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个人收集整理 勿做商业用途第8章 脉冲的产生和整形电路一、内容提要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就可以构成多种实用电路，使用方便灵活，本章以555定时器组成的多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器为主讲述了脉冲的产生和整形电路以及电路的分类、脉冲波形参数的定义、三种典型电路的工作原理，脉宽及周期的计算方法。二、重点难点1、555定时器的内部结构及工作原理，555定时器的典型应用；2、施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的电路结构、工作原理、特点、波形参数与电路参数之间的关系以及三种电路的应用。三、习题精解知识点:施密特触发器工作原理及输出与输入之间的关系例8。1用集成芯片555构成的施密特触发器电路及输入波形Vi如图8.1(a、b）所示,试画出对应的输出波形Vo图8.2集成电路定时器555内部结构图8。1（a）（b)（c）施密特触发器电路工作波形图解:由图8。2所示集成电路定时器555内部电路结构可知,该施密特触发器的正向阈值电压（上触发电平）,反向阈值电压（下触发电平)，见图6。3（b)从t=0时刻开始,Ui上升，但Ui1。7V，电压比较器A2的输出，电压比较器A2的输出（见图6.4所示）Q1（V05V);当1。7VUi3.3V时，使Q1保持不变；当Ui3.3 V时,，使Q0(即U00V）。Ui由4V开始下降，但当1。7VUi3.3V时，使Q0保持不变；当Ui下降到UiVCC低导通THVOVSSCO0.01FuOuIVCC12345678VCC555 VD 1 3VCC 2 3VCC uo 0 0 uI tt（a）（b）（c）图8.3（a）（b）（c）555定时器组成的电路工作波形图答：1、施密特触发器2、波形如图（c).3、多谐振荡器和单稳态触发器。例8.3用555定时器组成的施密特触发器电路如图8.4（a)所示，若输入信号uI如图(b)所示，请画出uO的波形.图8.4（a）（b）555定时器组成的电路工作波形图知识点：555定时器构成的多谐振荡器工作原理例8.4如图8.5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。1、请问555接成的是何种电路？ 2、说明本报警电路的工作原理。答:555接成的是一个多谐振荡器电路。图8。5555定时器构成的防盗报警电路当a,b相接时，由于555的复位端4管脚与地接通, 复位有效,则555不工作，当a，b断开，4管脚电位为6v，高电平，555工作，如图电路是一个多谐振荡器，则生成矩形波脉冲由3管脚输出，从而驱动扬声器,使之发声。知识点:多谐振荡器脉宽及振荡频率的计算例8.5用集成电路定时器555所构成的自激多谐振荡器电路如图8.6（a）所示.试画出输出电压UC和电容C两端电压UC的工作波形，并求振荡频率。解：由图8。2集成电路定时器555内部电路结构,分析该电路工作原理。因为集成芯片图8。6（a)（b) 555定时器构成多谐振荡器电路的2。6两脚（即A2的同相输入端和A1的反相输入端）连接在电容C的上端，这个端点上的电压Uc变动，会同时导致两个比较器的输出电平改变，即同时控制,的改变.电源Vcc经过R1R2给电容C充电.当Uc上升到Vcc时，比较器A1输出低电平,=0，比较器A2输出高电平,=1，触发器复位，Q=0，Vo=0。同时=1,三极管T导通，电容C通图7.6(a）（b）例7。3电路图，工作波形图过R2,T管放电。电压Uc下降,当Uc下降到Vcc时，比较器A1输出高电平，=1,比较器A2输出低电平，=0,触发器置1，Q=1，Uo=1。此时，=0，三极管T截止，Vcc又经过R1,R2给C充电，使Uc上升。这样周而复始，输出电压Uo就形成了周期性的矩形脉冲。电容C上的电压Uc就是一个周期性的充电、放电的指数曲线波形。Uo和UC的工作波形如图8.6(b）所示.充电脉宽tWH0.7(R1+R2）C=0。7(20+100）0。1=8.4（ms）放电脉宽tWL0.7R2C=0。71000。1=7（ms）振荡频率知识点： 555定时器构成的单稳态触发器工作原理及参数计算例8。6试用555定时器（图8。7a)设计一个单稳态触发器，要求定时宽度TW=11ms，选择电阻、电容参数,并画出接线图.解:用555定时器接成的单稳态触发器电路如图8。7（b）所示。因为TW=1。1RC，所以，若选择R=10K，则图8.7（a）（b）555集成芯片，单稳态触发器接线图（a）555定时器引脚图（b）单稳态触发器接线图例8.7用集成芯片555所构成的单稳态触发器电路及输入波形Vi如图8.8(a）、（b）所示，试画出对应的输出波形Vo和电容上的电压波形Vc，并求暂稳态宽度tw。图8。8例8.7电路图输入、输出波形和电容上电压Uc波形解：由图8.2所示的集成电路定时器555内部电路结构知,电容C接芯片内晶体管T的集电极.当T管的基极电压为高电平时，T管导通。在电路接通电源开始时。电源VCC通过R向C充电。当UC上升到时,比较器A1输出低电平，；此时，输入电压Ui5V，比较器A2输出高电平，,触发器输出。同时，T管导通，电容C通过T放电，UC下降。当UC下降到时,，触发器保持不变,输出电压U00，就是电路的稳定状态。当Ui的下降沿到来，Ui，UC，比较器A1输出高电平，;比较器A2输出低电平，此时触发器翻转，输出电压U0高电平，三极管T截止，电源VCC又通过R向C充电。这样状态是暂稳态。当UC上升到（3.3V）时，比较器A1输出低电平，触发器复位，输出电压U0又变为零，电路暂稳态结束。与此同时,三极管T导通,电容C通过T放电，电路恢复到到稳态。综上所述，输出波形U0和电容C上的电压UC如图5-3（c）所示。暂稳态宽度图8.9 555定时器构成的开机延时电路例8。8 图8。9是用555定时器组成的开机延时电路。若给定C=25Uf，R=91，Vcc=12V，试计算常闭开关S断开以后经过多长的延迟时间Vo才跳变为高电平。解:延迟时间等于从S断开瞬间到电阻R上的电压降至的时间，即例8.9 图8.10是用两个555定时器接成的延迟报警器。当开关S断开后,经过一定的延迟时间后扬声器开始发出声音。如果在延迟时间内S重新闭合，扬声器不会发出声音。在图中给定的参数下,试求延迟时间的具体数值和扬声器发出声音的频率。图中G1是CMOS反相器，输出的高、低电平分别为。图8.9 延迟报警器电路图解：图中左边一个555定时器接成了施密特触发器，右边一个555定时器接成了多谐振荡器。当开关S断开后电容C充电，充至时反相器G1输出高电平，多谐振荡器开始振荡。故延迟时间为振荡器的振荡频率，亦即扬声器发出声音的频率为例8。10在使用图8。8由555定时器组成的单稳态触发器电路时对触发脉冲的宽度有无限制?当输入脉冲的低电平持续时间过长时，电路应作何修改？解：触发脉冲的宽度必须小于1.1RC(即正常触发时产生的输出脉宽）。在触发脉冲低电平持续时间大于1。1RC的情况下，应将触发脉冲经过微分电路以后再加到输入端。四、自我测试题（共100分）1、填空题（每空1分，共25分）（1）矩形脉冲的获取方法通常有两种：一种是 ;另一种是 _ _ _。（2）占空比是_ _与_脉冲周期_ _的比值.（3） 555定时器的最后数码为555的是 （a.TTL, b。CMOS）产品，为7555的是 （a.TTL, b。CMOS）产品.（4）施密特触发器具有 特性;单稳触发器只有 个稳定状态.(5）常见的脉冲产生电路有 ，常见的脉冲整形电路有 、 。（6）为了实现高的频率稳定度，常采用 振荡器；单稳态触发器受到外触发时进入 。（7）在数字系统中，单稳态触发器一般用于_ _、_ _、_ _等.（8）施密特触发器可作 ，还可以作为_ _、_ _。（9）多谐振荡器在工作过程中不存在稳定状态，故又称为 _。(10)单稳态触发器的工作原理是：没有触发信号时,电路处于一种_ _。外加触发信号，电路由_ _翻转到_ _。电容充电时,电路由_ _自动返回至_ _。2、选择题（10分）(1）下面是脉冲整形电路的是( ）。A.多谐振荡器 B.JK触发器 C。施密特触发器 D。D触发器（2）多谐振荡器可产生( ）。A.正弦波 B.矩形脉冲 C。三角波 D.锯齿波（3)石英晶体多谐振荡器的突出优点是（ ）。A.速度高 B.电路简单 C.振荡频率稳定 D.输出波形边沿陡峭（4)单稳态触发器有（ )个稳定状态。A。0 B.1 C.2 D。3（5）555定时器不可以组成（ ）。A。 多谐振荡器 B。 单稳态触发器C。 施密特触发器 D。 JK触发器（6）用555定时器组成施密特触发器，当输入控制端CO外接10V电压时，回差电压为( ）。A.3。33V B。5V C。6.66V D。10V（7）以下各电路中，( ）可以产生脉冲定时.A。 多谐振荡器 B。 单稳态触发器 C。 施密特触发器 D。 石英晶体多谐振荡器(8）石英晶体电路的振荡频率取决于（ )。A串联谐振频率 B。 电阻R C。 电容C D。 电阻R和电容C（9）脉冲频率f与脉冲周期T的关系是（ ）.A. f=T B. f=1/T C。 f=T2 D。 f=0.1T（10）脉冲周期为0。01秒，那么它的脉冲频率为（ )Hz。A. 0.01 B。 1 C. 100 D. 5003、判断题（15分）（1）多谐振荡器电路没有稳定状态，只有两个暂稳态。 （ ）（2）脉冲宽度与脉冲周期的比值叫做占空比。 ( ）(3）施密特触发器可用于将三角波变换成正弦波。 （ )(4)施密特触发器有两个稳态。 ( ）（5）多谐振荡器的输出信号的周期与阻容元件的参数有关。 ( ）（6)石英晶体多谐振荡器的振荡频率与电路中的R、C组成有大的关系。 （ ） （7）单稳态触发器的暂稳态时间与输入触发脉冲宽度成正比. （ ） （8）555定时器分TTL和CMOS两大类。 （ ）（9)采用不可重触发单稳态触发器时，若在触发器进入暂稳态期间再次受到触发,输出脉宽可在此前暂稳态时间的基础上再展宽tW。 ( )（10）施密特触发器的正向阈值电压大于负向阈值电压。 （ ）(11）多谐振荡器是一种他激振荡器电路，该电路在接通电源后需外接触发信号才能产生一定频率和幅值的矩形脉冲或方波。 （ ）（12）为得到频率稳定很高的脉冲波形，多采用有石英晶体组成的石英晶体振荡器。因为石英晶体的选频特性非常好。 （ )(13)电路的振荡频率不仅取决于石英晶体的串联谐振频率，还与电路中的R、C的数值有关。 （ ）（14）单稳态触发器有外加触发信号时,电路由暂稳态翻转到稳态。 （ ）（15）对于施密特触发器，使电路输出信号从0翻转到1的电平与从1翻转到0的电平是不同的。 （ )4、综合题（50分）（1）（5分） 555定时器3个5 k电阻的功能是什么?（2）（5分）由555定时器组成的施密特触发器具有回差特性，回差电压UT的大小对电路有何影响?（3)(5分) 图示是555定时器组成的何种电路？（4）(5分）单稳态触发器的特点有哪些？（5）（10分）施密特触发器具有什么特点？施密特触发器的应用有哪些？（6）（10分）由555定时器组成的电路如下图所示，试完成下面填空。vi为输入信号，试画出输出端的信号波形。 试问该电路功能为 。+6VtvO/V0t012vI/VVOVI 8 46LM55532 1 5345vOH（7）（10分）右图是用555定时器构成的压控振荡器，试求输入控制电压和振荡频率之间的关系式。当升高时频率是升高还是降低？自我测试题答案1、填空题（每空1分，共25分）（1）用脉冲产生电路直接产生 ，对已有的信号进行整形 （2）脉冲宽度,脉冲周期（3） a ， b （4）滞回, 一(5）多谐振荡器 ，施密特触发器， 单稳态触发器 （6）石英晶体多谐, 暂稳态 .（7)延时,定时，整形（8）矩形脉冲整形电路，电平比较器，脉冲鉴幅电路（9)无稳态电路（10)稳态，稳态，暂稳态，暂稳态，稳态2、选择题(10分)(1)-（5） C B C B D （6)-(10） B B A B C3、判断题(15分）（1)(5) (6）(10) （11)-(15） 4、综合题（50分)（1）答:电阻分压器包括三个5 k电阻，对电源UDD分压后，确定比较器比较器C1、C2的参考电压.（2)答：回差电压越大，施密特触发器的抗干扰能力越强，但灵敏度越低.（3）答:单稳态触发器（4）答：a. 电路有一个稳态，一个暂稳态。b. 在外来触发信号作用下,电路由稳态翻转到暂稳态。c。 暂稳态是一个不能长久保持的状态，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态，暂稳态的持续时间取决于RC电路的参数值。（5)答：a. 施密特触发器属于电平触发，对于缓慢变化的信号仍然适用，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。b。 输入信号增加和减少时,电路有不同的阈值电压.施密特触发器的应用很广，主要有以下几个方面：a. 波形变换;b。 脉冲整形;c。脉冲鉴幅；d.构成多谐振荡器；e。 脉冲展宽等。（6)解：该电路功能为 施密特触发器 。+6VtvO/V0t012vI/VVOVI 8 47LM55532 1 5345vOH(7) 解：振荡周期为:，将，代入上式后得到当升高时，T变大，振荡频率下降。五、课后习题答案1。答:多谐振荡器是一种自激振荡电路,不需要外加输入信号，它没有稳定状态,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。改变外接R、C定时元件数值的大小,可调节振荡频率。施密特触发器具有回差特性,它有两个稳定状态，有两个不同的触发电平.施密特触发器可将任意波形变换成矩形脉冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和回差电压的大小。 单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态.输入信号起到触发电路进入暂稳态的作用,其输出脉冲的宽度取决于电路本身 R、C 定时元件的数值。改变 R、C 定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度.多谐振荡器是常用的矩形脉冲产生电路。施密特触发器和单稳态触发器是两种常用的整形电路。施密特触发器可用来进行整形、幅度鉴别、构成多谐振荡器等。单稳态触发器常用于脉冲的延时、定时和整形等。2。答：当时, ，则C2输出低电平， ，。当时， ,，则C1输出低电平、C2输出高电平,、,。当时， ，则C1 C2输出均为高电平,基本RS触发器保持原来状态不变,因此保持原来状态不变。答:根据式(82）可知，1)2)两种方法是正确的.答：根据式(82)可知，f 9。429 KHz 根据式(83）可知，5答:因为 f =1KHz，所以T =1ms.根据式（8-4）及已知条件C=0.2F,得出:R1+R2 7。2K。根据式（8-5)=0.5，则：R1 = R2 = 3。6 K。6答：1)UO1端的振荡周期0。69 s UO2端的振荡周期0.14 ms2）振荡器A的振荡频率,振荡器B的振荡频率。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。7答：不能.施密特触发器与第四章中所讲的各种触发器不同,它没有记忆信号的能力,它是一种常用的整形电路。 8答：1）=2Vcc/3 = 8 V = Vcc/3 = 4 V = 4 V2）= UCO = 5 V = UCO/2 = 2。5 V = 2.5 V3）9答：10答:根据题意有2Vcc/3 = 5 V 则电源电压Vcc应取7。5V. 如果规定VCC=10V，不能任意选择,则电路的UCO端可接5V电源。11答：1）根据式(8-7)可知:tw 1.1RC = 1.485ms 。2)3）当，为了保证电路能可靠地被触发,ui的下限值即的最大值应略小于Vcc/3 （3V）.12答: 电路如下图所示：根据公式（87）tw 1.1RC =0.2s,且C=0。47F,可得R386。8 K13在使用图8。24由定时器组成的单稳态触发器电路时，对触发脉冲的宽度有无限制？当输入脉冲的低电平持续时间过长时，电路应作何修改？答：电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求，它必须小于,若输入触发脉冲宽度大于时，应在输入端加微分电路，之后再接到端。微分电路的电阻应接到，以保证在下降沿未来到时，为高电平.14答：1）555（I）片电路为一多谐振荡器，产生后级所需的CP脉冲，74161电路为一分频器,产生后级电路的触发信号，555（II)片电路为一单稳态触发器. 2）UO1端波形的周期：= 0.35 ms 。 3）74161的OC端CP端脉冲分频比为11分频 。 4)tw 1。1RC = 0.55 ms 。 5）15答：根据式(8-8），C=0.0F,tw的调节范围ms,可得的取值范围为1。43 K 142 K。16.答：uO1、uO 2输出脉冲的宽度tw1 、tw2分别为tw1 = 0.7RC 2 mstw2 = 0.7RC 1 msuO1、uO 2的波形如下图所示：17。答：上图中的两个555定时器均接成了多谐振荡器。1）Uo1的高电平持续时间为tH = (R1 + R2)Cln2 = 1。1 s这时Uo1 = 11V。由下图可用叠加定理计算出，加到右边555定时器5脚上的电压Vco=8.8V。因此，VT+ = 8。8 V、VT = 4。4 V 。则振荡器的振荡频率，即扬声器声音的周期为 =1.63103 sf1 = 611 Hz2) Uo1的低电平持续时间为tL = R2C1ln2 = 1.04 s这时Uo1 = 0.2V.由下图可用叠加定理计算出，加到右边555定时器5脚上的电压Vco=6V。因此,VT+ = 6 V、VT- = 3 V 。则振荡器的振荡频率，即扬声器声音的周期为T2 = 1。14103 sf2 = 876 Hz至此可知，高音频率为876Hz，持续时间1.04s。低音频率为611Hz,持续时间1。1s .