第6章-脉冲产生与变换--课件

第6章 脉冲产生与变换6.1 矩形脉冲的产生6.2 矩形脉冲的整形与变换1ppt课件 数数字字电电路路常常常常需需要要用用到到各各种种幅幅度度、宽宽度度以以及及具具有有陡陡峭峭边边沿沿的的脉冲信号脉冲信号，如触发器就需要，如触发器就需要时钟脉冲（时钟脉冲（CP）。脉冲信号：指突然变化的电压或电流。脉冲信号：指突然变化的电压或电流。脉冲电路的研究重点：波形分析。脉冲电路的研究重点：波形分析。数字电路的研究重点：逻辑功能。数字电路的研究重点：逻辑功能。获得脉冲波形的方法主要有两种：获得脉冲波形的方法主要有两种：1 1利用脉冲振荡电路产生；利用脉冲振荡电路产生；2 2是是通通过过整整形形电电路路对对已已有有的的波波形形进进行行整整形形、变变换换，使使之之符符合系统的要求。合系统的要求。2ppt课件常见脉冲及参数1.常见脉冲波形下一页返回6.1 矩形脉冲的产生3ppt课件非周期性和周期性矩形波返回4ppt课件TT 脉冲周期脉冲周期UmUm脉冲幅度脉冲幅度0.5UmtWtW 脉冲宽度脉冲宽度0.1Um0.9Umtrtr 上升时间上升时间tftf 下降时间下降时间2.矩形脉冲及参数矩形脉冲及参数(1)脉冲幅度Um：脉冲电压波形变化的最大值。(2)上升时间tr：指脉冲波形从0.1 Um上升到0.9 Um所用的时间。(3)下降时间tf：指脉冲波形从0.9 Um下降到0.1 Um所用的时间。5ppt课件(4)脉冲的宽度tw:从脉冲上升沿0.5 Um到脉冲下降沿的0.5 Um两点之间的时间间隔。(5)脉冲的周期T：在重复的周期信号中两个相邻脉冲对应点之间的时间间隔称为脉冲的周期。(6)脉冲频率f：每秒时间内脉冲出现的次数。(7)占空比q：脉冲宽度tw与脉冲重复周期T的比值。返回上一页 下一页TT 脉冲周期脉冲周期UmUm脉冲幅度脉冲幅度0.5UmtWtW 脉冲宽度脉冲宽度0.1Um0.9Umtrtr 上升时间上升时间tftf 下降时间下降时间6ppt课件3 3、脉冲产生电路的暂态分析、脉冲产生电路的暂态分析脉冲波形产生与整形电路多是由脉冲波形产生与整形电路多是由RCRC充放电电路充放电电路构成的。构成的。开开关关闭闭合合的的一一瞬瞬间间，电电容容器器上上电电压压不不能能突突变变，满满足足开开关关定定理理U UC C(0(0+)=)=U UC C(0(0-)。充充电电暂暂态态过过程程结结束束后后，流流过过电电容容器器的的电电流流i iC C()()为为0 0，即即电电容器相当于开路容器相当于开路。tMU(t)UTtU()0U(0+)CCCUC(t)SUCR7ppt课件令令u uC C(t(tW W)=U)=UT T，则则从从暂暂态态过过程程的的起起始始值值U UC C(0(0+)变变到到U UT T所所经经历历的的时时间间t tW W（脉冲宽度）可用下式计算：（脉冲宽度）可用下式计算：电电路路的的时时间间常常数数=RCRC，决决定定了了暂暂态态时时间间的的长长短短。根根据据三三要素公式要素公式，可以得到电压随时间变化的方程为，可以得到电压随时间变化的方程为 tWU(t)UTtU()0U(0+)CCC8ppt课件 1多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。2通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，无需外触发。3输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的谐波分量，故称作多谐振荡器。6.1.1 6.1.1 门电路构成的振荡器门电路构成的振荡器 9ppt课件1 1、对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器（1）电路组成由两个TTL反相器经电容交叉耦合而成。通常令C1=C2=C，R1=R2=RF。为了使静态时反相器工作在转折区，具有较强的放大能力，应满足ROFFRFRON的条件。图6-2（a）对称式多谐振荡器 10ppt课件（2）工作原理 假定接通电源后，由于某种原因使uI1有微小正跳变，则必然会引起如下的正反馈过程：使uO1迅速跳变为低电平、uO2迅速跳变为高电平，电路进入第一暂稳态。此后，uO2的高电平对C1电容充电使uI2升高，电容C2放电使uI1降低。由于充电时间常数小于放电时间常数，所以充电速度较快，uI2首先上升到G2的阈值电压UTH，并引起如下的正反馈过程：11ppt课件使uO2迅速跳变为低电平、uO1迅速跳变为高电平，电路进入第二暂稳态。此后，C1放电、C2充电，C2充电使uI1上升，会引起又一次正反馈过程，电路又回到第一暂稳态。这样，周而复始，电路不停地在两个暂稳态之间振荡，输出端产生了矩形脉冲。12ppt课件图6-2（b）对称式多谐振荡器的工作波形 13ppt课件（3）主要参数 矩形脉冲的振荡周期为 T1.4RFC当取RF1k、CI00 pF100 F时，则该电路的振荡频率可在几赫到几兆赫的范围内变化。14ppt课件2 2、环形振荡器、环形振荡器（1）最简单的环形振荡器 图6-22最简单的环形振荡器(a)电路 (b)工作波形利用集成门电路的传输延迟时间，将奇数个反相器首尾相连便可构成最简单的环形振荡器。该电路没有稳定状态。如此周而复始，便产生了自激振荡。振荡周期T=6tpd。15ppt课件（2）RC环形振荡器 最简单的环形振荡器构成十分简单，但是并不实用。因为集成门电路的延迟时间tpd极短，而且振荡周期不便调节。RC环形振荡器 利利用用电电容容C的的充充放放电电，改改变变uI3的的电电平平(因因为为RS很很小小,在在分分析析时时往往往往忽忽略略它它。)来来控控制制G3周周期期性性的的导导通和截止，在输出端产生矩形脉冲。通和截止，在输出端产生矩形脉冲。RS是是限限流流电电阻阻（保保护护G3），通通常选常选100左右。左右。增加RC延迟环节，即可组成RC环形振荡器电路。16ppt课件RC环形振荡器的工作波形 电路的振荡周期为 T2.2RCR不能选得太大（一般1k左右），否则电路不能正常振荡。17ppt课件（3）CMOS反相器构成的多谐振荡器 R的选择应使G1工作在电压传输特性的转折区。此时，由于uO1即为uI2，G2也工作在电压传输特性的转折区，若uI有正向扰动，必然引起下述正反馈过程：CMOS反相器构成的多谐振荡器 18ppt课件使uO1迅速变成低电平，而uO2迅速变成高电平，电路进入第一暂稳态。此时，电容C通过R放电，然后uO2向C反向充电。随着电容C的的放电和反向充电，uI不断下降，达到uIUTH时，电路又产生一次正反馈过程：从而使uO1迅速变成高电平，uO2迅速变成低电平，电路进入第二暂稳态。此时，uO1通过R向电容C充电。19ppt课件随着电容C的不断充电，uI不断上升，当uIUTH时，电路又迅速跳变为第一暂稳态。如此周而复始，电路不停地在两个暂稳态之间转换，电路将输出矩形波。振荡周期为 T1.4RCCMOS反相器构成多谐振荡器的工作波形 20ppt课件6.1.2 6.1.2 用施密特触发器构成的振荡器用施密特触发器构成的振荡器 施密特触发器施密特触发器主要用途：把变化缓慢的信号波形变换为边沿陡峭的矩形波。特点：电路有两种稳定状态。两种稳定状态的维持和转换完全取决于外加触发信号。触发方式：电平触发。电压传输特性特殊，电路有两个转换电平（上限触发转换电平UT+和下限触发转换电平UT）。状态翻转时有正反馈过程，从而输出边沿陡峭的矩形脉冲，即电压传输特性转折时的上升与下降时间极短。21ppt课件门门电电路路有有一一个个阈阈值值电电压压，当当输输入入电电压压从从低低电电平平上上升升到到阈阈值值电电压压或或从从高高电电平平下下降降到到阈阈值值电电压压时时电电路路的的状状态态将将发发生生变变化化。施施密密特特触触发发器器是是一一种种特特殊殊的的门门电电路路，与与普普通通的的门门电电路路不不同同，施施密密特特触触发发器器有有两两个个阈阈值值电电压压，分分别别称称为为正正向向阈阈值值电电压压和和负负向向阈阈值值电电压压。在在输输入入信信号号从从低低电电平平上上升升到到高高电电平平的的过过程程中中使使电电路路状状态态发发生生变变化化的的输输入入电电压压称称为为正正向向阈阈值值电电压压UT+，在在输输入入信信号号从从高高电电平平下下降降到到低低电电平平的的过过程程中中使使电电路路状状态态发发生生变变化化的的输输入入电电压压称称为为负负向向阈阈值值电电压压UT-。正正向向阈阈值值电电压压与与负负向向阈阈值值电电压压之之差差称称为为回回差电压差电压UT。1 1、施密特触发器的特性、施密特触发器的特性22ppt课件逻辑符号逻辑符号同相传输同相传输反相传输反相传输施密特触发器的电压传输特性施密特触发器的电压传输特性23ppt课件2 2、集成施密特触发器、集成施密特触发器 集成施密特触发器简介集成施密特触发器简介74LS132是TTL型的集成施密特触发器产品，其内部包括四个相互独立的两输入施密特触发器，每一个触发器都是以基本的施密特触发电路为基础，在输入端增加了与的功能，在输出端增加反向器，所以我们将其称为施密特触发的与非门24ppt课件VD1VD2R14KR22KR31.5KR4500R5R6R7R8R9VT1VT2VT3VT4VT6VT5VD3VD4AuIuO+VccuB1uc1uc2uE二极管二极管与门与门施密特电路施密特电路电平偏移电平偏移推拉式输出推拉式输出iC1iC2iB225ppt课件 集成施密特触发器集成施密特触发器74LS132(a)74LS132的引脚排列和内部逻辑图；的引脚排列和内部逻辑图；(b)施密特触发与非门的逻辑符号施密特触发与非门的逻辑符号26ppt课件 74LS132的输出信号Y与输入信号A、B之间的逻辑关系为与非。A、B中只要有一个低于施密特触发器的负向阈值电平，输出Y就是高电平；只有当A、B同时高于正向阈值电平时，输出Y才为低电平。在使用+5 V电源的条件下，集成施密特触发器74LS132的正向阈值电平UT+=1.52.0 V，负向阈值电平U T-=0.61.1 V，回差电压UT的典型值为0.8 V。集成施密特触发器集成施密特触发器74LS132(a)74LS132的引脚排列和内部逻辑图；的引脚排列和内部逻辑图；(b)施密特触发与非门的逻辑符号施密特触发与非门的逻辑符号27ppt课件3 3、用门电路构成的施密特触发器用门电路构成的施密特触发器（1）电路组成 两个CMOS反相器，两个分压电阻。用集成门电路构成的施密特触发器（a）电路 （b）逻辑符号28ppt课件（2）工作原理 工作过程 设CMOS反相器的阈值电压UTH=VDD/2，输入信号uI为三角波。29ppt课件当uI=0V时，G1截止、G2导通，输出为UOL，即uO=0V。只要满足uI1UTH，电路就会处于这种状态（第一稳态）。当uI上升，使得uI1=UTH时，电路会产生如下正反馈过程：30ppt课件电路会迅速转换为G1导通、G2截止，输出为UOH，即uO=VDD的状态（第二稳态）。此时的uI值称为施密特触发器的上限触发转换电平UT+。显然，uI继续上升，电路的状态不会改变。31ppt课件如果uI下降，uI1也会下降。当uI1下降到UTH时，电路又会产生以下的正反馈过程：电路会迅速转换为G1截止、G2导通、输出为UOL的第一稳态。此时的uI值称为施密特触发器的下限触发转换电平UT。uI再下降，电路将保持状态不变。32ppt课件 工作波形与电压传输特性 施密特触发器将三角波uI变换成矩形波uO。施密特触发器的工作波形及电压传输特性（a）工作波形 （b）电压传输特性3.重要参数 上限触发转换电平UT+下限触发转换电平UT 回差回差UT=UT+UT（通常（通常UT+UT）改变改变R1和和R2的大小可以改变回差的大小可以改变回差UT 33ppt课件CuOuCR-+EN(三三)施密特触发器组成的多谐振荡器施密特触发器组成的多谐振荡器 设设电容初始电压电容初始电压 uC(0)=0。则接通。则接通电源后电源后 uO 输出高电平输出高电平 UOH，输出端通过，输出端通过 R 向电容向电容 C 充电，使充电，使 uC 升高。升高。CuOuCR-+工作原理工作原理EN EN=0 时，时，uO=1，多谐振荡器不工作；，多谐振荡器不工作；EN=1 时，时，不影响振荡器电路工作，下面分析时省略它。不影响振荡器电路工作，下面分析时省略它。0UOH充电充电CuOuCR-+OtOuOtUT+UT-UOLUOHCuOuCR-+UC当当 uC 上升到上升到 UT+时，施密特触发器时，施密特触发器状态翻转，状态翻转，uO 跃变为低电平跃变为低电平 UOL。这时。这时 C 经经 R 和施密特触发器的输出电阻和施密特触发器的输出电阻 RO 放电，使放电，使 uC 下降。下降。C 充电，使充电，使uC 上升，在到达上升，在到达 UT+之前之前uO=UOH。CuOuCR-+OtOuOtUT+UT-UOLUOHCuOuCR-+UCuCUT+UOLCuOuCREN-+OuCtOuOtUT+UT-UOLUOH(三三)施密特触发器组成的多谐振荡器施密特触发器组成的多谐振荡器当当 uC 下降到下降到 UT-时，触发器又翻时，触发器又翻转，转，uO 重新跃变为高电平重新跃变为高电平 UOH，电路又，电路又充电。充电。CuOuCR-+uCUT-UOH充电充电UT-UT+C 放电，使放电，使uC 下降，在到达下降，在到达 UT-之前之前 uO=UOL。电容如此周而复始地充电和放电，电电容如此周而复始地充电和放电，电路便产生了振荡，输出周期性矩形波。路便产生了振荡，输出周期性矩形波。振荡频率与充放电元件值振荡频率与充放电元件值 R、C 及及 VDD、UT+、UT-有关。有关。34ppt课件6.1.36.1.3石英晶体振荡器石英晶体振荡器 前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振荡前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振荡频率不稳定，容易受温度、电源电压波动和频率不稳定，容易受温度、电源电压波动和RCRC参数误参数误差的影响。差的影响。而在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信号而在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信号来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号频率来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面讨论的不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面讨论的多谐振荡器是不能满足要求的，必须采用频率稳定度多谐振荡器是不能满足要求的，必须采用频率稳定度很高的石英晶体多谐振荡器。很高的石英晶体多谐振荡器。35ppt课件石英晶体的阻抗频率特性图 石英晶体具有很好的选频特性。当振荡信号的频率和石英晶体的固有谐振频率fo相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，而其它频率的信号则被衰减掉。36ppt课件因此，将石英晶体串接在多谐振荡器的回路中因此，将石英晶体串接在多谐振荡器的回路中就可组成石英晶体振荡器，这时，振荡频率只取决就可组成石英晶体振荡器，这时，振荡频率只取决于石英晶体的固有谐振频率于石英晶体的固有谐振频率f fo o，而与，而与RCRC无关。无关。石英晶体振荡器电路 在对称式多谐振荡器的基础上，在对称式多谐振荡器的基础上，串接一块石英串接一块石英晶体晶体，就可以构成一个石英晶体振荡器电路。该电，就可以构成一个石英晶体振荡器电路。该电路将产生稳定度极高的矩形脉冲，其路将产生稳定度极高的矩形脉冲，其振荡频率由石振荡频率由石英晶体的串联谐振频率英晶体的串联谐振频率f fo o决定决定。37ppt课件C1G1uOC2G2RF并联石英晶体多谐振荡器并联石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 振荡频率稳定振荡频率稳定G1G2RF通常取通常取 5 10 M，使，使 G1门工作在电压传输特性的转折门工作在电压传输特性的转折区，使区，使 G1 门放大工作。门放大工作。选频和形成正反馈。选频和形成正反馈。振荡频率振荡频率 晶体频率晶体频率采用采用 CMOS 门门调节调节 C1 可微调振荡频率；可微调振荡频率；调节调节 C1、C2 比值可调节反馈系数。比值可调节反馈系数。改善输出波形的前沿和后改善输出波形的前沿和后沿，使输出较理想矩形波沿，使输出较理想矩形波。振荡产生电路振荡产生电路38ppt课件555 555 定时器简介定时器简介 555 555 定定时时器器是是一一种种结结构构简简单单、使使用用方方便便灵灵活活、用用途途广广泛泛的的多多功功能能电电路路。它它电电源源电电压压范范围围宽宽(双双极极型型 555 555 定定时时器器为为 5 5 16 16 V V，CMOS CMOS 555 555 定定时时器器为为 3 3 18 18 V V)，可可提提供供与与 TTL TTL 及及 CMOS CMOS 数数字字电电路路兼兼容容的的接接口口电电平平，还还可可输输出出一一定定功功率率，驱驱动动微微电机、指示灯、扬声器等。电机、指示灯、扬声器等。TTL TTL 单单定定时时器器型型号号的的最最后后 3 3 位位数数字字为为 555555，双双定定时时器器的的为为 556556；CMOS CMOS 单单定定时时器器的的最最后后 4 4 位位数数为为 75557555，双双定定时时器器的的为为 75567556。6.1.4 555 6.1.4 555 定时器的工作原理和逻辑功能定时器的工作原理和逻辑功能39ppt课件各各公公司司生生产产的的555定定时时器器的的逻逻辑辑功功能能与与外外引引线线排列排列都完全相同。都完全相同。双极型产品双极型产品CMOS产品产品单单555型号的最后几位数码型号的最后几位数码5557555双双555型号的最后几位数码型号的最后几位数码5567556优点优点驱动能力较大驱动能力较大低功耗、高输入阻抗低功耗、高输入阻抗电源电压工作范围电源电压工作范围516V318V负载电流负载电流可达可达200mA可达可达4mA40ppt课件555 定时器的电路结构与符号定时器的电路结构与符号 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR2GNDVCCRDOUTCO555THTRDIS电路符号电路符号627153843OUT输出端输出端 8VCC电源端电源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放电端放电端 TH 6阈值输入端阈值输入端 TR 2触发输入端触发输入端 CO5控制电压输入端控制电压输入端 GND1接地端接地端 集电极开路输出端集电极开路输出端UR1UR2构成构成电阻分电阻分压器压器，为比较器，为比较器 C C1 1、C C2 2 提供两提供两个参考电压，个参考电压，U UR1 R1=2/3=2/3V VCCCC，U UR2 R2=1/31/3V VCCCC。输出缓冲器输出缓冲器OUT=Q构成构成基本基本 RS 触发触发器器，决定电路输出。，决定电路输出。放电管放电管，其输入为，其输入为Q，输出为开路集电极。，输出为开路集电极。Q构成构成电压比电压比较器较器，比较，比较 TH 与与 UR1 和和TR 与与 UR2 的大小。的大小。555 定时器的电路结构与符号定时器的电路结构与符号 C1C2G3QQG1G2RSVR5 k 5 k 5 k UR1UR23OUT输出端输出端 8VCC电源端电源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放电端放电端 TH 6阈值输入端阈值输入端 TR 2触发输入端触发输入端 CO 5控制电压输入端控制电压输入端 GND1接地端接地端 UR1UR2Q41ppt课件555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能 101导通导通定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT=QRDTRTH输输 出出 输输 入入直直接接置置 0 端端 RD 低低电电平平有有效效，优优先先级级最最高高。不不用时应使其为用时应使其为 1。42ppt课件不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT=QRDTRTH输输 出出 输输 入入定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 01导通导通0110555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能43ppt课件555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT=QRDTRTH输输 出出 输输 入入定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 10截止截止100144ppt课件555 定时器的定时器的工作原理与逻辑功能工作原理与逻辑功能 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT=QRDTRTH输输 出出 输输 入入定时器定时器 5G555 的的功能表功能表 1145ppt课件简化简化功能表功能表 不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUTRD输输 出出 输输 入入TRTH使用要点使用要点 (1)RD 低电平有效低电平有效,优先级最高，优先级最高，不用时应接高电平。不用时应接高电平。通常不用通常不用 CO 端，为了提高电路工作稳定性，将其端，为了提高电路工作稳定性，将其通过通过 0.01 F 电容接地。电容接地。(3)TR 低电平有效，低电平有效，TH 高电平高电平 有效，因此，有效，因此，TH 加低电平、加低电平、TR 加高电平时为非有效电加高电平时为非有效电 平，电路状态不变。平，电路状态不变。(4)输出输出 0 时，时，Q=1，因此，因此 V 导通；输出导通；输出 1 时，时，Q=0，故，故 V 截止。截止。(5)注意：注意：TH 电平高低是与电平高低是与 2/3VCC 相比较，相比较，TR 电平高低是与电平高低是与 1/3VCC 相比较。相比较。若控制输入端若控制输入端 CO 加输入电压加输入电压 uCO，则，则 UR1=uCO UR2=uCO/2，故，故 TH 和和 TR 电平高低的比较值将变成电平高低的比较值将变成 uCO 和和 uCO/2。(2)TH 和和 TR 均为高电平时输出均为高电平时输出 0，均为低电平时输出，均为低电平时输出 1。46ppt课件6.2 矩形脉冲的整形与变换矩形脉冲的整形与变换 整形电路的作用是将已有的宽度和幅度不规则的脉冲变整形电路的作用是将已有的宽度和幅度不规则的脉冲变为所需要的固定宽度和幅度的矩形脉冲，或者是把由于某种原为所需要的固定宽度和幅度的矩形脉冲，或者是把由于某种原因而产生畸变的矩形脉冲变为比较理想的矩形脉冲。变换电路因而产生畸变的矩形脉冲变为比较理想的矩形脉冲。变换电路则是把其他类型的波（正弦波、锯齿波等）转换为矩形脉冲波。则是把其他类型的波（正弦波、锯齿波等）转换为矩形脉冲波。实际应用中经常用到的矩形脉冲波形整形与变换的方法实际应用中经常用到的矩形脉冲波形整形与变换的方法有：用施密特触发器进行整形与变换、用单稳态电路进行整形有：用施密特触发器进行整形与变换、用单稳态电路进行整形与变换以及利用与变换以及利用555定时器进行整形与变换等。定时器进行整形与变换等。47ppt课件OuItuOUT+UT-Ot6.2.1 6.2.1 应用施密特触发器整形与变换应用施密特触发器整形与变换 1 1、波形变换、波形变换 将三角波、正弦波和其它将三角波、正弦波和其它不规则信号变换成矩形脉冲。不规则信号变换成矩形脉冲。UOHUOL uI UT+后，后，uO=UOL,只有当只有当 uI下降到经过下降到经过 UT-时，时，uO 才会发生跃变。才会发生跃变。uI UUT T,失去对失去对 u u2 2 低低电平宽度的控制作用电平宽度的控制作用u1u2RC1&uiAu u2 2将随着将随着u ui i变为变为0 0而变为而变为1 156ppt课件u1u2RC1&uiA&ui,1u3(a)(b)改进型电路改进型电路u1u2RC1&uiA57ppt课件u1uAu20t0t0tui0tUT0tuit1t1改进的积分型单稳触发器改进的积分型单稳触发器工作原理工作原理特点特点:输出脉冲宽度不受输出脉冲宽度不受输入脉冲宽度的影响输入脉冲宽度的影响u1u2RC1&uiA&ui,1u3 58ppt课件2 2、集成单稳态触发器、集成单稳态触发器74121的输出脉冲宽度：tp0.7RC 常用的TTL集成单稳态触发器，有不可重触发单稳态触发器54LS121/74LS121，54LS221/74LS221，可重触发单稳态触发器54LS123/74LS123，54LS122/74LS122等。54LS121/74LS121的逻辑电路图和逻辑符号分别如图(a)(b)所示。TR-A、TR-B是是两两个个下下降降沿沿有有效效的的触触发发信信号号输输入入端端，TR+是是上上升升沿沿有有效效的的触触发发信信号号输输入入端端。Q和和是是两两个个状状态态互互补补的的输输出出端端。Rext/Cext、Cext是是外外接接定定时时电电阻阻和和电电容容的的连连接接端端，外外接接定定时时电电阻阻R（R=1.4k 40k）接接 在在 VCC和和Rext/Cext之之 间间，外外 接接 定定 时时 电电 容容C（C=10pF10F）接接在在Cext（正正）和和Rext/Cext之之间间。74121内内部部已已设设置置了了一一个个2k的的定定时时电电阻阻，Rin是是其其引引出出端端，使使用用时时只只需需将将Rin与与VCC连连接接起起来来即即可可，不用时则应将不用时则应将Rin开路。开路。59ppt课件TR-A、TR-B是两个下降沿有效 的 触 发 信 号 输 入 端，TR+A、TR+B是两个上升沿有效的触发信号输入端。Q和是两个状态互补的输出端。Rext/Cext、Cext、Rin3个引出端是供外接定时元件使用的，外接定时电阻R（R=5k50k）、电容C（无限制）的接法与74121相同。RD为直接复位输入端，低电平有效。当定时电容C1000pF时，74122的输出脉冲宽度：tp0.32RC60ppt课件单稳态触发器74121的引脚图 61ppt课件 74121的功能表的功能表 62ppt课件（1）用于脉冲整形。脉冲信号经过长距离传输后，其边沿会变差或叠加了某些干扰，这时可利用单稳态触发器进行整形。将这些受到干扰的脉冲信号ui加到单稳态触发器的输入端，输出端便可得到符合要求的矩形脉冲uO。如图所示。图 (a)(b)脉冲整形电路74HCHC121 3、应用单稳态触发器的整形与变换、应用单稳态触发器的整形与变换63ppt课件（2）脉冲延时单稳电路的延时作用 如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳态电路来实现。tw 1.1RC uO的下降沿比的下降沿比uI的下降沿延迟了的下降沿延迟了tw的时间。的时间。64ppt课件652.脉冲定时 单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在tw时间内动作(或者不动作)。脉冲定时65ppt课件6.2.3 6.2.3 应用应用555555定时器整形定时器整形1、用 555 定时器组成施密特触发器 0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH当当TH=TR=uI2/3VCC时时电压传输特性为反相输出的滞回特性电压传输特性为反相输出的滞回特性uIuO当当TH=TR=uI1/3VCC时时1/3VCC0当当1/3VCC TH=TR=uI2/3VCC时时当当uI1/3VCC时时当当uI由高电平逐渐下降，且由高电平逐渐下降，且1/3VCC uI 1/3 VCC)。当当 uC 2/3 VCC 时，满足时，满足TR=uI 1/3 VCC，TH=uI 2/3 VCC,因此因此 uO 为低电平，为低电平，V 导通，电容导通，电容 C 经放电管经放电管 V 迅速放电完毕，迅速放电完毕，uC 0 V。这时这时TR=UIH 1/3 VCC，TH=uC 0 2/3 VCC，uO 保持低电平不保持低电平不变。因此，变。因此，稳态时稳态时 uC 0 V，uO 为低电平。为低电平。充电充电导通导通放电放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH71ppt课件 2.触发进入暂稳态触发进入暂稳态 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平(应应 1/3 VCC)时，使时，使 TR=UIL1/3 VCC而而TH=uC 0 V 2/3 VCC，因此，因此 uO 跃变为高电平，跃变为高电平，进入暂稳态进入暂稳态，这时放电管，这时放电管 V截止，截止，VCC 又经又经 R 向向 C 充电，充电，uC 上升上升。UILUOH充电充电72ppt课件 3.自动返回稳定状态自动返回稳定状态 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC 2.触发进入暂稳态触发进入暂稳态 UIHUOL TH2/3 VCC放电放电V当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平(应应 1/3 VCC)时，使时，使 TR=UIL1/3 VCC 而而TH=uC 0 V 1/3 VCC)，因此，因此 uO 重新跃变为重新跃变为低电平。低电平。同时，放电管导通，同时，放电管导通，C 经经 V 迅速放电迅速放电 uC 0 V，放电完毕后，放电完毕后，电路返回稳态。电路返回稳态。73ppt课件 例例 用上述单稳态电路输出定时时用上述单稳态电路输出定时时间为间为1 s 的的正脉冲，正脉冲，R=27 k，试确，试确定定时元件定定时元件 C 的取值。的取值。uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC输出脉冲宽度输出脉冲宽度 tW 即为暂稳态维持时间，即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件主要取决于充放电元件 R、C。该单稳态触发器为不可重复触发器，且该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽要求输入脉宽 tWI 小于输出脉宽小于输出脉宽 tWO。解：解：因为因为 tWO 1.1 RC故故可取标称值可取标称值 33 F。估算公式估算公式 tWO 1.1 RC74ppt课件3.3.单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用1.脉冲延时单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时。单稳电路的延时作用 如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳态电路来实现。tw 1.1RC uO的下降沿比的下降沿比uI的下降沿延迟了的下降沿延迟了tw的时间。的时间。75ppt课件2.脉冲定时 单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在tw时间内动作(或者不动作)。脉冲定时76ppt课件GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC-+R23 3、用、用 555 555 定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器(1)(1)电路结构电路结构 DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC-+R2先将先将555555定时器的两个定时器的两个触发端触发端6 6脚与脚与2 2脚接在一脚接在一起作为输入端起作为输入端u uI I，再将，再将晶体管晶体管VTVTD D的集电极即的集电极即7 7脚脚D D与外接电阻与外接电阻R R1 1构成构成的反相器，将其输出的反相器，将其输出u uD D经过由经过由R R2 2和和C C组成的积组成的积分电路接回到输入端分电路接回到输入端u uI I，就可以实现由，就可以实现由555555定定时器构成多谐振荡器。时器构成多谐振荡器。77ppt课件（2 2）工作原理、工作波形与周期估算）工作原理、工作波形与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL 充电充电UOHTH=TR=uC 很小很小接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH=TR=uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。78ppt课件uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL UOLTH=TR 2/3 VCC当当 uC 上升到上升到 TH=TR=uC 2/3 VCC 时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电同时放电管管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态。接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH=TR=uC 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。放电放电79ppt课件当当 uC 下降到下降到 TH=TR=uC 1/3 VCC 时，时，uO 重新跃变为高电平重新跃变为高电平，同时，同时放电管放电管 V 截止，截止，C 又被又被充电，充电，uC 上升上升，电路又电路又返回到暂稳态返回到暂稳态。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL TH=TR1/3VCC当当 uC 上升到上升到 TH=TR=uC 2/3 VCC时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电管同时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态。接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH=TR=uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。80ppt课件工作波形与周期估算工作波形与周期估算 电容电容 C 如此循环充电和放电，如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。使电路产生振荡，输出矩形脉冲。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL 周期与占空比估算周期与占空比估算tWH 0.7(R1+R2)C tWL 0.7 R2CT=tWH+tWL 0.7(R1+2R2)C81ppt课件 占空比任意可调的占空比任意可调的多谐振荡器多谐振荡器可计算得：可计算得：T1=0.7R1C T2=0.7R2C占空比：占空比：82ppt课件振荡器应用实例振荡器应用实例简易温控报警器简易温控报警器83ppt课件GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1C+R2RP1RP2 例例 指指出出右右图图中中控控制制扬扬声声器器鸣鸣响响与与否否和和调调节节音音调调高高低低的的分分别别是是哪哪个个电电位位器器？若若原原来来无无声声，如如何何调调节节才才能能鸣鸣响响？欲欲提提高高音音调调，又又该该如如何调节？何调节？解：解：R1、R2、RP1 和和 C 共同构成定时元件，因此调节共同构成定时元件，因此调节 RP1 可调节音调高低。可调节音调高低。欲提高音调，则应减小欲提高音调，则应减小 RP1，因此触头应下移。，因此触头应下移。RP2调节调节 RP2 可控制可控制 RD 为为 0 或或 1，从而控制振荡器工作，从而控制振荡器工作与否，因此能控制扬声器鸣响与否。与否，因此能控制扬声器鸣响与否。调节调节 RP2 使触头左移至适当位置，可使使触头左移至适当位置，可使 RD=1，使，使扬声器鸣响。扬声器鸣响。RP184ppt课件