1、內容簡介內容簡介1.1.概述概述2.2.單穩態觸發器單穩態觸發器3.3.施密特觸發器施密特觸發器4.4.多諧振蕩器多諧振蕩器定時器及其應用定時器及其應用 重點內容重點內容1.1.多諧振蕩器多諧振蕩器定時器工作原理定時器工作原理第七章第七章脈沖產生與整形電路脈沖產生與整形電路教學目標教學目標: : 理解掌握單穩態觸發器、施密特觸發器、多諧振蕩器的工理解掌握單穩態觸發器、施密特觸發器、多諧振蕩器的工作原理，及作原理，及555555定時器的工作原理及使用方法。定時器的工作原理及使用方法。 第七章第七章脈沖產生與整形電路脈沖產生與整形電路學時安排：學時安排：6 6 學時學時課后作業課后作業、7.13

2、7.13 第七章第七章脈沖產生與整形電路脈沖產生與整形電路7.1 概述概述1. 脈沖信號: 脈沖信號是指一種持續時間極短的電壓或電流波形，如圖所示。 圖（a）是方波，圖（b）是矩形波，圖（c）是尖頂脈沖， 圖（d）是鋸齒波，圖（e）是鐘形脈沖。它們都可以通稱為“脈沖信號”。 脈沖波形的不同形狀脈沖波形的不同形狀7.1 概述概述2. 在數字電路中，要控制和協調整個系統的工作，常常需要時鐘脈沖（CP）信號，獲得這種矩形脈沖的方法：一是利用多諧振蕩器直接產生，二是通過整形電路變換得到。多諧振蕩器可通過門電路、石英晶體或集成555定時器三種方式構成。整形電路可分為施密特觸發器或單穩態觸發器，它們可以使

3、脈沖的邊沿變得陡峭，形成滿足要求的矩形脈沖，脈沖波形的特性主要用圖中所示的參數來描述。 描述矩形脈沖的主要參數描述矩形脈沖的主要參數單穩態觸發器 單穩態觸發器也有兩個狀態：一個是穩定狀態，另一個是暫穩狀態。當無觸發脈沖輸入時，單穩態觸發器處于穩定狀態；當有觸發脈沖時，單穩態觸發器將從穩定狀態變為暫穩定狀態，暫穩狀態在保持一定時間后，能夠自動返回到穩定狀態。單穩態觸發器1、電路組成 如下圖所示。門G1的輸出經微分電路RC接到門G2的輸入端，門G2的輸出直接耦合到G1的輸入端。電路處于穩態時，ui為高電平，u01為低電平，為了使u02可靠為高電平，對于TTL芯片74LS00應選擇RROFF，一般取

4、R。但對于CC4011的MOS門輸入阻抗高，外接電阻R的大小不會影響其穩態，則不受ROFF限制。 單穩態觸發器 微分型單穩態觸發器(b)單穩態觸發器2、工作過程 電源接通后，在沒有外來觸發脈沖時（uI為高電平）電路處于穩定狀態：uO1= UOL，uO=UOH。為此，必須保證RdRON（開門電阻），RROFF(關門電阻)。根據穩態時的部分電路圖所示的等效電路， 非門G2的輸入 為了討論方便，假定uI2 = UOL， 則此時電容C上沒有電壓。)(112BECCUURRRU單穩態觸發器UOLCRuI2V2V1R1G2UCC穩態時的部分電路單穩態觸發器二、集成單穩態觸發器 集成單穩態觸發器分為可重觸發

5、型和不可重復觸發型兩種。不可重觸發單穩態觸發器，是指在暫穩定時間tw之內，若有新的觸發脈沖輸入，電路不會產生任何反應，如圖（b）所示。可重觸發單穩態觸發器，是指在暫穩定時間tw之內，若有新的觸發脈沖輸入，可被新的觸發脈沖重新觸發，如圖（c）所示。 圖圖(a)觸發信號觸發信號ui；(b)不可重觸發輸出波形；不可重觸發輸出波形；(c)可重觸發輸出波形可重觸發輸出波形 ui ui(a)(a)(b)(b)(c)(c)單穩態觸發器集成單穩態觸發器 CC4528B的引腳圖如圖所示。圖圖(b) CC4528B引腳圖引腳圖CC4528B單穩態觸發器集成單穩態觸發器 常用的TTL集成單穩態觸發器，有不可重觸發單

6、穩態觸發器54LS121/74LS121，54LS221/74LS221，可重觸發單穩態觸發器54LS123/74LS123，54LS122/74LS122等。54LS121/74LS121的邏輯符號如圖 所示。(b) 邏輯符號邏輯符號單穩態觸發器三、單穩態觸發器應用舉例 應用1. 脈沖整形。 脈沖信號經過長距離傳輸后，其邊沿會變差或疊加了某些干擾，這時可利用單穩態觸發器進行整形。將這些受到干擾的脈沖信號ui加到單穩態觸發器的輸入端，輸出端便可得到符合要求的矩形脈沖u0。如圖所示。圖 (a)(b) 脈沖整形電路74HCHC121施密特觸發器 施密特觸發器是脈沖波形變換中經常使用的一種電路，利用

7、它可以將正弦波、三角波以及其它一些周期性的脈沖波形變換成邊沿陡峭的矩形波。另外，它還可以用作脈沖鑒幅器、比較器。 施密特觸發器是一種受輸入信號電平直接控制的雙穩態觸發器。它有兩個穩定狀態，在外加信號的作用下，只要輸入信號變化到某一電平時，電路就從一個穩定狀態轉換到另一個穩定狀態， 而且穩定狀態的保持也與輸入信號的電平密切相關。下圖是這種電路的工作波形。施密特觸發器 tt0uIuO0UOLUOHUTUT施密特觸發器 一、用門電路組成的施密特觸發器 下圖所示電路是由TTL門電路構成的施密特觸發器。 圖中， V為電壓偏移二極管，R1、R2為分壓電阻，電路的輸出通過電阻R2進行正反饋。下面我們來分析電

8、路的工作原理。&uI1uO11uOR2VR1uIG2G1uO施密特觸發器 假設在接通電源后，電路輸入為低電平uI=UOL，則電路處于如下狀態：uO1=UOH，uO=UOL。如果不考慮G1門的輸入電流，uI1的電壓為： 21221121221211)()()(RRRUuRRRURRRUuURRRUUuuDIOLDIOLOLDI施密特觸發器 其中，UD為二極管的導通壓降。當uI上升到門電路的閾值電壓UTH時，由于uI1的電壓還低于UTH，電路仍然保持這個狀態不變； 隨著uI的繼續升高，當uI1也上升到UTH時，電路將產生如下正反饋過程： uIuI1uO1uO施密特觸發器 結果使電路的狀態迅

9、速翻轉為：uO1=UOL，uO=UOH，這是電路的另一個穩定狀態。那么這一時刻的輸入電壓uI就是電路的正向閾值電壓UT+，將uI=UT+，uI1=UTH帶入式9-21可得： 當uI從UT+再升高時，電路的狀態不會發生改變。THDTURRUU)/1 (21施密特觸發器 當uI從高電平下降時，只要下降到uI=UTH，由于電路中的正反饋作用，電路狀態立刻發生翻轉，回到初始的穩定狀態。可見，電路的負向閾值電壓UT-=UTH。所以該電路的回差電壓為: 因此，通過改變電阻R1和R2的比值，可以調整回差電壓。 THDTTTURRUUUU21施密特觸發器 二、集成施密特觸發器 由于性能穩定，所以在數字系統中集

10、成施密特觸發器被廣泛采用。目前，各廠家已經生產出多種單片集成的施密特觸發器產品。 74LS132是一種典型的集成施密特觸發器， 其內部邏輯圖和引腳排列如圖9-25（a）所示。 74LS132內部包括四個相互獨立的兩輸入施密特觸發器，每一個觸發器都是以基本的施密特觸發電路為基礎，在輸入端增加了與的功能， 在輸出端增加反向器，所以我們將其稱為施密特觸發的與非門， 其邏輯符號如圖（b）所示 施密特觸發器 (b) &YAB(a)1234567A1B1Y1A2B2Y2GND & &141312111098 & &UCCA4B4Y4A3B3Y3集成施密特觸發器74L

11、S13274LS132的引腳排列和內部邏輯圖(a) (b) 施密特觸發與非門的邏輯符號施密特觸發器 74LS132的輸出信號Y與輸入信號中 A、B只要有一個低于施密特觸發器的負向閾值電平，輸出Y就是高電平；只有當A、 B同時高于正向閾值電平時，輸出Y才為低電平。在使用+5 V電源的條件下，集成施密特觸發器74LS132的正向閾值電平2.0 V，負向閾值電平1.1 V，回差電壓UT的典型值為0.8 V。施密特觸發器 三、施密特觸發器的應用1 波形變換 利用施密特觸發器在狀態轉換過程中的正反饋作用， 可以將邊沿變化緩慢的周期性信號（如正弦波、 三角波等）變換成邊沿陡峭的矩形脈沖。在圖中，施密特觸發

12、器的輸入是一個直流分量和正弦分量相疊加的信號，只要輸入信號的幅度大于施密特觸發器的正向閾值電壓UT+，在觸發器的輸出端就可得到相同頻率的矩形波。施密特觸發器 t0uOt0uI 1uOuIUTUT施密特觸發器 2 脈沖整形 矩形波經過傳輸后波形往往會發生畸變， 其中比較常見的有圖所示的三種情況： （a）矩形波的邊沿變緩； （b）在矩形波的邊沿處產生振蕩； （c）矩形波被疊加上干擾。無論哪一種情況，只要設置好合適的UT+和UT-，均能獲得滿意的整形效果。 1uOuI0uOtt0uIUTUT(a) 1uOuI0uOt0uI(b)tUTUT施密特觸發器 0uOt0uI(c)tUTUT 1uOuI3 脈

13、沖幅度鑒別 利用施密特觸發器的輸出取決于輸入幅度的特點，可以將其用作脈沖幅度鑒別電路。如圖所示，在施密特觸發器的輸入端輸入一系列幅度不等的矩形脈沖，根據施密特觸發器的特點， 對應于那些幅度大于UT+的脈沖，電路有脈沖輸出；而對于幅度小于UT+的脈沖，電路則沒有脈沖輸出，從而達到幅度鑒別的目的。施密特觸發器 1uOuItUT0uIt0uO多諧振蕩器 多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源后，不需要外加觸發信號，能自動地產生矩形脈沖。由于輸出的矩形波中含有很多諧波分量，故稱它為多諧振蕩器，又稱方波發生器。 一、對稱多諧振蕩器 1.由CMOS六反相器CC4009UB構成的多諧振蕩器，如圖所示。圖中兩

14、個反相器之間經C1和C2耦合形成正反饋回路。合理選擇RF1和RF2使G1、G2工作在傳輸特性的轉折區，這時，G1和G2都工作在放大區。由于G1、G2的外電路對稱，因此，又稱其為電容反饋式對稱多諧振蕩器。 電容反饋式對稱多諧振蕩器電容反饋式對稱多諧振蕩器多諧振蕩器 2.工作過程電路的工作波形如圖所示。 電容反饋式對稱多諧振蕩器的工作波形多諧振蕩器 3.振蕩周期的計算： 取RF1=RF2=RF，C1=C2=C， ， ，則： T=2tw1.4RFC 二、環形振蕩器 由三個非門構成的環形振蕩器(即方波發生器)如圖所示。 (a)(b) 環形振蕩器及其工作波形(a)(b)多諧振蕩器三、石英晶體多諧振蕩器

15、石英晶體的等效電路、電路符號、阻抗頻率特性分別如圖(a)(b)(c)所示。 (a) 石英晶體等效電路 (b) 石英晶體電路符號 (c) 石英晶體的頻率特性 555定時器及其應用一、555定時器的電路結構與功能: 盡管555定時器產品的型號繁多， 但它們的電路結構、功能及外部引腳排列都是基本相同的。在Philips公司生產的555定時器的結構圖中， 它主要由三個阻值為5 k的電阻組成的分壓器、 兩個高精度的電壓比較器C1和C2、基本RS觸發器以及一個作為放電通路的晶體三極管V組成。為了提高電路的驅動能力， 在輸出級又增加了一個非門G。 在結構圖中，引腳旁的數字為8引腳封裝的555定時器產品的引腳

16、編號。 555定時器及其應用1G(3)uOC15 kUR1(5)(6)控制電壓uIC閾值輸入uI15 k(8)UCC電源RC2UR2(2)觸發輸入uI2S5 k(1)(7)Ou放電端&RD復位(4)&QQ&V 555定時器及其應用二、555時基集成電路的分類555時基集成電路按內部元件分類，可分為TTL型555（電源電壓為4.5V5V）和CMOS型555（電源電壓為2V18V）兩大類，按芯片內包含的定時器的個數可分為單時基定時器555和雙時基定時器556兩種類型。按封裝分類又可分為8腳T099型，8腳雙列直插型和14腳雙列直插型三種.8腳TO99型 8腳雙列直插型 55

17、6雙進基電路的封裝 555定時器及其應用三. 555時基集成電路的功能無論是日立公司產的HA17555（日本），莫托羅拉（美國）公司產的MCI555，還是上海無線電十四廠產的CH7555/GH7556，其功能表均如表所示。555時基集成芯片功能表 555定時器及其應用 定時器555芯片是一種用途廣泛的多功能集成電路，只需要外接少量的R、C元件就可以構成單穩態觸發器、多諧振蕩器和施密特觸發器等。由于555定時器有較好的帶負載能力，使用方便靈活，因此，獲得廣泛的應用如下表所示。 555定時器及其應用 小小 結結 數字系統中所需要的脈沖信號，一是由脈沖發生器直接產生，二是通過整形電路將已有的周期性波形變換成矩形波。單穩態觸發器、施密特觸發器和多諧振蕩器是脈沖產生與變換中的常用三種電路。 單穩態觸發器的顯著特點是：在無外加信號時，它工作于穩態，只是在觸發脈沖信號作用下才由穩