1、第八章脈沖波形的產(chǎn)生與整形8.1 集成555定時器8.2 施密特觸發(fā)器8.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.3 多諧振蕩器一、555定時器的電路結(jié)構(gòu)8.1 集成555定時器電壓比較器的功能： v+ v-，vO=1 v+ v-，vO=0由以下幾部分組成：（1）三個5k電阻組成的分壓器。（2）兩個電壓比較器 C1和C2。（3）基本RS觸發(fā)器，（4）放電三極管T及緩沖器G。電路符號二工作原理（1）4腳為復(fù)位輸入端（ RD ），當(dāng)RD為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出vo為低電平。正常工作時，應(yīng)將其接高電平。（2）5腳為電壓控制端，當(dāng)其懸空時，比較器C1和C2的比較電壓分別為2/3VCC 和1/3VCC 。

2、1/3VCC2/3VCC（3）2腳為觸發(fā)輸入端，6腳為閾值輸入端，兩端的電位高低控制比較器C1和C2的輸出，從而控制RS觸發(fā)器，決定輸出狀態(tài)。1/3VCC2/3VCC閾值輸入閾值輸入復(fù)位輸出vI1vI2RDvo2/3VCC2/3VCC2/3VCC1/3VCC1/3VCC1/3VCC0111010不變功能表8.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器具有回差電壓特性，能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。一. 用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1. 電路組成及工作原理1/3VCC2/3VCC電路符號2. 電壓滯回特性和主要參數(shù) （2）主要靜態(tài)參數(shù) （a）上限閾值電壓VT+ vI上升過程中，輸出電

3、壓vO由高電平VOH跳變到低電平VOL時，所對應(yīng)的輸入電壓值。VT+=2/3VCC。 （b）下限閾值電壓VT vI下降過程中，vO由低電平VOL跳變到高電平VOH時，所對應(yīng)的輸入電壓值。VT=1 /3VCC。 （3）回差電壓VT VT= VT+VT=1 /3VCC（1）電壓滯回特性1/3VCCVoVi0傳輸特性VOHVOL2/3VCC1/3VCC2/3VCCVT+VT VTVT+VT VT電路符號O2vtO1vtVCC2vO1 二 集成施密特觸發(fā)器 2. TTL集成施密特觸發(fā)器74LS14 1. CMOS集成施密特觸發(fā)器CC40106三 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例1. 用作接口電路將緩慢變化的輸入

4、信號，轉(zhuǎn)換成為符合TTL系統(tǒng)要求的脈沖波形。2. 用作整形電路把不規(guī)則的輸入信號整形成為矩形脈沖。輸入輸出VT+VT- 3. 用于脈沖鑒幅從一系列幅度不同的脈沖信號中，選出那些幅度大于VT+的輸入脈沖。 0vctvo0t8.3 多諧振蕩器多諧振蕩器能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。一 用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器1. 電路組成及工作原理2/3VCC1/3VCCEWB演示555組成多諧振蕩器2. 振蕩頻率的估算（1）電容充電時間T1：（用三要素法計算）（2） 電容放電時間T2（3）電路振蕩周期T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（5）輸出波形占空比q（4）電路振蕩頻率fTT1T20vctv

5、o0t2/3VCC1/3VCC 二 占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路 利用二極管的單向?qū)щ娦?，把電容C充電和放電回路隔離開，再加上一個電位器，便可構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器。 可計算得： T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比：三 石英晶體多諧振蕩器有兩個諧振頻率。當(dāng)f=fs時，為串聯(lián)諧振，石英晶體的電抗X=0； 當(dāng)f=fp時，為并聯(lián)諧振，石英晶體的電抗無窮大。 由晶體本身的特性決定： fs fp f0（晶體的標(biāo)稱頻率） 石英晶體的選頻特性極好，f0十分穩(wěn)定，其穩(wěn)定度可達(dá)10-1010-11。1.石英晶體的選頻特性X感性0容性2. 石英晶體多諧振蕩器（1）串聯(lián)式振蕩器 R1、R2：使兩個反相

6、器都工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，成為具有高放大倍數(shù)的放大器。 對于TTL門，常取R1=R2=0.72k，對于CMOS門，常取R1=R2=10100M；C1=C2是耦合電容。 石英晶體工作在串聯(lián)諧振頻率f0下，只有頻率為f0的信號才能通過，滿足振蕩條件。因此，電路的振蕩頻率= f0，與外接元件R、C無關(guān)，所以這種電路振蕩頻率的穩(wěn)定度很高。（2）并聯(lián)式振蕩器 RF是偏置電阻，保證在靜態(tài)時使G1工作轉(zhuǎn)折區(qū)，構(gòu)成一個反相放大器。 晶體工作在略大于fS與 fP之間，等效一電感，與C1、C2共同構(gòu)成電容三點式振蕩電路。電路的振蕩頻率= f0。 反相器G2起整形緩沖作用，同時G2還可以隔離負(fù)載對振蕩電路工作的影響。四多諧

7、振蕩器應(yīng)用實例1. 簡易溫控報警器 2. 雙音門鈴。3. 秒脈沖發(fā)生器 CMOS石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生f=32768Hz的基準(zhǔn)信號，經(jīng)T/觸發(fā)器構(gòu)成的15級異步計數(shù)器分頻后，便可得到穩(wěn)定度極高的秒信號。 這種秒脈沖發(fā)生器可做為各種計時系統(tǒng)的基準(zhǔn)信號源。8.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)；在觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時間后，自動返回到穩(wěn)態(tài)。（1）無觸發(fā)信號輸入時電路工作在穩(wěn)定狀態(tài) 當(dāng)vI=1時，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即vO=0，vC=0。一 用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1. 電路組成及工作原理（2）vI下降沿觸發(fā) 當(dāng)vI下降沿到達(dá)時，vO由0跳變?yōu)?/p>

8、1，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。（3）暫穩(wěn)態(tài)的維持時間在暫穩(wěn)態(tài)期間，三極管T截止，VCC經(jīng)R向C充電。時間常數(shù)1=RC，vC由0V開始增大，在vC上升到2/3VCC之前，電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變。（4）自動返回時間當(dāng)vC上升至2/3VCC時，vO變0，電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。（5）恢復(fù)過程當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，C通過飽和導(dǎo)通的T放電，時間常數(shù) 2=RCESC，由于RCES很小，所以放電很快。C放電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。2. 主要參數(shù)估算(1) 輸出脈沖寬度Tw（用三要素法計算）（2）恢復(fù)時間tre tre=（35）2（3）最高工作頻率fmax vI周期的最小值： Tmin= tWtre 最高工作頻率:TTW二集

9、成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121A1、A2是下沿有效的觸發(fā)信號輸入端，B是上沿有效的觸發(fā)信號輸入端。保持穩(wěn)態(tài)0 10 10 10 10 1 0 1 01 1 下沿觸發(fā)1 1 1 1 1上沿觸發(fā)工作特征vO vO輸 出0 0 A1 A1 B輸 入74121功能表集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的外部元件連接方法:（b）使用內(nèi)部電阻Rint且電路為上升沿觸發(fā)的連接方式。（a）使用外部電阻Rext且電路為下降沿觸發(fā)的連接方式。74121的主要參數(shù) (1) 輸出脈沖寬度tW 使用外接電阻： tW 0.7RextC 使用內(nèi)部電阻： tW 0.7RintC 74121內(nèi)部電阻=2k，外接電阻Rext可在1.440k之間

10、選擇， 外接電容C可在10pF10F之間選擇，（2）輸入觸發(fā)脈沖最小周期Tmin Tmin= tWtre（3）周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比q 定義： q = tW/T 最大占空比： qmax= tW/ Tmin所以，當(dāng)R=2k時， 最大占空比qmax為67%； 當(dāng)R=40k時，最大占空比qmax可達(dá)90%。三單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1. 延時與定時（1）延時圖中，v/O的下降沿比vI的下降沿滯后了時間tW。（2）定時當(dāng)v/O=1時，與門打開，vO= vF。當(dāng)v/O=0時，與門關(guān)閉，vO為低電平。與門打開的時間是單穩(wěn)輸出脈沖v/O的寬度tW。 2. 整形 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號vI，整形成為幅

11、度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖vO。vO的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度tW決定于暫穩(wěn)態(tài)時間。3. 觸摸定時控制開關(guān) 555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。只要用手觸摸一下金屬片P，由于人體感應(yīng)電壓相當(dāng)于在觸發(fā)輸入端（管腳2）加入一個負(fù)脈沖，555輸出端輸出高電平，燈泡（RL）發(fā)光，當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)時間（tW）結(jié)束時，555輸出端恢復(fù)低電平，燈泡熄滅。該觸摸開關(guān)可用于夜間定時照明，定時時間可由RC參數(shù)調(diào)節(jié)。4. 觸摸、聲控雙功能延時燈555和T1、R3、R2、C4組成單穩(wěn)定時電路，定時（即燈亮）時間約為1分鐘。當(dāng)擊掌聲傳至壓電陶瓷片時，HTD將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)T2、T1放大，觸發(fā)555，使5

12、55輸出高電平，觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管SCR，電燈亮；同樣，若觸摸金屬片A時，人體感應(yīng)電信號經(jīng)R4、R5加至T1基極，也能使T1導(dǎo)通，觸發(fā)555，達(dá)到上述效果。練習(xí)一：8.4.3 圖題8.4.3為一心律失常報警電路，圖中vI是經(jīng)過放大后的心電信號，其幅值vIm=4V。（1）對應(yīng)vI分別畫出圖中vo1、vo2、vo三點的電壓波形；（2）說明電路的組成及工作原理。8.2.1 如圖所示，555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器，當(dāng)輸入信號為圖示周期性心電波形時，試畫出經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后的輸出電壓波形。8.3.5 一過壓監(jiān)視電路如圖所示，試說明當(dāng)監(jiān)視電壓vx超過一定值時，發(fā)光二極管D將發(fā)出閃爍的信號。提示：當(dāng)晶體管T飽和時，555的管腳1端可認(rèn)為處于地電位。練習(xí)二：間歇振蕩器EWB演示555組成間歇振蕩器本章小結(jié)1多諧振蕩器是一種自激振蕩電路，不需要外加輸入信號，就可以自動地產(chǎn)生出矩形脈沖。用555定時器可以組成多諧振蕩器，用石英晶體也定時