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第六章 脉冲波形的产生与整形

第六章 脉冲波形的产生与整形. 6.1 555 定时器（ 74 ）. 6.2 555 定时器的应用（ 76 ）. 6.3 CMOS 多谐波发生器（ 82 ）. R. V. 复位. D. 电源. DD. (8). (4). ¦¸. 5k. G 1. 控制电压. (5). C-V. R. &. C. 1. (6). TH. G 3. G 2. 阈值输入. ¦¸. 5k. &. 1. (3). &. S. OUT. C. (2). 2. TR. G 2. 触发输入. ¦¸. 5k. (7). VT.

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第六章 脉冲波形的产生与整形

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  1. 第六章 脉冲波形的产生与整形 6.1 555定时器（74） 6.2 555定时器的应用（76） 6.3 CMOS多谐波发生器（82）

  2. R V 复位 D 电源 DD (8) (4) ¦¸ 5k G1 控制电压 (5) C-V R & C 1 (6) TH G3 G2 阈值输入 ¦¸ 5k & 1 (3) & S OUT C (2) 2 TR G2 触发输入 ¦¸ 5k (7) VT DIS 放电端 (1) 6.1 555定时器 一、电路组成 由以下几部分组成： （1）三个5k电阻组成的分压器。 （2）两个电压比较器 C1和C2。 电压比较器的功能： v+> v-，vO=1 v+< v-，vO=0

  3. R V 复位 D 电源 DD (8) (4) ¦¸ 5k G1 控制电压 (5) C-V R & C 1 (6) TH G3 G2 阈值输入 ¦¸ 5k & 1 (3) & S C (2) 2 OUT TR G2 触发输入 ¦¸ 5k (7) VT DIS 放电端 (1) （3）基本RS触发器， （4）放电三极管T及缓冲器G。 电路符号 V R DD D C-V 8 4 5 TH OUT 6 3 555 TR 2 DIS 7 1

  4. （1）4脚为复位输入端（ RD），当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。 （2）5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3VCC和1/3VCC。 二．逻辑功能 R V 复位 D 电源 DD (8) (4) ¦¸ 5k G1 2/3VCC 控制电压 (5) C-V R & C 1 (6) TH G3 G2 阈值输入 ¦¸ 5k 1/3VCC & 1 (3) & S C (2) 2 OUT TR G2 触发输入 ¦¸ 5k (7) VT DIS 放电端 (1)

  5. R V 复位 D 电源 DD (8) (4) ¦¸ 5k G1 控制电压 (5) C-V R & C 1 (6) TH G3 G2 阈值输入 ¦¸ 5k & 1 (3) & S C (2) 2 OUT TR G2 触发输入 ¦¸ 5k (7) VT DIS 放电端 (1) （3）2脚为触发输入端，6脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器C1和C2的输出，从而控制RS触发器，决定输出状态。 功能表 2/3VCC 1/3VCC

  6. 用555定时器构成的施密特触发器 施密特触发器——具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。 （一） 电路组成及工作原理 2/3VCC 1/3VCC 6.2 555定时器的应用

  7. 电路符号 V CC (8) (4) ¦¸ 5k 2/3V R & CC C 1 (6) v I1 G ¦¸ 5k & 1 (3) v & I 1/3V OUT CC S C (2) 2 V CC2 v I2 R ¦¸ 1 5k T (7) v O2 放电端 (1)

  8. （2）主要静态参数 （a）上限阈值电压VT+ vI上升过程中，输出电压vO由高电平VOH跳变到低电平VOL时，所对应的输入电压值。VT+=2/3VCC。 （b）下限阈值电压VT — vI下降过程中，vO由低电平VOL跳变到高电平VOH时，所对应的输入电压值。VT—=1 /3VCC。 （3）回差电压ΔVT ΔVT= VT+－VT—=1 /3VDD 传输特性 Vo VOH ΔVT VOL Vi 2/3VCC 0 1/3VCC 2/3VCC 1/3VCC 2.电压滞回特性和主要参数 （1）电压滞回特性 VT — VT+ v I VT+ ΔVT VT — t v O1 t

  9. V DD (8) (4) ¦¸ 5k 2/3V R & CC C 1 (6) v I1 G ¦¸ 5k & 1 (3) v & I 1/3V Vout CC S C (2) 2 V CC v vO1 I2 R ¦¸ 1 5k T (7) v O2 放电端 (1) V V DD CC R V D CC R 8 4 v IC v 7 5 v v O 2 O1 O2 v I1 VCC2 6 电路符号 v v I v 3 O 1 555 I2 2 1 t t

  10. 1. 用作接口电路——将缓慢变化的输入信号，转换成为符合TTL系统要求的脉冲波形。 VT+ 输入 VT- 输出 （二） 施密特触发器的应用 2. 用作整形电路——把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。

  11. 3. 用于脉冲鉴幅——从一系列幅度不同的脉冲信号中，选出那些幅度大于VT+的输入脉冲。

  12. vc 2/3VCC 1/3VCC 0 t vo t 0 二、 多谐波发生器 多谐波发生器——能产生矩形脉冲波的自激振荡器。 （一） 电路组成及工作原理

  13. （1）电容充电时间T1：（用三要素法计算） 0 T1 T2 0 T 振荡频率的估算 vc （2） 电容放电时间T2 2/3VDD （3）电路振荡周期T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C 1/3VDD t （4）电路振荡频率f v0UT （5）输出波形占空比q t

  14. 利用二极管的单向导电性，把电容C充电和放电回路隔离开，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。利用二极管的单向导电性，把电容C充电和放电回路隔离开，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。 占空比可调的多谐波发生器 V 可计算得： T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比： CC RP’ R V D CC 8 4 2 D PR” 7 D 1 v 3 v OUT I1 6 v 555 I2 v 2 C 1 5 C 0.01 ¦ÌF C 1

  15. （二）多谐波发生器的应用 1. 简易温控报警器

  16. 2. 双音门铃。

  17. 单稳态触发器——有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。单稳态触发器——有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。 三. 单稳态触发器 （一）电路组成及工作原理 （1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态 当vI=1时，电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。

  18. （2）vI下降沿触发 当vI下降沿到达时，vO由0跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。

  19. （4）自动返回时间——当vC上升至2/3VCC时，vO变0，电路由暂稳态重新转入稳态。（4）自动返回时间——当vC上升至2/3VCC时，vO变0，电路由暂稳态重新转入稳态。 （3）暂稳态的维持时间 在暂稳态期间，三极管T截止，VCC经R向C充电。时间常数τ1=RC， vC由0V开始增大，在vC上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。 （5）恢复过程——当暂稳态结束后，C通过饱和导通的T放电，时间常数 τ2=RCESC，由于RCES很小，所以放电很快。C放电完毕，恢复过程结束。

  20. (1) 输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算） TW T 主要参数估算 （2）恢复时间tre tre=（3～5）τ2 （3）最高工作频率fmax vI周期的最小值： Tmin= tW＋tre 最高工作频率:

  21. 1. 延时与定时 （二）单稳态触发器的应用 （1）延时 图中，v/O的下降沿比vI的下 降沿滞后了时间tW。 （2）定时 当v/O=1时，与门打开， vO= vF。当v/O=0时， 与门关闭，vO为低电平。 与门打开的时间是单稳 输出脉冲v/O的宽度tW。

  22. 单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于暂稳态时间。单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于暂稳态时间。 *附加:2. 整形

  23. 555定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片P，由于人体感应电压相当于在触发 输入端（管脚2）加入一个负 脉冲，555输出端输出高电平， 灯泡（RL）发光，当暂稳态 时间（tW）结束时，555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RC参数 调节。 *附加: 3. 触摸定时控制开关

  24. 555和T1、R3、R2、C4组成单稳定时电路，定时（即灯亮）时间约为1分钟。当击掌声传至压电陶瓷片时，HTD将声音信号转换成电信号，经T2、T1放大，触发555，使555输出高电平，触发导通晶闸管SCR，电灯亮；555和T1、R3、R2、C4组成单稳定时电路，定时（即灯亮）时间约为1分钟。当击掌声传至压电陶瓷片时，HTD将声音信号转换成电信号，经T2、T1放大，触发555，使555输出高电平，触发导通晶闸管SCR，电灯亮； 同样，若触摸金属片A时，人体感应电信号经R4、R5加至T1基极，也能使T1导通，触发555，达到上述效果。 *附加: 4. 触摸、声控双功能延时灯

  25. G G 2 1 1 1 R 100k R C 6.3 CMOS多谐波发生器 一、电路的组成 二、电路的工作原理 因为CMOS电路的输入阻抗很高，其输入电流近似为0， 又因为，其输出高、低电平分别接近UDD和OV，所以 CMOS反相器可以看作是一个电压控制的电子开关。 振荡周期为 T=T1+T2=2RCln ≈ 1.4RC

  26. 符号 晶体机械变形 晶体产生电场 机械振动 交变电压 压电谐振 （三）石英晶体 1.结构： 2. 基本特性 极板间加电场 极板间加机械力 压电效应： 交变电压 当交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大 机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高。

  27. 有两个谐振频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗X=0；有两个谐振频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗X=0； 当f=fp时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。 由晶体本身的特性决定： fs≈ fp≈ f0（晶体的标称频率） 石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达10-10～10-11。 X 感性 0 容性 3.石英晶体的选频特性

  28. X 感性 0 容性 通常 所以 4. 石英晶体的等效电路与频率特性 等效电路： 频率特性： （1）串联谐振 晶体等效纯阻且阻值≈0 （2）并联谐振

  29. 1．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。用555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。石英晶体振荡器的特点是fo的稳定性极好。1．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。用555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。石英晶体振荡器的特点是fo的稳定性极好。 2．施密特触发器和单稳态触发器，虽然不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，为数字系统提供标准的脉冲信号。 3．555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振荡器以外，还可以接成各种灵活多变的应用电路。 4．除了555定时器外，目前还有556（双定时器）和558（四定时器）等。 本章小结

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