1、自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心1第六章第六章 脉冲波形产生和变脉冲波形产生和变换电路换电路6.1 概述概述6.2 单稳态触发器单稳态触发器6.3 施密特触发器施密特触发器6.4 多谐振荡器多谐振荡器6.5 555定时器及应用定时器及应用自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心26.1 概述概述脉冲信号？脉冲信号？脉冲信号是指作用时间很短的突变电压信号或脉冲信号是指作用时间很短的突变电压信号或电流信号的统称，从广义上说，凡不具有连续电流信号的统称，从广义上说，凡不具有连续正弦波的信号，均可称为脉冲信号。正弦波的信号，均可称为脉冲信号。自动化学院应用电子教学中心自
2、动化学院应用电子教学中心3矩形脉冲波形的主要参数矩形脉冲波形的主要参数图图6.1.1 矩形脉冲波形的特征参数矩形脉冲波形的特征参数自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心4主要参数主要参数六个特征参数定义如下：六个特征参数定义如下：脉冲周期脉冲周期 ：周期性脉冲序列中，两个相邻：周期性脉冲序列中，两个相邻脉冲出现的时间间隔。脉冲出现的时间间隔。脉冲幅值脉冲幅值 ：脉冲信号的最大变化幅值。：脉冲信号的最大变化幅值。占空比占空比 ：脉冲信号的正脉冲宽度与脉冲周：脉冲信号的正脉冲宽度与脉冲周期的比值，即期的比值，即 。脉冲宽度脉冲宽度 ：从脉冲波形上升沿的：从脉冲波形上升沿的 到到下降沿
3、的下降沿的 所需的时间。所需的时间。TmUDW/DtTWtm0.5Um0.5U自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心5上升时间上升时间tr：脉冲波形由：脉冲波形由0.1Um上升到上升到0.9Um所需的时间。所需的时间。下降时间下降时间tf：脉冲波形由：脉冲波形由0.9Um下降到下降到0.1Um所需的时间。所需的时间。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心66.2 单稳态触发器单稳态触发器 特点：特点：有一个稳态和一个暂稳态有一个稳态和一个暂稳态在外界触发信号作用下，能从稳态在外界触发信号作用下，能从稳态暂稳态，暂稳态，维持一段时间后自动返回稳态维持一段时间后自动返回
4、稳态暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心7 单稳态触发器的暂稳态通常都是由单稳态触发器的暂稳态通常都是由RC电路电路的充放电过程来维持的。按电路中决定暂态时的充放电过程来维持的。按电路中决定暂态时间的间的 电路连接形式不同，单稳态触发器可分电路连接形式不同，单稳态触发器可分为微分型和积分型两种，如图为微分型和积分型两种，如图6.2.1、6.2.2所示。所示。这里只介绍由这里只介绍由 门构成的积分型单稳态触发器门构成的积分型单稳态触发器的工作原理及其主要参数计算方法。的工作原理及其主要参数计算方法。自动化
5、学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心8图图6.2.1 积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心9图图6.2.2 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心106.2.1 用门电路组成的单稳态触发用门电路组成的单稳态触发器器 主要由两个与非门主要由两个与非门G1、G2 组成，组成，且两者之间且两者之间用积分电路耦合。用积分电路耦合。R的阻值应小于开门电阻的阻值应小于开门电阻 ，以保证当以保证当uO1为低电平时，为低电平时，uC可下降至可下降至TTL门门G2的的UTH值（通常为值（通常为1.4V
6、 左右）以下。左右）以下。ROFF自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心111.工作原理工作原理图图6.2.3 积分型单稳态触发器中各点电压波形图积分型单稳态触发器中各点电压波形图自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心12 结合电压波形图结合电压波形图,分析其工作原理。分析其工作原理。（1）模态）模态1电路的稳态电路的稳态（0 t1）模态模态1为稳态。当为稳态。当 uI 0时，时，G1、G2的输出的输出均为高电平，电容均为高电平，电容 C充电结束，触发器处于稳定充电结束，触发器处于稳定状态，即状态，即 uO UOH。1.工作原理工作原理自动化学院应用电子教学中心自动
7、化学院应用电子教学中心13(2)模态模态2加正触发脉冲使电路翻转为暂稳态加正触发脉冲使电路翻转为暂稳态（t1 t2）当当 uI1时时，G1的输出的输出uO1为低电平，此时电为低电平，此时电容容 C通过通过 R及门及门G1输出端放电，使输出端放电，使C上电压上电压 uC呈指数规律下降，电路进入暂稳态。呈指数规律下降，电路进入暂稳态。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心14(3)模态模态3电路自动返回稳态电路自动返回稳态 当当 tt1时，电容时，电容C开始放电，当开始放电，当uC下降至门下降至门G2的阈值电压的阈值电压(约为约为1.4V,此时此时tt2），门），门G2发生发生翻转，
8、使翻转，使uo自动翻转一次，跳变为高电平，返回自动翻转一次，跳变为高电平，返回稳态，即稳态，即uo UOH。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心152、性能参数计算输出脉宽、性能参数计算输出脉宽图图6.2.4 电容电容C 放电等效回路和放电等效回路和uC波形波形（a）电容）电容C 的放电回路的放电回路（b）电容电压）电容电压uC波形波形自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心162、性能参数计算输出脉宽、性能参数计算输出脉宽Wt 等 于 从 电 容 开 始 放 电 的 那 一 刻 到 其 端 电 压 值 下 降 至 的 时 间。OLOHWOL1OLTH()lnUUt
9、RRCUU自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心172、性能参数计算恢复时间与、性能参数计算恢复时间与 分辨时间分辨时间*(35)()*reOdTRretR R Cttt自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心186.2.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器1、不可重复触发、不可重复触发触发进入暂稳态时，再加触发脉冲无效触发进入暂稳态时，再加触发脉冲无效2、可重复触发、可重复触发触发进入暂稳态时，再次触发触发进入暂稳态时，再次触发有效，输出脉冲可再维持一个有效，输出脉冲可再维持一个脉宽。脉宽。常用常用74121，74221，74LS221等都是不可重复触发的单稳等都是
10、不可重复触发的单稳态触发器。态触发器。其中，其中，74121的电路符号如图。的电路符号如图。一、分类一、分类二、常用产品举例二、常用产品举例自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心19集成单稳态触发器的两种工作波形集成单稳态触发器的两种工作波形自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心20集成单稳态触发器集成单稳态触发器74121A1、A2是下沿有效的触发信号输入端，是下沿有效的触发信号输入端，B是上沿有效是上沿有效的触发信号输入端。的触发信号输入端。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心21图图6.2.5 集成单稳态触发器集成单稳态触发器74121 的外部
11、元件连接方法的外部元件连接方法（a）使用外接电阻）使用外接电阻Rext 且采用下降沿触发且采用下降沿触发（b）使用内部电阻）使用内部电阻Rint 且采且采用上升沿触发用上升沿触发自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心227412174121的主要参数的主要参数 (1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度tW 使用外接电阻使用外接电阻：tW 0.7RextC 使用内部电阻：使用内部电阻：tW 0.7RintC 74121内部电阻（内部电阻（2K），外接电阻），外接电阻Rext可在可在1.4K40K之间选择，外接电容之间选择，外接电容C可在可在10pF10F之间选择，之间选择，自动化学院应用电子
12、教学中心自动化学院应用电子教学中心237412174121的主要参数的主要参数（2）输入触发脉冲最小周期）输入触发脉冲最小周期Tmin Tmin=tWtre（3）周期性输入触发脉冲占空比）周期性输入触发脉冲占空比D 定义：定义：D=tW/T 最大占空比：最大占空比：Dmax=tW/Tmin所以，当所以，当R=2k时，时，最大占空比最大占空比Dmax为为67%；当当R=40k时，时，最大占空比最大占空比Dmax可达可达90%。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心24 6.2.3 单稳态触发器应用单稳态触发器应用 在数字电子系统中，单稳态触发器一般用于在数字电子系统中，单稳态触发器
13、一般用于定时、整形、延时、系统监控定时、整形、延时、系统监控以及以及噪声消除噪声消除等。等。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心251.延时延时 从图（从图（b）可以）可以看出，看出，uO的下降的下降沿比沿比uI的下降沿的下降沿滞后了时间滞后了时间tW，即实现了时间即实现了时间tW的延时。因此，的延时。因此，单稳态触发器的单稳态触发器的这种延时作用常这种延时作用常被应用于时序控被应用于时序控制中。制中。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心262.波形整形波形整形 单稳态触发器能够把不规则的输入信号单稳态触发器能够把不规则的输入信号uI整形整形成为幅度相同、宽度均
14、相同的标准矩形脉冲成为幅度相同、宽度均相同的标准矩形脉冲uO。uO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，而宽度而宽度tW则取决于暂稳态时间。则取决于暂稳态时间。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心276.3 施密特触发器施密特触发器 1、电平触发：触发信号、电平触发：触发信号uI可以是变化缓慢的模拟信可以是变化缓慢的模拟信号，号，uI达某一电平值时，输出电压达某一电平值时，输出电压uO突变。突变。uO为脉冲为脉冲信号（正反馈作用，使得边沿很陡）信号（正反馈作用，使得边沿很陡）。2、电压滞后传输：输入信号、电压滞后传输：输入信号uI从低电
15、平上升过程中，从低电平上升过程中，电路状态转换时对应的输入电平，与电路状态转换时对应的输入电平，与uI 从高电平下降从高电平下降过程中电路状态转换时对应的输入电平不同。过程中电路状态转换时对应的输入电平不同。施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心286.3.1 由由CMOS门电路构成的门电路构成的施密特施密特触发器触发器1.电路组成电路组成由两级由两级CMOS反相器构成的施密特触发器。反相器构成的施密特触发器。输入信号输入信号uI 通过通过R1、R2分压获得，并控制着门的状态。分压获得
16、，并控制着门的状态。图图6.3.1 两级两级CMOS 反相器构成的施密特触发器反相器构成的施密特触发器自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心29 假设假设CMOS反相器反相器G1、G2的阈值电压为的阈值电压为UTH0.5VDD，且且R1R2。当当 uI=0 时，因为时，因为G1、G2接成了正反馈电路，接成了正反馈电路，所以所以uO=UOL=0。显然，此时显然，此时G1的输入信号的输入信号uI=0。2.工作原理工作原理自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心30伴随着伴随着 uI从从0 逐渐升高，一旦出现逐渐升高，一旦出现 uI=UTH时，时，G1便进入了电压传输特性的
17、转折区（放便进入了电压传输特性的转折区（放大区）。大区）。鉴于鉴于uI的增加将引起如下的正反馈过程，于的增加将引起如下的正反馈过程，于是便可求出电路状态发生转换时对应的输入电是便可求出电路状态发生转换时对应的输入电平平UT+。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心31 伴随着伴随着uI从高电平从高电平VDD逐渐下降，一旦出现逐渐下降，一旦出现 uI=UTH时，时，G1便进入了电压传输特性的转便进入了电压传输特性的转折区（放大区）。鉴于折区（放大区）。鉴于uI的下降又会引发一个的下降又会引发一个正反馈过程。于是可求出电路状态发生转换时正反馈过程。于是可求出电路状态发生转换时对应的输
18、入电平对应的输入电平UT。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心32（1）正向阈值电压）正向阈值电压121T+THTH22(1)RRRUUURR1TT H2(1)RUUR3.主要参数计算主要参数计算（2）负向阈值电压）负向阈值电压自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心33（3）回差电压）回差电压TUT+UTU1TH22RUR =滞后特性是施密特触发器的固有特性，同时也是其一滞后特性是施密特触发器的固有特性，同时也是其一大特点。大特点。通过调节通过调节R1或或R2是实现正向阈值电压和反向阈值电压是实现正向阈值电压和反向阈值电压的调节方法之一。不过，这个电路有一个的调节
19、方法之一。不过，这个电路有一个约束条件，就是约束条件，就是R1R2。请思考：反之，有什么问题？请思考：反之，有什么问题？自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心34图图6.3.1 输入输出反相的施密特触发器电压传输特性和逻辑符号输入输出反相的施密特触发器电压传输特性和逻辑符号4.电压传输特性电压传输特性自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心356.3.2 集成施密特触发器集成施密特触发器 集成施密特触发器性能稳定，应用非常广泛。无集成施密特触发器性能稳定，应用非常广泛。无论是论是TTL 电路还是电路还是CMOS 电路，均有单片集成施密电路，均有单片集成施密特触发器。特
20、触发器。集成施密特触发器比普通的门电路稍微复杂一些。集成施密特触发器比普通的门电路稍微复杂一些。一般门电路由输入级、中间级和输出级组成。一般门电路由输入级、中间级和输出级组成。集成施密特触发器性能的一致性好，触发阈值稳集成施密特触发器性能的一致性好，触发阈值稳定，从而使用方便。然而集成施密特触发器的正向定，从而使用方便。然而集成施密特触发器的正向阈值电压和反向阈值电压都是固定的。因此，阈值电阈值电压和反向阈值电压都是固定的。因此，阈值电压不可调节是集成施密特触发器的一大缺点。压不可调节是集成施密特触发器的一大缺点。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心36 常用常用TTL电路集成
21、施密特触发器有电路集成施密特触发器有7413等，等，常用常用CMOS电路集成施密特触发器有电路集成施密特触发器有CC40106等。等。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心376.3.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用 施密特触发器的用途极其广泛，主要用于信号波施密特触发器的用途极其广泛，主要用于信号波形的变换、整形、脉冲鉴幅等。形的变换、整形、脉冲鉴幅等。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心38 利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为
22、边沿很陡的矩形脉冲信号。施密特触发器将正弦波变沿很陡的矩形脉冲信号。施密特触发器将正弦波变换成同频率的矩形脉冲。换成同频率的矩形脉冲。一、波形变换一、波形变换图图6.3.2 用施密特触发器实现波形变换用施密特触发器实现波形变换(a)符号图符号图(b)波形图波形图前提条件？前提条件？自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心39二、用作波形整形与噪声消除二、用作波形整形与噪声消除现象及解决方法原理：现象及解决方法原理：在数字电子系统中，矩形脉冲经传输后往往会发在数字电子系统中，矩形脉冲经传输后往往会发生波形畸变和受到干扰，下图给出了三种常见的情况。生波形畸变和受到干扰，下图给出了三种常
23、见的情况。case1：如图：如图6.3.3（a）所示，当传输线上电容较）所示，当传输线上电容较大时，矩形波的上升沿和下降沿都会明显地被延缓。大时，矩形波的上升沿和下降沿都会明显地被延缓。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心40图图6.3.3 用施密特触发器实现波形整形与噪声消除用施密特触发器实现波形整形与噪声消除(a)传输线上电容较大传输线上电容较大(b)接收端的阻抗与传输线的接收端的阻抗与传输线的阻抗不匹配阻抗不匹配(c)信号上附加噪声信号上附加噪声自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心41Case3：当其他脉冲信号通过导线间的分布电容：当其他脉冲信号通过导线间
24、的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号上时，信号或公共电源线叠加到矩形脉冲信号上时，信号上将出现附加的噪声，如上将出现附加的噪声，如6.3.3（c）所示。）所示。针对上述三种情况，均可以通过施密特触发器针对上述三种情况，均可以通过施密特触发器整形而获得比较理想的矩形脉冲波形。整形而获得比较理想的矩形脉冲波形。只要施密特触发器的只要施密特触发器的UT+与与UT设置得合适，设置得合适，均能得到满意的整形、噪声消除、抗干扰效果。均能得到满意的整形、噪声消除、抗干扰效果。Case2：若传输线较长，且接收端的阻抗与传输：若传输线较长，且接收端的阻抗与传输线的阻抗也不匹配，则在矩形波的上升沿和下降线的阻
25、抗也不匹配，则在矩形波的上升沿和下降沿还会产生阻尼振荡，参见沿还会产生阻尼振荡，参见6.3.3（b）。）。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心42三、用于脉冲鉴幅三、用于脉冲鉴幅 图图6.3.4 用施密特触发器鉴别脉冲幅度用施密特触发器鉴别脉冲幅度自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心43特点：不需要外加触发信号，电路自激振荡，没有稳态。特点：不需要外加触发信号，电路自激振荡，没有稳态。用途：产生脉冲方波。用途：产生脉冲方波。6.4 多谐振荡器多谐振荡器自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心446.4.1 环形振荡器环形振荡器图图6.4.1 最简单的
26、环形振荡器最简单的环形振荡器环形振荡器不是正反馈电路，而是一个具有延迟环形振荡器不是正反馈电路，而是一个具有延迟环节的负反馈电路，如图环节的负反馈电路，如图6.4.1 所示。具体原理为所示。具体原理为利用闭合回路中的延迟负反馈作用来产生自激振利用闭合回路中的延迟负反馈作用来产生自激振荡。荡。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心45图图6.4.2 环形振荡器工作波形环形振荡器工作波形自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心46 结论：用任何大于或等于结论：用任何大于或等于3 的奇数个与非门的奇数个与非门首尾相接，便可以组成基本环形振荡器。图首尾相接，便可以组成基本环形
27、振荡器。图6.4.1 就是利用门电路的传输延迟时间将就是利用门电路的传输延迟时间将3 个与个与非门首尾相接而构成的。非门首尾相接而构成的。尽管用这种方法构成的振荡器很简单，却尽管用这种方法构成的振荡器很简单，却不实用。原因在于门电路的传输延迟时间极短，不实用。原因在于门电路的传输延迟时间极短，TTL门电路一般只有几十纳秒，而门电路一般只有几十纳秒，而CMOS 电路电路也不过一两百纳秒。所以，环形振荡器的振荡也不过一两百纳秒。所以，环形振荡器的振荡频率太高，并且不易调节。另外，其频率也不频率太高，并且不易调节。另外，其频率也不稳定，因此环形振荡器在实际电路中很少得到稳定，因此环形振荡器在实际电路
28、中很少得到应用。应用。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心476.4.2 由门电路组成的多谐振荡器由门电路组成的多谐振荡器6.4.3 由由CMOS 门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器一、电路组成一、电路组成由两个由两个CMOS非门非门G1、G2、电阻、电阻R及电容及电容C组成的组成的多谐振荡器。多谐振荡器。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心48 假定假定CMOS 门电路的电压传输特性曲线为门电路的电压传输特性曲线为理想化的折线，即开门电平理想化的折线，即开门电平UON与关门电平与关门电平UOFF相等。相等。第一暂稳态自动翻转至第二暂稳态第一暂稳态自动
29、翻转至第二暂稳态 t=0 时，多谐振荡器接通电源，电容时，多谐振荡器接通电源，电容C未充电且未充电且其电压不能突变。因此，多谐振荡器初始状态为其电压不能突变。因此，多谐振荡器初始状态为uO1=UOH，uI=uO=UOL。可令该状态为第一暂稳。可令该状态为第一暂稳态。此后，电源态。此后，电源VDD必对电容必对电容C 充电，充电回路为充电，充电回路为非门非门G1的的PMOS管管TP1、R和非门和非门G2中的中的NMOS管管TN2，如图，如图6.4.4(a)所示。所示。二、工作原理二、工作原理自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心49 随着充电过程的进行，电容电压逐渐升高，随着充电过程
30、的进行，电容电压逐渐升高，因此因此uI也逐渐增大。一旦也逐渐增大。一旦uI 达到非门达到非门G1的阈的阈值电压值电压UTH，多谐振荡器必将发生如下正反馈，多谐振荡器必将发生如下正反馈过程：过程：这一正反馈过程促使这一正反馈过程促使G1瞬间导通、瞬间导通、G2瞬间截止，可瞬间截止，可得得uO1=UOL，uO=UOH。该状态被定义为第二暂稳态。该状态被定义为第二暂稳态。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心50第二暂稳态自动翻转至第一暂稳态第二暂稳态自动翻转至第一暂稳态 当多谐振荡器进入第二暂稳态的瞬间，电路输当多谐振荡器进入第二暂稳态的瞬间，电路输出出uO由由0V 翻转为翻转为VD
31、D(UOH VDD)。鉴于电。鉴于电容两端电压不能突变，所以容两端电压不能突变，所以uI本该从本该从UTH上升上升至至VDD+UTH。但由于保护二极管。但由于保护二极管D1的钳位作的钳位作用，用，uI仅上升至仅上升至VDD+UD。此后，电容。此后，电容C 放电。放电。放电回路为非门放电回路为非门G2的的PMOS管管TP2、R和非门和非门G1中的中的NMOS管管TN1，如图，如图6.4.4(a)所示。所示。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心51 随着放电过程的进行，电容电压逐渐降低，因随着放电过程的进行，电容电压逐渐降低，因此此uI也逐渐减小。一旦也逐渐减小。一旦uI达到非门达
32、到非门G1的阈值电压的阈值电压UTH，多谐振荡器必将发生如下正反馈过程，多谐振荡器必将发生如下正反馈过程:这一正反馈过程促使这一正反馈过程促使G1瞬间截止、瞬间截止、G2瞬间导瞬间导通，可得通，可得uO1=UOH，uO=UOL。显然，此时多谐。显然，此时多谐振荡器返回至第一暂稳态。振荡器返回至第一暂稳态。此后，电路重复上述过程，周而复始的在两个此后，电路重复上述过程，周而复始的在两个暂稳态间来回翻转，从而产生矩形脉冲波。暂稳态间来回翻转，从而产生矩形脉冲波。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心526.4.4 多谐振荡器工作波形图多谐振荡器工作波形图自动化学院应用电子教学中心自动
33、化学院应用电子教学中心53三、主要参数三、主要参数DDDDTHlnVRCVU1T=DDTHlnVRCU2T=2DD12)DDTHTHln(VT T TRCVUU 自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心54四、改进四、改进6.4.5 加补偿电阻的多谐振荡器加补偿电阻的多谐振荡器 电源电压的波动会导致振荡频率不稳定。为减电源电压的波动会导致振荡频率不稳定。为减小电源电压变化对振荡频率影响，在原先电路上小电源电压变化对振荡频率影响，在原先电路上增加一个补偿电阻增加一个补偿电阻RS即可，如图即可，如图6.4.5 所示。所示。一般取一般取RS=10R。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应
34、用电子教学中心556.4.3 用施密特触发器构成多谐振荡器用施密特触发器构成多谐振荡器一、电路组成一、电路组成6.4.6 用施密特触发器构成的多谐振荡器用施密特触发器构成的多谐振荡器自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心56二、工作原理二、工作原理6.4.7 施密特触发器构成的多谐振荡器工作波形图施密特触发器构成的多谐振荡器工作波形图 自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心57电容电容C 充电至充电至uCUT+，施密特触发器的输出翻，施密特触发器的输出翻转为低电平转为低电平 多谐振荡器接通电源后，因为电容上的初始电压多谐振荡器接通电源后，因为电容上的初始电压为零，所
35、以施密特触发器的输出为零，所以施密特触发器的输出uO为高电平。为高电平。此后，此后，uO经电阻经电阻R向电容向电容C充电，电容电压充电，电容电压uC逐逐渐升高。一旦渐升高。一旦uC UT+时，施密特触发器的输出时，施密特触发器的输出翻转为低电平。翻转为低电平。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心58电容电容C 放电至放电至uC UT，施密特触发器的输，施密特触发器的输出翻转为高电平出翻转为高电平 施密特触发器的输出翻转为低电平后，电施密特触发器的输出翻转为低电平后，电容容C 必经由电阻必经由电阻R开始放电。当放电至开始放电。当放电至uI UT 时，施密特触发器的输出时，施密特触
36、发器的输出uO又翻转为高电又翻转为高电平。此后，电容又重新开始充电。如此反复，平。此后，电容又重新开始充电。如此反复，电路不停的振荡，得到矩形波。电路不停的振荡，得到矩形波。图图6.4.7给出了输入给出了输入uI与输出与输出uO的电压波形。的电压波形。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心59DDTT+DDTT+DDT+TDDT+T(lnln)ln()VUUVUUTRCRCVUUVUU三、主要参数三、主要参数自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心60四、改进四、改进6.4.8 脉冲占空比可调的多谐振荡器脉冲占空比可调的多谐振荡器 自动化学院应用电子教学中心自动化学院
37、应用电子教学中心616.4.3 石英晶体石英晶体多谐振荡器多谐振荡器一、石英晶体一、石英晶体最简便的稳频方法是在多谐振荡器中接入石英最简便的稳频方法是在多谐振荡器中接入石英晶体，构成石英晶体多谐振荡器。晶体，构成石英晶体多谐振荡器。石英晶体的固有振荡频率石英晶体的固有振荡频率 fo 由结晶方向、外由结晶方向、外形尺寸决定；频率稳定度形尺寸决定；频率稳定度（fo/fo)可达可达10-1010-11。电抗频率特性曲线电抗频率特性曲线当外加电压的频率当外加电压的频率f=fo 时时，其电抗，其电抗 X=0。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心626.4.9 石英晶体的电抗频率特性和符号
38、石英晶体的电抗频率特性和符号自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心63年年美国卡第提出用石英压电效应调制电磁振荡美国卡第提出用石英压电效应调制电磁振荡的频率。的频率。巴黎广播电台首先用严济慈制作的石英振荡巴黎广播电台首先用严济慈制作的石英振荡片实现了无线电播音中的稳频，随后各国相继采片实现了无线电播音中的稳频，随后各国相继采用，使无线广播振荡电磁回路稳频成为压电晶体用，使无线广播振荡电磁回路稳频成为压电晶体的最重要应用之一。的最重要应用之一。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心64二、石英晶体振荡器二、石英晶体振荡器1 1、串联式振荡器串联式振荡器6.4.10 石
39、英晶体串联式多谐振荡器石英晶体串联式多谐振荡器自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心652 2、并联式振荡器并联式振荡器6.4.11 石英晶体并联式多谐振荡器石英晶体并联式多谐振荡器自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心666.5 555定时器及其应用定时器及其应用555定时器是单片集成电路，用途广，定时器是单片集成电路，用途广，可构成施密特触发器、可构成施密特触发器、单稳态触发器、单稳态触发器、多谐振荡器等。多谐振荡器等。双极型产品型号的后三位数码为双极型产品型号的后三位数码为555。单极型产品型号的后四位数码为单极型产品型号的后四位数码为7555。自动化学院应用
40、电子教学中心自动化学院应用电子教学中心676.5.1 555 定时器的组成与功能定时器的组成与功能一、电路组成一、电路组成图图6.5.1 555 定时器的原理图及符号定时器的原理图及符号自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心68555 定时器的引脚功能如下。定时器的引脚功能如下。引脚引脚1接地端接地端 引脚引脚2阈值输入端阈值输入端uI1（低（低触发端触发端TL）引脚引脚3输出端输出端uO 引脚引脚4复位端复位端 RD引脚引脚5控制电压输入端控制电压输入端uIC 引脚引脚6阈值输阈值输入端入端uI2（高触发端（高触发端TH）引脚引脚7放电端放电端uO 引脚引脚8电源端电源端VCC
41、功能表功能表阈值阈值输入输入阈值阈值输入输入复复位位输出输出uI1uI2RDuO T状状态态2/3VCC2/3VCC2/3VCC2/3VCC1/3VCC1/3VCC1/3VCC1/3VCC01111010不不变变1ONOFFONHoldOFF二、基本功能二、基本功能自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心70一、用一、用555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器6.5.2 555 定时器应用定时器应用图图6.5.2 555 定时器构成的单稳态触发器及工作波形定时器构成的单稳态触发器及工作波形自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心71 将将555定时器的定时
42、器的6 脚和脚和7脚接在一起，增加一脚接在一起，增加一个电阻个电阻R和一个电容和一个电容C。输入信号。输入信号uI从低触发从低触发端端TL输入。电压控制端输入。电压控制端uIC用于调整比较器的用于调整比较器的基准电压。不用时，需经基准电压。不用时，需经0.01F电容接地。电容接地。无触发信号输入时，电路工作在稳定状态无触发信号输入时，电路工作在稳定状态触发信号触发信号uI下降沿到来时，电路由稳态转入暂下降沿到来时，电路由稳态转入暂稳态稳态维持暂稳态维持暂稳态暂稳态结束，自动返回到稳态暂稳态结束，自动返回到稳态自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心72主要参数估算主要参数估算 CC
43、CCW111CC WCCCC()(0)0lnlnln3 1.12()()3uuVtRCuu tVV 自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心73二、用二、用555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器图图6.5.3 555 定时器构成的施密特触发器及工作波形定时器构成的施密特触发器及工作波形自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心74 将将555定时器的定时器的2脚和脚和6脚并接在一起作为输脚并接在一起作为输入入uI，就可以构成施密特触发器，就可以构成施密特触发器,如图如图6.5.3所示。所示。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心75主要参数估
44、算主要参数估算 T+CC23UVTCC13UV若在电压控制端若在电压控制端UIC（即（即5 脚）外加电压脚）外加电压US，如何？，如何？自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心76三、用三、用555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器图图6.5.4 555 定时器构成的多谐振荡器及工作波形定时器构成的多谐振荡器及工作波形自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心77 把用把用555 定时器构成施密特触发器的反相输定时器构成施密特触发器的反相输出端经出端经RC 积分电路接回到其输入端，即得到积分电路接回到其输入端，即得到555 定时器构成的多谐振荡器，如图定时器构成
45、的多谐振荡器，如图6.5.5 所示。所示。初始时，电容初始时，电容C 上无电压，即输入电压为上无电压，即输入电压为0，所以多谐振荡器的输出所以多谐振荡器的输出uO为高电平。当电路为高电平。当电路接通电源后，接通电源后，VCC必然通过必然通过R1和和R2对对C充电。充电。因此，电容电压因此，电容电压uC逐渐增大。当逐渐增大。当uC上升到上升到VCC时，输出时，输出uO翻转为低电平，同时放电管翻转为低电平，同时放电管T 导通。导通。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心78 电容电容C 必通过必通过R2和和T 放电，电容电压放电，电容电压uC逐逐渐下降。当渐下降。当uC下降到下降到V
46、CC 时，输出时，输出uO又由低又由低电平翻转为高电平，同时放电管电平翻转为高电平，同时放电管T 截止。此后，截止。此后，VCC又经又经R1和和R2对对C 充电。充电。上述过程如此重复，输出端上述过程如此重复，输出端uO便产生了连续便产生了连续的矩形脉冲，如图的矩形脉冲，如图6.5.5（b）所示。）所示。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心79主要参数估算主要参数估算1212111.430.7(2)(2)fTRRRR C自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心80例例6.5.1 6.5.1 触摸定时控制开关触摸定时控制开关84762153555+VCCRLR100k
47、C100C10.01(+6V)P自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心81 解：解：555定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片一下金属片P，由于人体感应电压相当于在触发输，由于人体感应电压相当于在触发输入端（管脚入端（管脚2）加入一个负脉冲，）加入一个负脉冲，555输出端输出输出端输出高电平，灯泡（高电平，灯泡（RL）发光，当暂稳态时间（）发光，当暂稳态时间（tW）结束时，结束时，555输出端恢复低电平，灯泡熄灭。输出端恢复低电平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由RC参数调
48、节。参数调节。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心82本章小结本章小结（1 1）本章主要内容）本章主要内容 本章首先介绍典型的矩形脉冲波形产生电本章首先介绍典型的矩形脉冲波形产生电路与变换电路路与变换电路,即单稳态触发器、施密特触发即单稳态触发器、施密特触发器与多谐振荡器。器与多谐振荡器。最后，分析集成定时器最后，分析集成定时器555的工作原理，并的工作原理，并给出了应用实例。给出了应用实例。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心83本章小结本章小结（2 2）单稳态触发器和施密特触发器）单稳态触发器和施密特触发器 施密特触发器和单稳态触发器，虽然不能施密特触发器和
49、单稳态触发器，虽然不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，为数字系统提供标的信号变换成为矩形波，为数字系统提供标准的脉冲信号。准的脉冲信号。自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心84（3 3）多谐振荡器）多谐振荡器 多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。用用555555定时器可以组成多谐振荡器，用石英晶定时器可以组成多谐振荡器，用石英晶体也定时器可以组成多谐振荡器。石英晶体振体也定时器可以组成多谐振荡器。石英晶体振荡器的特点是荡器的特点是f fo o的稳定性极好。的稳定性极好。本章小结本章小结自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心85 555 555定时器是一种用途很广的集成电路，除定时器是一种用途很广的集成电路，除了能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐了能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成各种灵活多变的应用振荡器以外，还可以接成各种灵活多变的应用电路。电路。（4 4）555555定时器定时器本章小结本章小结自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心86 第六章第六章 THE END数字电路与数字电路与系统设计系统设计
