脉冲波形的变换与产生演示文稿

脉冲波形的变换与产生演示文稿当前1页，总共56页。（优选）脉冲波形的变换与产生当前2页，总共56页。

555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。555定时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。8.1集成555定时器1、分压器：由三个等值电阻（5k

）构成分压器2、比较器：由电压比较器C1和C2构成一、555定时器的电路结构电压比较器的功能：

v+>v-，vO=1v+<v-，vO=03、基本SR触发器4、放电三极管T及缓冲器G。当前3页，总共56页。CC&&&1RSTG5K5K5K12VRvvvCCDICI1I2OOv,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入放电端12658437Ov,vI2I1vvICVCCvO555DR分压器比较器S-R触发器T放大管缓冲器一、555定时器的电路结构当前4页，总共56页。CC&&&1RSTG5K5K5K12VRvvvCCDICI1I2OOv,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入放电端（1）4脚为复位输入端（RD

）当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。（2）5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3VCC

和1/3VCC

。（3）2脚为触发输入端，6脚为阈值输入端；两端的电位高低控制比较器C1和C2的输出，从而控制SR触发器，决定输出状态。12658437Ov,vI2I1vvICVCCvO555DR当前5页，总共56页。阈值输入vI1触发输入vI2复位RD输出vO放电管T××00导通11101截止导通不变不变RS101011××二、555定时器的工作原理当前6页，总共56页。8.2单稳态触发器特点：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，自动返回到稳态。一．用555定时器组成单稳态触发器

1.电路组成及工作原理当前7页，总共56页。CC&&&1RSTG5K5K5K12VRvvvCCDICI1I2OOv,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v一．用555定时器组成单稳态触发器

1.电路组成及工作原理接通电源>2/3VCC01110VO=0导通1稳定状态1vCRVCCviC当前8页，总共56页。CC&&&1RSTG5K5K5K12VRvvvCCDICI1I2OOv,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v一．用555定时器组成单稳态触发器

1.电路组成及工作原理vCRVCCviC11VO=1截止暂稳状态0<1/3VCC01001若vi低电平不消失，VO=1当前9页，总共56页。一．用555定时器组成单稳态触发器

1.电路组成及工作原理CC&&&1RSTG5K5K5K12VRvvvCCDICI1I2OOv,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位vvCRVCCviC11VO=1截止暂稳状态001001若vi由0变111保持状态C继续充电当前10页，总共56页。一．用555定时器组成单稳态触发器

1.电路组成及工作原理CC&&&1RSTG5K5K5K12VRvvvCCDICI1I2OOv,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位vvCRVCCviC11VO=1截止001001若vC大于2/3VCC11保持状态C继续充电010VO=0导通C放电当前11页，总共56页。8.2单稳态触发器特点：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，自动返回到稳态。一．用555定时器组成单稳态触发器

1.电路组成及工作原理（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态当vI=1时，电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。26VCCRDO5553vI2I1v84v7RVCCC150.01μC1vCvI（2）vI下降沿触发当vI下降沿到达时，vO由0跳变为1电路由稳态转入暂稳态当前12页，总共56页。（3）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，三极管T截止，VCC经R向C充电。时间常数τ1=RC，vC由0V开始增大，在vC上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。（4）自动返回（暂稳态结束）时间

当vC上升至2/3VCC时，vO由1跳变0，三极管T由截止转为饱和导通，电容C经T迅速放电，电压vC迅速降至0V，电路由暂稳态重新转入稳态。当前13页，总共56页。（5）恢复过程当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的放电三极管

T放电，时间常数τ2=RCESC，经过(3～5)τ2后，电容C放电完毕，恢复过程结束。当前14页，总共56页。2.主要参数估算（1）输出脉冲宽度tw（用三要素法计算）上式说明：

单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定时元件R、C的取值；与输入触发信号和电源电压无关，调节R、C的取值，即可方便的调节tW。（2）恢复时间tre（3）最高工作频率fmax26VCCRDO5553vI2I1v84v7RVCCC150.01μC1vCvI()23~5rett=当前15页，总共56页。二．集成单稳态触发器74121说明：A1和A2是两个下降沿有效的触发信号输入端，B是上升沿有效的触发信号输入端。A1A2B

vO

vO输入输出工作特征0

×

101×

0

101×

×

1011

1

×

011

1

1

1

10

××

0保持稳态下降沿触发上降沿触发AABvovoextCRintCextextRVCCGND101114916345127741218.2单稳态触发器当前16页，总共56页。集成单稳态触发器74121的外部元件连接方法:

（a）使用外部电阻Rext且电路为下降沿触发的连接方式；（b）使用内部电阻Rint且电路为上升沿触发的连接方式。二．集成单稳态触发器741218.2单稳态触发器AABovovextCintRextextCRCCVGND10111491634512774121CCVextR1vICextAABovovextCintRextextCRCCVGND10111491634512774121vICextCCV当前17页，总共56页。（1）输出脉冲宽度tW

使用外接电阻：tW≈0.7RextC

使用内部电阻：tW≈0.7RintC（2）输入触发脉冲最小周期Tmin

Tmin=tW＋tretre是恢复时间。（3）周期性输入触发脉冲占空比q

定义：

q=tW/T

最大占空比：

qmax=tW/Tmin74121内部电阻=2KΩ，外接电阻Rext可在1.4～40KΩ之间选择，外接电容C可在10pF～10uF之间选择。所以，当R=2kΩ时，最大占空比qmax为67%；当R=40KΩ时，最大占空比qmax可达90%。74121的主要参数二．集成单稳态触发器741218.2单稳态触发器当前18页，总共56页。1.延时与定时（1）延时三．单稳态触发器的应用8.2单稳态触发器图中：v/O的下降沿比vI的下降沿滞后了时间tW。（2）定时1&vIOvvO单稳与门vFtWvIvOvFOv当v/O=1时，与门打开，vO=vF。当v/O=0时，与门关闭，vO为低电平。显然与门打开的时间是恒定不变的，就是单稳输出脉冲v/O的宽度tW。当前19页，总共56页。

2.整形作用：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。三．单稳态触发器的应用8.2单稳态触发器当前20页，总共56页。3.触摸定时控制开关工作原理：

555定时器构成单稳态触发器，只要用手触摸一下金属片P，由于人体感应电压相当于在触发输入端（管脚2）加入一个负脉冲，555输出端输出高电平，灯泡（RL）发光，当暂稳态时间（tW）结束时，555输出端恢复低电平，灯泡熄灭。作用：该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由RC参数调节。84762153555+VCCRLR100kC100μC10.01μ(+6V)P三．单稳态触发器的应用8.2单稳态触发器当前21页，总共56页。4.触摸、声控双功能延时灯84762153C447μC0.01μ555NEA~220VR3R1M220kSCRMCR1004.7M4.7MR4R5R6R71M10k5C0.022μTT1290149013HTDC3220μD1N4004C10.56μ/400V1R3300.01μC2VDD（+6V）DW2CW13工作原理：（1）555和T1、R3、R2、C4组成单稳定时电路，定时（即灯亮）时间约为1分钟。（2）当击掌声传至压电陶瓷片时，HTD将声音信号转换成电信号，经T2、T1放大，触发555，使555输出高电平，触发导通晶闸管SCR，电灯亮；

同样，若触摸金属片A时，人体感应电信号经R4、R5加至T1基极，也能使T1导通，触发555，达到上述效果。当前22页，总共56页。【8.1.2】图所示电路时用CMOS或非门构成的单稳态触发器的另一种形式。是回答下列问题：（1）分析电路的工作原理；（2）画出加入触发脉冲后vO1、vO2及vR的工作波形；（3）写出输出脉宽tw的表达式。【分析】本电路为由R、C和与非门构成的单稳态电路，通过对C的充放电实现单稳态和暂稳态之间的转换。解：（1）电路的工作过程稳态：当vI=0，vR=0时，vO1=1，vO2=0；暂稳态：当vI有上跳沿时（即0→1），vO1由1→0，vO2由0→1，经C电容耦合，vR也由0→1。此后vO2对C充电，vR呈指数下降。由暂稳态返回稳态：当vR下降至Vth，且vI撤除后，G1输入全为0，因此，vO1由0→1，vO2由1→0，又返回稳态。同样由于电容的耦合，vR也和vO2一样作等副下降。然后，电容C放电，使vR回到稳态。（2）工作波形≥1≥1vO1vO2vRvIG1G2CR当前23页，总共56页。解：（1）电路的工作过程稳态：当vI=0，vR=0时，vO1=1，vO2=0；暂稳态：当vI有上跳沿时（即0→1），vO1由1→0，vO2由0→1，经C电容耦合，vR也由0→1。此后vO2对C充电，vR呈指数下降。由暂稳态返回稳态：当vR下降至Vth，且vI撤除后，G1输入全为0，因此，vO1由0→1，vO2由1→0，又返回稳态。同样由于电容的耦合，vR也和vO2一样作等副下降。然后，电容C放电，使vR回到稳态。（2）工作波形vItvO1t00tvRVDDVthtvO2tw（3）若则≥1≥1vO1vO2vRvIG1G2CR当前24页，总共56页。【8.1.3】由集成单稳态触发器74121组成的延时电路及输入波形如图。（1）计算输出脉宽的变化范围；（2）解释为什么使用电位器时要串接一个电阻。CextRext/CextVCC1uF20KΩ5.1KΩ74121A1A2BvIQvO【解】（1）因此脉宽（2）串接的5.1K电阻是一个保护电阻，以防止电位器调到零时触发器不能正常工作。当前25页，总共56页。【8.1.4】某控制系统要求生产的信号va与vb系统时钟CP的时序关系如图所示。试用4位二进制计数器74LVC161、集成单稳74121设计该信号发生电路，画出电路图。vbvaCPtw【解】va与CP呈四分频关系，而vb则是在va波形的下降沿触发下，产生的脉宽为tw的正脉冲。电路设计应做如下考虑：首先，设计出产生va电路，然后用va作为触发信号，用单稳态触发器得到题意要求的输出波形。根据74161的逻辑功能表，将其连接为4位二进制加法计数器的工作状态。分析在CP作用下Q3、Q2、Q1、Q0的工作波形可知，va＝

Q1Q0则，可用一片74LVC161和与门就能组成va产生电路。当前26页，总共56页。vbvaCPtw然后，再用va作为集成单稳态触发器74121的触发信号，这样，在74121的Q端即可得到vb波形。合理选择R、C的值，使tw的值满足题意要求。由以上分析，可画出时序信号产生电路，如图。CPD0D1

D2

D3RDETEP74LVC161Q0Q1

Q2

Q3&A1A2B174121CextRextVCCRCQvbva1G1CP当前27页，总共56页。8.3施密特触发器施密特触发器——具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。一.用555定时器构成的施密特触发器

1.电路组成及工作原理vIttvO12/3VCC1/3VCC1265VCCRDO5553Ov7vvI2I1vIC8412IvCCVVCC2Rv当前28页，总共56页。CC&&&1RSTG5kΩ5kΩ5kΩ12VRvvvCCDICI1I2OOv,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入放电端当前29页，总共56页。2.电压滞回特性和主要参数

（1）电压滞回特性vOvI8.3施密特触发器一.用555定时器构成的施密特触发器

逻辑符号（反相输出）反相输出的传输特性（2）主要静态参数上限阈值电压VT+——vI上升过程中，输出电压vO由高电平VOH跳变到低电平VOL时，所对应的输入电压值。VT+=2/3VCC。下限阈值电压VT-——vI下降过程中，vO由低电平VOL跳变到高电平VOH时，所对应的输入电压值。VT-=1/3VCC。（3）回差电压ΔVT

ΔVT=VT+－VT-=1/3VCCvOvIVOLVOH0VCCVT+VT-2/3VCC1/3VCC当前30页，总共56页。

2.TTL集成施密特触发器74LS14二．集成施密特触发器

1.CMOS集成施密特触发器CC401068.3施密特触发器12345678910111213141A1Y2A2Y3A3Y4A4Y5A5Y6A6YVVDDSS(a)CC4010612345671A1Y2A2Y3A3YGND8910111213144A4Y5A5Y6A6YVCC(b)74LS14当前31页，总共56页。2.用作整形电路——把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。三．施密特触发器的应用举例1.用作接口电路——将缓慢变化的输入信号，转换成为符合TTL系统要求的脉冲波形。8.3施密特触发器MOSCMOS正弦波振荡器输出输入VT+VT-当前32页，总共56页。

3.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VT+的输入脉冲。三．施密特触发器的应用举例8.3施密特触发器vOvI逻辑符号（反相输出）VT+VT-00ttvOvI当前33页，总共56页。【8.2.1】回差电压可调的施密特电路如图所示，它是利用射极跟随器的射极电阻来调节回差的。（1）分析电路的工作原理；（2）当及Re1在50~100Ω的范围内变动时，试计算回差的变化范围。Re1Re2100Ω100Ω3.3kΩ2.2kΩvIS1&&vO1vO2VCCRvAvBT解：（1）当vI=0时，T截止，vA=vB=0，因此，vO1=1，vO2=0。设与非门阈值电压Vth=1.4V。当vI上升使T导通且vA=1.4V时，S=1，当vB未达到1.4V时，R=1，因此，vO1=1，vO2=0，不发生翻转。直至vB达到1.4V，S=1，R=0，电路翻转，vO1=0，vO2=1。设此时vI为正向阈值电压VT+当vI下降时，vB下降到1.4V以下时，S=R=1，vO1、vO2不变。当vI继续下降，当vA低于1.4V时，S=0，R=1，状态翻转，即vO1=1，vO2=0。设此时vI为负向阈值电压VT－

当前34页，总共56页。Re1Re2100Ω100Ω3.3kΩ2.2kΩvIS1&&vO1vO2VCCRvAvBT解：（2）根据上面的分析，vB上升达到1.4V时的vI就是VT+，因此当vA下降达到1.4V时的vI就是VT－因此当Re1在50~100Ω范围内时，当前35页，总共56页。【8.2.2】集成施密特电路和集成单稳态触发器74121构成的电路如图所示。已知集成施密特电路的VDD＝10V，R＝100KΩ，C＝0.01uF，VT+＝6.3V，VT－＝2.7V，Cext＝0.01uF，Rext＝30KΩ。（1）分别计算的周期及的脉宽。（2）根据计算结果画出的波形。&A1A274121CextRext/CextVCCRextCQvO1BRvO2VCCR1SC【分析】施密特触发器构成方波产生电路，调节R和C可以调节频率。通过调节单稳态触发器的外接Cext和Rext可以调节脉宽。【解】集成施密特触发器构成多谐振荡器，当开关S接通高电平时，电路开始振荡，vO1的周期由电容C充电时间t1和电容C放电时间t2组成。当前36页，总共56页。&A1A274121CextRext/CextVCCRextCQvO1BRvO2VCCR1SC【解】集成施密特触发器构成多谐振荡器，当开关S接通高电平时，电路开始振荡，vO1的周期由电容C充电时间t1和电容C放电时间t2组成。单稳态脉宽为：vCtwtttvO1vO2T当前37页，总共56页。8.4多谐振荡器多谐振荡器——能产生矩形脉冲波的自激振荡器。一．用555定时器构成的多谐振荡器1.电路组成及工作原理26VCCRDO5553vI2I1v84v7RRVCC12C150.01uC1vCPT2T1TvOvC2/3VCC1/3VCC00tt0t1t2t当前38页，总共56页。VCC++C1++C2QQRDSD...5K5K5KVAVB

T13245678(复位端)(地)vO1.由555定时器组成的多谐振荡器接通电源通电前uC=0011100>2/3UCCRD=1SD=0..vCR1R2.+–C充电C放电1<1/3VCC当前39页，总共56页。48562713+VCCvO.vC..CR1R2tp1tp22/3VCC1/3VCCRD=1SD=0Q=1Q=0

T截止Q=0Q=1

T导通RD=0SD=1tp1=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)Ctp2=R2Cln2=0.7R2CT=tp1+tp2=0.7(R1+2R2)C接通电源C充电C放电vCtOvOtO当前40页，总共56页。2.振荡频率的估算26VCCRDO5553vI2I1v84v7RRVCC12C150.01μFC1vCP一．用555定时器构成的多谐振荡器（1）电容充电时间T1：（用三要素法计算）（2）电容放电时间T2（3）电路振荡周期T（4）电路振荡频率f（5）输出波形占空比q当前41页，总共56页。二．占空比可调的多谐振荡器电路机理：利用半导体二极管的单向导电特性，把电容C充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC150.01¦ÌFC1vCDD121R2R可计算得：

T1＝0.7R1CT2＝0.7R2C占空比：8.4多谐振荡器当前42页，总共56页。三．石英晶体多谐振荡器

1.石英晶体的选频特性8.4多谐振荡器有两个谐振频率（1）当f＝fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗X＝0；（2）当f＝fp时，为并联谐振，石英晶体的电抗X＝∞。由晶体本身的特性决定：fs≈fp≈f0（晶体的标称频率）石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达10-10～10-11。0ffsX电感性电容性石英晶体的符号fp当前43页，总共56页。2.石英晶体多谐振荡器（1）串联式振荡器R1、R2的作用——使两个反相器在静态时都工作在转折区，成为具有很强放大能力的放大电路。对于TTL门，常取R1＝R2＝0.7～2kΩ，若是CMOS门则常取R1＝R2＝10～100MΩ；C1＝C2是耦合电容。石英晶体工作在串联谐振频率fs下，只有频率为fs的信号才能通过，满足振荡条件。因此，电路的振荡频率＝fs，与外接元件R、C无关，所以这种电路振荡频率的稳定度很高。R1R2C2C111vO当前44页，总共56页。（2）并联式振荡器RF是偏置电阻，保证在静态时使G1工作转折区，构成一个反相放大器。晶体工作在略大于fS与fP之间，等效一电感，与C1、C2共同构成电容三点式振荡电路。电路的振荡频率＝fp。反相器G2起整形缓冲作用，同时G2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。0ffsX电感性电容性fpRF10MΩC2G11vO1G2C15~50pF20pF当前45页，总共56页。26VCCRD5553vI2I1v847RRVCC12C150.01C110μ/10VC220k100k0.013R2k（+6V）T3AX31μμ四．多谐振荡器应用实例

1.简易温控报警器利用PNP型晶体管受温度影响大的特性，当温度升高时，集电极电位升高，RD取高电平，此时，多谢振荡器正常工作，输出交变信号，报警器响。当前46页，总共56页。.uC.+VCC4876213CR1R25.例：多谐振荡器构成水位监控报警电路水位正常情况下，电容C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，扬声器发出报警。+四．多谐振荡器应用实例当前47页，总共56页。2.双音门铃。四．多谐振荡器应用实例1vI1812R5550.01μ15CRRD427VI26vCC3K3K0.1μR44.7K3C47μCDD122CP3R3.9KCCV（+6V）C2