1、第七章第七章 脈沖波形的產生與整形脈沖波形的產生與整形7.1 集成555定時器7.2 施密特觸發器7.4 單穩態觸發器7.3 多諧振蕩器7.1 集成集成555定時器定時器電壓比較器的功能： v+ v-，vO=1 v+ v-，vO=0由以下幾部分組成：由以下幾部分組成：（1）三個）三個5k電阻組電阻組成的分壓器。成的分壓器。（2）兩個電壓比較器）兩個電壓比較器 C1和和C2。C1v+vvOCC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)電源復位v閾值輸入控制電壓觸發輸入O(7)vT,放電端(1)一、一、555定時器的電路結構定時器的電路結構

2、（3）基本RS觸發器，（4）放電三極管T及緩沖器G。CC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)電源復位v閾值輸入控制電壓觸發輸入O(7)vT,放電端(1)12658437Ov,vI2I1vvICVCCvO555DR電路符號電平觸發端電平觸發端電壓控制端復位端電平有效放電端4.516V二二工作原理工作原理CC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)電源復位v閾值輸入控制電壓觸發輸入O(7)vT,放電端(1)1/3VCC2/3VCC（1）當）當RD為低電平時，為低電平時，不管其

3、他輸入端的狀不管其他輸入端的狀態如何，輸出態如何，輸出vo為低為低電平。正常工作時，電平。正常工作時，應將其接高電平。應將其接高電平。（2 2）當其懸空時，比較當其懸空時，比較器器C1和和C2的比較電壓的比較電壓分別為分別為2/3VCC 和和1/3VCC 。（3）2腳、腳、6腳兩端的電位腳兩端的電位高低控制比較器高低控制比較器C1和和C2的輸出，從而控制的輸出，從而控制RS觸觸發器，決定輸出狀態。發器，決定輸出狀態。CC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)電源復位v閾值輸入控制電壓觸發輸入O(7)vT,放電端(1)2VCC/3VC

4、C/3a.RD=1、UI12VCC/3、UI2VCC/3時，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T飽和導通。CC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)電源復位v閾值輸入控制電壓觸發輸入O(7)vT,放電端(1)11b. RD=1、UI12VCC/3、UI2VCC/3時，C1=1、C2=1，Q、Q不變，uo不變，T狀態不變。12VCC/3VCC/3CC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)電源復位v閾值輸入控制電壓觸發輸入O(7)vT,放電端(1)10b. RD=

5、1、UI12VCC/3、UI2 VCC/3時，C1=1、C2=0，Q=0，Q=1不變，uo=1，T截止。2VCC/3 VCC/3CC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)電源復位v閾值輸入控制電壓觸發輸入O(7)vT,放電端(1)1/3VCC2/3VCC閾值輸入閾值輸入復位輸出vI1vI2RDvo2/3VCC2/3VCC2/3VCC1/3VCC1/3VCC1/3VCC0111010不變功能表功能表7.2 施密特觸發器施密特觸發器1265VCCRDO5553Ov7vvI2I1vIC8412IvCCVVCC 2RvvItO1vt1/3V

6、CC2/3VCC施密特觸發器施密特觸發器具有回差電壓特性，具有回差電壓特性，能將邊沿變化緩慢的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。電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。一一. 用用555定時器構成的施密特觸發器定時器構成的施密特觸發器1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理OVIV電路符號電路符號Cv5kS1(2)2/3V(7)(6)v&放電端I1(3)GV&vO 1CC(4)TC CCI2(8)5k5k2RC C(1)&11/3VVO 21RvIvCC22. 電壓滯回特性和主要參數電壓滯回特性和主要參數（1）電壓滯回特性）電壓滯回特性1/3VCCVoVi

7、0傳輸特性傳輸特性VOHVOL2/3VCCvItO1vt1/3VCC2/3VCCVT+VT VTVT+VT VT（2）主要靜態參數）主要靜態參數 （a）上限閾值電壓）上限閾值電壓VT+ vI上升過程中，輸出電壓上升過程中，輸出電壓vO由高由高電平電平VOH跳變到低電平跳變到低電平VOL時，所對時，所對應的輸入電壓值。應的輸入電壓值。VT+=2/3VCC。 （b）下限閾值電壓）下限閾值電壓VT vI下降過程中，下降過程中，vO由低電平由低電平VOL跳跳變到高電平變到高電平VOH時，所對應的輸入時，所對應的輸入電壓值。電壓值。VT=1 /3VCC。（3）回差電壓）回差電壓VT VT= VT+VT=

8、1 /3VCCOVIV電路符號電路符號Cv5kS1(2)2/3V(7)(6)v&放電端I1(3)GV&vO1CC(4)TCCCI2(8)5k5k2RCC(1)&11/3VVO21RvIvCC2O2vtO1vtVCC21265VCCRDO5553Ov7vvI2I1vIC8412IvCCVVCC 2RvvO1二集成施密特觸發器 2. TTL集成施密特觸發器74LS14 12345678910111213141A1Y2A2Y3A3Y4A4Y5A5Y6A6YVVD DSSCC401061. CMOS集成施密特觸發器集成施密特觸發器CC4010612345671A1Y2A2Y3A

9、3YG N D8910111213144A4Y5A5Y6A6YVCC74LS14三三 施密特觸發器的應用舉例施密特觸發器的應用舉例2. 用作整形電路把不規則的輸入信號整形成為矩形脈沖。正正弦弦波波振振蕩蕩器器1VO輸入輸出VT+VT-1. 用作接口電路用作接口電路將緩慢變化的輸入信號，轉換成為符合將緩慢變化的輸入信號，轉換成為符合TTL系統系統要求的脈沖波形。要求的脈沖波形。VIOV1ItVT-T+V0VOV0t3. 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。 RC微分電路微分電路 電路條件：電路條件： = RC tW tW輸入脈沖寬度輸入脈沖寬度tWdtvR

10、CviL17.3 多諧振蕩器多諧振蕩器0vctvo0t多諧振蕩器多諧振蕩器能產生矩形脈沖波的自激振蕩器。能產生矩形脈沖波的自激振蕩器。一一 用用555定時器構成的多諧振蕩器定時器構成的多諧振蕩器1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理26VCCRDO5 55 55 53vI2I1v84v7RRVCC12C150.01FC1vCP2/3VCC1/3VCC(6)放電端(2)5k1RT5k&C&1GSC25k(4)O(3)(7)v(1)(8)CCVvvC1PRRCI22vI12/3V1/3VC CC C2. 振蕩頻率的估算振蕩頻率的估算（2） 電容放電時間T2（3）電路振蕩周期T

11、T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（5）輸出波形占空比q)()()0()(ln111TvvvvTCCCC CRR)(7 . 021 CCCCCCCCVVVV3231ln1 CRT227 . 0 CRRTf)2(43. 1121 212112RRRRTTq （4）電路振蕩頻率fTT1T20vctvo0t2/3VCC1/3VCC（1）電容充電時間T1：（用三要素法計算）二二 占空比可調的多諧振蕩器電路占空比可調的多諧振蕩器電路 可計算得：可計算得： T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比：占空比：21121121117 . 07 . 07 . 0RRRCRCRCRTTTTTq 26V

12、CCRDO5553vI2I1v84v7VCCC150.01FC1vCDD121R2R利用二極管的單向導電性，把電容利用二極管的單向導電性，把電容C充電和放電回路隔離開，再充電和放電回路隔離開，再加上一個電位器，便可構成占空比可調的多諧振蕩器。加上一個電位器，便可構成占空比可調的多諧振蕩器。三三 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器1.石英晶體的選頻特性石英晶體的選頻特性uu石英晶體fX感性感性0fsfp容性容性有兩個諧振頻率。當f=fs時，為串聯諧振，石英晶體的電抗X=0； 當f=fp時，為并聯諧振，石英晶體的電抗無窮大。 由晶體本身的特性決定： fs fp f0（晶體的標稱頻率） 石英晶體的

13、選頻特性極好，f0十分穩定，其穩定度可達10-1010-11。2. 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器 R1、R2：使兩個反相器都工作在轉折區，成為具有高放大倍數的放大器。 對于TTL門，常取R1=R2=0.72k，對于CMOS門，常取R1=R2=10100M；C1=C2是耦合電容。 石英晶體工作在串聯諧振頻率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，所以這種電路振蕩頻率的穩定度很高。111RG1R12G1C2Cov（1）串聯式振蕩器）串聯式振蕩器（2）并聯式振蕩器）并聯式振蕩器CR1C112G21GF10M20pF5 50pFo

14、vRF是偏置電阻，是偏置電阻，保證在靜態時使保證在靜態時使G1工作轉折區，構成一個反相放大器。工作轉折區，構成一個反相放大器。 晶體工作在略大于晶體工作在略大于fS與與 fP之間，等效一電感，與之間，等效一電感，與C1、C2共同構成電容三點共同構成電容三點式振蕩電路。式振蕩電路。電路的振蕩頻率電路的振蕩頻率= f0。 反相器反相器G2起整形緩沖作用，同時起整形緩沖作用，同時G2還可以隔離負載對振蕩電路工作的影響。還可以隔離負載對振蕩電路工作的影響。四多諧振蕩器應用實例四多諧振蕩器應用實例簡易溫控報警器簡易溫控報警器26VCCRD5553vI2I1v847RRVCC12C150.01C110/1

15、0VC220k100k0.013R2k（ +6V）T3AX31C1R1uo18 47 3 6 5552 5 10.01Fuo1VCCR2(a) 電路(b) 工作波形C2R3uo28 47 3 6 5552 5 10.01Fuo2R4C將振蕩器的輸出電壓uo1，接到振蕩器中555定時器的復位端（4腳），當uo1為高電平時振蕩器振蕩，為低電平時555定時器復位，振蕩器停止震蕩。秒脈沖發生器秒脈沖發生器11CQCQCQCQ112214141515FFFFFFFF121415RCC12fffff1214032768Hz16384Hz8192Hz2Hz1Hz秒脈沖T 觸發器CMOS石英晶體多諧振蕩器產生

16、石英晶體多諧振蕩器產生f=32768Hz的基準信號，經的基準信號，經T/觸發器構成的觸發器構成的15級異步計數器分頻后，便可得到穩定度極高的級異步計數器分頻后，便可得到穩定度極高的秒信號。秒信號。 這種秒脈沖發生器可做為各種計時系統的基準信號這種秒脈沖發生器可做為各種計時系統的基準信號源。源。單穩態觸發器在數字電路中一般用于（產生一定寬度的矩形波）、（把不規則的波形轉換成寬度、幅度都相等的波形）以及（把輸入信號延遲一定時間后輸出）等。單穩態觸發器具有下列特點：（1）電路有一個穩態和一個暫穩態。（2）在外來觸發脈沖作用下，電路由穩態翻轉到暫穩態。（3）暫穩態是一個不能長久保持的狀態，經過一段時間

17、后，電路會自動返回到穩態。暫穩態的持續時間與觸發脈沖無關，僅決定于電路本身的參數。7.4 單穩態觸發器單穩態觸發器（1）無觸發信號輸入時電路工作在穩定狀態 當vI=1時，電路工作在穩定狀態，即vO=0，vC=0。一一 用用555定時器組成單穩態觸發器定時器組成單穩態觸發器1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC15vCvIRC0.011FT飽和導通，7腳電位幾乎為026VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC15vCvIRC0.011F（2）vI下降沿觸發 當vI下降沿到達時，vO由0跳變為1，電路由穩態轉入暫穩態。2Ov3CCOt

18、VOtCvOItv(3)vV1/3VCCSC C(8)&C&I2C(7)I5k放電端5k(1)C2/3VGR5kvv1CR2v(6)C C1I1T&(2)v(4)O（3）暫穩態的維持時間在暫穩態期間，三極管T截止，VCC經R向C充電。時間常數1=RC，vC由0V開始增大，在vC上升到2/3VCC之前，電路保持暫穩態不變。26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC15vCvIRC0.011F2Ov3CCOtVOtCvOItv（4）自動返回時間當vC上升至2/3VCC時，vO變0，電路由暫穩態重新轉入穩態。（5）恢復過程）恢復過程當暫穩態結束后，當暫穩態結束后，C

19、通過飽和導通的通過飽和導通的T放電，時間常數放電，時間常數 2= =RCESC，由于，由于RCES很小，所以放電很快。很小，所以放電很快。C放電完畢，恢復過程結束。放電完畢，恢復過程結束。2Ov3CCOtVOtCvOItv2. 主要參數估算主要參數估算reWttTf 11minmaxCRVVVtvvvvtCCCCCCWCCCCW1 . 1320ln)()()0()(ln11 （2）恢復時間tre tre=（35）2（3）最高工作頻率fmax vI周期的最小值： Tmin= tWtre 最高工作頻率:TTW(1) 輸出脈沖寬度Tw（用三要素法計算）二集成單穩態觸發器二集成單穩態觸發器741217

20、4121AABvovoextCRintCextextRVCCGND10111491634512774121保持穩態0 10 10 10 10 1 0 1 01 1 下沿觸發1 1 1 1 1上沿觸發工作特征vO vO輸 出0 0 A1 A2 B輸 入74121功能表功能表A1、A2是下沿有效的觸發信號輸入端，是下沿有效的觸發信號輸入端，B是上沿有效的觸發信號輸入端。是上沿有效的觸發信號輸入端。AABovovextCintRextextCRCCVGND10111491634512774121CCVextR1vICext(a)AABovovextCintRextextCRCCVGND1011149

21、1634512774121vICextCCV(b)（a a）使用外部電阻）使用外部電阻Rext且電路為下降沿觸發的連接方式。且電路為下降沿觸發的連接方式。集成單穩態觸發器集成單穩態觸發器7412174121的外部元件連接方法的外部元件連接方法: :（b b）使用內部電阻）使用內部電阻Rint且電路為上升沿觸發的連接方式。且電路為上升沿觸發的連接方式。74121的主要參數的主要參數(1) 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tW 使用外接電阻：使用外接電阻： tW 0.7RextC 使用內部電阻：使用內部電阻： tW 0.7RintC 74121內部內部電阻電阻=2k，外接電阻外接電阻Rext可在可在1.4

22、40k之間選擇，之間選擇， 外接電容外接電容C可在可在10pF10F之間選擇，之間選擇，（2）輸入觸發脈沖最小周期）輸入觸發脈沖最小周期Tmin Tmin= tWtre（3）周期性輸入觸發脈沖占空比）周期性輸入觸發脈沖占空比q 定義：定義： q = tW/T 最大占空比：最大占空比： qmax= tW/ Tmin所以，當所以，當R=2k時，時， 最大占空比最大占空比qmax為為67%； 當當R=40k時，時，最大占空比最大占空比qmax可達可達90%。三單穩態觸發器的應用三單穩態觸發器的應用（1）延時圖中，v/O的下降沿比vI的下降沿滯后了時間tW。（2）定時當v/O=1時，與門打開，vO=

23、vF。當v/O=0時，與門關閉，vO為低電平。與門打開的時間是單穩輸出脈沖v/O的寬度tW。1&vIvO單穩與門vFOvvItWvOvFOv1. 延時與定時 2. 整形整形IvvOtW 單穩態觸發器能夠把不規則的輸入信號單穩態觸發器能夠把不規則的輸入信號vI，整形成為幅度，整形成為幅度和寬度都相同的標準矩形脈沖和寬度都相同的標準矩形脈沖vO。vO的幅度取決于單穩態電的幅度取決于單穩態電路輸出的高、低電平，寬度路輸出的高、低電平，寬度tW決定于暫穩態時間。決定于暫穩態時間。3. 觸摸定時控制開關觸摸定時控制開關84762153555+VCCRLR100kC100C10.01(+6V)P5

24、55定時器構成單穩態觸發器。只要用手觸摸一下金屬片定時器構成單穩態觸發器。只要用手觸摸一下金屬片P，相當于在觸發，相當于在觸發輸入端（管腳輸入端（管腳2）加入一個負）加入一個負脈沖，脈沖，555輸出端輸出高電平，輸出端輸出高電平，燈泡（燈泡（RL）發光，當暫穩態）發光，當暫穩態時間（時間（tW）結束時，）結束時，555輸出輸出端恢復低電平，燈泡熄滅。端恢復低電平，燈泡熄滅。該觸摸開關可用于夜間定時該觸摸開關可用于夜間定時照明，定時時間可由照明，定時時間可由RC參數參數調節。調節。4. 觸摸、聲控雙功能延時燈觸摸、聲控雙功能延時燈84762153C447C0.01555N EA220VR3R1M

25、220kSCRMCR1004.7M4.7MR4R5R6R71M10k5C0.022TT1290149013HTDC3220D1N4004C10.56/400V1R3300.01C2VD D（ +6V ）DW2CW13555和和T1、R3、R2、C4組成單穩定時電路，定時（即燈亮）時間約為組成單穩定時電路，定時（即燈亮）時間約為1分鐘。分鐘。當擊掌聲傳至壓電陶瓷片時，當擊掌聲傳至壓電陶瓷片時，HTD將聲音信號轉換成電信號，經將聲音信號轉換成電信號，經T2、T1放放大，觸發大，觸發555，使，使555輸出高電平，觸發導通晶閘管輸出高電平，觸發導通晶閘管SCR，電燈亮；，電燈亮；同樣，若觸摸金屬片同

26、樣，若觸摸金屬片A時，人體感應電信號經時，人體感應電信號經R4、R5加至加至T1基極，也能使基極，也能使T1導通，觸發導通，觸發555，達到上述效果。，達到上述效果。練習一：練習一： 圖為一心律失常報警電路，圖中圖為一心律失常報警電路，圖中vI是經過放大后的心電信號，是經過放大后的心電信號，其幅值其幅值vIm=4V。（1）對應）對應vI分別畫出圖中分別畫出圖中vo1、vo2、vo三點的電壓波形；三點的電壓波形；（2）說明電路的組成及工作原理）說明電路的組成及工作原理。126555Iv57VCC(+5V)843vO 183(+5V)4CCV7O 25551256vOv1RCTDD12vIVIT+VT-VVo1CV23CCVVo2oV如如圖圖所示，所示，555構成的施密特觸發器，當輸入信號為構成的施密特觸發器，當輸入信號為圖示周期性心電波形時，試畫出經施密特觸發器整圖示周期性心電波形時，試畫出經施密特觸發器整形后的輸出電壓波形。形后的輸出電壓波形。v12555I6574(+5V)CCV83vOIvvO一過壓監視電路如圖所示，試說明當監視電壓一過壓監視電路如圖所示，試說明當監視電壓vx超過超過一定值時，發光二極管一定值時，發光二極管D將發出閃爍的信號。將發出閃爍的信號。提示：當晶體管提示：當晶體管T飽和時，飽和時，555的管腳的管腳1端可認為處于端可認為處于地電位。地電位。43D8