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1、第六章 概述,一、矩形脉冲的基本特性,1. 矩形脉冲的二值性,矩形脉冲,二进制数字信号,高、低电平,1、0,2. 矩形脉冲的特性参数,T 脉冲周期,Um 脉冲幅度,tW 脉冲宽度,tr 上升时间,tf 下降时间,3. 获得脉冲的方法：,1） 自激振荡电路直接产生矩形脉冲。,555 定时器是构成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器的既经济又简单实用的器件。,2） 将已有波形（正弦波、锯齿波等）整形为矩形脉冲。,由多谐振荡器来实现,由施密特触发器和单稳态触发器来实现,二、555 定时器,1. 电路组成,分压器,比较器,RS 触发器,输出 缓冲,晶体管 开关,2. 基本功能,0,UOL,饱和,2V
2、CC/3,1 1 1,UOL,VCC/3,饱和,2VCC/3,VCC/3,不变,不变,2VCC/3,VCC/3,UOH,截止,0,1,1,0,3. 555 定时器的外引脚和性能,6.1 施密特触发器 （Schmitt Trigger）,6.1.1 用 555 定时器构成的施密特触发器,一、电路组成及工作原理,uI,工作原理,UCO,uO1,uI 上升时与 比较,uI 下降时与 比较,UO1通过R接VDD，其高电平可通过VDD调节,二、滞回特性及主要参数,1. 滞回特性,UT,UT+,uI 增大时与上限阈值比,特点:,uI 减小时与下限阈值比,上限阈值电压,2. 主要静态参数,回差 电压,下限阈
3、值电压,回差电压,UT = UT+ UT,注：外加 UCO，可改变阈值和回差电压。 施密特触发器实际上是具有施密特触发特性的反相器。,6.1.2 集成施密特触发器,一、CMOS 集成施密特触发器,1. 引出端功能图,CC40106,CC4093,六反相器,四2输入与非门,2. 主要静态参数,CC40106、CC4093 的主要静态参数,二、TTL 集成施密特触发器（略）,6. 1. 3 施密特触发器的应用举例,一、接口与整形,1. 接口,把缓变输入信号转换为TTL系统要求的脉冲,2. 整形,输入,输出,UT+,UT,二、阈值探测和脉冲展宽,1. 阈值探测,输入,UT,UT+,输出,2. 脉冲展
4、宽,集电极开路输出,6.2 单稳态触发器,特点:,1. 只有两种状态: 稳态和暂稳态；,2. 外来触发 （窄） 脉冲使: 稳态暂稳态稳态；,3. 暂稳态持续时间仅取决于电路参数, 与触发脉冲无关。,用途:,定时：产生一定宽度的方波。,延时：将输入信号延迟一定时间后输出。,整形：把不规则波形变为宽度、幅度都相等的脉冲。,6.2.1 用 555 定时器构成的单稳态触发器,一、电路组成及工作原理,uI,uI 与 VCC/3 比较,uC 与 2VCC/3 比较,稳态： TD 饱和, Q = 0,暂稳态： TD 截止, Q = 1,引起暂稳态的原因:,1. 通电的随机过程；,2. uI 从 1 0 使
5、u2 VCC/3， 引起 Q = 1，TD 截止。,导通,饱和,二、工作波形,uO,uC,0,2VCC/ 3,VCC,uO,三、主要参数,1. 输出脉冲宽度 tw,uC（0+） = 0,uC（） = VCC,uC（tw） = 2VCC / 3,2. 恢复时间 tre,很小,2 = RCESC,3. 最高工作频率 fmax,6.2.2 集成单稳态触发器,一、非重复触发单稳态触发器 74121,非重复触发 只能在稳态接受输入信号。,1. 图形符号, 表示不属于逻辑状态连接,下降沿触发输入,上升沿触发输入,非重复触发,外接定时 电阻、电容,VCC,内接接定时电阻引出端,2. 功能表,3. 主要参数,
6、输出脉宽 tw:,输入触发脉冲最小周期 Tmin :,周期性输入触发脉冲占空比 q:,二、可重复触发单稳态触发器 74122,可重复触发 在暂稳态期间, 能够接受新的触发信号。,1. 图形符号,直接复位,可重复触发,2. 功能表,当定时 电容C 1000 pF时:,6.2.3 单稳态触发器应用举例,一、延时与定时,1. 延时,uI,uO,2. 定时选通,uF,uO,二、整形,uI,uO,6.3 多谐振荡器,6.3.1 555 定时器构成的多谐振荡器,一、电路组成和工作原理,二、振荡频率的估算和占空比可调电路,(1) C 充电时间 tw1,充电时间常数,1= （R1+R2）C,(2) C 放电时
7、间 tw2,可求得:,放电时间常数,2 = R2C,1. 振荡频率的估算,(3) 振荡频率 f,tw1= 0.7 (R1+R2) C,tw2 = 0.7R2C,T = 0.7（R1+2R2）C,振荡周期：,振荡频率：,占空比：,注：,故u0波形一定不对称,2. 占空比可调电路,tw1= 0.7R1C,tw2 = 0.7R2C,6.3.2 石英晶体多谐振荡器,特点：频率稳定，精度高,一、 符号和选频特性,符号,当 f = f0 时, 电抗 X = 0,电 感 性,电 容 性,二、 石英晶体多谐振荡器,工作原理：,1. 反相器静态工作在转折区（放大）;,2. 石英晶体 X = 0, 回路构成正反馈
8、;,3. C1 、 C2 为耦合电容, 可不要。,电阻取值范围：,TTL反相器：,R1= R2 = 0.7 2 k,CMOS反相器：,R1= R2 =10 100 M,4. f0 只取决于石英晶体的体积、形状及材料，与R、C无关。,三、 CMOS 石英晶体多谐振荡器,RF：保证 CMOS 反相器静态时工作在转折放大区,RF =10 100 M,电容三点式,典型电路,C1：微调振荡频率,C2 ：温度补偿,G2 ：整形缓冲、隔离,6.1.3 多谐振荡器应用举例,一、秒信号发生器,T触发器,32768 Hz,16384 Hz,1 Hz,2 Hz,振荡器产生 f=32.768KHZ的基准信号，经T触发
9、器进行15次二分频，即得到 f=1HZ的稳定度极高的秒信号。,二、模拟声响电路,uo1,uo2,输出,产生1HZ 脉冲信号,产生1KHZ 脉冲信号,第六章 小 结,一、555 定时器,是一种多用途的集成电路。只需外接少量阻容元件便可构成各种脉冲产生、整形电路，如施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等。,双极型 (TTL) 电源: 4.5 16 V,单极型 (CMOS) 电源: 3 18 V 带负载能力强,二、施密特触发器,是一种脉冲整形电路，可将输入的周期性信号整形成所要求的同周期的矩形脉冲输出，还可用来进行幅度鉴别、构成单稳态触发器和多谐振荡器等。,施密特触发器有两个稳定状态，有两个不同的
10、触发电平，因此具有回差特性。它的两个稳定状态是靠两个不同的电平来维持的，输出脉冲的宽度由输入信号的波形决定。此外，调节回差电压的大小，也可改变输出脉冲的宽度。,外接电压调节回差,施密特触发器可由 555 定时器构成，也可用专门的集成电路实现。,普通反相器和施密特反相器的比较,普通反相器,UTH,uY,?,TTL：,1.4 V,CMOS：,施密特反相器,UT+,UT,上限阈值电压,下限阈值电压,uY,回差电压：,三、多谐振荡器,是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。,多谐振荡器没有稳定状态， 只有两个暂稳态。暂稳态间的相 互转换完全靠电路本身电容的充 电和放电自动完成。,改变 R、C 定时元件数值的 大小，可调节振荡频率。,在振荡频率稳定度要求很高的情况下，可采用石英晶体振荡器。,四、单稳态触发器（略）,也属于脉冲整形电路，可将输入的触发脉冲变换为宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，还常用于脉冲 的定时、整形、展宽（延时）等。,单稳态触发器有一个稳定 状态和一个暂稳态。其输出脉 冲的宽度只取决于电路本身 R、 C 定时元件的数值，与输入信 号无关。输入信号只起到触发 电路进入暂稳态的作用。,改变 R、C 定时元件的数 值可调节输出脉冲的宽度。,单稳态触发器可由 555 定时器构成，也可用集成单稳态触发器实现。,