第9章-脉冲单元电路课件

第9章 脉冲单元电路9.3 555定时器及其应用9.2 集成门构成的脉冲单元电路9.1 脉冲信号与脉冲电路1本章教学要求：本章教学要求：掌握555定时器的结构、工作原理、逻辑功能；由555定时器构成单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的方法、工作波形和参数计算。BistableMonostableAstable 29.1 9.1 脉冲信号与脉冲电路脉冲信号与脉冲电路v按狭义定义的脉冲信号是指那些持续时间极短，在瞬间完成突变的电压或电流波形9.1.1 脉冲信号v按广义定义的脉冲信号则指凡是不具有连续正弦波形状的信号，几乎都可通称脉冲信号v矩形波、方波、锯齿波、钟形脉冲、尖脉冲等都是脉冲信号，在数字电路中最常见的脉冲信号是矩形脉冲和方波，其实方波只是矩形脉冲的一种特殊情况3矩形脉冲的波形参数矩形脉冲的波形参数9.1.1 脉冲信号VmVm脉冲幅度0.5VmtWtW 脉冲宽度0.9Vm0.1Vmtrtr 上升时间tftf 下降时间TT 脉冲周期q 占空比4v用来产生和处理（变换、整形、鉴幅等）脉冲波形的电路称为脉冲电路9.1.2 脉冲电路v脉冲电路可以用晶体管或集成电路作为开关和RC和RL电路构成，按其工作时的电路状态通常分双稳态电路、单稳态电路和无稳态电路三类v从严格的意义上讲，脉冲电路属于模拟电路的范畴，但是由于脉冲电路与数字电路有着密切的联系，所以在数字电路课程中有关脉冲电路的内容常常占有一定篇幅，主要讨论脉冲的产生和波形变换59.2 集成门构成的脉冲单元电路9.2.1 施密特触发器施密特触发器是一种双稳态电路，工作时它有两个稳定的电路状态，在输入信号的触发作用下在两个状态之间转换稳态稳态VTVT69.2.2 单稳态触发器单稳态触发器是只有一个稳态的电路，工作时有一个稳态和一个暂稳态，当无输入信号触发时电路处于稳态，在输入信号的触发下电路状态转换进入暂稳态，在暂稳态持续一定时间后，它又会自动地返回到稳态稳态暂稳态自动79.2.3 多谐振荡器多谐振荡器是无稳态电路，工作时没有一个稳定状态，只有两个暂稳态。接通电路的电源后，不需要任何输入信号，电路会自动地进入暂稳态，在两个暂稳态之间转换，并周而复始地持续进行这种转换暂稳态暂稳态自动自动89.3 555定时器及其应用555定时器是一种多用途的单片中规混合集成电路，它使用方便，应用灵活，用途及其广泛，只需要添加有限的外围元器件，就可以构成许多实用的电子电路。本章中仅讨论555定时器构成脉冲单元电路的应用91.555定时器电路结构：定时器电路结构：控制电压端复位控制端置位控制端直接复位端输出端放电端10组成组成：3个5k电阻分压器（故称555定时器）、电压比较器（C1、C2）、基本RS触发器（G1、G2）、放电管（T）、反相缓冲器（G3）2 5552 555定时器的工作原理定时器的工作原理11RD=0时，Q=1，Q=0，T导通。010（直接置（直接置0）012RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，T导通。2VCC/3VCC/3011100RD=0时，Q=1，Q=0，T导通。11（直接置（直接置0）（、管脚为管脚为1、1，管脚为管脚为0）132VCC/31VCC/311RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，T状态不变。1RD=0时，Q=1，Q=0，T导通。0010110（直接置（直接置0）（、管脚为管脚为0、1，管脚不变）管脚不变）RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，T导通。（、管脚为管脚为1、1，管脚为管脚为0）14RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，T截止。2VCC/3VCC/3110011RD=0时，Q=1，Q=0，T导通。00（直接置（直接置0）RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，T导通。（、管脚为管脚为1、1，管脚为管脚为0）RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，T状态不变。（、管脚为管脚为0、1，管脚不变）管脚不变）（、管脚为管脚为0、0，管脚为管脚为1）15(2).功能表：功能表：1不允许 VCC 0 VCC 11截止1 VCC 0 VCC 01不变不变 VCC 1 VCC 01导通0 VCC 1 VCC 1导通00放电管T管脚输出Q管脚置位控制TR管脚复位控制TH管脚直接复位RD管脚169.3.2 用555定时器构成施密特触发器电路组成电路组成1&1C1C2G2G1G3TDRRRVREF1VREF22765843vOvI1vIvI2vCOVCCRvORDSDQ0.01mF1&1C1C2G2G1G3TDRRRVREF1VREF22765843vOvI1vI2vI2vCOVCCRvORDSDQ1712765843vOvI1vIvI2vCOVCCRvO0.01mF555VCCvOttvOvI0023VCC13VCCVTVOHVOLVT VIC1(SD)C2(RD)Q VOVI 1 0 0 1 VCC131812765843vOvI1vIvI2vCOVCCRvO0.01mF555VCCvOttvOvI0023VCC13VCCVTVOHVOLVT VIC1(SD)C2(RD)Q VOVI 1 0 0 1 1 1 0 1 VCC13 VCCVI13 VCC231912765843vOvI1vIvI2vCOVCCRvO0.01mF555VCCvOttvOvI0023VCC13VCCVTVOHVOLVT VIC1(SD)C2(RD)Q VOVI 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 VCC13 VCCVI13 VCC23 VI VCC232012765843vOvI1vIvI2vCOVCCRvO0.01mF555VCCvOttvOvI0023VCC13VCCVTVOHVOLVT VIC1(SD)C2(RD)Q VOVI 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 VCC13 VCCVI13 VCC23 VI VCC23 VCCVI13 VCC232112765843vOvI1vIvI2vCOVCCRvO0.01mF555VCCvOttvOvI0023VCC13VCCVTVOHVOLVT VIC1(SD)C2(RD)Q VOVI 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 VCC13 VCCVI13 VCC23 VI VCC23 VCCVI13 VCC23 VIVCC13229.3.2 用555定时器构成施密特触发器工作原理工作原理12765843vOvI1vIvI2vCOVCCRvO0.01mF555VCCvOttvOvI0023VCC13VCCVTVOHVOLVTvOvIVOHVOLVTVT0DVT239.3.2 用555定时器构成施密特触发器工作原理工作原理23VCCv当vI 时，vO=VOL，此时对应的输入电压为VT，称为接通电压VT=当vI 时，vO=VOH，此时对应的输入电压为VT，称为关断电压VT=令DVT=VT VT=称为回差电压 VT、VT与电路参数有关，而与输入无关13VCC13VCC23VCC13VCCv输入vI 不仅起触发作用，而且对输出状态的稳定起维持作用vVT 和 VT的不一致性，即回差特性，是施密特触发器最重要的电气特性249.3.2 用555定时器构成施密特触发器施密特触发器的应用施密特触发器的应用v波形变换ttvOvI0023VCC13VCCVTVT259.3.2 用555定时器构成施密特触发器施密特触发器的应用施密特触发器的应用v脉冲整形脉冲整形ttvOvI00VTVTttvOvI00VTVT269.3.2 用555定时器构成施密特触发器施密特触发器的应用施密特触发器的应用v脉冲鉴幅脉冲鉴幅vIttvO00VTVT279.3.2 用555定时器构成单稳态触发器电路组成电路组成1&1C1C2G2G1G3TDRRRVREF1VREF22765843vOvI1vIvI2vCOVCCRvORDSDQ0.01mFCR1&1C1C2G2G1G3TDRRRVREF1VREF22765843vOvI1vI2vI2vCOVCCRvORDSDQ289.3.2 用555定时器构成单稳态触发器工作原理工作原理12765843vOvI1vIvI2vCOVCCRvO0.01mF555VCCvORCttvCvI0023VCCVTtWvO0t稳态触发翻转 暂稳态自动返回恢复期2912765843vOvI1vIvI2vCOVCCRvO0.01mF555VCCvORCttvCvI0023VCCVTtWvO0t稳态触发翻转 暂稳态自动返回恢复期(1)稳态稳态:无输入信号触发时无输入信号触发时,定时电容定时电容C已放电完毕已放电完毕(VC0)电路处于稳态电路处于稳态,C1(SD)=1,C2(RD)=1,Q=1,VO=03012765843vOvI1vIvI2vCOVCCRvO0.01mF555VCCvORCttvCvI0023VCCVTtWvO0t稳态触发翻转 暂稳态自动返回恢复期(2)触发器翻转触发器翻转:输入信号输入信号VI下降沿到达时下降沿到达时,C1(SD)=1,C2(RD)=0,Q=0,VO=1,由于由于Q=0,TD截止截止,电路翻转进入暂稳态电路翻转进入暂稳态,定时开始定时开始.3112765843vOvI1vIvI2vCOVCCRvO0.01mF555VCCvORCttvCvI0023VCCVTtWvO0t稳态触发翻转 暂稳态自动返回恢复期(3)暂稳态暂稳态:定时电容定时电容C充电充电,VC的值上升的值上升,充电路径为充电路径为VCC RC地地,充电时间常数为充电时间常数为RC,电路在暂稳态电路在暂稳态 期间期间(VC23VCC),C1(SD)=1,C2(RD)=1,Q=0,VO=1.3212765843vOvI1vIvI2vCOVCCRvO0.01mF555VCCvORCttvCvI0023VCCVTtWvO0t稳态触发翻转 暂稳态自动返回恢复期(4)自动返回自动返回:当定时电容当定时电容C上的电压上升到上的电压上升到VT+,即即VC 23VCC 时时,C1(SD)=0,C2(RD)=1,Q=1,VO=0,TD饱和饱和,充电停止充电停止,定时结束定时结束,暂稳态暂稳态 结束结束.3312765843vOvI1vIvI2vCOVCCRvO0.01mF555VCCvORCttvCvI0023VCCVTtWvO0t稳态触发翻转 暂稳态自动返回恢复期(5)恢复阶段恢复阶段:电容电容C经经TD放电放电,放电时间常数为放电时间常数为rCESC,放电至放电至 0V后电路又处于稳态后电路又处于稳态.349.3.2 用555定时器构成单稳态触发器主要技术参数的估算主要技术参数的估算v输出脉宽tW（暂稳态持续时间，定时时间）v恢复时间trf trf(35)t放(35)rCESC该式体现单稳态触发器的定时作用359.3.2 用555定时器构成单稳态触发器单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用脉冲定时选通vO1ttvf00tWvO0tvI369.3.2 用555定时器构成单稳态触发器单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用(脉冲整形、延时、定时）脉冲整形、延时、定时）脉冲定时延迟脉冲定时延迟vO1ttvd00tWvO0tvIDt0379.3.2 用555定时器构成多谐振荡器电路组成电路组成1&1C1C2G2G1G3TDRRRVREF1VREF22765843vOvI1vI2vCOVCCRvORDSDQ0.01mFCR1R21&1C1C2G2G1G3TDRRRVREF1VREF22765843vOvI1vI2vI2vCOVCCRvORDSDQ389.3.2 用555定时器构成多谐振荡器工作原理工作原理12765843vOvI1vI2vCOVCCRvO0.01mF555VCCvOR1CR2vC023VCCVTtW1vO0tVT13VCCtW2t3912765843vOvI1vI2vCOVCCRvO0.01mF555VCCvOR1CR2vC023VCCVTtW1vO0tVT13VCCtW2t暂稳态暂稳态:在电路接通电源时在电路接通电源时,由于电容由于电容C还未充电还未充电.(1)VC为低电平为低电平(VI1,VI2为低电平为低电平),C1(SD)=1,C2(RD)=0,Q=0,VO=1,由于由于Q=0,TD截止截止,VCC对对C充电充电:充电路径为充电路径为VCC R1 R2 C 地地.VC(2)当充电到当充电到1/3VCC,即即VC1/VCC时时,C1(SD)=1,C2(RD)=1,Q=0,VO=1,由于由于Q=0,TD截止截止,VCC继续对继续对C充电充电,VC.(3)当充电到当充电到2/3VCC,即即VC2/3VCC,时时,C1(SD)=0,C2(RD)=1,Q=1,VO=0,状态发生翻转状态发生翻转.4012765843vOvI1vI2vCOVCCRvO0.01mF555VCCvOR1CR2vC023VCCVTtW1vO0tVT13VCCtW2t暂稳态暂稳态:(1)由于由于Q=1,TD导通导通,C开始放电开始放电,放电路径为放电路径为C R2 TD 地，地，放电时间常数放电时间常数t放放R2C,VC电位下降电位下降(VC).(2)1/3VCCVC2/3VCC时时,C1(SD)=1,C2(RD)=1,Q=1,VO=0,由于由于Q=1,TD导通导通,VCC继续放电继续放电,VC的电位继续下降的电位继续下降(VC).(3)当当VC1/3VCC时时,C1(SD)=1,C2(RD)=0,Q=0,VO=1,状态发生翻转状态发生翻转,由于由于Q=0,TD截止截止,VCC对对C充电充电,重复上述过程重复上述过程.419.3.2 用555定时器构成多谐振荡器主要技术参数的估算主要技术参数的估算输出脉冲周期 T T=tW1+tW2=0.7(R1+2R2)C 输出脉冲占空比q q R1+R2R1+2R2tW1 T42对对于于前前面面所所讲讲的的多多谐谐振振荡荡器器，因因t tw1w1 t tw2w2 ，它它的的占占空空比比大大于于50%50%，占占空空比比不不可可调调节节。下下图图是是一一种种占占空空比比可可调调的的电电路路，该该电电路路因因加加入入了了二二极极管管，使使电电容容器器的的充充电电和和放放电电回回路路不不同同，可可以以调调节节电电位位器器使使充充、放电时间常数相同。如果放电时间常数相同。如果R RA A=R RB B，调节电位器可以获得，调节电位器可以获得50%50%的占空比。的占空比。占空比可调的多谐振荡器占空比可调的多谐振荡器C=充充Rt tA振荡周期振荡周期:4344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（管脚3）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。45当按钮开关AN按下时，开关闭合，VCC经D2向C3充电，P点（4脚）电位迅速充至VCC，复位解除；由于D1将R3旁路，VCC经D1、R1、R2向C充电，充电时间常数为（R1+R2）C，放电时间常数为R2 C，多谐振荡器产生高频振荡，喇叭发出高音。46当按钮开关AN松开时，开关断开，由于电容C3储存的电荷经R4放电要维持一段时间，在P点电位降至复位电平之前，电路将继续维持振荡；但此时VCC经R3、R1、R2向C充电，充电时间常数增加为（R3+R1+R2）C，放电时间常数仍为R2 C，多谐振荡器产生低频振荡，喇叭发出低音。47 结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日