1、第八章第八章 脈沖波形的產生與整形脈沖波形的產生與整形8.1 8.1 集成集成555555定時器定時器8.2 8.2 施密特觸發器施密特觸發器8.3 8.3 多諧振蕩器多諧振蕩器8.4 8.4 單穩態觸發器單穩態觸發器一、一、555555定時器的電路結構定時器的電路結構8.1 8.1 集成集成555555定時器定時器電壓比較器的功能：電壓比較器的功能： v+ v-v+ v-，vO=1vO=1 v+ v- v+ v-，vO=0vO=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 2兩個電壓比較器兩個電壓比較器 C1C1和和C2C2。C1v+vvOC

2、C&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)（3 3基本基本RSRS觸發器，觸發器，（4 4放電三極管放電三極管T T及緩沖器及緩沖器G 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電路符號電路符號二工作原理二工作原理（1 14 4腳為復位輸入腳為復位輸入端（端（ RD RD ），當），當RDRD

3、為低電平時，不管為低電平時，不管其他輸入端的狀態其他輸入端的狀態如何，輸出如何，輸出vovo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 25 5腳為電壓控制腳為電壓控制端，當其懸空時，端，當其懸空時，比較器比較器C1C1和和C2C2的比的比較電壓分別為較電壓分別為2/3VCC 2/3VCC 和和1/3VCC 1/3VCC 。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)1/3VCC1/3VCC2/3VCC2/3VCC（3 32 2腳為觸發輸

4、入端，腳為觸發輸入端，6 6腳為閾值輸入端，兩端的電位高低控制腳為閾值輸入端，兩端的電位高低控制比較器比較器C1C1和和C2C2的輸出，從而控制的輸出，從而控制RSRS觸發器，決定輸出狀態。觸發器，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)1/3VCC1/3VCC2/3VCC2/3VCC閾值閾值輸入輸入閾值閾值輸入輸入復復位位輸輸出出v vI1I1v vI2I2R RD Dv vo o2/3V2/3VCCCC2/3V2/3VCCCC2/3V2/3VCCCC1/

5、3V1/3VCCCC1/3V1/3VCCCC1/3V1/3VCCCC0 01 11 11 10 01 10 0不變不變功能表功能表都大為都大為0 0都小為都小為1 1一小一大是保持。一小一大是保持。8.2 8.2 施密特觸發器施密特觸發器施密特觸發器施密特觸發器具有回差電壓特性，能將邊沿變化緩慢的具有回差電壓特性，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。電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。一一. . 用用555555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. 1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理1265VCCRDO5553Ov7vvI2I1vIC8412IvCCVVC

6、C 2RvvItO1vt1/3VCC2/3VCCOVIV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. 2. 電壓滯回特性和主要參數電壓滯回特性和主要參數 （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由高電平由高電平VOH跳變到跳變到低電平低電平VOL時，所對應的時，所對應的輸入電壓值。輸入電壓值。VT+=2/3VCC。 （ b 下 限 閾 值 電 壓 下 限 閾 值

7、 電 壓VT vI下降過程中，下降過程中，vO由低電由低電平平VOL跳變到高電平跳變到高電平VOH時，所對應的輸入電壓值。時，所對應的輸入電壓值。VT=1 /3VCC。 （3回差電壓回差電壓VT VT= VT+VT=1 /3VCC（1 1電壓滯回特性電壓滯回特性1/3VCC1/3VCCVoVoViVi0傳輸特性傳輸特性VOHVOHVOLVOL2/3VCC2/3VCCvItO1vt1/3VCC1/3VCC2/3VCC2/3VCCVT+VT+VT VT VTVT+VT+VT VT VTOVIV電路符號電路符號Cv5kS1(2)2/3V(7)(6)v&放電端I1(3)GV&vO1CC

8、(4)TCCCI2(8)5k5k2RCC(1)&11/3VVO21RvIvCC2O2vtO1vtVCC21265VCCRDO5553Ov7vvI2I1vIC8412IvCCVVCC 2RvvO1 二二 集成施密特觸發器集成施密特觸發器 2. TTL 2. TTL集成施密特觸發器集成施密特觸發器74LS14 74LS14 12345678910111213141A1Y2A2Y3A3Y4A4Y5A5Y6A6YVVD DSSCC401061. CMOS1. CMOS集成施密特觸發器集成施密特觸發器CC40106CC4010612345671A1Y2A2Y3A3YG N D8910111213

9、144A4Y5A5Y6A6YVCC74LS14三三 施密特觸發器的應用舉例施密特觸發器的應用舉例1. 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TTLTTL系統要求的脈沖波形。系統要求的脈沖波形。2. 2. 用作整形電路用作整形電路把不規則的輸入信號整形成為矩形脈沖。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輸入輸入輸出輸出VT+VT+VT-VT- 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。 VIOV1ItVT-T+V0VOV0t0vcvct tvovo0 0t t8.3 8

10、.3 多諧振蕩器多諧振蕩器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555555定時器構成的多諧振蕩器定時器構成的多諧振蕩器1. 1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理26VCCRDO5 55 55 53vI2I1v84v7RRVCC12C150.01FC1vCP2/3VCC2/3VCC1/3VCC1/3VCC(6)放電端(2)5k1RT5k&C&1GSC25k(4)O(3)(7)v(1)(8)CCVvvC1PRRCI22vI12/3V1/3VC CC C2. 2. 振蕩頻率的估算振蕩頻率的估算（1 1電容充電時間電容充電時間

11、T1T1：（用三要素法計算）：（用三要素法計算）（2 2） 電容放電時間電容放電時間T2T2（3 3電路振蕩周期電路振蕩周期T T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C C（5 5輸出波形占空比輸出波形占空比q q)()()0()(ln111TvvvvTCCCC CRR)(7 . 021 CCCCCCCCVVVV3231ln1 CRT227 . 0 CRRTf)2(43. 1121 212112RRRRTTq （4 4電路振蕩頻率電路振蕩頻率f fT TT1T1T2T20 0vct tvo0 0t t2/3VCC2/3VCC1/3VCC1/3VCC 二

12、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 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，再加上一個電位器，便可構成占空比可調的多諧振蕩器。 可計算得：可計算得： T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比：占空比：21121121117 . 07 . 07 . 0RRRCRCRCRTTTTTq 26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC150.01FC1vCDD121R2R三三 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器有兩個諧振頻率。當有兩個諧振頻率。當f=fsf=fs時，為串聯諧振，石英晶體的電抗時，為串聯諧振，石英晶體的電抗X=0X=0； 當當f=fpf=

13、fp時，為并聯諧振，石英晶體的電抗無窮大。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：由晶體本身的特性決定： fs fp f0fs fp f0晶體的標稱頻率）晶體的標稱頻率） 石英晶體的選頻特性極好，石英晶體的選頻特性極好，f0f0十分穩定，其穩定度可達十分穩定，其穩定度可達10-1010-1010-1110-11。1.1.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2. 2. 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器（1 1串聯式振蕩器串聯式振蕩器 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。：使兩個反相器都工作在轉折區

14、，成為具有高放大倍數的放大器。 對于對于TTL門，常取門，常取R1=R2=0.72k，對于，對于CMOS門，常取門，常取R1=R2=10100M；C1=C2是耦合電容。是耦合電容。 石英晶體工作在串聯諧振頻率石英晶體工作在串聯諧振頻率f0下，只有頻率為下，只有頻率為f0的信號才能通過，滿足的信號才能通過，滿足振蕩條件。因此，電路的振蕩頻率振蕩條件。因此，電路的振蕩頻率= f0，與外接元件，與外接元件R、C無關，所以這無關，所以這種電路振蕩頻率的穩定度很高。種電路振蕩頻率的穩定度很高。111RG1R12G1C2Cov（2 2并聯式振蕩器并聯式振蕩器 RF是偏置電阻，保證在靜態時使是偏置電阻，保證

15、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共同構成電容三點式共同構成電容三點式振蕩電路。電路的振蕩頻率振蕩電路。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。CR1C112G21GF10M20pF5 50pFov四多諧振蕩器應用實例四多諧振蕩器應用實例1. 1. 簡易溫控報警器簡易溫控報警器26VCCRD5553vI2I1v847RRVCC12C150

16、.01C110/10VC220k100k0.013R2k（ +6V）T3AX31 2. 2. 雙音門鈴。雙音門鈴。1vI1812R5550.0115CRRD427VI26vCC3k3k0.1R44.7k3C47CDD122CP3R3.9kCCV（ +6V）C24738PAN3. 3. 秒脈沖發生器秒脈沖發生器 CMOS石英晶體多諧振蕩器產生石英晶體多諧振蕩器產生f=32768Hz的基準信號，的基準信號，經經T/觸發器構成的觸發器構成的15級異步計數器分頻后，便可得到穩定級異步計數器分頻后，便可得到穩定度極高的秒信號。度極高的秒信號。 這種秒脈沖發生器可做為各種計時系統這種秒脈沖發生器可做為各種

17、計時系統的基準信號源。的基準信號源。11CQCQCQCQ112214141515FFFFFFFF121415RCC12fffff1214032768Hz16384Hz8192Hz2Hz1Hz秒脈沖T 觸發器8.4 8.4 單穩態觸發器單穩態觸發器 單穩態觸發器單穩態觸發器有一個穩態和一個暫穩態；在觸發脈有一個穩態和一個暫穩態；在觸發脈沖作用下，由穩態翻轉到暫穩態；暫穩狀態維持一段時間沖作用下，由穩態翻轉到暫穩態；暫穩狀態維持一段時間后，自動返回到穩態。后，自動返回到穩態。（1 1無觸發信號輸入時電路工作無觸發信號輸入時電路工作在穩定狀態在穩定狀態 當當vI=1vI=1時，電路工作在穩定狀態，時

18、，電路工作在穩定狀態，即即vO=0vO=0，vC=0vC=0。一一 用用555555定時器組成單穩定時器組成單穩態觸發器態觸發器1. 1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC15vCvIRC0.011F26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC15vCvIRC0.011F（2 2vIvI下降沿觸發下降沿觸發 當當vIvI下降沿到達時，下降沿到達時，vOvO由由0 0跳變為跳變為1 1，電路由穩態轉入暫穩態。，電路由穩態轉入暫穩態。2Ov3CCOtVOtCvOItv(3)vV1/3VCCSC C(8)&C&I2C(7

19、)I5k放電端5k(1)C2/3VGR5kvv1CR2v(6)C C1I1T&(2)v(4)O（3暫穩態的維持時間暫穩態的維持時間在暫穩態期間，三極管在暫穩態期間，三極管T截止，截止，VCC經經R向向C充電。時間常數充電。時間常數1=RC，vC由由0V開始增大，在開始增大，在vC上升到上升到2/3VCC之前，電路保持暫穩態不變。之前，電路保持暫穩態不變。26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC15vCvIRC0.011F2Ov3CCOtVOtCvOItv（4自動返回時間自動返回時間當當vC上升至上升至2/3VCC時，時，vO變變0，電路由暫穩態重，電路由暫穩態重新轉入穩態。

20、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通過飽和導通的通過飽和導通的T放電，時間常放電，時間常數數 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，恢復放電完畢，恢復過程結束。過程結束。2Ov3CCOtVOtCvOItv2. 2. 主要參數估算主要參數估算(1) (1) 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度TwTw用三要素法計算）用三要素法計算）reWttTf 11minmaxCRVVVtvvvvtCCCCCCWCCCCW1 . 1320ln)()()0()(ln11 （2 2恢復時間恢復時間tre tre tre= tre=（3 35 52

21、2（3 3最高工作頻率最高工作頻率fmaxfmax vI vI周期的最小值：周期的最小值： Tmin= tWTmin= tWtretre 最高工作頻率最高工作頻率: :TTW二集成單穩態觸發器二集成單穩態觸發器7412174121A1A1、A2A2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 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。AABvovoextCRintCextextRVCCGND10111491634512774121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 A1

22、B輸 入7412174121功能表功能表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RintRint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。AABovovextCintRextextCRCCVGND10111491634512774121CCVextR1vICext(a)AABovovextCintRextextCRCCVGND10111491634512774121vICextCCV(b)（a a使用外部電阻使用外部電阻RextRext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

23、式。74121的主要參數的主要參數 (1) 輸出脈沖寬度tW 使用外接電阻： tW 0.7RextC 使用內部電阻： tW 0.7RintC 74121內部電阻=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，（2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q 定義： q = tW/T 最大占空比： qmax= tW/ Tmin所以，當R=2k時， 最大占空比qmax為67%； 當R=40k時，最大占空比qmax可達90%。三單穩態觸發器的應用三單穩態觸發器的應用1. 1. 延時與定時延時與定時（1延時延時圖中，圖中，

24、v/O的下降沿比的下降沿比vI的下的下降沿滯后了時間降沿滯后了時間tW。（2定時定時當當v/O=1時，與門打開，時，與門打開，vO= vF。當。當v/O=0時，時，與門關閉，與門關閉，vO為低電為低電平。平。與門打開的時間是單穩與門打開的時間是單穩輸出脈沖輸出脈沖v/O的寬度的寬度tW。1&vIvO單穩與門vFOvvItWvOvFOv 2. 整形整形 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，整形成為幅度和寬度都相同的標準矩形脈沖度和寬度都相同的標準矩形脈沖vO。vO的幅度取決于單穩的幅度取決于單穩態電路輸出的高、低電平，寬度態電路輸出的高、

25、低電平，寬度tW決定于暫穩態時間。決定于暫穩態時間。IvvOtW3. 觸摸定時控制開關觸摸定時控制開關 555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，由于人體感，由于人體感應電壓相當于在觸發應電壓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參數參數調理。調理。84762153555+VCCRLR100kC100C10.01(+6V)P4. 觸摸、聲控雙功能延時燈觸摸、聲控雙功能延時燈555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分分鐘。當擊掌聲傳至壓電陶瓷片時，鐘。當擊掌聲傳至壓電陶瓷片時，HT