1、第七章 脈沖電路,概述 集成555定時器 施密特觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 多諧振蕩器,1、概述,理想的脈沖信號：,非理想的脈沖信號：,脈沖幅度Um：脈沖電壓的最大幅度值；,脈沖寬度tW：從脈沖前沿的0.5Um起到脈沖后沿的0.5Um為止的一段時間。,上升時間tr:脈沖上升沿從0.1Um上升到0.9Um所需的時間。,下降時間tf:脈沖下降沿從0.9Um下降到0.1Um所需的時間。,脈沖周期T：在周期性重復(fù)的脈沖系列中，兩個相鄰脈沖間的間隔時間。,脈沖頻率f：單位時間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)f=1/T。,占空比D：脈沖寬度與脈沖周期的比值D=tw/T。,如何獲得脈沖信號？,（1）利用整形電路對不符合要求的脈沖

2、信號進(jìn)行整形；,（2）利用脈沖振蕩器直接產(chǎn)生脈沖信號；,主要介紹中規(guī)模集成電路555定時器 以及555定時器構(gòu)成的幾種脈沖電路： 施密特觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 多諧振蕩器,2、集成555定時器,555定時器是一種多用途的單片集成電路。在外部配上少許阻容元件，便能構(gòu)成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等電路。,（1）555定時器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理,下圖為集成5G7555CMOS定時器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖和邏輯符號。,（1）電阻分壓器,（2）直接復(fù)位端,一、555定時器的電路結(jié)構(gòu) 由以下幾部分組成： （1）三個阻值為5k的電阻組成的分壓器。 （2）兩個電壓比較器C1和C2。,電壓比較器的功能： v

3、+ v-，vO=1 v+ v-，vO=0 （3）基本RS觸發(fā)器、 （4）放電三極管T及緩沖器G。,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 。 （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)。,3、 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。,1. 電路組成及工作原理,用555

4、定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器,2. 電壓滯回特性和主要參數(shù),（1）電壓滯回特性,（a）上限閾值電壓VT+vI上升過程中，輸出電壓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,（2）主要靜態(tài)參數(shù),二 集成施密特觸發(fā)器 1. CMOS集成施密特觸發(fā)器CC40106,2. TTL集成施密特觸發(fā)器74LS14,三 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信號，轉(zhuǎn)換成為符合T

5、TL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。(波形的轉(zhuǎn)換),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。,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tW一段時間后，自動返回到穩(wěn)態(tài),并在其輸出端產(chǎn) 生一個寬度為tW的矩形脈沖。 通常把單穩(wěn)態(tài)的暫穩(wěn)態(tài)停留時間稱作延遲時間，延 遲時間的長短僅取決于電路的有關(guān)參數(shù)，而與觸發(fā) 脈沖的寬度無關(guān)。,1. 電路組成及工作原理,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

6、。 （2）vI下降沿觸發(fā) 當(dāng)vI下降沿到達(dá)時，vO由0跳變?yōu)?，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（暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束）時間 當(dāng)vC上升至2/3VCC時，vO由1跳變0，三極管T由截止轉(zhuǎn)為飽和導(dǎo)通， 電容C經(jīng)T迅速放電，電壓vC迅速降至0V，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，電容C通過飽和導(dǎo)通的放電三 極管 T放電，時間常數(shù) 2=RCESC，經(jīng)過（35） 2后，電容C放電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。,2. 主要參數(shù)估算

7、,(1) 輸出脈沖寬度Tw（用三要素法計算）,上式說明，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度tW僅決定于定時元件R、C的取值，與輸入觸發(fā)信號和電源電壓無關(guān)，調(diào)節(jié)R、C的取值，即可方便的調(diào)節(jié)tW。 （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 因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最高工作頻率應(yīng)為:,二 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121,A1和A2是兩個下降沿有效的觸發(fā)信號輸入端，B 是上升沿有效的觸發(fā)信號輸入端。,集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的外部元件連接方法:,（a）使用外部電阻Rext且電路為下降沿觸發(fā)的連接方式. （b）使用內(nèi)部電阻Rint且電路為上升沿

8、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 （2）輸入觸發(fā)脈沖最小周期Tmin Tmin= tWtre tre是恢復(fù)時間。 （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 74121內(nèi)部電阻=2k，外接電阻Rext可在1.440k之間選 擇，外接電容C可在10pF10F之間選擇，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/

9、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。 顯然與門打開的時間是 恒定不變的，就是單穩(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（

10、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555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。,舉例：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

11、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。,8.3 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。,1. 電路組成及工作原理,一 用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器,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,（4）電路振蕩頻率f,T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C,（5）輸出波形占空比q,二 占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路,利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娞匦裕央娙軨充電和 放電回路隔離開來，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.

12、7R2C,占空比：,2. 石英晶體多諧振蕩器,（1）串聯(lián)式振蕩器,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)，以這種電 路振蕩頻率的穩(wěn)定度很高。,R1、R2的作用使兩個反相器在靜態(tài)時都工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，成為具有很強(qiáng)放大能力的放大電路。,對于TTL門，常取R1=R2=0.72k，若是CMOS門則常取R1=R2=10100M；C1=C2是耦合電容。,（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。,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