1、第第7 7章章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形脈沖波形的產(chǎn)生與整形7.1 概述概述7.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器7.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7.5 555定時器及其應(yīng)用定時器及其應(yīng)用7.4 多諧振蕩器多諧振蕩器本章教學(xué)要求本章教學(xué)要求1. 了解了解555定時器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施密特觸發(fā)器和單定時器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的性能特點(diǎn)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的性能特點(diǎn);3. 掌握掌握多諧振蕩器的振蕩頻率與定時元件多諧振蕩器的振蕩頻率與定時元件R、C取值的關(guān)系；取值的關(guān)系；2. 理解理解555定時器的基本功能，多諧振蕩器、施密定時器的基本功能，多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)

2、觸發(fā)器的工作原理;4. 掌握掌握施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出電壓施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系；與輸入電壓之間的關(guān)系；vIR111G1G2vOvOvIR2 兩級CMOS反相器構(gòu)成施密特觸發(fā)器7.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器7.2.1 用兩級用兩級CMOS反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器器器的的第第一一種種穩(wěn)穩(wěn)定定狀狀態(tài)態(tài)。這這是是施施密密特特觸觸發(fā)發(fā)導(dǎo)導(dǎo)通通，截截止止，時時，當(dāng)當(dāng)0G,G0O2DDO1I vVvv的的穩(wěn)穩(wěn)定定狀狀態(tài)態(tài)。持持在在，電電路路保保也也升升高高，只只要要逐逐步步上上升升時時，當(dāng)當(dāng)0OGS(th)IIII212 vVvvvvR

3、RRGS(th)GS(th)TIDDO21GS(th)II)1(GG21221VVVvVvVvvRRRRR 限觸發(fā)電平限觸發(fā)電平值為施密特觸發(fā)器的上值為施密特觸發(fā)器的上穩(wěn)定狀態(tài)。此時，穩(wěn)定狀態(tài)。此時，密特觸發(fā)器進(jìn)入第二種密特觸發(fā)器進(jìn)入第二種發(fā)器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，施發(fā)器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，施，觸，觸截止，截止，導(dǎo)通，導(dǎo)通，時，時，上升使上升使當(dāng)當(dāng)下降而減小。下降而減小。隨隨由最大值下降，則由最大值下降，則的穩(wěn)定狀態(tài)。若的穩(wěn)定狀態(tài)。若，電路就穩(wěn)定在，電路就穩(wěn)定在只要滿足只要滿足IIIDDIIDDOTI211)(vvvVvvVvVvRRR vOvIVTVT+VGS(th)2 VGS(th)R1R2 施密特觸發(fā)

4、器 電壓傳輸特性GS(th)21TTTT2)(VRRVVVV ，遲滯特性遲滯特性的差值稱為回差電壓的差值稱為回差電壓、下限觸發(fā)電平、下限觸發(fā)電平施密特觸發(fā)器的上施密特觸發(fā)器的上的狀態(tài)。的狀態(tài)。，觸發(fā)器就穩(wěn)定在，觸發(fā)器就穩(wěn)定在只要滿足只要滿足，則，則，若，若限觸發(fā)電平限觸發(fā)電平值為施密特觸發(fā)器的下值為施密特觸發(fā)器的下態(tài)。此時的態(tài)。此時的第一種穩(wěn)定狀第一種穩(wěn)定狀時，電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)回到時，電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)回到下降使下降使當(dāng)當(dāng)0)1(OTIGS(th)TDD21GS(th)DDGS(th)TIGS(th)II2121221 vVvVVVVVVVvVvvRRRRRRR CMOS集成施密特觸發(fā)器電路TP2TN1

5、vITP1TN2TP3vOTN3VDDTP4TN5TP5TN6vO vO VDDTP6施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器整形整形(a)緩沖輸出緩沖輸出vIvO (b)1 7.2.2 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器圖中圖中TP4、TP5及及TN4、TN5構(gòu)成兩個首尾相連的反相器，用構(gòu)成兩個首尾相連的反相器，用來改善輸出波形來改善輸出波形(整形整形)；TP6和和TN6組成輸出緩沖級，以提高電路組成輸出緩沖級，以提高電路的帶負(fù)載能力，同時起隔離作用。的帶負(fù)載能力，同時起隔離作用。參數(shù)名稱參數(shù)名稱VDD/ /V最小值最小值/ /V最大值最大值/ /VVT510152.24.66.83.67.110.8VT51

6、0150.31.21.61.63.45.0 CC40106閾值數(shù)值參數(shù)參數(shù)CT5413/7413CT5414/7414CT54LS132/74LS132最小值最小值/ /V最大值最大值/ /V最小值最小值/ /V最大值最大值/ /V最小值最小值/ /V最大值最大值/ /VVT1.521.521.42VT0.61.10.61.10.51TTL施密特觸發(fā)器閾值數(shù)值集成施密特觸發(fā)器上、下限觸發(fā)器電平典型數(shù)值：集成施密特觸發(fā)器上、下限觸發(fā)器電平典型數(shù)值：vItOvOtOVTVT用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)波形變換 7.2.3 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用(1) 波形變換波形變換將輸入的正弦波、三角波、鋸

7、齒波等變換成矩形波輸出。將輸入的正弦波、三角波、鋸齒波等變換成矩形波輸出。vItOvOtOVTVT用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)波形整形(a)vItOvOtOVTVT(b)vItOvOtOVTVT(c)(2) 脈沖整形脈沖整形當(dāng)矩形脈沖經(jīng)過傳輸后因以下原因發(fā)生畸變，可通過施密當(dāng)矩形脈沖經(jīng)過傳輸后因以下原因發(fā)生畸變，可通過施密特觸發(fā)器的整形獲得滿意的矩形脈沖波形。特觸發(fā)器的整形獲得滿意的矩形脈沖波形。(a) 傳輸線上電容較大，波形的上升和下降沿變壞；傳輸線上電容較大，波形的上升和下降沿變壞；(b) 阻抗不匹配，波形的上升沿和下降沿產(chǎn)生振蕩；阻抗不匹配，波形的上升沿和下降沿產(chǎn)生振蕩；(c) 受到干擾，脈沖波形

8、上疊加有噪聲。受到干擾，脈沖波形上疊加有噪聲。用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)脈沖鑒幅vItOvOtOVTVT(3) 脈沖鑒幅脈沖鑒幅只有當(dāng)輸入脈沖信號的幅度大于施密特觸發(fā)器上限觸發(fā)電只有當(dāng)輸入脈沖信號的幅度大于施密特觸發(fā)器上限觸發(fā)電平時，在輸出端才產(chǎn)生輸出信號。平時，在輸出端才產(chǎn)生輸出信號。 7.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)和和暫態(tài)暫態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)。在外兩個不同的工作狀態(tài)。在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)，維持一段時間后，界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)，維持一段時間后，電路又能自動地翻轉(zhuǎn)為穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電電路又能自動地翻轉(zhuǎn)為穩(wěn)

9、態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與外界觸發(fā)脈沖無關(guān)。路本身的參數(shù)，與外界觸發(fā)脈沖無關(guān)。 7.3.1 集成門構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成門構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器根據(jù)維持暫態(tài)的根據(jù)維持暫態(tài)的RC定時電路的不同接法，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可定時電路的不同接法，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以分為以分為微分型微分型和和積分型積分型兩大類。兩大類。(1) 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器&(a)G2G1Cv2RRivO1vO2v1vICi5100pF 330微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其工作波形反饋線反饋線輸入端微分電路輸入端微分電路微分型定時電路微分型定時電路&(a)G2G1Cv2RRivO1vO2v1vICi5100pF 3

10、30 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其工作波形vIv1vO1vO2v2(b)3.6V0.3V0.3V1.4V3.6V0.3V3.6V0.3V1.4V- -1.5V3.6V0.3Vtw反饋線反饋線(a) 0t1為穩(wěn)定狀態(tài)。為穩(wěn)定狀態(tài)。輸入端無輸入信號觸發(fā)或觸發(fā)輸入端無輸入信號觸發(fā)或觸發(fā)輸入為高電平。當(dāng)選取輸入為高電平。當(dāng)選取Ri大于大于3.2k時，使時，使vI高于開門電平，高于開門電平，vO1=0.3V；選取選取R小于小于0.9k，使，使v2低于關(guān)門電低于關(guān)門電平，平，vO2=3.6V。觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)。觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)（vO1=VOL，vO2=VOH ）。）。0t1t2當(dāng)當(dāng)t=t1時，輸入端時，輸入

11、端vI下跳變，下跳變，v1產(chǎn)生一個負(fù)尖峰脈沖，產(chǎn)生一個負(fù)尖峰脈沖，vO1上跳至高上跳至高電平，電平，v2隨之跳變?yōu)楦唠娖?，使隨之跳變?yōu)楦唠娖剑箆O2為低電平，觸發(fā)器受觸發(fā)發(fā)生一次為低電平，觸發(fā)器受觸發(fā)發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，從而進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)（翻轉(zhuǎn)，從而進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)（vO1=VOL，vO2=VOH）。）。Cv2RvO1 電容充電等效電路RO3.6Vi(b) t1t2暫態(tài)過程。暫態(tài)過程。觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，輸出低電平通過反饋線維持觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，輸出低電平通過反饋線維持G1繼續(xù)繼續(xù)關(guān)閉。同時，電容關(guān)閉。同時，電容C充電，充電，v2(t)電壓下降。當(dāng)電壓下降。當(dāng)t=t2時，時，v2=Vth，G2關(guān)閉，輸出關(guān)

12、閉，輸出vO2上跳至高電平，上跳至高電平，G1轉(zhuǎn)為開態(tài)，觸發(fā)器轉(zhuǎn)為開態(tài)，觸發(fā)器自動翻轉(zhuǎn)一自動翻轉(zhuǎn)一次次，回到初始穩(wěn)定狀態(tài)（，回到初始穩(wěn)定狀態(tài)（vO1=VOL，vO2=VOH） 。G1的輸出電阻的輸出電阻t1至至t2的時間稱為的時間稱為暫態(tài)時間暫態(tài)時間，其，其長短取決于長短取決于RC的充電速度，因此的充電速度，因此RC稱為稱為定時電路定時電路，由它決定輸出，由它決定輸出vO1和和vO2的寬度。暫態(tài)時間通常近似估計的寬度。暫態(tài)時間通常近似估計為為CRRt)(7 . 0OW (c) tt2電路的恢復(fù)過程。電路的恢復(fù)過程。Cv2RvO1 電容放電等效電路RO0.3VR1VCCG2&G2G1CRRivI

13、Ci帶有射極跟隨器的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器VCCRETv2由由Vth隨隨vO1的下跳而下跳，電路進(jìn)入恢復(fù)階段，電容的下跳而下跳，電路進(jìn)入恢復(fù)階段，電容C開開始放電?；謴?fù)時間為始放電?；謴?fù)時間為。 RCt)53(re 在定時電路中，為調(diào)整在定時電路中，為調(diào)整tW，通常，通常以改變以改變C作為粗調(diào)，改變作為粗調(diào)，改變R作為細(xì)調(diào)。作為細(xì)調(diào)。為了使調(diào)節(jié)范圍加寬，可在定時電路為了使調(diào)節(jié)范圍加寬，可在定時電路與與G2之間加射極跟隨器，一般之間加射極跟隨器，一般RE應(yīng)滿應(yīng)滿足足64RE64。這樣，。這樣，R值的選取范圍是值的選取范圍是64R0.91k。&G2G1Cv2RvO1vO2vIvIvO1vO2v21.4Vtw

14、(a)積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 及其工作波形0.3V3.6V3.6V0.3V3.6V0.3Vt1t2(b)(2) 積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器0(a) 0t1穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)。輸入輸入vI為低電為低電平，兩個門的輸出均為高電平。電容平，兩個門的輸出均為高電平。電容C充電結(jié)束，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)。充電結(jié)束，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)當(dāng)t=t1時，時，vI上跳變，兩個門的狀上跳變，兩個門的狀態(tài)同時改變，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次，進(jìn)入態(tài)同時改變，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)。(b) t1t2暫穩(wěn)定狀態(tài)。暫穩(wěn)定狀態(tài)。輸入輸入vI為高為高電平，電平，vO1輸出均為低電平，電容輸出均為低電平，電容C放放電。當(dāng)

15、電。當(dāng)t=t2時，電壓時，電壓v2下降至下降至Vth，G2狀狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，vO2上跳至高電平，觸發(fā)上跳至高電平，觸發(fā)器狀態(tài)自動翻轉(zhuǎn)一次。器狀態(tài)自動翻轉(zhuǎn)一次。&G2G1CRvOvI 寬脈沖輸出電路&G3當(dāng)觸發(fā)輸入當(dāng)觸發(fā)輸入vI下跳后，電容下跳后，電容C重新充電完畢后，觸發(fā)器回到重新充電完畢后，觸發(fā)器回到初始穩(wěn)定狀態(tài)。初始穩(wěn)定狀態(tài)。在暫態(tài)期間，電容在暫態(tài)期間，電容C放電未達(dá)到閾值電壓放電未達(dá)到閾值電壓Vth之前，之前，vI不能由不能由高電平下跳，否則高電平下跳，否則G2因因vI下跳提前翻轉(zhuǎn)，達(dá)不到由下跳提前翻轉(zhuǎn)，達(dá)不到由RC電路控制電路控制定時的目的。故要求定時的目的。故要求vI比輸出

16、比輸出vO2脈沖寬。脈沖寬。如果要求在輸入窄的觸發(fā)脈沖時能夠得到較寬的輸出脈沖，如果要求在輸入窄的觸發(fā)脈沖時能夠得到較寬的輸出脈沖，可采用可采用圖圖示電路。示電路。CRvOvI 施密特觸發(fā)器構(gòu)成 的單穩(wěn)態(tài)電路及其工作波形A1vItVTVTOvAOtvOtOVDD(a)(b)(3) 施密特觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器當(dāng)當(dāng)vI=0時，輸出時，輸出vO=VOL=0V，這，這是穩(wěn)定狀態(tài)。是穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)當(dāng)vI的正脈沖加到輸入端時，的正脈沖加到輸入端時，vA隨之上跳，只要上跳的幅值大于隨之上跳，只要上跳的幅值大于VT+，則輸出則輸出vO=VDD。觸發(fā)器發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，。觸發(fā)器發(fā)生一次翻

17、轉(zhuǎn)，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。隨著電容隨著電容C充電，充電，vA電位指數(shù)下電位指數(shù)下降，一旦達(dá)到降，一旦達(dá)到VT- -，施密特觸發(fā)器發(fā)，施密特觸發(fā)器發(fā)生自動翻轉(zhuǎn)，生自動翻轉(zhuǎn)，vO=VOL=0V，返回至穩(wěn)，返回至穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間為態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間為 TIHlnWVVRCt單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器通用邏輯符號1非可重觸發(fā)單穩(wěn) 態(tài)觸發(fā)器波形vItOvOtOtWtWA B CD 7.3.2 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為非可重觸發(fā)非可重觸發(fā)和和可重觸發(fā)可重觸發(fā)兩種類型。兩種類型。非可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器非可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，是指，是指在暫穩(wěn)態(tài)定時時間在暫穩(wěn)態(tài)定時時間t

18、W之內(nèi)，若有新的之內(nèi)，若有新的觸發(fā)脈沖輸入，電路不會產(chǎn)生任何響觸發(fā)脈沖輸入，電路不會產(chǎn)生任何響應(yīng)。應(yīng)。只有在電路返回到穩(wěn)態(tài)后，電路只有在電路返回到穩(wěn)態(tài)后，電路才受輸入脈沖信號作用。輸出信號脈才受輸入脈沖信號作用。輸出信號脈沖的寬度為沖的寬度為tW。輸入脈沖輸入脈沖暫穩(wěn)態(tài)定時時間暫穩(wěn)態(tài)定時時間可重觸發(fā)單穩(wěn) 態(tài)觸發(fā)器波形vItOvOtOtWABCtWtWt可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，是指在暫穩(wěn)態(tài)定時時間，是指在暫穩(wěn)態(tài)定時時間tW之內(nèi)，之內(nèi)，若有新的觸發(fā)脈沖輸入，可被新的輸入脈沖重新觸發(fā)。若有新的觸發(fā)脈沖輸入，可被新的輸入脈沖重新觸發(fā)。右圖中，電路在受到右圖中，電路在受到A輸入脈沖輸入

19、脈沖觸發(fā)后，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)觸發(fā)后，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。在暫穩(wěn)態(tài)態(tài)tW期間，經(jīng)期間，經(jīng)t(ttW)時間后，又受時間后，又受到到B輸入脈沖的觸發(fā)，電路的暫穩(wěn)態(tài)輸入脈沖的觸發(fā)，電路的暫穩(wěn)態(tài)時間又將從受時間又將從受B脈沖觸發(fā)開始，因此脈沖觸發(fā)開始，因此輸出信號的脈沖寬度將為輸出信號的脈沖寬度將為t+tW。采用可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，只要在輸出的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)期采用可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，只要在輸出的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)期tW結(jié)束前，再輸入觸發(fā)脈沖，就可方便地產(chǎn)生持續(xù)時間很長的結(jié)束前，再輸入觸發(fā)脈沖，就可方便地產(chǎn)生持續(xù)時間很長的輸出脈沖。輸出脈沖。(1) TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器TR+&G1&G2&G3

20、G4&11G5G6C111G7G8G9RCextVCCRintRintRext/CextaTR-ATR-BQQ CT54121/74121單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器邏輯圖輸入控制電路輸入控制電路輸出緩沖電路輸出緩沖電路微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CT54121/74121非可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器非可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入輸入輸出輸出TR- -ATR- -BTR+ +QQ0101010100111011111100 CT53121/74121功能表穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)功能表：功能表：OtTR-AtwOTR-BOTR+OQttttwtwt1t2t3t4t5t6 CT54121/74121工作波形1&1TR

21、-ATR-BTR+CextRintRext/CextCXRIRX/CX CT54121/74121邏輯符號工作波形：工作波形：邏輯符號：邏輯符號：1G12Q&1G1Q&G2&1G5G6G711G11G9TPTNG3G41G81G101G131G141G151G16VDDVDDvATR+TRR CC14528邏輯圖CR(2) CMOS集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CC14528可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器三態(tài)門三態(tài)門輸出緩沖電路輸出緩沖電路輸入控制電路輸入控制電路輸入輸入輸出輸出RTR+ +TR- -QQ0011010011110 CC14528功能表功能表：功能表：OtTR+tw

22、OTR- -OvAOQttttwtwt1t2t3t4t5t6CC14528可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)工作波形tt7工作波形：工作波形：&G1CRd電容正反饋多諧振蕩器&G2abtw1t1t2t3tw2充充電電放放電電V1.4V0.3V0.3V3.6Vvdvbva(a)(b)7.4多諧振蕩器多諧振蕩器多諧振蕩器是一種自激振蕩器，多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號，在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號，能自動地產(chǎn)生矩形脈沖，優(yōu)于矩形波能自動地產(chǎn)生矩形脈沖，優(yōu)于矩形波形中含有豐富的高次諧波，故習(xí)慣稱形中含有豐富的高次諧波，故習(xí)慣稱為為多諧振蕩器多諧振蕩器。它是常用的矩形脈沖。它是常用的矩形

23、脈沖產(chǎn)生電路。產(chǎn)生電路。電容正反饋多諧振蕩器電容正反饋多諧振蕩器(1) 基本工作原理基本工作原理在多諧振蕩器工作過程中，主要在多諧振蕩器工作過程中，主要依靠電容依靠電容C的充、放電，引起的充、放電，引起vd的變的變化，若化，若vd達(dá)到達(dá)到TTL門閾值電壓門閾值電壓Vth，引，引起起與非與非門狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。門狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。&G1CRd電容正反饋多諧振蕩器&G2abtw1t1t2t3tw2充充電電放放電電V1.4V0.3V0.3V3.6Vvdvbva(a)(b)設(shè)某時刻由于電容設(shè)某時刻由于電容C充電，使充電，使vd上升至上升至vdVth時，時，G1由關(guān)態(tài)變?yōu)殚_態(tài)，由關(guān)態(tài)變?yōu)殚_態(tài)，使輸出使輸出va由高電

24、平跳變至低電平，由高電平跳變至低電平，G2由開態(tài)變?yōu)殛P(guān)態(tài)，輸出由開態(tài)變?yōu)殛P(guān)態(tài)，輸出vb由低電平跳由低電平跳變至高電平。由于電容變至高電平。由于電容C兩端電壓不兩端電壓不能突變，使能突變，使vd也隨也隨vb的上跳而上跳，的上跳而上跳，維持維持G1處于開態(tài)，處于開態(tài)，G2處于關(guān)態(tài)。處于關(guān)態(tài)。以后電容以后電容C放電，放電，vd電位逐漸下電位逐漸下降，在降，在vd下降至下降至Vth之前，這段時間稱之前，這段時間稱為為暫態(tài)暫態(tài)，即圖中，即圖中t1t2期間的波形。期間的波形。CRdab0.3V3.6V(a)電容C充、放電等效電路RO+- -RROC(b)+- -R1VCCdab0.3V3.6V放電放電充電

25、充電當(dāng)當(dāng)vd下降至下降至Vth時，時，G1由開態(tài)變?yōu)橛砷_態(tài)變?yōu)殛P(guān)態(tài)，關(guān)態(tài)，va由低電平上跳至高電平，由低電平上跳至高電平，G2由關(guān)態(tài)變?yōu)殚_態(tài)，由關(guān)態(tài)變?yōu)殚_態(tài)，vb由高電平下跳至由高電平下跳至低電平。電路又一次自動翻轉(zhuǎn)。低電平。電路又一次自動翻轉(zhuǎn)。當(dāng)當(dāng)G1處于關(guān)態(tài)，處于關(guān)態(tài)，G2處于開態(tài)后，處于開態(tài)后，電容電容C充電，充電，vd電位逐漸上升，在電位逐漸上升，在vd上上升至升至Vth之前，這段時間稱為之前，這段時間稱為暫態(tài)暫態(tài)，如圖中如圖中t2t3期間的波形。期間的波形。當(dāng)當(dāng)vd上升至上升至Vth時，時，G1由關(guān)態(tài)變?yōu)橛申P(guān)態(tài)變?yōu)殚_態(tài)，開態(tài)，G2由開態(tài)變?yōu)殛P(guān)態(tài)，進(jìn)入暫態(tài)由開態(tài)變?yōu)殛P(guān)態(tài)，進(jìn)入暫態(tài)。以后

26、不斷重復(fù)上述過程，從而形。以后不斷重復(fù)上述過程，從而形成周期振蕩，在輸出端獲得矩形波成周期振蕩，在輸出端獲得矩形波vb。(2) 振蕩周期的計算振蕩周期的計算(a) 暫態(tài)暫態(tài)持續(xù)時間持續(xù)時間tW1的計算的計算)()()()(112W12dd1ddln tvvtvvttt OHOLOHbth1dth2dadO1)(V4 . 1)(V0V3 . 0)()(VVVVVVVtvVtvvvCRR 其中：其中：)1ln()()ln()(thOHthOHthOOW1VVVVVCRRCRRt )()()()(223W23dd2ddln tvvtvvttt OHOHOL2b2bth2dth3dOHad1O2)()

27、()(V4 . 1)(V6 . 3)(/)(VVVtvtvVVVtvVtvVvvCRRR 其中：其中：)ln(/)(thOHthOH21OW2VVVVCRRRt (b) 暫態(tài)暫態(tài)持續(xù)時間持續(xù)時間tW2的計算的計算W2W1ttT (c) 振蕩周期振蕩周期帶有帶有RC定時電路的環(huán)定時電路的環(huán)形振蕩器形振蕩器&G2CR帶RC電路的環(huán)形多諧振蕩器及工作原理&G3vOt1t2t3tw2(a)(b)&G1RSv3v2v1OvOtOv1tOv2tOv3tVmVmVtht4tw1基本工作原理基本工作原理是利用電容是利用電容C的充、放電過程，控制電壓的充、放電過程，控制電壓v3，從而控制從而控制與非與非門的自動

28、開閉。門的自動開閉。(1) t1t2暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)設(shè)設(shè)tt2時，與時，與tt1時的狀態(tài)相同，只要時的狀態(tài)相同，只要v3未上升至未上升至Vth，暫穩(wěn)，暫穩(wěn)態(tài)維持不變。而態(tài)維持不變。而t=t3時，又重復(fù)時，又重復(fù)t=t1時的過程。上述過程自動周時的過程。上述過程自動周期重復(fù)，形成多諧振蕩。期重復(fù)，形成多諧振蕩。根據(jù)分析，可求得（忽略根據(jù)分析，可求得（忽略TTL門輸出電阻的影響）門輸出電阻的影響）RCRCtCRRCRRtVVVVVVVVVV26. 1ln)/(98. 0ln)/(OLthOLthOHthOHOLthOH2W21)(21W1 可見，通過調(diào)節(jié)電容可見，通過調(diào)節(jié)電容C和電阻和電阻R可以調(diào)節(jié)振

29、蕩器的頻率?？梢哉{(diào)節(jié)振蕩器的頻率。&G2R 晶體穩(wěn)頻的多諧振蕩器&G1R&G3vO晶體穩(wěn)頻的多諧振蕩器晶體穩(wěn)頻的多諧振蕩器晶體穩(wěn)頻多諧振蕩器是在耦晶體穩(wěn)頻多諧振蕩器是在耦合支路中串接了石英晶體構(gòu)成的。合支路中串接了石英晶體構(gòu)成的。石英晶體具有一個極其穩(wěn)定石英晶體具有一個極其穩(wěn)定的串聯(lián)諧振頻率的串聯(lián)諧振頻率fs，在該頻率的，在該頻率的兩側(cè)，晶體的阻抗迅速增大。兩側(cè)，晶體的阻抗迅速增大。在反饋支路中串入石英晶體，振蕩器只有在頻率滿足在反饋支路中串入石英晶體，振蕩器只有在頻率滿足fs的起的起振條件時才起振。振蕩的波形經(jīng)過振條件時才起振。振蕩的波形經(jīng)過G3整形后即輸出矩形脈沖波。整形后即輸出矩形脈沖波

30、。所以，多諧振蕩器的振蕩頻率決定于晶體的振蕩頻率，這就是所以，多諧振蕩器的振蕩頻率決定于晶體的振蕩頻率，這就是晶體的穩(wěn)頻作用。晶體的穩(wěn)頻作用。CRvOvC 施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器1vCtO(a)(b)tOvOtw1tw2由施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器由施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器當(dāng)接通電源時，當(dāng)接通電源時，vC電位較低，輸電位較低，輸出出vO為高電平。此后為高電平。此后vO通過通過R對對C充充電，當(dāng)電，當(dāng)vCVT+時，施密特觸發(fā)器輸出時，施密特觸發(fā)器輸出為低電平；為低電平；vC經(jīng)經(jīng)R通過通過vO放電，當(dāng)放電，當(dāng)vCVT- -時，施密特觸發(fā)器輸出為高時，施密特觸發(fā)器輸出為高電平。如此反復(fù)，

31、形成多諧振蕩。電平。如此反復(fù)，形成多諧振蕩。若采用若采用CMOS施密特觸發(fā)器，則施密特觸發(fā)器，則 TTTDDTDDlnlnW2W1VVVVVVRCtRCt振蕩周期為振蕩周期為W2W1ttT 555555定時器是將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子器定時器是將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子器件。它使用方便件。它使用方便, ,帶負(fù)載能力較強(qiáng)帶負(fù)載能力較強(qiáng), , 目前應(yīng)用廣泛。目前應(yīng)用廣泛。 在其外部配接上少許阻容定時元件，便可以構(gòu)成在其外部配接上少許阻容定時元件，便可以構(gòu)成多諧振蕩多諧振蕩器器、施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器和和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等產(chǎn)生脈沖的電路。等產(chǎn)生脈沖的電路。矩形脈沖矩形

32、脈沖( (方波、巨型波方波、巨型波) )的獲得方法：的獲得方法： 1. 使用各種形式的矩形波發(fā)生電路產(chǎn)生矩形波；使用各種形式的矩形波發(fā)生電路產(chǎn)生矩形波； 2. 利用現(xiàn)有的周期性信號，通過整形電路變換為所需要的矩利用現(xiàn)有的周期性信號，通過整形電路變換為所需要的矩形波信號。形波信號。7.5.1 555定時器的組成及工作原理定時器的組成及工作原理7.5 集成集成555定時器及其應(yīng)用定時器及其應(yīng)用 在數(shù)字電路中，矩形脈沖作為時鐘信號控制著整個數(shù)字系統(tǒng)在數(shù)字電路中，矩形脈沖作為時鐘信號控制著整個數(shù)字系統(tǒng)的工作，所以時鐘脈沖的好壞直接關(guān)系整個系統(tǒng)能否正常工作。的工作，所以時鐘脈沖的好壞直接關(guān)系整個系統(tǒng)能否

33、正常工作。一、一、555555定時器的組成定時器的組成1. 分壓器分壓器R=5k2/3VCC1/3VCC基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器比較器比較器C1的同相端加電壓為的同相端加電壓為2/3VccC2的反相端加電壓為的反相端加電壓為1/3Vcc外加參考電壓，結(jié)果又怎樣？外加參考電壓，結(jié)果又怎樣？2. 比較器比較器VTH 2/3Vcc，VTR1/3Vcc，3. 基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器置數(shù)端和復(fù)位端均為低電平有效置數(shù)端和復(fù)位端均為低電平有效4. 晶體管開關(guān)和輸出緩沖器晶體管開關(guān)和輸出緩沖器- -+ + +1C- -+ + +2CR1S1RQ1 1RRRCOVTHTRGNDCCVDRuDuOTD非門非門為

34、緩沖器，作用是提高帶負(fù)載能力并隔離負(fù)載對定時器的影響為緩沖器，作用是提高帶負(fù)載能力并隔離負(fù)載對定時器的影響. Q=1, TD導(dǎo)通導(dǎo)通, 7腳輸出低電平腳輸出低電平; Q=0, TD截至截至, 7腳輸出高電平腳輸出高電平;VOC1=VOL;VOC2=VOH;R=5k2/3VCC1/3VCC基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器比較器比較器-+ + +1C- -+ + +2CR1S1RQ1 1RRRCOVTHTRGNDCCVDRuDuOTD二、二、555555定時器的符號定時器的符號RDVCCuDVCOTRGNDuOTH555三、三、555555定時器外形定時器外形一、一、555555定時器的組成定時器的組成四

35、、四、555555定時器的基本功能定時器的基本功能- -+ + +1C- -+ + +2CR1S1RQ1 1RRRCOVTHTRGNDCCVDRuDuOTD555555能在寬電源電壓范圍內(nèi)工作，可承受較大的負(fù)載電流。能在寬電源電壓范圍內(nèi)工作，可承受較大的負(fù)載電流。雙極型雙極型555555定時器的電源電壓：定時器的電源電壓：5 516V16V，最大負(fù)載電流：，最大負(fù)載電流：200mA200mACMOSCMOS型型75557555定時器的電源電壓：定時器的電源電壓：3 318V18V，最大負(fù)載電流：，最大負(fù)載電流：4mA4mATHTRRDuOTDCC32V CC31V CC31V CC32V 1C

36、C32V CC3V LL通通H通通LH止止HH保持保持保持保持一、一、555555定時器的組成定時器的組成101101五、五、555555的應(yīng)用的應(yīng)用- -+ + +1C- -+ + +2CR1S1RQ1 1RRRCOVTHTRGNDCCVDRuDuOTD4816235S2S1RRCVCCTHTRM微電機(jī)微電機(jī)555uoS1 : 起動按鈕起動按鈕工作原理工作原理1. 僅按下僅按下S1 ，則則 uo=1 ，電機(jī)轉(zhuǎn)動電機(jī)轉(zhuǎn)動 ；即使即使放開放開 S1 ，uo 保持保持為為1 , 電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動 ；2. 僅按下僅按下S2 ，則則 uo=0 ，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動電機(jī)停止轉(zhuǎn)動 ；即使即使放開放開 S

37、2 ，uo 保持為保持為0 , 電機(jī)仍然不會轉(zhuǎn)動電機(jī)仍然不會轉(zhuǎn)動 。 S2 : 起動按鈕起動按鈕7.5.2 555定時器構(gòu)成的定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器VCCRC1 12 23 34 45 56 67 78 8555555VCC2uouDuI一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)二、工作原理二、工作原理三、工作波形三、工作波形1. uI:0 U+ uo=UOH ；TD截截 止止 ；uD =VCC2 2. uI:U+ U- - uo=UOL ；TD導(dǎo)通導(dǎo)通 ；uD = UOLU+U- -OuItUOHUOLOuOtVCC2UOLOuDtU- - =1/3VCC U+ =2/3VCC四、電壓傳輸特性四

38、、電壓傳輸特性 （滯回特性）（滯回特性）三、工作波形三、工作波形U+U- -OuItUOHUOLOuOtVCC2UOLOuDtU+U- -OuIuO五、靜態(tài)參數(shù)五、靜態(tài)參數(shù)U- - =1/3VCC ；U+ =2/3VCC ；U = UT+- -UT- - =1/3VCC 若外加參考電壓，又怎么樣？若外加參考電壓，又怎么樣？六、施密特觸發(fā)器應(yīng)用六、施密特觸發(fā)器應(yīng)用ttUOHUOLOuOU+U- -OuIttUOHUOLOuOU+U- -OuI例例1例例2例例3例例4一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)uoiuVCCRCC123456785555（1） 當(dāng)當(dāng)vi=1時，時，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即電路工作在穩(wěn)定

39、狀態(tài)，即vO=0，vC=0。（2）當(dāng)）當(dāng)vi下降沿到達(dá)時，下降沿到達(dá)時，vO由由0跳變?yōu)樘優(yōu)?，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。- -+ + +1C- -+ + +2CR1S1RQ1 1RRRCOVTHTRGNDCCVDRuDuOTD（3）當(dāng)）當(dāng)vC=2/3VCC時，時，vO由由1跳變跳變0，TD由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，C經(jīng)經(jīng)T迅迅 速放電，電壓速放電，電壓vC迅速降至迅速降至0V，電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。，電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。二、工作原理二、工作原理7.5.3 555定時器構(gòu)成的定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)uoiuVCCRCC1

40、23456785555（1） 當(dāng)當(dāng)vi=1時，時，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即vO=0，vC=0。（2）當(dāng)）當(dāng)vi下降沿到達(dá)時，下降沿到達(dá)時，vO由由0跳變?yōu)樘優(yōu)?，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。（3）當(dāng)）當(dāng)vC=2/3VCC時，時，vO由由1跳變跳變0，TD由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，C經(jīng)經(jīng)T迅迅 速放電，電壓速放電，電壓vC迅速降至迅速降至0V，電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。，電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。二、工作原理二、工作原理三、工作波形三、工作波形vI0tvC0tvO0tTW2/3VCC（4）充電時間計算）充電時間計算 uC (0) = 0V、 uC (

41、) =VCC、 =RC， 當(dāng)當(dāng)t= tw時，時， uC (tw) =2 VCC /3代入三要素公式，可求得：代入三要素公式，可求得：RCRCTW1 . 13ln三、工作波形三、工作波形vI0tvC0tvO0tTW2/3VCC一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)uoiuVCCRCC123456785555二、工作原理二、工作原理四、注意事項(xiàng)四、注意事項(xiàng)1. 觸發(fā)脈沖必須是觸發(fā)脈沖必須是窄脈沖窄脈沖，要比暫穩(wěn)態(tài)的時間，要比暫穩(wěn)態(tài)的時間tw還要短。還要短。2. 如果在暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間內(nèi)加入新的觸發(fā)脈沖，如果在暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間內(nèi)加入新的觸發(fā)脈沖，則新的觸發(fā)則新的觸發(fā)脈沖不起作用，該電路為脈沖不起作用，該電路為不可重復(fù)

42、觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。五、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用五、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用例例1 1：簡易曝光定時器：簡易曝光定時器當(dāng)按下當(dāng)按下AN電容放電電容放電555置位置位J吸合吸合電燈電燈HL亮亮電容充電到電容充電到2/3VDD555復(fù)位復(fù)位J釋放釋放電燈電燈HL熄熄7.5.4 555555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器定時器構(gòu)成的多諧振蕩器ucVCCuo oRRCC121 12 23 34 45 56 67 78 85555555 5一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)二、工作原理二、工作原理( (設(shè)起始設(shè)起始u uc c=0)=0)uo=UOH；TD截截 止止；uc ；1=C(R1+R2)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)u

43、c ；uo=UOL；TD導(dǎo)通導(dǎo)通；2=CR2uc=2/3Vcc ； UOH UOL ;TD:截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通；翻轉(zhuǎn)；翻轉(zhuǎn)uc=1/3Vcc ；UOL UOH;TD:導(dǎo)通導(dǎo)通截止；翻轉(zhuǎn)截止；翻轉(zhuǎn)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)- -+ + +1C- -+ + +2CR1S1RQ1 1RRRCOVTHTRGNDCCVDRuDuOTD0110 1ucVCCuo oRRCC121 12 23 34 45 56 67 78 85555555 5一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)三、工作波形三、工作波形0tuouC0tVCC /32VCC /3tw1tw2tw1二、工作原理二、工作原理( (設(shè)起始設(shè)起始u uc c=0)=0)uo=UOH；TD截截 止止；uc ；1=C(R1+R2)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)uc ；uo=UOL；TD導(dǎo)通導(dǎo)通；2=CR2uc=2/3Vcc ； UOH UOL ;TD:截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通；翻轉(zhuǎn)；翻轉(zhuǎn)uc=1/3Vcc ；UOL UOH;TD:導(dǎo)通導(dǎo)通截止；翻轉(zhuǎn)截止；翻轉(zhuǎn)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)四、四、f 和和q 的近似估算的近似估算 充電充電(tw1 ) ：uC (0) = VCC /3 、 uC () =VCC、 1=(R1+ R2)