1、7.3 施密特触发器,第七章脉冲单元电路,7.4 多谐振荡器,7.1 脉冲信号与脉冲电路,7.2 集成555定时器,7.5 单稳态触发器,一、常见的脉冲信号脉冲信号是指在短时间内出现的电压或电流信号。一般来讲，凡是不具有连续正弦波形状的信号，都可以称为脉冲信号。,7.1 脉冲信号与脉冲电路,（a）矩形波,（b）锯齿波,（c）微分波,（d）钟形波,二 、典型的数字信号,一个理想的周期性数字信号，可用以下几个参数来描绘：Um信号幅度。T信号的重复周期。tW脉冲宽度。q占空比。其定义为：,7.1脉冲信号与脉冲电路,三个周期相同（T=20ms），但幅度、脉冲宽度及占空比各不相同的数字信号。,7.1脉冲
2、信号与脉冲电路,tr上升时间。是指从脉冲幅值的10%上升到90%所需要的时间。 tf下降时间。是指从脉冲幅值的90%下降到10%所需要的时间。 tW脉冲宽度。为脉冲幅值的50%的两个时间点之间的时间。,三 、实际的矩形脉冲信号,7.1脉冲信号与脉冲电路,7.2 集成555定时器,一、电压比较器,1. 基本功能：若u+u，则uo为高电平若u+u，则uo为低电平,在反相输入端加一基准电压UREF=3V，在同相输入端加一可变的电压Ui，当ui3V时，uo为高电平；当ui3V时，uo为低电平。,2. 典型应用,7.2 集成555定时器,二、 集成555定时器,由以下几部分组成： （1）三个5k电阻组成
3、的分压器。,（2）两个电压比较器C1和C2。,1. 555定时器的电路结构,（3）基本RS触发器，,（4）放电三极管T及缓冲器G。,7.2 集成555定时器,555定时器的电路符号,7.2 集成555定时器,2555定时器的工作原理,1/3VCC,2/3VCC,（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Uo为低电平。 （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 。,7.2 集成555定时器,（3）2脚为低电平触发端，6脚为高电平触发端，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
4、定输出状态。,555定时器功能表（UIC端开路时）,7.2 集成555定时器,7.3 施密特触发器,施密特触发器是一种整形电路，其特点是: （1）具有两个稳定的状态，但没有记忆作用，输出状态需要相应的输入电压来维持。 （2）电平触发。只要输入信号达到某一额定值，输出即发生翻转。 （3）具有回差特性。,1. 电路组成及工作原理,一.用555定时器构成的施密特触发器,7.3 施密特触发器,555构成的施密特触发器内部电路图,7.3 施密特触发器,2. 电压滞回特性,UT+,UT ,UT+,UT ,3. 主要参数 （1）上限阈值电压UT+UT+=2/3VCC。 （2）下限阈值电压UT UT=1 /3
5、VCC。 （3）回差电压UT UT= UT+UT=1 /3VCC,7.3 施密特触发器,4. 输出端UO的作用,改变输出高电平的数值,7.3 施密特触发器,二、用门电路组构成的施密特触发器,1. 结构 G1、G2组成RS锁存器，二极管D产生回差电压。,当UI=0V时，UO2为高电平，UO1为低电平。,7.3 施密特触发器,当UI上升至Uth=1.4V时，UO1变高电平，UO2变低电平。 当UI继续上升时，电路将保持这种状态不变。,当UI由Uth处开始下降时，在UI下降到Uth时，电路状态不变。,当UI继续下降到（Uth-UD）=0.7V时， UO2变为高电平，UO1变为低电平。,UT+=1.4
6、V UT=0.7V,7.3 施密特触发器,三集成施密特触发器,2. TTL集成施密特触发器74LS14,1. CMOS集成施密特触发器CC40106,7.3 施密特触发器,四.施密特触发器的应用举例,1. 用于波形变换,7.3 施密特触发器,2. 用作脉冲整形,当信号受到干扰而发生畸变时，将其整成标准的矩形脉冲。,7.3 施密特触发器,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UT+的输入脉冲。,7.3 施密特触发器,7.4 多谐振荡器,多谐振荡器能产生矩形脉冲波的自激振荡器。,一 用555定时器构成的多谐振荡器 1. 电路组成及工作原理,555构成的多谐振荡器内部电路
7、图,7.4 多谐振荡器,2. 振荡频率的估算,（2） 电容放电时间T2,（3）电路振荡周期T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C,（5）输出波形占空比q,（4）电路振荡频率f,（1）电容充电时间T1：（用三要素法计算）,7.4 多谐振荡器,3占空比可调的多谐振荡器电路,可计算得： T1=0.7R1CT2=0.7R2C占空比：,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。,7.4 多谐振荡器,二、门电路组成的多谐振荡器,1. CMOS门电路组成的多谐振荡器的电路结构,7.4 多谐振荡器,2. 工作原理,（1）设接通电源时，UC=0
8、。G1截止，UO1=1，G2导通，UO2=0，UI=0。电路处于第一暂稳态。,U,V,（2）电容C充电，充电时间常数为RC， UI按指数规律增加。当UI增大至Uth时，电路发生正反馈过程，使得G1迅速导通，G2迅速截止，UO1=0，UO2=1。电路进入第二暂稳态。,7.4 多谐振荡器,（3）由于电容两端的电压不能突变，UI也上跳至VDD+UD。,（4）此后，电容C开始放电，放电时间常数为RC。UI按指数规律下降。当UI下降至Uth时，电路又发生正反馈过，使得G1迅速截止，G2迅速导通，UO1=1，UO2=0。电路又回到第一暂稳态。,（5）同样，由于电容两端的电压不能突变，UI应下跳至UthVD
9、D，但由于保护二极管的嵌位作用，仅下跳至UD。,7.4 多谐振荡器,3. 振荡频率的计算,T=T1+T2=1.4RC,7.4 多谐振荡器,三石英晶体多谐振荡器,1.石英晶体的选频特性,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10-1010-11。,7.4 多谐振荡器,2. CMOS门电路构成放大器,CMOS电路的输入阻抗无穷大，所以负载线方程为：UO=UI， 负载线与门电路的传输特性曲线相交处为工作点Q。 非门工作在
10、转折区。 如果此时在输入端加入一个幅度微小的输入信号的话，会产生一个幅度较大的反相输出信号。,7.4 多谐振荡器,3. 石英晶体多谐振荡器,石英晶体工作在串联谐振频率f0下，只有频率为f0的信号才能通过，满足振荡条件。因此，电路的振荡频率= f0，与外接元件R、C无关，所以这种电路振荡频率的稳定度很高。,（1）串联式振荡器,7.4 多谐振荡器,（2）并联式振荡器,R与G1构成一个反相放大器。晶体工作在fS与 fP之间，等效一电感，与C1、C2共同构成电容三点式振荡电路。电路的振荡频率= f0。G2起整形缓冲作用，同时G2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。,7.4 多谐振荡器,四多谐振荡器应用
11、实例,1. 简易温控报警器,7.4 多谐振荡器,2. 双音门铃,7.4 多谐振荡器,3. 双音报警器,7.4 多谐振荡器,4. 秒脉冲发生器,石英晶体多谐振荡器产生f=32768Hz的基准信号，经T/触发器构成的15级异步计数器分频后，便可得到稳定度极高的秒信号。这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源。,7.4 多谐振荡器,7.5 单稳态触发器,（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态当uI=1时，电路工作在稳定状态，即uO=0，uC=0。,一 555定时器组成单稳态触发器 1. 电路组成及工作原理,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
12、一段时间后，自动返回到稳态。,（2）uI下降沿触发当uI下降沿到达时，uO由0跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。,7.5 单稳态触发器,555构成的单稳态触发器内部电路图,7.5 单稳态触发器,（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1=RC， uC由0V开始增大，在uC上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。,（4）自动返回时间当uC上升至2/3VCC时，uO变0，电路回到由稳态。,（5）恢复过程C通过饱和导通的T放电，2=RCESC，由于RCES很小，所以放电很快。C放电完毕，恢复过程结束。,7.5 单稳态触发器,2. 主要参数估算,（2）恢复时间
13、tre tre=（35）2 （3）最高工作频率fmaxuI周期的最小值： Tmin= tWtre最高工作频率:,(1) 输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）,t,O,u,7.5 单稳态触发器,基本单稳的缺点：需要“窄脉冲”触发,7.5 单稳态触发器,在输入端加一“窄脉冲形成电路”。 最简单的“窄脉冲形成电路”可采用RC微分电路。,3. 可以“宽脉冲”触发的单稳,7.5 单稳态触发器,在暂稳态期间，加入新的触发脉冲，电路的暂稳态将延续。,4可重复触发的单稳态触发器,7.5 单稳态触发器,二、门电路组成的单稳态触发器,举例：用CMOS或非门组成的微分型单稳态触发器。,（1）无触发信号时电路处于稳态当
14、uI=0时（ ud=0 ， uI2=1） ， uO=0，uO1=1。,（2）uI下升沿触发当uI上升沿到达时， ud跳变为1， uO1跳变为0， uI2下跳， uO跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。,7.5 单稳态触发器,（3）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，VDD经R向C充电，随着充电的进行，UI2由0V开始按指数规律上升。在UI2上升到Uth之前，电路将保持暂稳态不变。,（4）自动返回当UI2上升至Uth时， UO跳变为0，这时Ud已回0，则UO1跳变为1，由于电容两端的电压不能突变，UI2应跳至VDD+Uth，但因接有保护二极管，则UI2会被嵌位在VDD+UD，维持UO为0，电路回到稳态。,
15、（5）恢复过程C通过饱和导通的T放电，2=RCESC，由于RCES很小，所以放电很快。C放电完毕，恢复过程结束。,输出脉宽Tw：,7.5 单稳态触发器,三、集成单稳态触发器,1不可重复的TTL集成单稳态触发器74121,7.5 单稳态触发器,（a）使用外部电阻Rext且电路为下降沿触发的连接方式。,74121的外部元件连接方法:,（b）使用内部电阻Rint且电路为上升沿触发的连接方式。,74121的输出脉冲宽度：tW 0.7RC,7.5 单稳态触发器,2可重复的集成单稳态触发器74122,74122的功能表,7.5 单稳态触发器,四、单稳态触发器的应用,2.调整信号脉宽,1. 整形,7.5 单
16、稳态触发器,3. 延时,长延时电路（丢失脉冲指示器）,7.5 单稳态触发器,4. 定时,（1）触摸定时开关,555构成单稳态触发器。 用手触摸一下金属片P时，由 于人体感应电压相当于在触发 输入端加入一个负脉冲，输出 高电平，灯泡（RL）发光， 当暂稳态时间（tW）结束时， 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。,7.5 单稳态触发器,（2）产生定时门控信号,例：数字测频计,7.5 单稳态触发器,1 555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。2多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生方波信号。多谐振荡器有多种电路形式，可用555定时器组成，可用门电路组成，也可用石英晶体组成。3施密特触发器虽然不能自动地产生方波信号，但却可以把其它形状的信号变换成为方波，为数字系统提供标准的脉冲信号。4单稳态触发器可在触发信号作用下输出固定脉宽，常用来定时、延时、整形等。可重复触发的单稳态触发器可以被外加信号连续触发，而不可重复触发的单稳态触发器不允许外加信号连续触发。,本章小结,
