发器25第二十五页，共九十三页。

1、不可(bùkě)重复触发的集成单稳态触发器74121触发(chùfā)信号控制电路微分(wēifēn)型单稳触发器定时元件的连接：R：外接电阻或采用内部电阻C：外接电容输出缓冲电路(1)电路结构：※26第二十六页，共九十三页。Rext/Cext,Cext,Rint外接电阻(diànzǔ)/电容/内接电阻(diànzǔ)引脚QNCA1A2BQGNDVCCNCNCNCRext/CextCextRint741211234567141312111098A1、A2、B触发(chùfā)输入Q、Q输出74121功能表HHA1A2BQLHLLHLLLHHHLHHHHHHLL不可触发下降沿触发上升沿触发(2)引脚图和功能表※27第二十七页，共九十三页。(3)工作(gōngzuò)波形：A1A2=0B有上升(shàngshēng)沿B=1,A1A2=1并A2有下降(xiàjiàng)沿B=1,A1A2=1并A1有下降沿※28第二十八页，共九十三页。外接电容接在10，11引脚(Cext,Rext/Cext)之间，如果(rúguǒ)C有极性，正极接10脚(Cext)若使用内部电阻(2k)，把9引脚(Rint)接VCC若使用外部电阻(1.4~40k)，电阻两端(liǎnɡduān)分别接11,14脚(Rext,VCC)输出(shūchū)脉冲宽度tw=0.7RC(4)定时方式：外接电阻内部电阻※+－+－29第二十九页，共九十三页。8.1.3单稳态触发器的应用(yìngyòng)1、定时——利用单稳态触发器输出一定宽度的脉冲，控制其它(qítā)电路，使之在tW时间内动作或不动作。用单稳态触发器控制脉冲(màichōng)的定时通过&单稳态触发器vIvAvBvOvAvIvBvOtW※30第三十页，共九十三页。

vO的上升沿相对于vI的上升沿延迟了tW1的时间(shíjiān)，其宽度由R1、C1决定！2、延时—将输入信号(xìnhào)延迟一定时间之后输出。31第三十一页，共九十三页。3、消除噪声电路(diànlù)(脉宽鉴别电路(diànlù))只要设置tW，使之小于有用(yǒuyònɡ)信号宽度，而大于噪声宽度。对有用信号，在输入仍保持阶段，CP有上升沿，可以输出信号；对干扰(gānrǎo)，在CP上升沿到来时，已经消失，所以被消掉。※VCCA1A2BCextRext/CextQ1DRC1vIvO74121(1)

vI=0→D=0，R=0，触发器清零;(2)vI=1→D=1，R=1，CP无上升沿，触发器输出不变;(3)vI=1→D=1，R=1，CP上升沿，触发器输出1。vIQvOD触发器：D、R接vI；CP接Q干扰脉冲tW干扰脉冲32第三十二页，共九十三页。8.2施密特触发器具有两个稳态；电路状态的转换与维持均依赖于外加触发电平，输入电压在某一点(yīdiǎn)上会导致输出电压的突变；输入信号电压上升和下降对应的阈值电压不同。※VT+VT-vIvOvIvOVT+VT-输入信号为上升趋势的电压(diànyā)，对应阈值电压(diànyā)VT+输入信号为下降趋势的电压，对应阈值电压VT-电压(diànyā)传输特性具有滞回特性：VT+VT-－△VT=称为回差电路特点：33第三十三页，共九十三页。8.2.1门电路组成(zǔchénɡ)的施密特触发器1、电路(diànlù)组成：图8.2.2CMOS反相器组成的施密特触发器G1、G2：CMOS反相器；设阈值电压Vth=VDD/2，R1<R2vIvOvO1vI1R1R211G1G2显然,G1门的输入vI1决定着电路的状态。状态翻转(fānzhuǎn)的临界时刻为vI1=Vth根据叠加原理有34第三十四页，共九十三页。(1)当vI=0V时G1门截止(jiézhǐ)，G2门导通

vO=0V。设输入(shūrù)为三角波由此求得正阈值电压VT+2、工作(gōngzuò)原理：tvIVTHVT+VT+VTHvI1=vI从0V逐渐↑,只要vI1<VTH，即vI<VT+时，vO=0V不变。tvOvIvOvO1vI1R1R211G1G2vI从0V逐渐↑,当vI上升到使vI1=VTH时35第三十五页，共九十三页。tvIVTHVT+tvO(2)vI继续↑,当使vI1≥Vth时，电路(diànlù)发生如下正反馈过程：vI1↑vo1↓vo↑电路状态很快转换(zhuǎnhuàn)为vo≈VDD，由此负阈值电压VT-vO=VDDVT-VTHVT-(3)vI↑↑，到达(dàodá)最大值后↓，只要vI≥VT-，vO保持VDD不变。vIvOvO1vI1R1R211G1G236第三十六页，共九十三页。tvIVTHVT+tvOVT-(4)vI继续↓，当vI≤VT-时，电路(diànlù)发生如下正反馈过程：vI1↓

vo1↑

vo↓

电路状态很快转换(zhuǎnhuàn)为vo=0V。(5)vI↓↓，到达最小值后上升(shàngshēng)，只要vI<VT+，vO=0V不变。··············重复上述过程，电路输出矩形波。三角波矩形波若输入为三角波，※波形变换vIvOvO1vI1R1R211G1G237第三十七页，共九十三页。若VTH=VDD/2vIvOVT+VT-调节R1、R2，可以(kěyǐ)调节回差电压1vIvO1vIvO逻辑(luójí)符号※3、求回差由VT+VT-vIvO逻辑(luójí)符号电压传输特性P4038.2.2集成施密特触发器介绍了CC40106——施密特反相器电压传输特性同相输出反相输出38第三十八页，共九十三页。8.2.3施密特触发器的应用(yìngyòng)：1、波形(bōxínɡ)变换vItvOtVT+VT-VT+VT-vItvOt正弦波矩形(jǔxíng)波三角波矩形波※1vIvO39第三十九页，共九十三页。2、波形整形——消除噪声(zàoshēng)干扰vItvOtVT+VT-vItvOtVT+VT-回差电压(diànyā)比较小回差电压(diànyā)比较大具有顶部干扰的输入信号※vItvOtVT+VT-1vIvO40第四十页，共九十三页。vItvOtVT+VT-可以调节(tiáojié)VT+作为鉴别门限※(3)幅度(fúdù)鉴别：去除幅度小于某个(mǒuɡè)值的脉冲，只要调节VT+的值即可。1vIvO41第四十一页，共九十三页。8.3多谐振荡器一种自激振荡电路，在接通电源后无需外界触发即可产生一定频率和幅值的矩形脉冲或方波，没有稳定(wěndìng)状态——无稳态电路。矩形(jǔxíng)波中含有多种谐波分量，又称为多谐振荡器。电路(diànlù)特点：※(1)电路中含有开关器件,如门电路、电压比较器、BJT等——用以产生高低电平；(2)具有反馈网络——将输出电压反馈给开关器件使之改变输出状态——自动进入振荡状态；(3)具有延时环节(RC充放电回路）——以获得所需要的振荡频率。42第四十二页，共九十三页。8.3.1门电路组成(zǔchénɡ)的多谐振荡器1、电路(diànlù)组成：G1、G1：CMOS反相器——开关(kāiguān)器件；R、C：延时环节兼作反馈网络。※vO2G1G2vO1vI11RC•••

vID1

D2

TP

TN

vO1

R

C

D4

D3

TP

TN

vOG1

G2

+VDD

VC43第四十三页，共九十三页。2、工作(gōngzuò)原理(1)t=0时刻接通电源(diànyuán)，假定C未充电；vO1=VOH=VDD,则vI=vO2=VOL=0;+-(2)vO1高电平，vO2低电平，vO1通过R向C充电(chōngdiàn),vI电压逐渐升高。此状态能否一直保持下去？第一暂态※VDDVTHvIvO1vO2VDDVDDtttvO2G1G2vO1vI11RC•••44第四十四页，共九十三页。(3)当vI上升(shàngshēng)至VTH时,门电路G1发生状态翻转，

vO1=0

vO2=VDD电容两端电压不能突变vC=VTH

vI=vO2+vC=VDD+VTH对CMOS门电路而言，VTH=1/2VDD,vI应该上升到1.5VDD，但是由于保护二极管的作用(zuòyòng)，vI不能上升那么高，仅到达VDD+ΔV++-0VTH※VDDVTHvIvO1vO2VDDVDDtttVDD+ΔV+VDD+VTHvO2G1G2vO1vI11RC•••45第四十五页，共九十三页。+-电容(diànróng)C通过R放电或由vO2反向充电，vI电压逐渐下降。(4)vO1=0,vO2=VDD,在vI下降(xiàjiàng)至Vth之前，vO1=0，vO2=VDD，保持不变。此状态能否一直保持(bǎochí)下去？※VDDVTHvIvO1vO2VDDVDDtttVDD+ΔV+第二暂态vO2G1G2vO1vI11RC•••46第四十六页，共九十三页。(5)当vI下降到VTH,门电路G1再次发生状态变化vO1=VDD,vO2=0此时vC=VDD-VTH,电容电压(diànyā)不能突变vI=VTH-VDD=-(VDD-VTH)CMOS门电路-(VDD-VTH)=-1/2VDD,由于保护二极管的作用，vI只能(zhīnénɡ)下降到-ΔV-※VDDVTHvIvO1vO2VDDVDDtttVDD+ΔV+－ΔV-+-vO2G1G2vO1vI11RC•••47第四十七页，共九十三页。(6)

vI=-ΔV-

vO1=VDD

vO2=0，电路(diànlù)又回到第一暂稳态。···········周而复始，电路产生(chǎnshēng)多谐振荡。※VDDVTHvIvO1vO2VDDVDDtttVDD+ΔV+－ΔV-vO2G1G2vO1vI11RC•••48第四十八页，共九十三页。3、振荡频率(pínlǜ)计算：由RC电路(diànlù)的瞬态响应(三要素法)：vO1vO2vIRC根据(gēnjù)vI求tt1t2T1T2VDDVTHvIvO2VDDVDD+ΔV+-ΔV-※vO2G1G2vO1vI11RC•••三要素法见阎石主编《数字电子技术基础》P274~27549第四十九页，共九十三页。求T1:t1为时间(shíjiān)起点0+；求T2:t2为时间起点0+；vO1=VDDvO2=0vIRC计算(jìsuàn)T1：※t1t2T1T2VDDVTHvIvO2VDDVDD+ΔV+-ΔV-vI(0+)=-ΔV- vI(T1)=VTH

vI(∞)=VDD50第五十页，共九十三页。vI(∞)=0vI(T2)=VTHvI(0+)=VDD+ΔV+vO1=0vO2=VDDvIRC计算(jìsuàn)T2：※t1t2T1T2VDDVTHvIvO2VDDVDD+ΔV+-ΔV-51第五十一页，共九十三页。ΔV+,ΔV-的值大约为保护二极管的正向导(xiàngdǎo)通电压0.7V,相对于VDD可以忽略不计对CMOS门电路：VTH=1/2VDD，则有调节(tiáojié)R或C可以改变T或f※52第五十二页，共九十三页。8.3.2施密特触发器构成(gòuchéng)的的多谐振荡器vItvOtVT+VT-T1T2※1vIvORCTT=T1+T2=振荡周期••53第五十三页，共九十三页。1、石英晶体的电路符号(fúhào)和选频特性电路符号电抗(diànkàng)频率特性fXf0电感性电容性电容性当f=f0时,电抗(diànkàng)

X=08.3.3石英晶体振荡器（了解）具有极高的等效品质因数Q选频特性极高频率稳定度极高※频率稳定度(∆

f0/f0)可达10-10~10-11。54第五十四页，共九十三页。限流电阻(diànzǔ)结合(jiéhé)工作波形说明其工作原理:※补充(bǔchōng):实验电路1——RC环形多谐振荡器将奇数个与非门（反相器）首尾相接，添加RC延时电路即可构成。RC延时环节兼作反馈网络。111RRSCAvo3vo1vo2vR＋－G1G2G3G4vo1整形55第五十五页，共九十三页。(1)设:电源(diànyuán)合闸瞬间vA>vth电容反向充电(chōngdiàn)vA下降在vR>

vth时，vo不翻转(fānzhuǎn)。vo=0→vo1=1→vo2=0vR>vth→vC经R放电(或vo1向C反向充电)→vA↓0tvo0tvo20tvo10tvRVth※111RRSCAvovo1vo2vR＋－第一暂态56第五十六页，共九十三页。(2)当vR↓≤vth时，vo翻转→vo1、vo2也随着(suízhe)一起翻转。注意:

由于电容电压(diànyā)不能突变,当vo1发生下跳变时,vR下跳变同样的值。V※111RRSCAvovo1vo2vR＋－0tvo0tvo20tvo10tvRVth57第五十七页，共九十三页。只要(zhǐyào)vR<vth，vo就不翻转。(3)由于vo1<vo2，vo2经R向C正向(zhènɡxiànɡ)充电→vR↑;※111RRSCAvovo1vo2vR＋－V0tvo0tvo20tvo10tvRVth第二(dìèr)暂态58第五十八页，共九十三页。(4)当vA↑≥vth

时，vo、vo1、vo2翻转(fānzhuǎn)。同理由于电容电压(diànyā)不能突变,当vo1发生上跳变时,vA将上跳变同样的值。V然后电容又反向充电，vA开始(kāishǐ)下降如此，周而复始……※111RRSCAvovo1vo2vA＋－0tvo0tvo20tvo10tvAVthV59第五十九页，共九十三页。T由此产生(chǎnshēng)多谐振荡：※

说明：由于与非门输出电阻和电路中电容的影响，当与非门输出由0→1时，在上跳变瞬间(shùnjiān)，其高电平达不到3.6V（因为充电电流在输出电阻Ro上有电压降）；随着充电电流的减小，输出高电平升高，如图所示。0tvo0tvo20tvo10tvRVthVT1T2振荡周期T:60第六十页，共九十三页。T≈2.2RC若VOH=3V，Vth=1.4V见阎石主编《数字电子(diànzǐ)技术基础》P486由RC电路(diànlù)的瞬态响应(三要素法)：即：若R1+RS>>R，忽略(hūlüè)与非门输出电阻，且VOL≈0，※则有61第六十一页，共九十三页。补充:实验电路(diànlù)2——积分型单稳态触发器11vIvo1vCRvoCvIvcvo1vo输入宽脉冲(màichōng)，输出窄脉冲。62第六十二页，共九十三页。补充(bǔchōng):实验电路3——微分型单稳态触发器G1G2G3整形(zhěngxíng)作用稳态：Vi未加触发负脉冲，C断路，∵R=510Ω<Roff→G2关闭(guānbì)→vo2=1→反馈至G1输入端;∵R1=10kΩ>Ron(相当于输入高电平)→G1开通→vo1=0为什么?R1为什么取10K?微分电路——将宽脉冲变为窄脉冲注意两个微分电路的不同！63第六十三页，共九十三页。vIttvdttttvo1vRvo2voG1G2G3波形图tWΩ其中(qízhōng)64第六十四页，共九十三页。8.4555定时器及其应用(yìngyòng)预备知识：电压(diànyā)比较器——模拟电子中有详述电压比较(bǐjiào)器是运算放大器的非线性应用（开环）运算放大器是一种高输入阻抗、低输出阻抗、高增益、低漂移的直耦式多级放大器。C+－vI+vI-vO符号同相输入端反相输入端当vI+>vI-时，vO=+VOmax——输出为逻辑1；当vI+<vI-时，vO=-VOmax——输出为逻辑0；一种应用极为广泛的中规模集成电路，用于信号产生、变换、控制与检测。※65第六十五页，共九十三页。三个电阻构成分压电路：VR1=2/3VCC;VR2=1/3VCC带有清零端(RD)的基本SR锁存器：R≠S时，Q=RR=S=1时，Q保持R=S=0时，Q=1,次态不定。RD=0时，vO=0电压比较器C1,C2：V+>V-输出1V->V+输出0门控放电管：受Q控制的放电开关RD输出缓冲级：提高带负载能力，隔离负载的影响RS控制(kòngzhì)电压阈值(yùzhí)输入触发(chùfā)输入放电端复位端电源接地输出端1、电路结构:芯片有八个管脚※阈值输入触发输入控制电压放电端输出端复位端电源接地66第六十六页，共九十三页。(2)vI1>2/3VCC;vI2<1/3VCCR=0,S=0Q=1vO=1，TD截止(jiézhǐ);(3)vI1<2/3VCC;vI2>1/3VCCR=1,S=1Q保持(bǎochí)vO保持，TD保持;(4)vI1<2/3VCC;vI2<1/3VCCR=1,S=0Q=1vO=1，TD截止(jiézhǐ);(1)

vI1>2/3VCC;vI2>1/3VCCR=0,S=1Q=0

vO=0，TD导通2、工作原理RD=0时，TD导通，vO=0※RD1/3VCC2/3VCC设RD=1、VCO悬空，由于三个电阻的分压关系，RS67第六十七页，共九十三页。输入输出RDvI1vI2vOTD状态0××低电平导通1低电平导通1不变不变1高电平截止＞＞＜＞＜＜1高电平截止＞＜555定时器的功能表则电路相应的所有(suǒyǒu)阈值都发生变化。※思考：RD=1时，若加控制(kòngzhì)电压VCO，如何？阈值(yùzhí)输入触发输入R=0S=1R=1S=0R=1S=1R=0S=068第六十八页，共九十三页。则电路相应的所有(suǒyǒu)阈值都发生变化。思考：RD=1时，若加控制电压(diànyā)VCO，如何？vI1=VCOvI2=1/2VCO69第六十九页，共九十三页。3、555定时器的应用(yìngyòng)a.vI<1/3VCC时，C1输出(shūchū)高电平，C2输出低电平，vO1=1c.1/3VCC<vI<2/3VCC时，C1输出(shūchū)高电平，C2输出高电平，即R=S=1，vO1保持。(1)构成施密特触发器:vIvO1VCC12348765VCOVCC1vO2b.vI>2/3VCC时，C1输出低电平，C2输出高电平，vO1=0※RS70第七十页，共九十三页。如果(rúguǒ)vI从小变大，vI<1/3VCCvO1=11/3VCC<vI<2/3VCCvO1=1vI>2/3VCCvO1=0如果(rúguǒ)vI从大变小，vI>2/3VCCvO1=01/3VCC<vI<2/3VCCvO1=0

vI<1/3VCCvO1=1设vI输入(shūrù)为三角波※vIvO1VCC12348765VCOVCC1vO2VT+=2/3VCC;VT-=1/3VCC——反相输出的施密特触发器RS71第七十一页，共九十三页。vIvO1若在5引脚上加控制电压(diànyā)，可以改变VT+,VT-电压传输(chuánshū)特性：VT+VT-vO1=0时，vO2=0V;vO1=1时，vO2=VCC1vIvO1VCC12348765VCOVCC1vO2RS72第七十二页，共九十三页。tvOVT+2/3VCCVT-1/3VCCvIt波形图三角(sānjiǎo)波矩形(jǔxíng)波波形(bōxínɡ)变换※73第七十三页，共九十三页。vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2(2)构成(gòuchéng)多谐振荡器:a.初始(chūshǐ)Vc=0，电源合闸，VCC经R1、R2向C充电，vC增大，在vC＜2/3VCC时，vO=1，放电管TD截止；b.vC继续(jìxù)增大，当vC≥2/3VCC时，vO=0，放电管TD导通；c.vC经R2和放电管TD放电，

vC下降，当vC≤1/3VCC时，

vO=1，放电管TD又截止；d.VCC又经R1、R2向C充电，vC增大……周而复始，vO输出矩形波。※RS74第七十四页，共九十三页。VT+VT-vCvOtPLtPH占空比：q(%)=tPH/(tPL+tPH)*100%=(R2+R1)/(2R2+R1)*100%※VCC经R1、R2向C充电(chōngdiàn)VC经R2和放电管TD放电(fàngdiàn)可见占空比只与电阻(diànzǔ)有关系75第七十五页，共九十三页。vOVCCR1C0.01uF12348765R2R3RARB充电(chōngdiàn)路径：tPH=RACln2放电(fàngdiàn)路径：tPL=RBCln2占空比：q(%)=tPH/(tPL+tPH)*100%=RA/(RA+RB)*100%占空比可调的方波发生器利用(lìyòng)D单向导电特性，将充、放电回路分开，再加上电位器调节，便构成了占空比可调的多谐振荡器※76第七十六页，共九十三页。VCCvI(3)构成(gòuchéng)单稳态触发器vIvOVCCRCvC0.01uF12348765电路组成(zǔchénɡ)：触发信号从触发输入端vI2(2)

输入，将放电端(7)与阈值输入端(6)vI1相连，同时对电源和对地分别接入R和C，77第七十七页，共九十三页。VCCvI(3)构成(gòuchéng)单稳态触发器vIvOVCCRCvC0.01uF12348765a.电路(diànlù)的稳态:vc=0，vo=0，R=S=1vI=1(未加触发(chùfā)负脉冲)：1）vO=0，TD导通，vC迅速放电至0V，R=S=1→vO保持低电平不变2）vO=1，TD截止，VCC经R向C充电，当vC↑≥2/3VCC时，R=0，S=1→vO=0V→TD导通，vC迅速放电至0V→R=S=1→vO保持低电平不变。b.vI加触发负脉冲，电路翻转为暂态：vI下跳变，当vI≤1/3VCC时，S=0，R=1Q=1,vO跳变为高电平，与此同时，TD截止，电容被充电。78第七十八页，共九十三页。VCCvI(3)构成(gòuchéng)单稳态触发器vIvOVCCRCvC0.01uF12348765c.当C充电至2/3VCC时，

R=0。如输入端触发负脉冲已消失，即S=1Q=0，于是vO跳变为低电平，同时TD导通，电容(diànróng)迅速放电至0V，电路恢复到稳态。79第七十九页，共九十三页。※波形图：vItvCtVTHVCCvOttW该触发器是不可重复(chóngfù)触发型因为(yīnwèi)触发器回0的唯一条件是vC上升至2/3VCC时，R=0。80第八十页，共九十三页。在暂态过程中，即使vI有新的负脉冲，vo仍保持(bǎochí)为1，电路状态不变，直至暂态结束。2/3VCCRvCvI(S)vOVCCtttt※另外注意(zhùyì)：此单稳态触发器为窄脉冲触发！VCCvI81第八十一页，共九十三页。VTHvCvOVCCtW在5引脚外，接控制