脉冲波形产生与整形12.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,6,章 脉冲波形的,产生与整形,6.1,概述,6.2,施,密特触发器,6.3,单稳态触发器,6.4,多谐振荡器,6.5,555,定时器,6.1,概述,一、脉冲信号,脉冲是,脉动,和,短促,的意思，凡是具有,不连续波形,的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种,非正弦信号,都是脉冲信号。,(a),矩形波,(b),方波,(c),尖脉冲,(d),锯齿波,6.1,概述,在数字系统中常常需要用到,各种幅度、宽度以及具有陡峭边沿的矩形脉冲信号,，如触发器的时钟脉冲（,CP,）。,获取这些脉冲信号的方法通常有两种：,脉冲产生电路直接产生；,利用已有的周期信号整形、变换得到。,脉冲整形、变换电路,单稳态触发器,施密特触发器,；,脉冲产生电路,多谐振荡器；,多用途的定时电路,555,定时器,。,6.1,概述,二、脉冲信号的参数,t,r,t,f,t,W,T,0.9,U,m,0.5,U,m,0.1,U,m,U,m,矩形脉冲信号的主要参数,脉冲幅度,脉冲周期,脉冲宽度,上升时间,下降时间,占空比,D,脉冲宽度与脉冲周期的比值，,D,t,W,/T,。,6.1,概述,三、脉冲产生电路的暂态分析,脉冲波形产生与整形电路多是由,RC,充放电电路,构成的。,开关闭合的一瞬间，电容器上电压不能突变，满足开关定理,U,C,(0,+,)=,U,C,(0,-,),。,充电暂态过程结束后，流过电容器的电流,i,C,(),为,0,，即,电容器相当于开路,。,t,M,U,(,t,),U,T,t,U,(,),0,U,(,0,+,),C,C,C,U,C,(,t,),S,U,C,R,令,u,C,(t,W,)=U,T,，则从暂态过程的起始值,U,C,(0,+,),变到,U,T,所经历的时间,t,W,（脉冲宽度）可用下式计算：,电路的时间常数,=,RC,，,决定了暂态时间的长短。根据,三要素公式,，可以得到电压随时间变化的方程为,6.1,概述,t,W,U,(,t,),U,T,t,U,(,),0,U,(,0,+,),C,C,C,6.2,施密特触发器,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。,特点：,电路有,两种稳定状态,。两种稳定状态的维持和转换完全取决于外加触发信号。触发方式：电平触发。,电压传输特性特殊，电路有,两个转换电平,（上限触发转换电平,U,T+,和下限触发转换电平,U,T,）。,状态翻转时有正反馈过程，从而输出,边沿陡峭,的矩形脉冲。,返回,6.2.1,用集成门电路构成的施密特触发器,返回,1.,电路组成,两个,CMOS,反相器，两个分压电阻。,图,6-7,用集成门电路构成的施密特触发器,（,a,）电路 （,b,）逻辑符号,2.,工作原理,（,1,）工作过程,设,CMOS,反相器的阈值电压,U,TH,=V,DD,/2,，输入信号,u,I,为三角波。,怎样确定,UT+,、,UT,的值？,当,u,I,=0V,时，,G,1,截止、,G,2,导通，输出为,U,OL,，即,u,O,=0V,。只要满足,u,I1,U,TH,，电路就会处于这种状态（第一稳态）。,当,u,I,上升，使得,u,I1,=U,TH,时，电路会产生如下正反馈过程：,电路会迅速转换为,G,1,导通、,G,2,截止，输出为,U,OH,，即,u,O,=V,DD,的状态（第二稳态）。此时的,u,I,值称为施密特触发器的上限触发转换电平,U,T+,。显然，,u,I,继续上升，电路的状态不会改变。,如果,u,I,下降，,u,I1,也会下降。当,u,I1,下降到,U,TH,时，电路又会产生以下的正反馈过程：,电路会迅速转换为,G,1,截止、,G,2,导通、输出为,U,OL,的第一稳态。此时的,u,I,值称为施密特触发器的下限触发转换电平,U,T,。,u,I,再下降，电路将保持状态不变。,（,2,）工作波形与电压传输特性,施密特触发器将三角波,u,I,变换成矩形波,u,O,。,图,6-8,施密特触发器的工作波形及电压传输特性,（,a,）工作波形 （,b,）电压传输特性,3.,重要参数,上限触发转换电平,U,T+,下限触发转换电平,U,T,回差,U,T,=U,T+,U,T,（通常,U,T+,U,T,）,改变,R,1,和,R,2,的大小可以改变回差,U,T,集成施密特触发器的,U,T+,和,U,T,的具体数值可从集成电路手册中查到。,如,CT74132,的,U,T+,1.7 V,、,U,T,0.9 V,，所以，,U,T,U,T+,U,T,1.7 V0.9 V,0.8 V,。,6.2.2,集成施密特触发器,1.,施密特反相器,TTL,的,74LS14,和,CMOS,的,CC40106,均为六施密特触发的反相器。,下面以,CC40106,为例说明其功能。,返回,图,6-9,施密特触发反相器,(a),原理框图,(b),电压传输特性,(c),逻辑符号,为了提高电路的性能，电路在施密特触发器的基础上，增加了整形级和输出级。,整形级,可以使输出波形的边沿更加陡峭，,输出级,可以提高电路的负载能力。,2.,施密特触发与非门电路,为了对输入波形进行整形，许多集成门电路采用了施密特触发形式。,比如,CMOS,的,CC4093,和,TTL,的,74LS13,就是施密特触发的与非门电路。,图,6-10,施密特触发与非门的逻辑符号,1.,波形变换,将,变化缓慢的波形,变换成矩形波（如将三角波或正弦波变换成同周期的矩形波）。,图,6-11,波形变换,6.2.3,施密特触发器的应用,返回,2.,脉冲整形,在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生,波形畸变,，或者,边沿产生振荡,等。通过施密特触发器整形，可以获得比较理想的矩形脉冲波形。,图,6-12,脉冲整形,波形畸变,边沿振荡,3,脉冲鉴幅,将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端，只有那些,幅度大于,U,T+,的脉冲才会在输出端产生输出信号。可见，施密特触发器具有脉冲鉴幅能力。,图,6-13,脉冲鉴幅,4.,构成多谐振荡器,工作原理：,电容上初始电压为零，即,u,I,0,，则,u,O,1,，并经,R,向,C,充电，当充至,u,I,U,+,时，输出翻转,u,O,0,。电容,C,又经,R,进行放电，当放电至,u,I,U,-,时，输出翻转,u,O,1,。,工作特点：,第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；,第二，在外加脉冲作用下，触发器能从稳态翻转到暂稳态；,第三，在暂稳态维持一段时间后，将,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，与外加触发信号无关。,例：楼道的路灯,。,6.3,单稳态触发器,6.3.1,用集成门电路构成的单稳态触发器,返回,1.,电路组成及工作原理,暂稳态是靠,RC,电路的充放电过程来维持的。,由于图示电路的,RC,电路接成微分电路形式，故该电路又称为,微分型,单稳态触发器。,图,6-14,集成门电路构成的单稳态触发器,（,1,）,输入信号,u,I,为,0,时，电路处于稳态。,u,I2,=V,DD,，,u,O,=U,OL,=0,，,u,O1,U,OH,=V,DD,。,（,2,）外加触发信号，电路翻转到暂稳态。,当,u,I,产生正跳变时，,u,O1,产生负跳变，经过电容,C,耦合，使,u,I2,产生负跳变，,G,2,输出,u,O,产生正跳变；,u,O,的正跳变反馈到,G,1,输入端，从而导致如下正反馈过程：,使电路迅速变为,G,1,导通、,G,2,截止的状态，此时，电路处于,u,O1,=U,OL,、,u,O,=,u,O2,=U,OH,的状态。然而这一状态是不能长久保持的，故称为暂稳态。,（,3,）电容,C,充电，电路由暂稳态自动返回稳态。,在暂稳态期间，,V,DD,经,R,对,C,充电，使,u,I2,上升。当,u,I2,上升达到,G,2,的,U,TH,时，电路会发生如下正反馈过程：,使电路迅速由暂稳态返回稳态，,u,O1,=U,OH,、,u,O,=,u,O2,=U,OL,。,从暂稳态自动返回稳态之后，电容,C,将通过电阻,R,放电，使电容上的电压恢复到稳态时的初始值。,图,6-15,单稳态触发器工作波形,2.,主要参数,（,1,）输出脉冲宽度,t,w,输出脉冲宽度,t,w,，就是暂稳态的维持时间。根据,u,I2,的波形可以计算出：,t,w,0.7RC,（,2,）,恢复时间,t,re,暂稳态结束后，电路需要一段时间恢复到初始状态。一般，恢复时间,t,re,为（,35,）放电时间常数（通常放电时间常数远小于,RC,）。,设触发信号的时间间隔为,T,，为了使单稳态触发器能够正常工作，应当满足,T,t,w,+,t,re,的条件，即,T,min,=,t,w,+,t,re,。因此，单稳态触发器的最高工作频率为,f,max,=1/,T,min,=1/,（,t,w,+,t,re,）,在使用微分型单稳态触发器时，输入触发脉冲,u,I,的宽度,t,w1,应小于输出脉冲的宽度,t,w,，即,t,w1,t,w,，否则电路不能正常工作。,如出现,t,w1,t,w,的情况时，可在触发信号源,u,I,和,G,1,输入端之间接入一个,RC,微分电路。,3.,对输入触发脉冲宽度的要求,（,3,）最高工作频率,f,max,（或最小工作周期,T,min,）,6.3.2,集成单稳态触发器,用集成门电路构成的单稳态触发器虽然电路简单，但输出脉冲宽度的稳定性较差，调节范围小，而且触发方式单一。因此实际应用中常采用集成单稳态触发器。,返回,1.,输入脉冲触发方式,上升沿触发,下降沿触发,2.,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,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,t,w,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,t,w,。,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。,3.,TTL,集成单稳态触发器电路,74121,的功能及其应用,74121,是一种不可重复触发的单稳态触发器，它既可采用上升沿触发，又可采用下降沿触发，其内部还设有定时电阻,R,int,(,约为,2k,),。,表,6-1 74121,电路的功能表,图,6-16,74121,的电路符号,触发输入端,输出端,外接定时元件引脚,内部电阻引脚,功能：,（,1,）触发方式：,图,6-17 74121,应用电路,（,2,）定时元件接法：,输出脉冲,u,O,的宽度：,t,w,0.7RC,ext,外接电容,C,ext,一般取值范围为,10 pF,10F,，在要求不高的情况下最大值可达,1000F,。,图,(a),：外接电阻,R=,R,ext,（,1.440k,）。,图,(b),：用内部电阻,R,R,int,(,约为,2k),。,6.3.3,单稳态触发器的应用,返回,1.,脉冲延时,单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时。,图,6-18,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。,u,O,的下降沿比,u,I,的下降沿延迟了,t,w,的时间。,2.,脉冲定时,单稳态触发器能够产生一定宽度,t,w,的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在,t,w,时间内动作,(,或者不动作,),。,图,6-19,脉冲定时,作业题,P3576.2,P3596.9,返回,1,多谐振荡器,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。,6.4,多谐振荡器,6,.4.1,对称式多谐振荡器,返回,1.,电路组成,由两个,TTL,反相器经电容交叉耦合而成。,通常令,C,1,=C,2,=C,，,R,1,=R,2,=R,F,。,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,R,OFF,R,F,R,ON,的条件。,图,6-20,对称式多谐振荡器,2.,工作原理,假定接通电源后，由于某种原因使,u,I1,有微小正跳变，则必然会引起如下的正反馈过程,：,使,u,O1,迅速跳变为低电平、,u,O2,迅速跳变为高电平，电路进入第一暂稳态。,此后，,u,O2,的高电平对,C,1,电容充电使,u,I2,升高，电容,C,2,放电使,u,I1,降低。由于充电时间常数小于放电时间常数，所以充电速度较快，,u,I2,首先上升到,G,2,的阈值电压,U,TH,，并引起如下的正反馈过程：,使,u,O2,迅速跳变为低电平、,u,O1,迅速跳变为高电平，电路进入第二暂稳态。,此后，,C,1,放电、,C,2,充电，,C,2,充电使,u,I1,上升，会引起又一次正反馈过程，电路又回到第一暂稳态。,这样，周而复始，电路不停地在两个暂稳态之间振荡，输出端产生了矩形脉冲。,图,6-21,对称式多谐振荡器的工作波形,3.,主要参数,矩形脉冲的振荡周期为,T1.4R,F,C,当取,R,F,1k,、,C,100 pF,100,F,时，则该电路的振荡频率可在几赫到几兆赫的范围内变化,。,6.4.2,环形振荡器,返回,1.,最简单的环形振荡器,图,6-22,最简单的环形振荡器,(a),电路,(b),工作波形,利用集成门电路的传输延迟时间，将奇数个反相器首尾相连便可构成最简单的环形振荡器。,该电路没有稳定状态。,如此周而复始，便产生了自激振荡。,振荡周期,T=6t,pd,。,2.,RC,环形振荡器,最简单的环形振荡器构成十分简单，但是并不实用。因为集成门电路的延迟时间,t,pd,极短，而且振荡周期不便调节。,图,6-23,RC,环形振荡器,利用电容,C,的充放电，改变,u,I3,的电平,(,因为,R,S,很小,在分析时往往忽略它。,),来控制,G,3,周期性的导通和截止，在输出端产生矩形脉冲。,R,S,是限流电阻（保护,G,3,），通常选,100,左右。,增加,RC,延迟环节，即可组成,RC,环形振荡器电路。,图,6-24,RC,环形振荡器的工作波形,电路的振荡周期为,T2.2RC,R,不能选得太大（一般,1k,左右），否则电路不能正常振荡。,。,3.,CMOS,反相器构成的多谐振荡器,(,非对称式多谐振荡器）,R,的选择应使,G,1,工作在电压传输特性的转折区。,此时，由于,u,O1,即为,u,I2,，,G,2,也工作在电压传输特性的转折区，若,u,I,有正向扰动，必然引起下述正反馈过程：,图,6-25 CMOS,反相器构成的多谐振荡器,使,u,O1,迅速变成低电平，而,u,O2,迅速变成高电平，电路进入第一暂稳态。此时，电容,C,通过,R,放电，然后,u,O2,向,C,反向充电。随着电容,C,的的放电和反向充电，,u,I,不断下降，达到,u,I,U,TH,时，电路又产生一次正反馈过程：,从而使,u,O1,迅速变成高电平，,u,O2,迅速变成低电平，电路进入第二暂稳态。此时，,u,O1,通过,R,向电容,C,充电。,随着电容,C,的不断充电，,u,I,不断上升，当,u,I,U,TH,时，电路又迅速跳变为第一暂稳态。如此周而复始，电路不停地在两个暂稳态之间转换，电路将输出矩形波。,振荡周期为,T,2.2RC,图,6-26,CMOS,反相器构成,多谐振荡器的工作波形,6,.4.3,石英晶体振荡器,返回,前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是,振荡频率不稳定,，容易受温度、电源电压波动和,RC,参数误差的影响。,而在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信号来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面讨论的多谐振荡器是不能满足要求的，必须采用,频率稳定度很高的石英晶体多谐振荡器,。,石英晶体的阻抗频率特性图,石英晶体具有很好的,选频特性,。当振荡信号的频率和石英晶体的,固有谐振频率,f,o,相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，而其它频率的信号则被衰减掉。,因此，将石英晶体串接在多谐振荡器的回路中就可组成石英晶体振荡器，这时，振荡频率只取决于石英晶体的固有谐振频率,f,o,，而与,RC,无关。,图,6-27,石英晶体振荡器电路,在对称式多谐振荡器的基础上，,串接一块石英晶体,，就可以构成一个石英晶体振荡器电路。该电路将产生稳定度极高的矩形脉冲，其,振荡频率由石英晶体的串联谐振频率,f,o,决定,。,目前，家用电子钟几乎都采用具有石英晶体振荡器的矩形波发生器。由于它的频率稳定度很高，所以走时很准。,通常选用,振荡频率为,32768H,Z,的石英晶体谐振器，因为,32768,2,15,，将,32768H,Z,经过,15,次二分频,，即可得到,1H,Z,的时钟脉冲作为计时标准。,作业题,P3606.14,返回,为,数字,模拟混合,集成电路。,可产生精确的时间延迟和振荡，内部有,3,个,5K,的电阻分压器，故称,555,。,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,。,6.5,555,定时器及其应用,各公司生产的,555,定时器的,逻辑功能,与,外引线排列,都完全相同。,双极型产品,CMOS,产品,单,555,型号的最后几位数码,555,7555,双,555,型号的最后几位数码,556,7556,优点,驱动能力较大,低功耗、高输入阻抗,电源电压工作范围,516V,318V,负载电流,可达,200mA,可达,4mA,6,.5.1,555,定时器,返回,1.,电路组成,图,6-28 555,定时器,(a),原理图,(b),外引线排列图,电阻分压器,电压比较器,基本,RS,触发器,放电管,T,缓冲器,（,1,）,电阻分压器,由,3,个,5k,的电阻,R,组成，为电压比较器,C,1,和,C,2,提供基准电压。,（,2,）,电压比较器,C,1,和,C,2,。当,U,U,时，,U,C,输出高电平，反之则输出低电平。,CO,为控制电压输入端。,当,CO,悬空时，,U,R1,2/3V,CC,，,U,R2,1/3V,CC,。,当,CO,U,CO,时，,U,R1,U,CO,，,U,R2,1/2,U,CO,TH,称为高触发端，,TR,称为低触发端。,（,3,）,基本,RS,触发器,其置,0,和置,1,端为低电平有效触发。,R,是低电平有效的复位输入端。,正常工作时，必须使,R,处于高电平。,（,4,）,放电管,T,T,是集电极开路的三极管。相当于一个受控电子开关。,输出为,0,时，,T,导通，输出为,1,时，,T,截止。,（,5,）,缓冲器,缓冲器由,G,3,和,G,4,构成，用于提高电路的负载能力。,2.,工作原理,TH,接至反相输入端，当,TH,U,R1,时，,U,C1,输出低电平，使触发器置,0,，故称为,高触发端（有效时置,0,）,；,TR,接至同相输入端，当,TR,U,R2,时，,U,C2,输出低电平，使触发器置,1,，故称为,低触发端（有效时置,1,）,。,表,6-2 555,定时器的功能表,6.5.2,555,定时器的应用举例,返回,1.,构成施密特触发器,思考：施密特触发器的特点？,回差特性：上升过程和下降过程有不同的转换电平,U,T,和,U,T,。,如何与,555,定时器发生联系？,内部比较器有两个不同的基准电压,U,R1,和,U,R2,。,1.,构成施密特触发器,图,6-29 555,定时器构成的施密特触发器,（,a,）电路 （,b,）工作波形,如果在,U,IC,加上控制电压，,则可以改变电路的,U,T+,和,U,T,。,2.,构成单稳态触发器,（,1,）,得到负脉冲,外触发：使高触发置,0,端,TH,有效暂稳态,0,自动返回：通过电容,C,的充放电使低触发置,1,端,TR,有效稳态,1,思路：外触发自动返回,（,2,）,得到正脉冲,外触发：使低触发置,1,端,TR,有效暂稳态,1,自动返回：通过电容,C,的充放电使高触发置,0,端,TH,有效稳态,0,图,6-30 555,定时器构成的单稳态触发器,（,a,）电路,（,b,）工作波形,工作原理：,稳态为,0,低触发有效置,1,T,截止，,C,充电,自动高触发返,0,提高基准电压稳定性的滤波电容,输出脉冲的宽度,t,w,1.1RC,。,当触发脉冲,u,I,为高电平时，,V,CC,通过,R,对,C,充电，当,TH=,u,C,2/3V,CC,时，高触发端,TH,有效置,0,；此时，放电管导通，,C,放电，,TH=,u,C,=0,。稳态为,0,状态。,此时放电管,T,截止，,V,CC,通过,R,对,C,充电。,当,TH=,u,C,2/3V,CC,时，使高触发端,TH,有效，置,0,状态，电路自动返回稳态，此时放电管,T,导通。,电路返回稳态后，,C,通过导通的放电管,T,放电，使电路迅速恢复到初始状态。,工作原理：,当触发脉冲,u,I,下降沿到来时，低触发端,TR,有效置,1,状态，电路进入暂稳态。,当触发脉冲,u,I,为高电平时，,V,CC,通过,R,对,C,充电，当,TH=,u,C,2/3V,CC,时，高触发端,TH,有效置,0,；此时，放电管导通，,C,放电，,TH=,u,C,=0,。稳态为,0,状态。,此时放电管,T,截止，,V,CC,通过,R,对,C,充电。,当,TH=,u,C,2/3V,CC,时，使高触发端,TH,有效，置,0,状态，电路自动返回稳态，此时放电管,T,导通。,电路返回稳态后，,C,通过导通的放电管,T,放电，使电路迅速恢复到初始状态。,3.,构成多谐振荡器,设计思想：是无稳态电路，两个暂稳态不断地交替。,利用放电管,T,作为一个,受控电子开关,，使,电容充电、放电,而改变,TH=TR,，则交替置,0,、置,1,。,图,6-29 555,定时器构成的多谐振荡器,（,a,）电路,（,b,）工作波形,电容,C,充电,充,=(R,1,+R,2,)C,电容,C,放电,放,=R,2,C,振荡器输出脉冲,u,O,的工作周期为,：,T0.7(R,1,+2R,2,)C,返回,本章介绍了各种,产生和变换矩形脉冲,的电路。,施密特触发器,有两种稳态，但状态的维持与翻转受输入信号电平的控制，所以输出脉冲的宽度是由输入信号决定的。,单稳态触发器,只有一个稳态，在外加触发脉冲作用下，能够从稳态翻转为暂稳态。但暂稳态的持续时间取决于电路内部的元件参数，与输入信号无关。因此，单稳态触发器可以用于产生脉宽固定的矩形脉冲波形。,本章小结,多谐振荡器,没有稳态，只有两个暂稳态。两个暂稳态之间的转换，是由电路内部电容的充、放电作用自动进行的，所以它不需要外加触发信号，只要接通电源就能自动产生矩形脉冲信号。,555,定时器,是一种用途很广的集成电路，除了能构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成各种应用电路。读者可参阅有关书籍自行设计出所需的电路。,作业题,P3616.24,P3616.31,返回,为,数字,模拟混合,集成电路。,可产生精确的时间延迟和振荡，内部有,3,个,5K,的电阻分压器，故称,555,。,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,。,6.5,555,定时器及其应用,R,=5k,2/3V,DD,1/3V,DD,555,定时器的内部结构及逻辑符号,555,定时器的工作原理,基本,RS,触发器,比较器,R,D,V,DD,Disc,V,CO,v,S,GND,Q,v,R,555,555,定时器的功能表,555,定时器的工作原理,+,C1,R,2/3V,DD,v,R,+,C2,S,1/3V,DD,v,S,输 入,输 出,R S,Q,N,1,0,导通,0 1,1,截止,1 0,0,导通,0 0,不变,不变,2/3V,DD,1/3V,DD,2/3V,DD,1/3V,DD,2/3V,DD,1/3V,DD,2/3V,DD,1/3V,DD,0,1,1,1,1,1 1,1,截止,R,D,v,R,v,S,用,555,构成的施密特触发器,电路结构,+,C1,R,2/3V,DD,v,I,+,C2,S,1/3V,DD,v,I,2/3V,DD,1/3V,DD,v,I,0,t,v,O,0,t,（,1,）,当,v,I,1/3V,DD,时，,R=0,，,S=1,，,Q=1,，,v,O,=1,；,（,2,）,当,1/3V,DD,v,I,2/3V,DD,时，,R=0,，,S=0,，,Q=1,，,v,O,=1,；,（,3,）当,v,I,2/3V,DD,时，,R=1,，,S=0,，,Q=0,，,v,O,=0,；,（,4,）,当,1/3V,DD,v,I,2/3V,DD,时，,R=0,，,S=0,，,Q=0,，,v,O,=0,；,（,5,）,当,v,I,1/3V,DD,时，,R=0,，,S=1,，,Q=1,，,v,O,=1,；,原理分析,用,555,构成的施密特触发器,主要参数,用,555,构成的施密特触发器,1.,阀值电平,V,T,+,=2/3V,DD,V,T,-,=1/3V,DD,2.,回差电压,=,V,T,+,V,T,-,=1/3V,DD,用,555,构成的多谐振荡器,电路结构（教材,P148,）,用,555,构成的多谐振荡器,工作原理,+,C1,R,2/3V,DD,v,C,+,C2,S,1/3V,DD,v,C,1.,上电时，,v,C,=0,，得,R=0,，,S=1,，,Q=1,，,N,1,管截止,v,O,=1,。,3.,当,v,C,2/3V,DD,时，,R=1,，,S=0,，,基本,RS,触发器被置,0,，,Q=0,，,N,1,管导通，,v,O,=0,。,2,.,当,V,DD,通过,R,1,、,R,2,向,C,充,电,，,v,C,逐渐上升,;,用,555,构成的多谐振荡器,工作原理（续）,+,C1,R,2/3V,DD,v,C,+,C2,S,1/3V,DD,v,C,5,.,当,v,C,下降到,v,C,1/3V,DD,时，,R=0,，,S=1,，,RS,触发器置成,1,态，,Q=1,，,T,1,管截止，,v,O,=1,。,对电容,C,充电又重新开始。,4,.,电容,C,将通过,R,2,和,N,1,管,放电,，,v,C,逐渐下降；,T,1,T,2,工作波形,用,555,构成的多谐振荡器,主要参数计算,从占空比,q,的表达式可知，占空比始终大于,50,。,通过,v,C,的暂态方程，求得：,T,=,T,1,+,T,2,=0.7(,R,1,+2,R,2,),C,T,1,=0.7(,R,1,+,R,2,),C,T,2,=0.7,R,2,C,占空比任意可调的,多谐振荡器,用,555,构成的多谐振荡器,T,1,=0.7,R,1,C,T,2,=0.7,R,2,C,思考题,用,555,构成的多谐振荡器,如图所示是一个由,555,定时器构成的防盗报警电路，,a,、,b,两端被一细铜丝接通，此铜丝置于盗窃者必经,之路，当盗窃者闯入室内将铜丝碰断后，扬声器即,发出报警声。说明本报警电路的工作原理。,用,555,构成的单稳态触发器,电路结构,最后又回,v,O,=0V,。,1,0,导通,工作原理分析,接通电源时,R=0,S=0,；,假设,RS,触发器初态为,1,；,假设,RS,触发器初态为,0,；,结论：接通电源后，不管起始状态如何，最终触发器处于稳态,v,O,=0,。,0,1,0,0,用,555,构成的单稳态触发器,0,1,截止,2/3V,DD,1,0,1,导通,0,0,0,0,1.,什么是,稳态,？,v,O,=0V,，此状态能长久保持；,工作原理分析（续）,截止,1,导通,0,0,2,.,当,v,I,加一个负脉冲；,3,.,触发器自动回到稳态，,v,O,=0,2/3V,DD,1,0,1,用,555,构成的单稳态触发器,1,0,0,0,1,0,导通,0,1,0,0,0,0,1,电路进入暂稳态，,v,O,=,V,DD,；,v,I,0,t,v,C,0,t,v,O,0,t,T,W,2/3V,DD,工作波形,用,555,构成的单稳态触发器,主要参数,返回,本章介绍了各种,产生和变换矩形脉冲,的电路。,施密特触发器,有两种稳态，但状态的维持与翻转受输入信号电平的控制，所以输出脉冲的宽度是由输入信号决定的。,单稳态触发器,只有一个稳态，在外加触发脉冲作用下，能够从稳态翻转为暂稳态。但暂稳态的持续时间取决于电路内部的元件参数，与输入信号无关。因此，单稳态触发器可以用于产生脉宽固定的矩形脉冲波形。,本章小结,多谐振荡器,没有稳态，只有两个暂稳态。两个暂稳态之间的转换，是由电路内部电容的充、放电作用自动进行的，所以它不需要外加触发信号，只要接通电源就能自动产生矩形脉冲信号。,555,定时器,是一种用途很广的集成电路，除了能构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成各种应用电路。读者可参阅有关书籍自行设计出所需的电路。,作业题,P3616.24,P3616.31,返回,