定時(shí)器脈沖的產(chǎn)生與整形電路演示文稿當(dāng)前第1頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)定時(shí)器脈沖的產(chǎn)生與整形電路當(dāng)前第2頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)6.1概述數(shù)字電路中，為了控制和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作，常常需要時(shí)鐘脈沖信號(hào)。獲得時(shí)鐘脈沖的方法有：1.利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生。2.通過整形電路變換而成。整形電路又分為兩類：施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。整形電路可以使脈沖的邊沿變陡峭，或形成規(guī)定的矩形脈沖。當(dāng)前第3頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)Um0.9Um0.5Um0.1UmTwTtrtf表述矩形脈沖性能指標(biāo)的主要參數(shù)：周期T——周期性重復(fù)的脈沖序列中，兩個(gè)相鄰脈沖間的時(shí)間間隔頻率f=1/T，

代表單位時(shí)間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)。當(dāng)前第4頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)下降時(shí)間tf——脈沖從0.9Um下降到0.1Um所需的時(shí)間Um0.9Um0.5Um0.1UmTwTtrtf脈沖幅度Um——脈沖電壓最大變化的幅值脈沖寬度Tw——從脈沖前沿0.5Um始，到脈沖后沿0.5Um止的一段時(shí)間上升時(shí)間tr——脈沖從0.1Um上升到0.9Um所需的時(shí)間當(dāng)前第5頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)6.2施密特觸發(fā)器

UT=UT+-UT-稱為回差電壓施密特觸發(fā)器是一種重要的脈沖整形電路，施密特觸發(fā)器能把變化緩慢的波形變換成矩形脈沖。輸入電壓上升的翻轉(zhuǎn)電平為上限閾值電平UT+輸入電壓下降的翻轉(zhuǎn)電平為下限閾值電平UT-1.基本概念當(dāng)前第6頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)輸入和輸出為同相關(guān)系的稱為同相施密特觸發(fā)器輸入和輸出為反相關(guān)系的稱為反相施密特觸發(fā)器2.施密特觸發(fā)器的傳輸特性當(dāng)前第7頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)6.2.1門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器設(shè)UT≈VDD/2，且R1<R211G1G2R2R1uIuO1.CMOS非門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器當(dāng)前第8頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)2.施密特觸發(fā)器的工作原理uO11G1G2R2R1uIuOUT+UT–

tuI的波形圖uIO(1)當(dāng)uI=0時(shí)，有VDD，uO0當(dāng)uI增加到使=UT時(shí)，產(chǎn)生如下正反饋過程:隨著uI上升，也上升，且有

uIR2/(R1+R2)當(dāng)前第9頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)在極短時(shí)間內(nèi)，電路翻轉(zhuǎn)為uO

VDD。此時(shí)由可求得電路的上限閾值電壓UT+=(1+R1/R2)UT11G1G2R2R1uIuO同理，uI=VDD時(shí)，uO

VDDUT+UT–

tuI的波形圖uIO=UT+R2/(R1+R2)=UT當(dāng)前第10頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)UT-=(1－R1/R2)UT11G1G2R2R1uIuO(3)觸發(fā)器的回差電壓UT=UT+–UT-=2UT

R1/R2UT+UT–

tuI的波形圖uIO(2)當(dāng)uI從高電平下降達(dá)到使=UT時(shí)，可求得電路的下限閾值電壓:當(dāng)前第11頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)11G1G2R2R1uIuOUT=UT+–UT-=2UT

R1/R2可見，電路輸出的狀態(tài)由輸入電壓的大小決定，改變R1和R2就可調(diào)節(jié)回差電壓UT的大小。UT+UT–

tuI的波形圖uIO當(dāng)前第12頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)11G1G2R2R1uIuO(4)波形圖UT+UT–

t

tuO波形圖uIOO當(dāng)前第13頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)6.2.2集成施密特觸發(fā)器TTL集成施密特觸發(fā)器有：74LS14，74132，7413等。

CMOS集成施密特觸發(fā)器有：CD40106，CD4093和CD4584等。TTL集成施密特觸發(fā)器性能表型號(hào)741474LS1327413tpd/ns151516.5Pm/mW25.58.88.75ΔUT/V0.80.80.8當(dāng)前第14頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)6.2.3施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例1.脈沖整形電路在數(shù)字測量和控制系統(tǒng)中，由傳感器送來的信號(hào)波形邊沿較差，利用施密特電路可以對這些信號(hào)進(jìn)行整形。t脈沖整形波形圖ttuIuOUT+UT–uItuOUT+UT–OOOO當(dāng)前第15頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)2.脈沖變換電路利用這一特點(diǎn)，施密特電路可以把變化比較緩慢的正弦波、三角波等變換成矩形脈沖信號(hào)。一種變換波形圖由于施密特電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度極快，輸出矩形波的前后沿總是很陡峭。uIuOVDDUT+UT–VDDttOO當(dāng)前第16頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)3.鑒幅電路在一串幅度不相等的脈沖信號(hào)中，如果要剔除幅度不夠大的脈沖,此時(shí)可利用施密特觸發(fā)器。uIuOUT+UT–鑒幅電路當(dāng)前第17頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器常用于數(shù)字系統(tǒng)的整形、延時(shí)和定時(shí)電路中。

1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)：暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度無關(guān)。2.在觸發(fā)脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過時(shí)間tw后又自動(dòng)翻回穩(wěn)態(tài)，并在輸出端產(chǎn)一個(gè)寬度為tw的矩形脈沖。當(dāng)前第18頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)6.3.1門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按定時(shí)元件R和C的不同連接，這類單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為微分型和積分型兩種。&G1G2RuIuO1uO2uI2&C1.微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的組成微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，uI為高電平，uO1為低電平。為了使uO2可靠為高電平，應(yīng)選R<Roff，一般取R<0.7kΩ。當(dāng)前第19頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)2.工作原理

(1)uI為高電平，電路處于穩(wěn)態(tài)。uO1=0，uO2=1&G1G2RuIuO1uO2uI2&C由于電容兩端電壓不會(huì)突變，因此uI2亦由低變高，使uO2由高變低，從而引起如下反饋過程：

使電路迅速進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)：uO1=1(2)uI的負(fù)跳沿到來時(shí)，電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。uO1由低變高uO1uIuI2uO2當(dāng)前第20頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)(3)在暫穩(wěn)態(tài)期間1.4VtuI2OUOHUTtW&G1G2RUOHuI2CRO門1的輸出高電平UOH經(jīng)電容C和電阻R到地的方向給電容充電，使門2的輸入電壓uI2以時(shí)間常數(shù)1=(R+RO)C(RO為門1的輸出電阻)按指數(shù)曲線下降。當(dāng)前第21頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)當(dāng)uI2下降到閾值電平(UT=1.4V)時(shí)，產(chǎn)生如下正反饋過程：&G1G2RuIuO1uO2uI2&CuI2uO2uI=1uO1

使電路結(jié)束暫穩(wěn)態(tài)，自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)：uO1=0，uO2=1。當(dāng)前第22頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)

uI2以時(shí)間常數(shù)2=(R1∥R)C按指數(shù)曲線上升，電路經(jīng)歷一個(gè)恢復(fù)階段回到穩(wěn)態(tài)時(shí)的初始狀態(tài)。(4)恢復(fù)階段+5V

T3

R1

R

T1uI2CG1G2uO1≈0暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間結(jié)束后，電容C放電?；謴?fù)階段C的放電回路當(dāng)前第23頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)&G1G2RuIuO1uO2uI2&CttttWIUOHUOL1.4vtWuI2

τ1

τ2

tOOOOuIuO2uO1UOHUOLUT工作波形圖2.工作波形當(dāng)前第24頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)

(1)輸出脈沖寬度(暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間)tw&G1G2RuIuO1uO2uI2&CttttWIUOHUOL1.4vtWuI2

τ1

τ2

tOOOOuIuO2uO1UOHUOLUT工作波形圖uI2從UOHR/(R+RO)下降到UT的時(shí)間當(dāng)前第25頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)1.4VtuI2OUOHUTtW&G1G2RUOHuI2CRO根據(jù)一階RC電路的三要素法得實(shí)際常用經(jīng)驗(yàn)公式tw

0.8RC(R<Roff)當(dāng)前第26頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)+5V

T3

R1

R

T1uI2CG1G2uO1≈0(2)恢復(fù)時(shí)間tre

tre

(3~5)(R1//R)Ctd=tw+tre(3)電路的分辨時(shí)間當(dāng)前第27頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)輸入帶微分環(huán)節(jié)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器若uI脈沖寬度twI>tw則應(yīng)通過微分電路RPCP再輸入到與非門1。為保證穩(wěn)態(tài)時(shí)uO1=0，要求:RPCP≤twIRP≥RON門3改善輸出波形，起反相和整形的作用。

MOS門輸入阻抗高，外接電阻R和RP的大小不會(huì)影響其穩(wěn)態(tài)，它們不再受ROFF和RON的限制。當(dāng)前第28頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)6.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器這些器件只要外接很少的電阻和電容，就可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，使用起來非常方便。TTL系列的有74121、74122、74123等。CMOS系列的有4098、4528、4538等。當(dāng)前第29頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)1.TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74121）(1)74121的電路結(jié)構(gòu)當(dāng)前第30頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)(2)74121的電路符號(hào)

0×1×01××011×1↓1↓11↓↓10×↑×0↑輸出輸入0000(3)74121的的功能表當(dāng)前第31頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)

0×1×01××011×1↓1↓11↓↓10×↑×0↑輸出輸入0000(1)穩(wěn)態(tài)Q=0(2)當(dāng)需要上升沿觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)脈沖從B端輸入，同時(shí)、當(dāng)中至少應(yīng)有1個(gè)為0狀態(tài)。(3)當(dāng)需要下降沿觸發(fā)時(shí)，則觸發(fā)脈沖應(yīng)該從或輸入(另一個(gè)接1狀態(tài))，同時(shí)保持B端狀態(tài)為1。由表可見：當(dāng)前第32頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)ttWOtWtWtOtOtO(4)74121的工作波形當(dāng)前第33頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)(5)輸出脈沖寬度tw

tw≈RextCextln2=0.7RextCext

可用內(nèi)部電阻Rint(2kΩ)代替Rext

。當(dāng)前第34頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)2.CMOS集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（4538）BCRACXCX/RX(1)4538的符號(hào)圖(2)4538的功能表↑11↑011↓10↓1××0輸出輸入000為清零輸入端A為上升沿觸發(fā)輸入端為下降沿觸發(fā)輸入端當(dāng)前第35頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)由表可見：BCRACXCX/RX↑11↑011↓10↓1××0輸出輸入000a.當(dāng)選擇上升沿觸發(fā)時(shí)，應(yīng)將輸入脈沖加入A輸入端，同時(shí)輸入端接高電平。b.若選擇下降沿觸發(fā)時(shí)，可將輸入脈沖引入輸入端，A輸入端接低電平。c.其他情況時(shí)，Q狀態(tài)不變。當(dāng)前第36頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)tw=RextCextBCRACXCX/RX(3)4538輸出脈沖寬度Rext和Cext可在較大范圍內(nèi)選擇tw的范圍可達(dá)10μs~∞3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的類型集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可分為單觸發(fā)和重觸發(fā)觸發(fā)器。單觸發(fā)的觸發(fā)器有74121、74221、74LS221等重觸發(fā)的觸發(fā)器有74122、74123、74LS123、4528、4538等當(dāng)前第37頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，再加入觸發(fā)脈沖不會(huì)影響電路的工作過程，直到暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，才能接收觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入下一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。(1)單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)b.單觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖uIuOtWtW當(dāng)前第38頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)(1)重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電路被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，如果再次輸入觸發(fā)脈沖，電路將被重新觸發(fā)，電路的輸出脈沖再持續(xù)一個(gè)tW脈寬。b.重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖uIuOtWtWt1當(dāng)前第39頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)6.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用舉例整形電路可以把這些脈沖信號(hào)變換成具有一定幅度和寬度的矩形波形。1.脈沖的整形

在實(shí)際的數(shù)字系統(tǒng)中，由于脈沖的來源不同，波形也相差較大。例如，從光電檢測設(shè)備送來的脈沖波形一般不太規(guī)則；脈沖信號(hào)在線路中遠(yuǎn)距離傳送，常會(huì)導(dǎo)致波形變化或疊加上干擾；當(dāng)前第40頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)(a)電路(b)波形圖脈沖整形電路當(dāng)前第41頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)塑料成型順序加工控制系統(tǒng)可用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。2.脈沖的定時(shí)由于單穩(wěn)態(tài)電路能產(chǎn)生一定寬度tw的矩形脈沖，利用這一脈沖去控制某個(gè)系統(tǒng)，就能使其在tw時(shí)間內(nèi)動(dòng)作（或不動(dòng)作），起到定時(shí)控制的作用。定時(shí)控制的典型例子——塑料成形控制系統(tǒng)塑料成形一般經(jīng)歷預(yù)熱、加壓、保溫、冷卻四道工序。當(dāng)前第42頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)T1T2T3T4u1u2u3u4定時(shí)控制工作波形當(dāng)前第43頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)在數(shù)字控制和測量系統(tǒng)中，有時(shí)為了完成時(shí)序配合，需將脈沖信號(hào)延遲t1時(shí)間后輸出。3.脈沖的延遲這一過程可用雙單穩(wěn)集成電路外接R、C元件實(shí)現(xiàn)。脈沖信號(hào)的延遲t1tWuIuO當(dāng)前第44頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)6.4

多諧振蕩器由于輸出的矩形波中含有很多諧波分量，故通常將它稱為多諧振蕩器，又稱方波發(fā)生器。多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)電路，它在接通電源以后，不需外加觸發(fā)信號(hào)，就能自動(dòng)地不斷來回翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生矩形脈沖。當(dāng)前第45頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)6.4.1集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器11uIuO1uF1.TTL集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器這些門組成一個(gè)環(huán)形，所以稱為環(huán)形振蕩器。它是利用門電路的時(shí)延tpd來產(chǎn)生方波振蕩的。(1)電路的組成當(dāng)前第46頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)11uIuO1uF(2)工作原理a.先假設(shè)在虛線所示處斷開。b.在uI處輸入一方波，經(jīng)過時(shí)延tpd之后，得uO的波形。uIuOtpd環(huán)形振蕩器的工作波形uO與uI比較，除延遲tpd外，兩者反相。當(dāng)前第47頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)c.uO再經(jīng)過兩個(gè)非門總共2tpd時(shí)延之后，得uF

波形。uIuOuFtpd2tpd11uIuO1uF環(huán)形振蕩器的工作波形若uI的周期為6tpd，則uI與uF波形同相。此時(shí),若把uF直接作為uI時(shí)，電路就可以自激。當(dāng)前第48頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)uIuOuFtpd2tpd11uIuO1uF環(huán)形振蕩器的工作波形(3)振蕩頻率振蕩器的振蕩頻率取決于tpd及環(huán)路中非門的個(gè)數(shù)。圖示電路的振蕩頻率為當(dāng)前第49頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)a.TTL非門的tpd約為幾十納秒，自激振蕩的頻率較高。(4)電路特點(diǎn)為了降低振蕩頻率，通常在環(huán)形通路中串入RC延時(shí)環(huán)節(jié)。b.振蕩頻率無法調(diào)節(jié)。當(dāng)前第50頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)2.CMOS集成門電路構(gòu)成的多諧振蕩器(1)電路的組成(a)電路圖(b)傳輸特性曲線此時(shí)，由于uO1即為uI2,G2也工作在電壓傳輸特性曲線的轉(zhuǎn)折區(qū)。圖中R的選擇應(yīng)使G1工作在電壓傳輸特性曲線的轉(zhuǎn)折區(qū)。當(dāng)前第51頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)(2)工作原理a.若uI有正向擾動(dòng)，必然引起下述正反饋過程

uO1uIuO2此時(shí)，電容C通過R到uO1放電，進(jìn)而通過uO2反向充電。使uO1迅速變成低電平，而uO2迅速變成高電平，電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)前第52頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)b.隨著電容C的放電，uI不斷下降，當(dāng)達(dá)到uI=UT(VDD/2)時(shí),電路又經(jīng)歷另一個(gè)正反饋過程uO1uIuO2從而使uO1迅速變成高電平，uO2迅速變成低電平，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。同時(shí)，電容C通過uO1、R、C和uO2充電。當(dāng)前第53頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)c.隨著電容C的不斷充電，uI不斷上升，當(dāng)達(dá)到uI≤UT時(shí),電路又迅速躍變到第一暫穩(wěn)態(tài)。如此周而復(fù)始，電路不停地在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生方波輸出。當(dāng)前第54頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)(2)工作波形電路的振蕩周期為T=1.4RC(3)電路的振蕩周期當(dāng)前第55頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)在上述多諧振蕩電路中，由于決定振蕩頻率的主要因素是電路的定時(shí)元件RC以及門電路的閾值電壓UT。而它們都容易受溫度的影響，所以RC振蕩器的頻率穩(wěn)定性只有約10-3或更差。6.4.2石英晶體多諧振蕩器門電路的組成的多諧振蕩電路的特點(diǎn)：因此，在對頻率穩(wěn)定性要求比較高的場合，普遍采用石英晶體振蕩器。當(dāng)前第56頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)1.石英晶體的基本特性高質(zhì)量石英晶體振蕩器(其晶片置于恒溫盒內(nèi))，頻率穩(wěn)定性可達(dá)10-11。(1)石英晶體的電路符號(hào)是將切成薄片的石英晶體置于兩平板之間構(gòu)成的。(2)石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性能達(dá)到10-5~10-8。當(dāng)前第57頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性高，走時(shí)準(zhǔn)確，在通常的氣溫條件下，可以保證每天不差半秒的誤差。目前較好的家用電子鐘表幾乎都采用具有石英晶體諧振器的方波發(fā)生器。通常選用固有頻率為32768Hz的石英諧振器，因?yàn)?2768=215，將此振蕩頻率經(jīng)過15次二分頻，即可得1Hz的時(shí)鐘脈沖，作為計(jì)時(shí)基準(zhǔn)。當(dāng)前第58頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)2.CMOS石英晶體多諧振蕩器石英諧振器QR及C1、C2為外接分立元件。1G1C2RuOC1圖中虛線以上部分制作在集成電路內(nèi)。晶體諧振器工作頻率位于其串聯(lián)諧振頻率fs和并聯(lián)諧振頻率fp之間。電路就形成一個(gè)由反相器組成的電容三點(diǎn)式振蕩器。振蕩器輸出的波形卻并不理想，還需進(jìn)行整形，才能得到矩形脈沖輸出。QR當(dāng)前第59頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)6.5555定時(shí)器及其應(yīng)用

555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，目前在儀器、儀表和自動(dòng)化控制裝置中應(yīng)用很廣。

555定時(shí)器可以組成定時(shí)、延時(shí)和脈沖調(diào)制等各種電路。當(dāng)前第60頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)6.5.1555定時(shí)器(1)TTL集成定時(shí)器NE555的電路結(jié)構(gòu)和符號(hào)。THRDTRGNDOUTC–UVCC當(dāng)前第61頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)THRDTRGNDOUTC–UVCC①接地端⑧正電源端④復(fù)位端⑥高觸發(fā)端②低觸發(fā)端⑦放電端③輸出端⑤電壓控制端8個(gè)引出端：當(dāng)前第62頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)THRDTRGNDOUTC–UVCC電路組成：①電阻分壓器②電壓比較器（A1和A2）③基本RS觸發(fā)器④放電管T⑤輸出緩沖級當(dāng)前第63頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)THRDTRGNDOUTC–UVCCA1的同相輸入端接參考電壓VREF1=2VCC/3A2的反相輸入端接參考電壓VREF2=VCC/3當(dāng)前第64頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)THRDTRGNDOUTC–UVCC在高、低觸發(fā)端輸入電壓的作用下，A1和A2的輸出電壓uO1和uO2的數(shù)值不是高電平就是低電平，它們作為基本RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)。當(dāng)前第65頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)THRDTRGNDOUTC–UVCC基本RS觸發(fā)器的輸出Q經(jīng)過一級與非門控制放電三極管，再經(jīng)過一級反相驅(qū)動(dòng)門作為輸出信號(hào)。當(dāng)前第66頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)(2)555集成定時(shí)器的工作原理a.當(dāng)時(shí)uO輸出為低電平比較器A1輸出為0，A2為1基本RS觸發(fā)器被置0放電管T導(dǎo)通當(dāng)前第67頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)uO輸出高電平b.當(dāng)時(shí)A1輸出為1，A2

輸出為0基本RS觸發(fā)器被置1T截止當(dāng)前第68頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)c.當(dāng)時(shí)T和uO輸出狀態(tài)也維持不變A1和A2輸出均為1基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變當(dāng)前第69頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)(3)555定時(shí)器功能表THRDTRGNDOUTC–UVCC當(dāng)前第70頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)6.5.2用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器THRDTRGNDOUTC–UVCCuI+VCCuO1.施密特觸發(fā)器的構(gòu)成當(dāng)前第71頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)THRDTRGNDOUTC–UVCCuI+VCCuO2.施密特觸發(fā)器的工作原理tOuIuOtOVCC2/3VCC1/3VCC(1)輸入、輸出波形當(dāng)前第72頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)THRDTRGNDOUTC–UVCCuI+VCCuOtOuIuOtOVCC2/3VCC1/3VCC(2)工作過程

a.uI從0開始升高，當(dāng)時(shí),uO=UOHb.(1/3)VCC<uI<(2/3)VCC時(shí)，輸出uO不變，仍為高電平。當(dāng)前第73頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)THRDTRGNDOUTC–UVCCuI+VCCuOtOuIuOtOVCC2/3VCC1/3VCCc.當(dāng)uI增大到略大于(2/3)VCC時(shí)，電路輸出uO變?yōu)榈碗娖?。d.當(dāng)uI由高于(2/3)VCC值下降，達(dá)到TH端(⑥端)的觸發(fā)電平時(shí)，電路輸出uO不變。當(dāng)前第74頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)d.當(dāng)uI下降到略小于(1/3)VCC時(shí)，輸出uO躍變?yōu)楦唠娖健HRDTRGNDOUTC–UVCCuI+VCCuOtOuIuOtOVCC2/3VCC1/3VCC三角波變換為矩形波當(dāng)前第75頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)VT+=UT=2VCC/3VT-=UTL=VCC/3VT=VCC/33.電壓傳輸特性uIuOOUT+UT–如果在C-V端施加直流電壓，則可調(diào)節(jié)滯回電壓UT值?？刂齐妷涸酱螅瑴仉妷篣T也越大；回差大，電路的抗干擾能力強(qiáng)。當(dāng)前第76頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)6.5.3用555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.電路組成THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISRuIuC+-當(dāng)前第77頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)2.工作原理(1)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)信號(hào)uI處于高電平電路處于穩(wěn)態(tài)uO為低電平放電管T導(dǎo)通電容C兩端電壓uC=0THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISRuIuC+-當(dāng)前第78頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)(2)暫穩(wěn)態(tài)外加觸發(fā)信號(hào)uI的下降沿到達(dá)時(shí)輸出uO為高電平T截止，VCC開始通過電阻R向電容C充電。uC按指數(shù)過規(guī)律不斷上升，趨向值uC(∞)=VCCTHRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISRuIuC+-當(dāng)前第79頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路將返回到初始的穩(wěn)態(tài)。(3)uI的觸發(fā)負(fù)脈沖消失后，u2回到高電平期間在uO一直保持高電平不變，電路維持在暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)uC上升到時(shí)，輸出uO為低電平，放電端導(dǎo)通。THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISRuIuC+-當(dāng)前第80頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)(4)恢復(fù)期放電管T導(dǎo)通后，電容C通過T迅速放電，使uC≈0，電路又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。恢復(fù)期tr由下式?jīng)Q定：其中rd為放電管導(dǎo)通時(shí)呈現(xiàn)的電阻，一般R>>rd，所以恢復(fù)期很短。THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISRuIuC+-當(dāng)前第81頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)3.工作波形圖tW充電放電OuIuOtO2/3VCC1/3VCCuCOttTHRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISRuIuC+-當(dāng)前第82頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)輸出脈沖寬度tW是暫穩(wěn)態(tài)的停留時(shí)間，根據(jù)電容C的充電過程可知：4.輸出脈沖寬度tWtW充電放電OuIuOtO2/3VCC1/3VCCuCOtt當(dāng)前第83頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)圖示電路對輸入觸發(fā)脈沖的寬度有一定要求，它必須小于tW。若輸入觸發(fā)脈沖寬度大于tW時(shí)，應(yīng)在u2輸入端加微分電路。THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISRuI當(dāng)前第84頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)具有微分環(huán)節(jié)的單穩(wěn)態(tài)電路THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISRuICPRP當(dāng)前第85頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)線性鋸齒波電路(a)電路(b)波形圖當(dāng)前第86頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)6.5.4555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器1.電路組成THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISR1uCR2+－當(dāng)前第87頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)2.工作原理(1)由于接通電源前，電容器兩端電壓uC=0，電源剛接通時(shí)uO輸出高電平，放電端截止，電源VCC通過R1、R2

給電容C充電，uC逐漸增高。其暫態(tài)過程為THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISR1uCR2+－當(dāng)前第88頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)輸出電壓uO一直保持高電平不變，這就是第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)時(shí)(2)當(dāng)uC略微超過(即u6和u2均大于等于)時(shí)uO從高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即uO=0，放電管T飽和導(dǎo)通。此時(shí)電容C通過R2和T放電。THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISR1uCR2+－當(dāng)前第89頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)uO持低電平，這是第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。隨著電容C放電，uC下降。T截止，電容C再次充電，又重復(fù)上述過程，電路輸出便得到周期性的矩形脈沖。(3)當(dāng)uC下降到略微低于時(shí)，電路輸出又變?yōu)閡O=1。THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISR1uCR2+－當(dāng)≤時(shí)當(dāng)前第90頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)T1OuO2/3VCC1/3VCCuCOttt1t2t3t4T23.工作波形THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISR1uCR2+－當(dāng)前第91頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)T1、Ｔ2分別為電容C的充電時(shí)間和放電時(shí)間。T1OuO2/3VCC1/3VCCuCOttt1t2t3t4T24.振蕩周期T的計(jì)算T=T1+T2THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO555DISR1uCR2+－當(dāng)前第92頁\共有105頁\編于星期六\4點(diǎn)T1OuO2/3VCC1/3VCCuCOttt1t2t3t4T2THRDTRGNDOUTC–UVCCC+VCCuO