1、以下主要討論幾種常用脈沖波形的產(chǎn)生與變換電路：（功能、特點(diǎn)及其主要應(yīng)用簡介）1.施密特觸發(fā)器：主要用以將非矩形脈沖變換成上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脈沖；2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：主要用以將脈沖寬度不符合要求的脈沖變換成脈沖寬度符合要求的矩形脈沖；3.多諧振蕩器：產(chǎn)生矩形脈沖；4.555定時器第1頁/共67頁10.1 10.1 脈沖信號1. 常見的脈沖波形 脈沖波形是指突變的電流和電壓的波形。 圖10-1 常見的脈沖波形圖 第2頁/共67頁2. 矩形波及其參數(shù) 圖10-2 非周期性和周期性矩形波(a) 非周期性 (b) 周期性數(shù)字電路中用得最多的是矩形波。矩形波有周期性與非周期性兩種。 第3頁/共67

2、頁圖10-3 矩形波的主要參數(shù) 周期性矩形波的周期用T表示，有時也用頻率f表示（f =1/ T）。 矩形波的另外幾個主要參數(shù)： （1）脈沖幅度Um （2）脈沖寬度tw （3）上升時間tr （4）下降時間tf （5）占空比q =t w /T 。通常q用百分比表示，如果q =50%，則稱為對稱方波。 第4頁/共67頁10.2集成門構(gòu)成的脈沖單元電路10.2.110.2.1施密特觸發(fā)器10.2.210.2.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器10.2.310.2.3多諧振蕩器第5頁/共67頁1. 電路組成 兩個CMOS反相器，兩個分壓電阻。 用集成門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（a） 電路 （b）邏輯符號10.2.1施密特觸發(fā)

3、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。第6頁/共67頁2. 工作原理 （1）工作過程 設(shè)CMOS反相器的閾值電壓UTH=VDD/2，輸入信號uI為三角波。 第7頁/共67頁當(dāng)uI=0V時， G1截止、G2導(dǎo)通，輸出為UOL，即uO=0V。只要滿足uI1UTH，電路就會處于這種狀態(tài)（第一穩(wěn)態(tài)）。第8頁/共67頁GS(th)GS(th)T)1(21221VVVRRRRR+ += = =+ + +當(dāng)uI上升，使得uI1 =UTH時，電路會產(chǎn)生如下正反饋過程： 電路會迅速轉(zhuǎn)換為G1導(dǎo)通、G2截止，輸出為UOH，即uO=VDD的狀態(tài)（第二穩(wěn)態(tài)）。此時的uI

4、值稱為施密特觸發(fā)器的上限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT+。顯然，uI繼續(xù)上升，電路的狀態(tài)不會改變。第9頁/共67頁如果uI下降，uI1也會下降。當(dāng)uI1下降到UGS(TH)時，電路又會產(chǎn)生以下的正反饋過程： 電路會迅速轉(zhuǎn)換為G1截止、G2導(dǎo)通、輸出為UOL的第一穩(wěn)態(tài)。此時的uI值稱為施密特觸發(fā)器的下限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT。uI再下降，電路將保持狀態(tài)不變。 IIDDI1211)(vvVvRRR+ +- -= =+ +DDGS(th)T21221- -= =+ +- -VVVRRRRR，則，則DD21GS(th)= =VV)1(GS(th)T21- -= =- -VVRR第10頁/共67頁 （2）工作波形與電壓傳輸

5、特性 施密特觸發(fā)器將三角波uI變換成矩形波uO。 施密特觸發(fā)器的工作波形及電壓傳輸特性（a）工作波形 （b）電壓傳輸特性3.重要參數(shù) 上限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT+ 下限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT 回差回差UT = UT+UT （通常（通常UT+UT）改變改變R1和和R2的大小可以改變回差的大小可以改變回差UT GS(th)212VRR= =第11頁/共67頁(3)特點(diǎn)： 電路有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。兩種穩(wěn)定狀態(tài)的維持和轉(zhuǎn)換完全取決于外加觸發(fā)信號。觸發(fā)方式：電平觸發(fā)。 電壓傳輸特性特殊，電路有兩個轉(zhuǎn)換電平（上限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT+和下限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT）。 狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時有正反饋過程，從而輸出邊沿陡峭的矩形脈沖。 第12頁/

6、共67頁1). 波形變換 將變化緩慢的波形變換成矩形波（如將三角波或正弦波變換成同周期的矩形波）。3 3施密特觸發(fā)器的應(yīng)用正正弦弦波波振振蕩蕩器器1VO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-第13頁/共67頁2).脈沖整形 在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變，或者邊沿產(chǎn)生振蕩等。通過施密特觸發(fā)器整形，可以獲得比較理想的矩形脈沖波形。 波形波形畸變畸變邊沿邊沿振蕩振蕩第14頁/共67頁 vovIvov vT2v vT1ttt合理選擇回差電壓消除信號上的干擾合理選擇回差電壓消除信號上的干擾2).脈沖整形 第15頁/共67頁3)脈沖鑒幅 將一系列幅度各異的脈沖信號

7、加到施密特觸發(fā)器的輸入端，只有那些幅度大于UT+的脈沖才會在輸出端產(chǎn)生輸出信號。可見，施密特觸發(fā)器具有脈沖鑒幅能力。 vovI00ttVth(VT+)第16頁/共67頁10.2.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)。在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)，維持一段時間后，電路又能自動地翻轉(zhuǎn)為穩(wěn)態(tài)。第17頁/共67頁一集成門構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一集成門構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器根據(jù)維持暫態(tài)的根據(jù)維持暫態(tài)的RC定時電路的不同接法，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以分為定時電路的不同接法，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以分為微分型微分型和和積分積分型型兩大類。兩大類。1、 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)

8、態(tài)觸發(fā)器&(a)G2G1Cv2RRivO1vO2v1vICi5100pF 330微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其工作波形反饋線輸入端微分電路輸入端微分電路微分型定時電路微分型定時電路第18頁/共67頁&(a)G2G1Cv2RRivO1vO2v1vICi5100pF 330微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其工作波形vIv1vO1vO2v2(b)3.6V0.3V0.3V1.4V3.6V0.3V3.6V0.3V1.4V- -1.5V3.6V0.3Vtw反饋線(a) 0t1為穩(wěn)定狀態(tài)。為穩(wěn)定狀態(tài)。輸入端無輸入信號觸發(fā)或觸發(fā)輸入為高電平。輸入端無輸入信號觸發(fā)或觸發(fā)輸入為高電平。當(dāng)選取當(dāng)選取Ri大于大于3.2k

9、時，使時，使vI高于開門電平，高于開門電平，vO1=0.3V；選取；選取R小于小于0.9k，使，使v2低于關(guān)門電低于關(guān)門電平 ，平 ， v O 2 = 3 . 6 V 。 觸 發(fā) 器 處 于。 觸 發(fā) 器 處 于 穩(wěn) 定穩(wěn) 定 狀 態(tài)狀 態(tài)（vO1=VOL，vO2=VOH ）。）。0t1t2當(dāng)當(dāng)t=t1時，輸入端時，輸入端vI下跳變，下跳變，v1產(chǎn)生一個負(fù)產(chǎn)生一個負(fù)尖峰脈沖，尖峰脈沖，vO1上跳至高電平，上跳至高電平，v2隨之跳變?yōu)楦唠S之跳變?yōu)楦唠娖剑闺娖剑箆O2為低電平，觸發(fā)器受觸發(fā)發(fā)生一次為低電平，觸發(fā)器受觸發(fā)發(fā)生一次翻 轉(zhuǎn) ， 從 而 進(jìn) 入翻 轉(zhuǎn) ， 從 而 進(jìn) 入 暫 穩(wěn) 態(tài)暫

10、穩(wěn) 態(tài) （ v O 1 = V O H ，vO2=VOL）。）。第19頁/共67頁&(a)G2G1Cv2RRivO1vO2v1vICi5100pF 330微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其工作波形vIv1vO1vO2v2(b)3.6V0.3V0.3V1.4V3.6V0.3V3.6V0.3V1.4V- -1.5V3.6V0.3Vtw反饋線0t1t2(b) t1t2暫態(tài)過程。暫態(tài)過程。觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，輸出低電平通過反饋觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)后，輸出低電平通過反饋線維持線維持G1繼續(xù)關(guān)閉。同時，電容繼續(xù)關(guān)閉。同時，電容C充電，充電，v2(t)電電壓下降。當(dāng)壓下降。當(dāng)t=t2時，時，v2下降至下降至Vth，

11、G2關(guān)閉，輸關(guān)閉，輸出出vO2上跳至高電平，上跳至高電平，G1轉(zhuǎn)為開態(tài)，觸發(fā)器轉(zhuǎn)為開態(tài)，觸發(fā)器自動自動翻轉(zhuǎn)一次翻轉(zhuǎn)一次，回到初始穩(wěn)定狀態(tài)（，回到初始穩(wěn)定狀態(tài)（vO1=VOL，vO2=VOH） 。t1至至t2的時間稱為的時間稱為暫態(tài)時間暫態(tài)時間，其長短取決于，其長短取決于RC的充電速度，因此的充電速度，因此RC稱為稱為定時電路定時電路，由它決，由它決定輸出定輸出vO1和和vO2的寬度。暫態(tài)時間通常近似估的寬度。暫態(tài)時間通常近似估計(jì)為計(jì)為CRRt)(7 . 0OW+ + 第20頁/共67頁&G2G1CRRivICi圖10- -2- -12 帶有射極跟隨器的 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器VCCRETv2由由

12、Vth隨隨vO1的下跳而下跳，電路進(jìn)入恢復(fù)階段，電容的下跳而下跳，電路進(jìn)入恢復(fù)階段，電容C開始放電。恢復(fù)時間開始放電。恢復(fù)時間為為。 RCt)53(re 在定時電路中，為調(diào)整在定時電路中，為調(diào)整tW，通常以改變，通常以改變C作為作為粗調(diào)，改變粗調(diào)，改變R作為細(xì)調(diào)。為了使調(diào)節(jié)范圍加寬，可作為細(xì)調(diào)。為了使調(diào)節(jié)范圍加寬，可在定時電路與在定時電路與G2之間加射極跟隨器，一般之間加射極跟隨器，一般RE應(yīng)滿應(yīng)滿足足64RE0.91k。(c) tt2電路的恢復(fù)過程。電路的恢復(fù)過程。第21頁/共67頁&G2G1Cv2RvO1vO2vIvIvO1vO2v21.4Vtw(a)圖10- -2- -13 積分

13、型單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器及其工作波形0.3V3.6V3.6V0.3V3.6V0.3Vt1 t2(b)2、 積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器0(a) 0t1穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)。輸入輸入vI為低電平，兩個門為低電平，兩個門的輸出均為高電平。電容的輸出均為高電平。電容C充電結(jié)束，觸發(fā)器處于充電結(jié)束，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)當(dāng)t=t1時，時，vI上跳變，兩個門的狀態(tài)同時改變，上跳變，兩個門的狀態(tài)同時改變，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。(b) t1t2暫穩(wěn)定狀態(tài)。暫穩(wěn)定狀態(tài)。輸入輸入vI為高電平，為高電平，vO1輸出均為低電平，電容輸出均為低電平，電容C放電。當(dāng)放電。當(dāng)t=

14、t2時，電壓時，電壓v2下降至下降至Vth，G2狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，vO2上跳至高電平，上跳至高電平，觸發(fā)器狀態(tài)自動翻轉(zhuǎn)一次。觸發(fā)器狀態(tài)自動翻轉(zhuǎn)一次。第22頁/共67頁&G2G1Cv2RvO1vO2vIvIvO1vO2v21.4Vtw(a)圖10- -2- -13 積分型單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器及其工作波形0.3V3.6V3.6V0.3V3.6V0.3Vt1 t2(b)2、 積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器0當(dāng)觸發(fā)輸入當(dāng)觸發(fā)輸入vI下跳后，電容下跳后，電容C重新充電完畢后，重新充電完畢后，觸發(fā)器回到初始穩(wěn)定狀態(tài)。觸發(fā)器回到初始穩(wěn)定狀態(tài)。在暫態(tài)期間，電容在暫態(tài)期間，電容C放電未達(dá)到閾值

15、電壓放電未達(dá)到閾值電壓Vth之前，之前，vI不能由高電平下跳，否則不能由高電平下跳，否則G2因因vI下跳提前翻轉(zhuǎn)，達(dá)不下跳提前翻轉(zhuǎn)，達(dá)不到由到由RC電路控制定時的目的。故要求電路控制定時的目的。故要求vI比輸出比輸出vO2脈脈沖寬。沖寬。第23頁/共67頁&G2G1CRvOvI圖10- -2- -14 寬脈沖輸出電路&G3如果要求在輸入窄的觸發(fā)脈沖時能夠得到較寬的輸出脈沖，可采用如果要求在輸入窄的觸發(fā)脈沖時能夠得到較寬的輸出脈沖，可采用圖圖10- -2- -14所所示電路。示電路。第24頁/共67頁CRvOvI圖10- -2- -15 施密特觸發(fā)器構(gòu)成 的單穩(wěn)態(tài)電路及其工作波形

16、A1vItVTVTOvAOtvOtOVDD(a)(b) 3、 施密特觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器當(dāng)當(dāng)vI=0時，輸出時，輸出vO=VOL=0V，這是穩(wěn)定狀，這是穩(wěn)定狀態(tài)。態(tài)。當(dāng)當(dāng)vI的正脈沖加到輸入端時，的正脈沖加到輸入端時，vA隨之上跳，隨之上跳，只要上跳的幅值大于只要上跳的幅值大于VT+，則輸出，則輸出vO=VDD。觸。觸發(fā)器發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。發(fā)器發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。隨著電容隨著電容C充電，充電，vA電位指數(shù)下降，一旦達(dá)電位指數(shù)下降，一旦達(dá)到到 V T - - ， 施 密 特 觸 發(fā) 器 發(fā) 生 自 動 翻 轉(zhuǎn) ， 施 密 特 觸 發(fā) 器 發(fā) 生 自 動

17、 翻 轉(zhuǎn) ，vO=VOL=0V，返回至穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間為，返回至穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間為- -= =TIHlnWVVRCt第25頁/共67頁2. 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(a)vOvItwtw(b)vOvItwtw不可重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)被重復(fù)觸發(fā)被重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā)兩種工作情況兩種工作情況集成單穩(wěn)有不可重復(fù)觸發(fā)型和可重復(fù)觸發(fā)型兩種。不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，再加入觸發(fā)脈沖不會影響電路的工作過程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束以后，它才能接受下一個觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入下一個暫穩(wěn)態(tài)。而可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)在電路被觸發(fā)而進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，如果再次加入觸發(fā)脈沖，

18、電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個tW寬度。 因此，采用可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時能比較因此，采用可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時能比較方便地得到持續(xù)時間更長的輸出脈沖寬度。方便地得到持續(xù)時間更長的輸出脈沖寬度。第26頁/共67頁 1. 不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74XX1211G8 G4G1G2G3G5G6G7G9&B&1111RextRintCextRintCext/RextQQA1A2a觸發(fā)信號控制電路觸發(fā)信號控制電路微分型單穩(wěn)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)觸發(fā)器輸出緩沖電路輸出緩沖電路1234567101112131498BCextRintCext/

19、RextQQA1A2GNDNCNCNCVCCNC2. 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 & 1 A1(3) A2(4) B(5) Rint Rext/Cext (11) Rint (9) Cext (10) Q(6) Q(1) 74121 Rext/Cext Rint 第27頁/共67頁 2. 可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74XX1222 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1 A1 A2 Rint Rext/Cext (13) Rint (9) Cext (11) Q (8) Q (6) 74122 & B1 B2 RD RD A1 A2 Q 第2

20、8頁/共67頁 電路有一個穩(wěn)態(tài)，一個暫穩(wěn)態(tài)電路有一個穩(wěn)態(tài)，一個暫穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)的工作特點(diǎn)： 在外來觸發(fā)信號作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)在外來觸發(fā)信號作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài) 暫穩(wěn)態(tài)不能長久保持，電路會自動翻轉(zhuǎn)回穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)不能長久保持，電路會自動翻轉(zhuǎn)回穩(wěn)態(tài) 電路在暫穩(wěn)態(tài)中持續(xù)的時間，由電路在暫穩(wěn)態(tài)中持續(xù)的時間，由RC延時環(huán)節(jié)決定延時環(huán)節(jié)決定 可重觸發(fā)與不可重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)對觸發(fā)脈沖的響應(yīng)可重觸發(fā)與不可重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)對觸發(fā)脈沖的響應(yīng)是不同的是不同的第29頁/共67頁3 3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用 1). 脈沖延時單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要應(yīng)用是定時和延時。 圖6-18單穩(wěn)電路的延時

21、作用 如果需要延遲脈沖的觸發(fā)時間，可利用單穩(wěn)電路來實(shí)現(xiàn)。 uO的下降沿比的下降沿比uI的下降沿延遲了的下降沿延遲了tw的時間。的時間。 第30頁/共67頁2).脈沖定時 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠產(chǎn)生一定寬度tw的矩形脈沖，利用這個脈沖去控制某一電路，則可使它在tw時間內(nèi)動作(或者不動作)。 第31頁/共67頁 1多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。 2通過電路內(nèi)部的反饋?zhàn)饔眉岸〞r元件的暫穩(wěn)態(tài)過程，使兩個暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，無需外觸發(fā)。 3輸出特定周期與幅度的矩形脈沖信號，由于含有豐富的諧波分量，故稱作多諧振蕩器。10.2.310.2.3多諧振蕩器第32頁/共67頁&G1CRd

22、圖10- -2- -24 電容正反饋 多諧振蕩器&G2abtw1t1t2t3tw2充電放電V1.4V0.3V0.3V3.6Vvdvbva(a)(b)電容正反饋多諧振蕩器電容正反饋多諧振蕩器(1) 基本工作原理基本工作原理在多諧振蕩器工作過程中，主要依靠電容在多諧振蕩器工作過程中，主要依靠電容C的的充、放電，引起充、放電，引起vd的變化，若的變化，若vd達(dá)到達(dá)到TTL門閾值門閾值電壓電壓Vth，引起，引起與非與非門狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。門狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。設(shè)某時刻由于電容設(shè)某時刻由于電容C充電，使充電，使vd上升至上升至vdVth時，時，G1由關(guān)態(tài)變?yōu)殚_態(tài)，使輸出由關(guān)態(tài)變?yōu)殚_態(tài)，使輸出va由高電由高電平

23、跳變至低電平，平跳變至低電平，G2由開態(tài)變?yōu)殛P(guān)態(tài)，輸出由開態(tài)變?yōu)殛P(guān)態(tài)，輸出vb由由低電平跳變至高電平。由于電容低電平跳變至高電平。由于電容C兩端電壓不能突兩端電壓不能突變，使變，使vd也隨也隨vb的上跳而上跳，維持的上跳而上跳，維持G1處于開態(tài)，處于開態(tài)，G2處于關(guān)態(tài)。處于關(guān)態(tài)。第33頁/共67頁&G1CRd圖10- -2- -24 電容正反饋 多諧振蕩器&G2abtw1t1t2t3tw2充電放電V1.4V0.3V0.3V3.6Vvdvbva(a)(b)以后電容以后電容C放電，放電，vd電位逐漸下降，在電位逐漸下降，在vd下下降至降至Vth之前，這段時間稱為之前，這段時間稱為暫

24、態(tài)暫態(tài)，即圖中，即圖中t1t2期間的波形。期間的波形。當(dāng)當(dāng)vd下降至下降至Vth時，時，G1由開態(tài)變?yōu)殛P(guān)態(tài)，由開態(tài)變?yōu)殛P(guān)態(tài)，va由低電平上跳至高電平，由低電平上跳至高電平，G2由關(guān)態(tài)變?yōu)殚_態(tài)，由關(guān)態(tài)變?yōu)殚_態(tài)，vb由高電平下跳至低電平。電路又一次自動翻轉(zhuǎn)。由高電平下跳至低電平。電路又一次自動翻轉(zhuǎn)。當(dāng)當(dāng)G1處于關(guān)態(tài)，處于關(guān)態(tài)，G2處于開態(tài)后，電容處于開態(tài)后，電容C充電，充電，vd電位逐漸上升，在電位逐漸上升，在vd上升至上升至Vth之前，這段時之前，這段時間稱為間稱為暫態(tài)暫態(tài)，如圖中，如圖中t2t3期間的波形。期間的波形。第34頁/共67頁當(dāng)當(dāng)vd上升至上升至Vth時，時，G1由關(guān)態(tài)變?yōu)殚_態(tài)，由關(guān)

25、態(tài)變?yōu)殚_態(tài)，G2由開態(tài)變?yōu)殛P(guān)態(tài)，進(jìn)入暫態(tài)由開態(tài)變?yōu)殛P(guān)態(tài)，進(jìn)入暫態(tài)。以后不斷重復(fù)上。以后不斷重復(fù)上述過程，從而形成周期振蕩，在輸出端獲得矩形述過程，從而形成周期振蕩，在輸出端獲得矩形波波vb。&G1CRd圖10- -2- -24 電容正反饋 多諧振蕩器&G2abtw1t1t2t3tw2充電放電V1.4V0.3V0.3V3.6Vvdvbva(a)(b)第35頁/共67頁(2) 振蕩周期的計(jì)算振蕩周期的計(jì)算(a) 暫態(tài)暫態(tài)持續(xù)時間持續(xù)時間tW1的計(jì)算的計(jì)算)1ln()()ln()(thOHthOHthOOW1VVVVVCRRCRRt+ + += =+ += =+ +)ln(/)(th

26、OHthOH21OW2VVVVCRRRt- - -+ += =(b) 暫態(tài)暫態(tài)持續(xù)時間持續(xù)時間tW2的計(jì)算的計(jì)算W2W1ttT+ += =(c) 振蕩周期振蕩周期第36頁/共67頁帶有帶有RC定時電路的環(huán)形振蕩器定時電路的環(huán)形振蕩器&G2CR圖10- -2- -26 帶RC電路的環(huán)形多諧 振蕩器及工作原理&G3vOt1t2t3tw2(a)(b)&G1RSv3v2v1OvOtOv1tOv2tOv3tVmVmVtht4tw1基本工作原理基本工作原理是利用電容是利用電容C的充、放的充、放電過程，控制電壓電過程，控制電壓v3，從而控制，從而控制與非與非門門的自動開閉。的自動開閉

27、。第37頁/共67頁0(a) 電路圖&ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RSC uo(ui1)uo2ui3tttt(b) 波形圖000G1G2&G3 ui2(uo1)UTt1t2t3在t1時刻，ui1（uo）由0變?yōu)?，于是uo1（ui2）由1變?yōu)?，uo2由0變?yōu)?。由于電容電壓不能躍變，故ui3必定跟隨ui2發(fā)生負(fù)跳變。這個低電平保持uo為1，以維持已進(jìn)入的這個暫穩(wěn)態(tài)。在這個暫穩(wěn)態(tài)期間，uo2（高電平）通過電阻R對電容C充電，使ui3逐漸上升。在t2時刻，ui3上升到門電路的閾值電壓UT，使uo（ui1）由1變?yōu)?，uo1（ui2）由0變?yōu)?，uo2由1變?yōu)?。同樣

28、由于電容電壓不能躍變，故ui3跟隨ui2發(fā)生正跳變。這個高電平保持uo為0。至此，第一個暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路進(jìn)入第二個暫穩(wěn)態(tài)。第一暫穩(wěn)態(tài)及其自動翻轉(zhuǎn)的工作過程第38頁/共67頁0(a) 電路圖&ui1 ui2 uo2 ui3 uo R RSC uo(ui1)uo2ui3tttt(b) 波形圖000G1G2&G3 ui2(uo1)UTt1t2t3第二暫穩(wěn)態(tài)及其自動翻轉(zhuǎn)的工作過程在t2時刻，uo2變?yōu)榈碗娖剑娙軨開始通過電阻R放電。隨著放電的進(jìn)行，ui3逐漸下降。在t3時刻，ui3下降到UT，使uo（ui1）又由0變?yōu)?，第二個暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，電路返回到第一個暫穩(wěn)態(tài)，又開始重復(fù)前面的過程

29、。造成振蕩器自動翻轉(zhuǎn)的原因是電容 C的充放電。振 蕩 周 期 為 ： T 2.2RC第39頁/共67頁3 石英晶體振蕩器 前面介紹的多諧振蕩器的一個共同特點(diǎn)就是振蕩頻率不穩(wěn)定，容易受溫度、電源電壓波動和RC參數(shù)誤差的影響。而在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖信號常用作時鐘信號來控制和協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的工作。因此，控制信號頻率不穩(wěn)定會直接影響到系統(tǒng)的工作，顯然，前面討論的多諧振蕩器是不能滿足要求的，必須采用頻率穩(wěn)定度很高的石英晶體多諧振蕩器。 第40頁/共67頁石英晶體的阻抗頻率特性圖 石英晶體具有很好的選頻特性。當(dāng)振蕩信號的頻率和石英晶體的固有諧振頻率fo相同時，石英晶體呈現(xiàn)很低的阻抗，信號很容易通過，而其它

30、頻率的信號則被衰減掉。第41頁/共67頁因此，將石英晶體串接在多諧振蕩器的回路中就可組成石英晶體振蕩器，這時，振蕩頻率只取決于石英晶體的固有諧振頻率fo，而與RC無關(guān)。在多諧振蕩器的基礎(chǔ)上，串接一塊石英晶體，就可以構(gòu)成一個石英晶體振蕩器電路。該電路將產(chǎn)生穩(wěn)定度極高的矩形脈沖，其振蕩頻率由石英晶體的串聯(lián)諧振頻率fo決定。 &G2R&G1R&G3vO第42頁/共67頁目前，家用電子鐘幾乎都采用具有石英晶體振蕩器的矩形波發(fā)生器。由于它的頻率穩(wěn)定度很高，所以走時很準(zhǔn)。通常選用振蕩頻率為32768HZ的石英晶體諧振器，因?yàn)?2768215，將32768HZ經(jīng)過15次二分頻，即可得

31、到1HZ的時鐘脈沖作為計(jì)時標(biāo)準(zhǔn)。11CQCQCQCQ112214141515FFFFFFFF121415RCC12fffff1214032768Hz16384Hz8192Hz2Hz1Hz秒脈沖T 觸發(fā)器第43頁/共67頁為數(shù)字模擬混合集成電路。可產(chǎn)生精確的時間延遲和振蕩，內(nèi)部有3 3個5K5K的電阻分壓器，故稱555555。在其外部配上少量阻容元件，就可以構(gòu)成單穩(wěn)、單穩(wěn)、多諧、施密特多諧、施密特等等脈沖電路。應(yīng)用電路有上千種。第44頁/共67頁1 1、555555定時器電路結(jié)構(gòu)定時器電路結(jié)構(gòu)由比較器比較器C1、C2，基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器，集電極開路輸出三極管三極管TD三部分組成。VCO:控制電

32、壓輸入端控制電壓輸入端VTH: :閾值輸入端閾值輸入端VTR:觸發(fā)端觸發(fā)端VO:放電端放電端VCC:電源端電源端VO:輸出端輸出端010&1+_1C+_2CK5K5K5&RCCVCOVTHVTRVOVOVDT172654831RV2RVRSQQ1G2G3G:置置0 0端端R第45頁/共67頁運(yùn)放有兩個輸入端，一個輸出端。 ：同相端：同相端，輸入信號變化的極性與輸出相同。 ：反相端：反相端，輸入信號變化的極性與輸出相反。理想運(yùn)放的條件理想運(yùn)放的條件：差模電壓放大倍數(shù)Avd=。輸入電阻輸入電阻R Ridid=。輸出電阻輸出電阻R RO O=0=0。帶寬足夠?qū)拵捵銐驅(qū)掚娐贩枺弘娐?/p>

33、符號：第46頁/共67頁比較器是一種用來比較輸入信號VI和基準(zhǔn)電壓VREF的電路。VREFV VI IVO同向輸入電壓比較器同向輸入電壓比較器輸入信號VI加于同相輸入端參考電壓VREF加于反向輸入端當(dāng)差模輸入電壓VID=VI-VREF0時，VO=VOH反向輸入電壓比較器反向輸入電壓比較器參考電壓VREF加于同向輸入端VREF輸入信號VI加于反相輸入端V VI IVO第47頁/共67頁比較器基準(zhǔn)電壓VR1、VR2由VCC經(jīng)三個5K精密電阻分壓給出。當(dāng)控制電壓當(dāng)控制電壓V VCOCO懸空時：懸空時：CCRVV321=CCRVV312=當(dāng)控制電壓當(dāng)控制電壓V VCOCO為外加固定電壓時：為外加固定電

34、壓時：CORVV=1CORVV212= 定時器的主要功能取決于兩個比較器對RS觸發(fā)器和放電管TD狀態(tài)的控制。&1+_1C+_2CK5K5K5&RCCVCOVTHVTRVOVOVDT172654831RV2RVRSQQ1G2G3G第48頁/共67頁&1+_1C+_2CK5K5K5&RCCVCOVTHVTRVOVOVDT172654831RV2RVRSQQ1G2G3G一小一大是保持一小一大是保持觸發(fā)器、TD、VO狀態(tài)保持。都小為都小為1 1放電管截止，VO=1都大為都大為0 0放電管導(dǎo)通，VO=0比較器C2=1=S比較器C1=1=R比較器C2=0=S比較器C1=1=

35、R比較器C2=1=S比較器C1=0=RVTR1/3VCC當(dāng)：VTH2/3VCCVTR1/3VCC當(dāng)：VTH1/3VCC當(dāng)：VTH2/3VCC10101001111第49頁/共67頁由以上分析列出由以上分析列出555555定時器功能表：定時器功能表：/RVTHVTRRSVOTD0XXXX0導(dǎo)通導(dǎo)通12/3VCC1/3VCC010導(dǎo)通導(dǎo)通12/3VCC1/3VCC101截止截止11/3VCC11保持保持保持保持都大為都大為0 0都小為都小為1 1一小一大是保持。一小一大是保持。2 2、555555定時器典型應(yīng)用定時器典型應(yīng)用 用555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種

36、電路。它有兩個重要特點(diǎn)：施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路。它有兩個重要特點(diǎn)：輸入信號從低電平上升時的轉(zhuǎn)換電平和從高電位下降時的轉(zhuǎn)換電平不同。輸入信號從低電平上升時的轉(zhuǎn)換電平和從高電位下降時的轉(zhuǎn)換電平不同。在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過內(nèi)部正反饋使輸出電壓波形的邊沿變得很陡峭。在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過內(nèi)部正反饋使輸出電壓波形的邊沿變得很陡峭。 利用這兩個特點(diǎn)，可以將變化緩慢的信號波形整形為邊沿陡峭的矩形利用這兩個特點(diǎn)，可以將變化緩慢的信號波形整形為邊沿陡峭的矩形波，而且還可以有效消除疊加在矩形脈沖上的噪聲信號。波，而且還可以有效消除疊加在矩形脈沖上的噪聲信號。第50頁/共67頁 第五腳通過1

37、03電容接地，起濾波作用。正常工作時/R（4）接高電平。 閾值端VTH(6)和觸發(fā)端VTR(2)連在一起接輸入VI。 電路組成：電路組成：0.01fVOVCCVI48351267555555 用555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器第51頁/共67頁 工作原理：工作原理：利用利用555555定時器功能表可以快速畫出施密特觸發(fā)器輸出波形。定時器功能表可以快速畫出施密特觸發(fā)器輸出波形。VIVO2/3VCC1/3VCC都小為都小為1 1一小一大是保持一小一大是保持。都大為都大為0 0上升轉(zhuǎn)換電平VT+ = 2/3VCC下降轉(zhuǎn)換電平VT = 1/3VCCVT+ VT 回差電壓VT = VT+ - VT- = 1

38、/3VCC 如果參考電壓由外加電壓如果參考電壓由外加電壓V VCOCO給出給出：VT+ = VCOVT = 1/2VCOVT = VT+ - - VT- = 1/2VCO改變改變VCO就可以改變就可以改變VT 00tt 用555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器第52頁/共67頁0OVt應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：用用555555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器用作溫度控制電路。定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器用作溫度控制電路。COVCOV2/1IV0tVT+ VT 先設(shè)定控溫范圍：VI:被測溫度的電壓信號（熱電偶，傳感器）（熱電偶，傳感器）運(yùn)行前，先調(diào)整第五腳運(yùn)行前，先調(diào)整第五腳V VCOCO電壓電壓的大小，使施密特觸發(fā)器上升轉(zhuǎn)的

39、大小，使施密特觸發(fā)器上升轉(zhuǎn)換電平換電平V VT T+ + 和下降轉(zhuǎn)換電平和下降轉(zhuǎn)換電平V VT T 與所控制的溫度上、下限相對應(yīng)。與所控制的溫度上、下限相對應(yīng)。當(dāng)：VI VCO,VO=0,T止，保溫，VI當(dāng)：VI 1/2 VCO,VO=1,T導(dǎo)，加熱，VI改變改變V VCOCO就可以改變溫度的上、下限。就可以改變溫度的上、下限。 4835126555555JM220V220VCOVIVCCVRT第53頁/共67頁 用用555555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)器特點(diǎn)：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)器特點(diǎn)：1、有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同工作狀態(tài)。2、在外觸發(fā)脈沖的作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)

40、到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，再自動返回穩(wěn)態(tài)。3、暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖無關(guān)。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)器用途：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)器用途：延時：將輸入信號延時TW后再輸出。定時：產(chǎn)生一定寬度的方波。R、C 定時元件VI輸入觸發(fā)窄脈沖閾值端VTH(6)與放電端VO(7)接在一起。控制端VCO（5）通過103電容到地，起濾波作用。48351267555RCVCCIVOV0.010.01f f第54頁/共67頁5K5K5KVR148562713RSR+-C2G1G2TDG3VCCVOVTRVTH&1+-C1VR2&QQV

41、COOVCCV3/2IV0tCV0tOV0tCCV3/1工作原理工作原理靜止期靜止期VI = VTR = 1假設(shè)電容C上的電壓已充至穩(wěn)態(tài)，即VC=VTH=1都大為都大為0,TD導(dǎo)通導(dǎo)通，VCTD地放電，VC0工作期工作期（外觸發(fā)脈沖到來）VTH=VC=0都小為都小為1,TD截止截止，VCCRC充電。V VC C充電三要素：充電三要素：VC(0+)=0VC()=VCC= RC由于C1、C2兩個比較器的存在VC不可能充至VCC。當(dāng)：1/3VCC VC1/3VCCVTH2/3VCCVTR1/3VCC都大為都大為0 0TD導(dǎo)電容上的電壓經(jīng)TD放電當(dāng)：VC電壓放至1/3VCC時：VTR1/3VCCVTH2/3VCC都小為都小為1 1TD止，電路又重新開始充、放電過程。如此不斷重復(fù)形成振蕩，在VO端得到連續(xù)方波。VCC02/3VCC1/3VCCVCVOtt第59頁/共67頁3 3、暫態(tài)寬度、暫態(tài)寬度T TW1W1、T TW2W2 V VC C充電三要素：充電三要素：第一個周期由于電路沒有進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，因此不計(jì)算暫態(tài)時間。VC(0+)=1/3VCCVC()=VCC= (R1+R2) C充電結(jié)束轉(zhuǎn)換電壓VC(TW1)=2/3VCC充電暫態(tài)持續(xù)時間TW1為：CRRVVVVCRRtCCCCCCCCW)(7 . 03231ln)(21211+=-+=