第六章脉冲波形产生及整形课件

第六章第六章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形 在第四章和第五章时序逻辑电路中讲到的触发器状态的翻在第四章和第五章时序逻辑电路中讲到的触发器状态的翻转以及时序电路的工作启动，均需要依靠时钟脉冲转以及时序电路的工作启动，均需要依靠时钟脉冲CP来触发。来触发。而这种而这种CP脉冲是如何产生的？脉冲是如何产生的？引言：引言：1 通过各种整形电路把已有的周期性变化波形变换为符合要通过各种整形电路把已有的周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。求的矩形脉冲。最常用的两种脉冲整形电路包括：最常用的两种脉冲整形电路包括：施密特触发施密特触发器器和和单稳态触发器单稳态触发器。（注意：在采用整形的方法获取矩形脉冲（注意：在采用整形的方法获取矩形脉冲时，是以能够找到频率和幅度都符合要求的一种初始电压信号时，是以能够找到频率和幅度都符合要求的一种初始电压信号为前提的。）为前提的。）利用各种形式的利用各种形式的多谐振荡器多谐振荡器电路来直接产生所需要的矩形电路来直接产生所需要的矩形脉冲信号。脉冲信号。获取矩形脉冲波形有两大类方法：获取矩形脉冲波形有两大类方法：注意：在同步时序逻辑电路中，作为时钟信号的矩形脉冲控制和注意：在同步时序逻辑电路中，作为时钟信号的矩形脉冲控制和协调整个系统的工作，因此时钟脉冲的特性就直接关系到系统能协调整个系统的工作，因此时钟脉冲的特性就直接关系到系统能否正常工作，这就需要定量方法描述矩形脉冲的特性。否正常工作，这就需要定量方法描述矩形脉冲的特性。2理想脉冲信号理想脉冲信号描述矩形脉冲特性的主要参数：描述矩形脉冲特性的主要参数：上升时间上升时间下降时间下降时间脉冲宽度脉冲宽度脉冲幅度脉冲幅度脉冲周期脉冲周期占空比：脉冲宽度与脉冲周期的比值占空比：脉冲宽度与脉冲周期的比值:q=TW/T36.2 施密特触发器施密特触发器6.3 单稳触发器单稳触发器6.4 多谐振荡器多谐振荡器6.5 555定时器及其应用定时器及其应用46.2 施密特触发器施密特触发器 (P309页页)施密特触发器的主要特点：施密特触发器的主要特点：在在电路状态转换时，通电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程，过电路内部的正反馈过程，可以使输出电压波形的边可以使输出电压波形的边沿变陡。沿变陡。输入信号在输入信号在上升上升和和下降下降过程中，过程中，电路状态转换电路状态转换所所对应的输入电平不同。对应的输入电平不同。可可将叠加在矩形将叠加在矩形脉冲高、低电平上脉冲高、低电平上的噪声有效滤除的噪声有效滤除；可以将边沿变可以将边沿变化缓慢的信号波形化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的整形为边沿陡峭的矩形波矩形波。56.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器反相器反相器反相器反相器结构：将两级反相器串接起来，同时通过分压电阻把输出端结构：将两级反相器串接起来，同时通过分压电阻把输出端的电压反馈到输入端，从而构成施密特触发器。的电压反馈到输入端，从而构成施密特触发器。同相输出端同相输出端反相输出端反相输出端分压电阻分压电阻6(一一)VI上升阶段分析：上升阶段分析：当当vI=0=0时，时，有：有：无论无论v vo o是高电平还是低电平，都使得是高电平还是低电平，都使得 ，所所以以G1门输出高电平，门输出高电平，G2门输出低电平，即门输出低电平，即vo1=VDD，vo=0 当当vI从从0 0逐渐升高时逐渐升高时，考虑到此过程同相输出端状态尚未，考虑到此过程同相输出端状态尚未翻转，仍有翻转，仍有v vo o=0=0，使得：使得：如何计算？如何计算？7 当当 随随v vI I增加增加而增加至而增加至 ，由于，由于G1进入电压传进入电压传输特性的转折区输特性的转折区(放大区放大区)，将出现下述正反馈过程：，将出现下述正反馈过程：正反馈使得电路迅速翻转正反馈使得电路迅速翻转为为G1输出低电平（输出低电平（即：即：Vo增大又增大又加速了加速了VI的增大，见公式的增大，见公式），），G2 门输出高电平，即门输出高电平，即vo1=0，vo=VDD (此后此后vI继续增大，电路保持此态继续增大，电路保持此态)定义：定义：vI上升过程中电路状态发生转换时上升过程中电路状态发生转换时所对应的输入电所对应的输入电平为平为VT+(正向阈值电压正向阈值电压)(此过程此过程Vo=0)8(二二)VI下降阶段分析：下降阶段分析：当当vI继续减小至，使得继续减小至，使得 时，则出现如下正反馈过程：时，则出现如下正反馈过程：当当vI从高电平逐渐下降过程中，若有从高电平逐渐下降过程中，若有 ，则电路始终为，则电路始终为G1门输出低电平，门输出低电平，G2门输出高电平。门输出高电平。正反馈使得电路迅速翻转正反馈使得电路迅速翻转为为G1输出高电平（即：输出高电平（即：Vo减小减小又加速了又加速了VI的减小，见公式的减小，见公式），），G2 门输出低电平，即门输出低电平，即vo1=VDD，vo=0 (此后此后vI继续减小，电路保持此态继续减小，电路保持此态)9VT-:负向阈值电压负向阈值电压可求出可求出vI下降过程中下降过程中电路输出状态发生转换电路输出状态发生转换时对应的输入电平时对应的输入电平VT-：=VDD10反相输出反相输出同相输出同相输出同相输出同相输出反相输出反相输出回差电压：回差电压：11例：在例：在下图中，如果要求下图中，如果要求R1=1k，VT+=7.5v，VT=5v。试求。试求R2和和VDD？见书？见书311页页12一、用于波形变换一、用于波形变换6.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用 (P317页页)反相输出反相输出13二、用于脉冲鉴幅二、用于脉冲鉴幅将不同幅度、不同规律变化的脉冲信号加到施密特触发器将不同幅度、不同规律变化的脉冲信号加到施密特触发器的输入端，的输入端，能够能够选择幅度大于选择幅度大于VT+的信号进行输出的信号进行输出，即鉴幅。，即鉴幅。14三、用于脉冲整形三、用于脉冲整形 当传输线上电容较大时，波形的上升沿和下降沿将当传输线上电容较大时，波形的上升沿和下降沿将发生明显变坏。发生明显变坏。在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。常见的几种情况如下：常见的几种情况如下：15 当传输线较长时，而且当传输线较长时，而且接收端阻抗与传输线的阻抗接收端阻抗与传输线的阻抗不匹配时，在波形的上升沿不匹配时，在波形的上升沿和下降沿将会产生振荡。和下降沿将会产生振荡。当其他脉冲信号通过导线当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线叠间的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号上时，信号加到矩形脉冲信号上时，信号上将会出现附加噪声。上将会出现附加噪声。166.3 单稳态触发器单稳态触发器(P319页页)工作特点：工作特点：有一个有一个稳态稳态和一个和一个暂稳态暂稳态 基于以上特点，单稳触发器被广泛应用于基于以上特点，单稳触发器被广泛应用于脉冲整形脉冲整形、延时延时(产生滞后于触发脉冲的输出脉冲产生滞后于触发脉冲的输出脉冲)以及以及定时定时(产生固定时间宽度产生固定时间宽度的脉冲信号的脉冲信号)在外界触发信号作用下，能从在外界触发信号作用下，能从稳态稳态暂稳态暂稳态，维持一段时间，维持一段时间后后自动自动返回稳态返回稳态 暂稳态暂稳态维持的时间长短取决于电路本身的参数维持的时间长短取决于电路本身的参数(R、C)，而与，而与触发脉冲的宽度和幅度无关触发脉冲的宽度和幅度无关176.3.1 用门电路组成的单稳态触发器用门电路组成的单稳态触发器（P319页）页）工作原理工作原理：单稳态触发器的暂稳态通常都是：单稳态触发器的暂稳态通常都是靠靠RC电路的充、放电路的充、放电过程来维持。根据电过程来维持。根据RC电路的不同接法，又可以电路的不同接法，又可以分成分成微分电路微分电路形式形式和和积分电路积分电路形式形式。它的突出特点是它的突出特点是它的突出特点是它的突出特点是:输出端只有一个稳定状态输出端只有一个稳定状态输出端只有一个稳定状态输出端只有一个稳定状态,另一个状态则另一个状态则另一个状态则另一个状态则是暂稳态是暂稳态是暂稳态是暂稳态.加入触发信号后加入触发信号后加入触发信号后加入触发信号后,它可以由稳定状态转入暂稳态，但它可以由稳定状态转入暂稳态，但它可以由稳定状态转入暂稳态，但它可以由稳定状态转入暂稳态，但是经过一定时间以后是经过一定时间以后是经过一定时间以后是经过一定时间以后,它又会自动返回原来的稳定状态。它又会自动返回原来的稳定状态。它又会自动返回原来的稳定状态。它又会自动返回原来的稳定状态。稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态由外界触发由外界触发自动返回自动返回恢复期18一、微分型单稳态触发器一、微分型单稳态触发器 (P319页页)COMS门电路门电路G1和和G2为为CMOS门：门：RC微分电路微分电路微分电路作用：用来将矩形脉冲转换为尖峰脉冲微分电路作用：用来将矩形脉冲转换为尖峰脉冲19微分电路作用：用来将矩形脉冲转换为尖峰脉冲微分电路作用：用来将矩形脉冲转换为尖峰脉冲在在t=t1时刻加入一个正脉冲，即时刻加入一个正脉冲，即Uin从从0突然跳变到突然跳变到E（正跳变，类似于将（正跳变，类似于将开关合上，接入电源）。由于电容两开关合上，接入电源）。由于电容两端开始时刻电压为端开始时刻电压为0，则在，则在t1时刻输出时刻输出端端Uout就为就为E。此时电容此时电容C开始充电，电容两端的开始充电，电容两端的电压电压UC按指数规律增加，那么输出端按指数规律增加，那么输出端Uout=Uin-Uc(基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律)也也将将 按指数规律下降。当电容两端电压按指数规律下降。当电容两端电压充到充到E时，输出端时，输出端Uout=0。20到了到了t=t2时刻输入端时刻输入端Uin突然跳变为突然跳变为0（负跳变，类似于输入端短接）。这时已（负跳变，类似于输入端短接）。这时已经充饱电荷的电容经充饱电荷的电容(Uc=E)就要进行放电就要进行放电(如右下图如右下图)，（这时放电电流与充电电流，（这时放电电流与充电电流方向相反，从下至上流经电阻）则在方向相反，从下至上流经电阻）则在t2时时刻输出端刻输出端Uout就跳变为就跳变为-E。由于放电电流按指数规律变化，则由于放电电流按指数规律变化，则输出端输出端Uout也从也从-E按指数规律变化，按指数规律变化，电容放电完毕，输出电压也就为电容放电完毕，输出电压也就为0。注：当输入矩形脉冲时，微分电路输出一注：当输入矩形脉冲时，微分电路输出一个正、负双向尖峰脉冲。这种电路具有个正、负双向尖峰脉冲。这种电路具有“突出变化量，压低恒定量突出变化量，压低恒定量”特点，输出信特点，输出信号能够很快反映输入信号的跳变成分。号能够很快反映输入信号的跳变成分。由于在数学上，常用微分运算，考由于在数学上，常用微分运算，考察信号的变化情况，因此这种电路称为微察信号的变化情况，因此这种电路称为微分电路。分电路。211、工作原理、工作原理:、稳态时，、稳态时，VI=0，VI2=VDD，使得，使得VO=0、VO1=VDD，于是电容，于是电容C上无电压。上无电压。、在触发脉冲、在触发脉冲VI加到输入端时，微分电路输出端将出现很窄加到输入端时，微分电路输出端将出现很窄的正、负脉冲的正、负脉冲Vd，当，当Vd上升到上升到VTH以后，将引发如下正反馈以后，将引发如下正反馈:暂稳态：暂稳态：VO=1正反馈加速进入暂稳态正反馈加速进入暂稳态VDD开始通开始通过过R给给C充电充电22、这时、这时VI也已变为低电平（使也已变为低电平（使得得Vd=0）。随着电容开始充电，）。随着电容开始充电，VI2逐渐升高，当升至逐渐升高，当升至VI2=VTH时，时，使得使得Vo=0。重新进入稳态。重新进入稳态232、性能参数计算输出脉宽：、性能参数计算输出脉宽：电容电容C充电充电等效电等效电路路电容上电压从充放电容上电压从充放电开始到变化到某电开始到变化到某一数值一数值VTH所经过时间所经过时间24二、积分型单稳态触发器二、积分型单稳态触发器 (P321页页)、稳态时，由于、稳态时，由于VI=0，所以，所以VO=VOH，VA=VO1=VOH、当输入正脉冲时，、当输入正脉冲时，VO1跳变跳变为低电平。但由于电容为低电平。但由于电容C上的电上的电压不能突变，故在一段时间里压不能突变，故在一段时间里VA仍在仍在VTH以上（放电）。因此以上（放电）。因此在这段时间里在这段时间里G2的两个输入端的两个输入端电压同时高于电压同时高于VTH，使得使得VO=VOL，电路进入，电路进入暂稳态暂稳态。同。同时电容时电容C继续通过继续通过R放电。放电。25、但这种暂态不会持续很久，因、但这种暂态不会持续很久，因为随着电容为随着电容C的放电，的放电，VA将不断降将不断降低至低至VOL以下，这将使得以下，这将使得VO回到高回到高电平。电平。、当、当VI返回到低电平时，返回到低电平时，VO1又重新变为高电平又重新变为高电平VOH，并向电，并向电容容C充电。充电。经过一段时间后，经过一段时间后，VA恢复为恢复为高电平，电路达到稳态。高电平，电路达到稳态。262、性能参数计算输出脉宽：、性能参数计算输出脉宽：276.4 基于施密特触发器的多谐振荡器基于施密特触发器的多谐振荡器 (P328页页)多谐振荡器是一种自激振荡器，它多谐振荡器是一种自激振荡器，它具有两个暂稳态具有两个暂稳态。在接。在接通电源以后，通电源以后，不需要外加触发信号不需要外加触发信号，就能在这两个暂稳态之间，就能在这两个暂稳态之间连续、自动切换，产生一定频率和脉宽的矩形脉冲信号。由于连续、自动切换，产生一定频率和脉宽的矩形脉冲信号。由于所产生的矩形波中含有丰富的谐波分量，故称为多谐振荡器。所产生的矩形波中含有丰富的谐波分量，故称为多谐振荡器。用施密特触发器构成的多谐振荡器电路：将施密特触发器的反相用施密特触发器构成的多谐振荡器电路：将施密特触发器的反相输出端经输出端经RC积分电路接回输入端，这使得输入电压积分电路接回输入端，这使得输入电压VI始终在始终在VT+和和VT-之间往复变化，从而在输出端得到矩形脉冲波。之间往复变化，从而在输出端得到矩形脉冲波。28工作原理：工作原理：当接通电源以后，因为电容上的初始电压为当接通电源以后，因为电容上的初始电压为0，所以，所以输出为高电平，并开始经电阻输出为高电平，并开始经电阻R向电容向电容C充电。充电。当充到输入电压为当充到输入电压为VI=VT+时，输出跳变为低电平，于是电容时，输出跳变为低电平，于是电容C又又经过电阻经过电阻R开始放电。开始放电。当放电至当放电至VI=VT-时，输出电位又跳变成高电平，电容时，输出电位又跳变成高电平，电容C重新开始重新开始充电。如此周而复始，电路不停振荡。充电。如此周而复始，电路不停振荡。296.5 555定时器及其应用定时器及其应用 (P348页页)6.5.1 555定时器的电路结构与功能定时器的电路结构与功能 555定时器是一种将模拟电路和数字电路的功能，定时器是一种将模拟电路和数字电路的功能，巧妙结合在一起的多用途中规模集成电路芯片。若在其巧妙结合在一起的多用途中规模集成电路芯片。若在其外部配接上几个阻容元件，便可以构成多谐振荡器、单外部配接上几个阻容元件，便可以构成多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器等基本电路单元。稳态触发器和施密特触发器等基本电路单元。6.5.2 用用555定时器接成施密特触发器定时器接成施密特触发器6.5.3 用用555定时器接成单稳态触发器定时器接成单稳态触发器6.5.4 用用555定时器接成多谐振荡器定时器接成多谐振荡器30一、电路结构一、电路结构 由电压比较器（由电压比较器（C1,C2）、基本）、基本RS触发器、输出缓冲器触发器、输出缓冲器（G3,G4）、集电极开路的放电）、集电极开路的放电三三级管（级管（TD）组成）组成6.5.1 555定时器的电路结构与功能（数定时器的电路结构与功能（数/模混合模混合IC）VI1是比较器是比较器C1的的输入端输入端(也叫阈值也叫阈值端，用端，用TH标注标注)VI2是比较器是比较器C2的的输入端输入端(也叫触发端，也叫触发端，用用TR标注标注)C1和和C2的参考电的参考电压压(电压比较的基准电压比较的基准)VR1和和VR2经三个经三个5k电阻分压给出电阻分压给出31二、原理分析二、原理分析 在控制电压输入端在控制电压输入端VCO若为悬空状态，则若为悬空状态，则VR1=2/3VCC，VR2=1/3VCC；VCO若外接固定电压，则若外接固定电压，则VR1=VCO，VR2=1/2VCO。0010110132 为提高电路的带为提高电路的带负载能力，还在输出负载能力，还在输出端设置了缓冲器端设置了缓冲器G4。若若VO为低电平时，为低电平时，VO也一定为低电平。也一定为低电平。336.5.2 用用555定时器接成的施密特触发器定时器接成的施密特触发器 (P350页页)电压传输特性电压传输特性将将555定时器的定时器的VI1和和VI2两个输入端连在一两个输入端连在一起作为信号输入端，起作为信号输入端，可得到施密特触发器可得到施密特触发器输出电压输出电压VO由高由高电平变为低电平和电平变为低电平和由低电平变为高电由低电平变为高电平所对应的平所对应的VI值也值也不相同，这样就形不相同，这样就形成了施密特触发特成了施密特触发特性。性。34 VI1/3VCC时，时，vc1=1，vc2=0，Q=1，故，故vo=VoH；1/3VCCVI2/3VCC时，时，vc1=1，vc2=1，Q=1，故，故vo=VoH；保持不变保持不变 VI2/3VCC时，时，vc1=0，vc2=1，Q=0，故，故vo=VoL；VI上升过程（红色）上升过程（红色）35 VI1/3VCC时，时，vc1=1，vc2=0，Q=1，故，故vo=VoH；1/3VCCVI2/3VCC时，时，vc1=1，vc2=1，Q=0，故，故vo=VoL；保持不变保持不变 VI2/3VCC时，时，vc1=0，vc2=1，Q=0，故，故vo=VoL；VI下降过程（红色）下降过程（红色）366.5.3 用用555定时器接成的单稳态触发器定时器接成的单稳态触发器 (P351页页)一、电路结构一、电路结构:单独将单独将555定时器的定时器的VI2端作为触发信号的输入端。端作为触发信号的输入端。同时在同时在VI1对地接入电对地接入电容容C，就构成了单稳态触，就构成了单稳态触发器。发器。再将由再将由TD集电极集电极7脚接脚接至至VI1端端6脚。脚。37 假定初始状态下接通电源后，触发器停在假定初始状态下接通电源后，触发器停在Q=0状态，状态，则则TD导通导通VC=0，故，故VC1=VC2=1，因此，因此Q=0及及VO=0的状的状态将稳定维持下去。态将稳定维持下去。38 当触发脉冲的下降沿到达，使当触发脉冲的下降沿到达，使VI2跳变到跳变到1/3VCC以下以下时，使时，使VC2=0(此时此时VC1=1)，触发器被置为，触发器被置为1态，态，VO跳变跳变为高电平，电路进入暂稳态。与此同时，为高电平，电路进入暂稳态。与此同时，TD截止，截止，Vcc经经R开始向电容开始向电容C充电。充电。39 当电容当电容C充电至充电至2/3Vcc时，使时，使Vc1变为变为0。若此时输入。若此时输入端的触发脉冲端的触发脉冲VI已经返回高电平（使已经返回高电平（使Vc2变为变为1），则触），则触发器输出端发器输出端Q将被置将被置0，于是电路又返回到，于是电路又返回到VO=0的状态，的状态，整个电路又回复到稳态。整个电路又回复到稳态。与此同时，与此同时，TD也变为导通状态，电容也变为导通状态，电容C经经TD迅速放迅速放电，直至电，直至VC=0，使得，使得Vc1=Vc2=1，继续维持，继续维持Q=0，VO=0的稳定状态。的稳定状态。40 输出脉冲的宽度输出脉冲的宽度tw等于等于暂稳态暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于时间取决于外接电阻外接电阻R和电容和电容C的大小的大小。tw等于电容电压在充电过程中从等于电容电压在充电过程中从0 上升到上升到2/3Vcc所需要的时所需要的时间，由此可得：间，由此可得：416.5.4 用用555定时器接成的多谐振荡器定时器接成的多谐振荡器 (P352页页)1、工作原理、工作原理 用施密特触发器构成的多谐振荡器电路：将施密特触发器的用施密特触发器构成的多谐振荡器电路：将施密特触发器的反相输出端经反相输出端经RC积分电路接回输入端积分电路接回输入端.（因此，这里只要将因此，这里只要将555定时器的定时器的VI1和和VI2连接在一起接成施密特触发器，再将输出连接在一起接成施密特触发器，再将输出VO经经R2C积分电路接回输入端即可积分电路接回输入端即可）为减轻为减轻G4门的负载，不宜直接由门的负载，不宜直接由G4提供电容的充放电电流。由提供电容的充放电电流。由于于VO与与Vo在高低电平状态上完全相同，最后采用将在高低电平状态上完全相同，最后采用将VO（7）经经R2C积分电路接到施密特触发器输入端，从而构成多谐振荡器。积分电路接到施密特触发器输入端，从而构成多谐振荡器。VO42 设接通电源前，电容电压设接通电源前，电容电压Vc=0,电源接通电源接通后，由于后，由于Vc不能突变，不能突变，Vc=VI2的电压小于的电压小于VCC/3，使得，使得Vc2=0，Vc1=1，于是，于是Q=1，Vo=1，同时，同时TD截止。于是电源截止。于是电源Vcc通过通过R1和和R2 对电容对电容C充电，这将使得充电，这将使得Vc按指数规律上按指数规律上升，直到升，直到Vc达到达到2Vcc/3时。时。整个变化过程如图中整个变化过程如图中0t1段所示。段所示。43、当、当Vc上升到略大于上升到略大于2Vcc/3时，时，这使得这使得Vc1=0，Vc2=1，于是，于是Q=0，Vo=0，同时，同时TD导通，电容导通，电容C通过电阻通过电阻R2和和TD放电，放电，Vc按按指数规律下降，直到指数规律下降，直到Vc降为降为Vcc/3为止，这是一个暂稳态；为止，这是一个暂稳态；此变化过程如图中此变化过程如图中t1t2段所示。段所示。44 当当Vc下降到略小于下降到略小于Vcc/3时，时，由于由于VI1端电压小于端电压小于2Vcc/3 VI2端电压略小于端电压略小于Vcc/3，这使得，这使得Vc1=1，Vc2=0，于是，于是Q=1，Vo=1，同时，同时TD截止，于是电源截止，于是电源Vcc再次通过再次通过R1和和R2 对电容对电容C充电充电，这将使得，这将使得Vc按指数规律上升，直到按指数规律上升，直到Vc达到达到2Vcc/3时。时。此变化过程如图中此变化过程如图中t2t3段所示。段所示。452、参数计算、参数计算（1）电容充电时间T1（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）电路振荡频率 f：46例例6.5.1 试用试用CB555定时器设计一个多谐振荡器，要求振荡周期为定时器设计一个多谐振荡器，要求振荡周期为1秒，输出脉冲幅度大于秒，输出脉冲幅度大于3v而小于而小于5v，输出脉冲的占空比，输出脉冲的占空比q=2/3解：采用图解：采用图6.5.6电路，根据公式：电路，根据公式：故得到故得到:R1=R2又因为振荡周期为：又因为振荡周期为：若取若取C=10uF,代入上式可得：代入上式可得：473、占空比可调的多谐振荡器、占空比可调的多谐振荡器 为了提高多谐振荡器的使用灵为了提高多谐振荡器的使用灵活性，需要使得占空比可调。活性，需要使得占空比可调。方法：利用二极管的单向导电方法：利用二极管的单向导电性，将充电回路和放电回路分开，性，将充电回路和放电回路分开，并添加一个电位器并添加一个电位器RP，通过调节，通过调节RP的阻值，就可以改变占空比值。的阻值，就可以改变占空比值。充电回路：充电回路：VccRA D1 C 地地放电回路：放电回路：CD2RBTD(7脚脚)地地充电时间：充电时间：T1=RAC，放电时间放电时间T2=RBC，于是有，于是有:通过调节通过调节RP的大小，就可以改变占空比的大小，就可以改变占空比 q。48例：用例：用555定时器组成的防盗报警电路如图所示。当有人破门而定时器组成的防盗报警电路如图所示。当有人破门而入时，入时，ab导线被扯断。试分析该电路的工作原理，并计算喇叭发导线被扯断。试分析该电路的工作原理，并计算喇叭发声频率。声频率。解：解：ab导线未被扯断时，导线未被扯断时，555定时定时器的复位端器的复位端4为低电平，多谐振荡为低电平，多谐振荡器停振。器停振。当当ab线断开后，线断开后，4端接晶体管端接晶体管T的发射极并经电容的发射极并经电容C4接地。由于接地。由于T是导通的，电源经是导通的，电源经R3和导通的和导通的T对对C4充电。当充电。当C4充电至高电平时，充电至高电平时，多谐振荡器开始振荡，于是从多谐振荡器开始振荡，于是从3 端端输出一振荡信号，经隔直电容输出一振荡信号，经隔直电容C3驱动喇叭发声报警。驱动喇叭发声报警。喇叭发声频率喇叭发声频率 f：C2C3C449例：分析下图所示电子门铃电路，当按下按钮例：分析下图所示电子门铃电路，当按下按钮S S时可使门铃鸣响。时可使门铃鸣响。说明门铃鸣响时说明门铃鸣响时555555定时器的工作方式；定时器的工作方式；改变电路中什么参数能改变铃响持续时间；改变电路中什么参数能改变铃响持续时间；改变电路中什么参数能改变铃响的音调高低。与频率有关改变电路中什么参数能改变铃响的音调高低。与频率有关解：解：当当S按下后，电容按下后，电容C4立即充电至高电平，使立即充电至高电平，使555定时器的定时器的4端由低电平变为端由低电平变为高电平，高电平，多谐振荡器起振，多谐振荡器起振，输出交流脉冲信号经隔直电输出交流脉冲信号经隔直电容容C3驱动门铃驱动门铃Y鸣响。鸣响。S断开后，断开后，C4经经RW放放电，电，4端电位逐渐降低，在端电位逐渐降低，在维持一段高电平时间后，变维持一段高电平时间后，变为低电平，门铃停止鸣响。为低电平，门铃停止鸣响。C4C350 门铃鸣响时间由门铃鸣响时间由C4经经RW放电时间常数决定。因放电时间常数决定。因此，此，C4，RW值越大，鸣响时间越长。值越大，鸣响时间越长。铃响音调高低由多谐振铃响音调高低由多谐振荡器输出信号的频率决定，荡器输出信号的频率决定，因此，改变多谐振荡器电因此，改变多谐振荡器电路中路中R1、R2和和C1参数的值参数的值可改变门铃鸣响音调的高可改变门铃鸣响音调的高低。低。51例：一个用例：一个用555定时器组成的冰箱温度控制电路如图所示。定时器组成的冰箱温度控制电路如图所示。Rt1和和Rt2均为负温度系数热敏电阻，均为负温度系数热敏电阻，J为冰箱压缩机控制继电器线为冰箱压缩机控制继电器线圈，圈，J通电，压缩机工作；反之停机。试分析该电路工作原理。通电，压缩机工作；反之停机。试分析该电路工作原理。解：解：当冰箱压缩机停机当冰箱压缩机停机时，冰箱温度回升，随着时，冰箱温度回升，随着温度上升，负温度系数的温度上升，负温度系数的热敏电阻热敏电阻Rt1和和Rt2阻值下阻值下降，为此降，为此2端和端和6端电位都端电位都要下降。要下降。当当2端电位下降到端电位下降到5v(对应于冰箱的上限温度对应于冰箱的上限温度)时，比较器时，比较器C2输出低电输出低电平，使定时器平，使定时器3端输出高端输出高电平，继电器电平，继电器J通电，压通电，压缩机开始工作。因此，调缩机开始工作。因此，调节节RW2可调整设定冰箱上可调整设定冰箱上限温度。限温度。52 随着压缩机工作，随着压缩机工作，冰箱温度下降，负温冰箱温度下降，负温度系数热敏电阻度系数热敏电阻Rt1和和Rt2阻值开始上升，为阻值开始上升，为此此2端和端和6端电位都要端电位都要上升。上升。当当6端电位上升到端电位上升到10v(对应于冰箱的下对应于冰箱的下限温度限温度)时，比较器时，比较器C1输出低电平，使定时输出低电平，使定时器器3端输出低电平，继端输出低电平，继电器电器J断电，压缩机停断电，压缩机停止工作。因此，调节止工作。因此，调节RW1可调整设定冰箱可调整设定冰箱上限温度。上限温度。53P361页页 题题6.31 图图P6.31是用两个是用两个555定时器接成的延迟报警器。定时器接成的延迟报警器。当开关当开关S断开时，经过一定延迟时间后扬声器开始发出声音。如断开时，经过一定延迟时间后扬声器开始发出声音。如果在延迟时间内果在延迟时间内S重新闭合，扬声器不会发出声音。在图中给定重新闭合，扬声器不会发出声音。在图中给定的参数下，试分析电路工作过程。图中的的参数下，试分析电路工作过程。图中的G1是是CMOS反相器，反相器，输出的高、低电平分别为输出的高、低电平分别为VOH=12v，VOL=0v。解：解：555555定时器定时器I I接成施密特触发器。定时器接成施密特触发器。定时器接成多谐振荡接成多谐振荡器，且其复位端器，且其复位端4 4由定时器由定时器的输出端控制。的输出端控制。54 在开关在开关S闭合期间，电容闭合期间，电容C两端电压为两端电压为0，定时器，定时器3端输出高端输出高电平，经电平，经G1门反相后给出低电平，使得多谐振荡器不能振荡，门反相后给出低电平，使得多谐振荡器不能振荡，扬声器不发声。当开关扬声器不发声。当开关S断开后，电源断开后，电源Vcc经经1M电阻充电，经电阻充电，经过一定延时时间过一定延时时间td后，电容两端电压后，电容两端电压Vc2Vcc/3时，定时器时，定时器I3端端输出低电平，输出低电平，G1门给出高电平，多谐振荡器开始工作，输出交门给出高电平，多谐振荡器开始工作，输出交流脉冲信号，经隔直电容后驱动扬声器发出声音。流脉冲信号，经隔直电容后驱动扬声器发出声音。如果在延时时间如果在延时时间td内内S重新闭合，电容重新闭合，电容C放电，放电，C两端电压两端电压迅速下降，迅速下降，Vc始终达不到始终达不到2Vcc/3，定时器，定时器3端输出一直是高电端输出一直是高电平，使得平，使得经经G1门反相后给出低电平，使得多谐振荡器总处于复门反相后给出低电平，使得多谐振荡器总处于复位状态，不能振荡，扬声器不发声。位状态，不能振荡，扬声器不发声。施密特触发器功能表施密特触发器功能表55本章小结本章小结 本章主要介绍了用于产生矩形脉冲的各种电路。其中一类是本章主要介绍了用于产生矩形脉冲的各种电路。其中一类是脉冲整形电路，它们虽然不能自动产生脉冲信号，但能把其他形脉冲整形电路，它们虽然不能自动产生脉冲信号，但能把其他形状的周期性信号变换为所要求的矩形脉冲信号，达到整形目的。状的周期性信号变换为所要求的矩形脉冲信号，达到整形目的。施密特触发器和单稳态触发器是最常见的两种整形电路施密特触发器和单稳态触发器是最常见的两种整形电路。单稳态触发器单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。其输出脉冲有一个稳定状态和一个暂稳态。其输出脉冲的宽度的宽度只取决于电路本身只取决于电路本身 R、C 定时元件的数值定时元件的数值，与输入信号，与输入信号没有关系。没有关系。输入信号只起到触发电路进入暂稳态的作用。输入信号只起到触发电路进入暂稳态的作用。改变改变 R、C 定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度。定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度。施密特触发器施密特触发器具有回差特性，它有两个稳态状态，有两个具有回差特性，它有两个稳态状态，有两个不同的触发电平。施密特触发器可将任意波形变换成矩形脉冲，不同的触发电平。施密特触发器可将任意波形变换成矩形脉冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和回差电压的大小。输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和回差电压的大小。当输当输入电压处于参考电压入电压处于参考电压UR1和和UR2之间时，施密特触发器保持原之间时，施密特触发器保持原来的输出状态不变，所以具有较强的抗干扰能力。来的输出状态不变，所以具有较强的抗干扰能力。56第六章第六章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形获取矩形脉冲波形有两种方法：获取矩形脉冲波形有两种方法：通过各种整形电路把已有的周期性变化波形变换为符合要通过各种整形电路把已有的周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。求的矩形脉冲。最常用的两种脉冲整形电路包括：最常用的两种脉冲整形电路包括：施密特触发施密特触发器器和和单稳态触发器单稳态触发器。利用各种形式的利用各种形式的多谐振荡器多谐振荡器电路直接产生所需要的矩形脉电路直接产生所需要的矩形脉冲信号。冲信号。576.2 施密特触发器施密特触发器施密特触发器的主要特点：施密特触发器的主要特点：输入信号在输入信号在上升上升和和下降下降过程中，电路状态转换所对应的输入电过程中，电路状态转换所对应的输入电平不同。平不同。在在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程，可以使输出电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程，可以使输出电压波形的边沿变陡。电压波形的边沿变陡。同相输出同相输出反相输出反相输出58反相输出反相输出同相输出同相输出59一、用于波形变换一、用于波形变换二、用于鉴幅二、用于鉴幅6.2.3 6.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用 (P317(P317页页)60三、用于脉冲整形三、用于脉冲整形 当传输线上电容较大时，波形的上升沿和下降沿将当传输线上电容较大时，波形的上升沿和下降沿将发生明显变坏。发生明显变坏。在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。常见的几种情况如下：常见的几种情况如下：616.3 单稳态触发器单稳态触发器 (P319(P319页页)工作特点：工作特点：有一个有一个稳态稳态和一个和一个暂稳态暂稳态在外界触发信号作用下，能从在外界触发信号作用下，能从稳态稳态暂稳态暂稳态，维持一段时间，维持一段时间后后自动自动返回稳态返回稳态暂稳态暂稳态维持的维持的时间长短取决于电路本身的参数时间长短取决于电路本身的参数(R、C)，而与而与触发脉冲的宽度和幅度无关触发脉冲的宽度和幅度无关626.4 多谐振荡器多谐振荡器 (P328页页)多谐振荡器是一种自激振荡器，它多谐振荡器是一种自激振荡器，它具有两个暂稳态具有两个暂稳态。在接通电源以后，在接通电源以后，不需要外加触发信号不需要外加触发信号，就能在这两个暂，就能在这两个暂稳态之间连续、自动切换，产生一定频率和脉宽的矩形脉稳态之间连续、自动切换，产生一定频率和脉宽的矩形脉冲信号。由于所产生的矩形波中含有丰富的谐波分量，故冲信号。由于所产生的矩形波中含有丰富的谐波分量，故称为多谐振荡器。称为多谐振荡器。用施密特触发器构成的多谐振荡器电路：将施密特触发器的反相用施密特触发器构成的多谐振荡器电路：将施密特触发器的反相输出端经输出端经RC积分电路接回输入端，这使得输入电压积分电路接回输入端，这使得输入电压VI始终在始终在VT+和和VT-之间往复变化，从而在输出端得到矩形脉冲波。之间往复变化，从而在输出端得到矩形脉冲波。636.5 555定时器及其应用定时器及其应用 (P348页页)6.5.1 5556.5.1 555定时器的电路结构与功能定时器的电路结构与功能 555555定时器是一种将模拟电路和数字电路的功定时器是一种将模拟电路和数字电路的功能，巧妙结合在一起的多用途中规模集成电路芯片。能，巧妙结合在一起的多用途中规模集成电路芯片。若在其外部配接上几个阻容元件，便可以构成多谐若在其外部配接上几个阻容元件，便可以构成多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器等基本电路振荡器、单稳态触发器和施密特触发器等基本电路单元。单元。6.5.2 6.5.2 用用555555定时器接成施密特触发器定时器接成施密特触发器6.5.3 6.5.3 用用555555定时器接成单稳态触发器定时器接成单稳态触发器6.5.4 6.5.4 用用555555定时器接成多谐振荡器定时器接成多谐振荡器646.5.2 6.5.2 用用555555定时器接成的施密特触发器定时器接成的施密特触发器 (P350(P350页页)将将555555定时器的定时器的V VI1I1和和V VI2I2两个输入端连在一起作为信号输入端，两个输入端连在一起作为信号输入端，可得到施密特触发器可得到施密特触发器656.5.3 6.5.3 用用555555定时器接成的单稳态触发器定时器接成的单稳态触发器 (P351(P351页页)一、电路结构一、电路结构:将将555定时器的定时器的VI2端作为触发信号的输入端。端作为触发信号的输入端。并将由并将由TD和和R组成的反相器输出电压组成的反相器输出电压VO接至接至VI1端。端。66 输出脉冲的宽度输出脉冲的宽度tw等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电阻时间取决于外接电阻R和电容和电容C的大小。的大小。tw等于电容电压在充电过程中从等于电容电压在充电过程中从0 上升到上升到2/3Vcc所需要的时所需要的时间，由此可得：间，由此可得：676.5.4 6.5.4 用用555555定时器接成的多谐振荡器定时器接成的多谐振荡器 (P352(P352页页)1、工作原理、工作原理682、参数计算、参数计算（1）电容充电时间T1（2）电容放电时间T2（3）电路振荡周期 T：T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（4）电路振荡频率 f：（5）输出波形占空比 q：6970717273