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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章,脉冲波形的产生与变换,授课教师：孙 虹,（一）,555,定时器的电路结构,一,.,集成,555,定时器,电压比较器的功能：,v,+,v,-,，,v,O,=1,v,+,v,-,，,v,O,=0,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,C,1,和,C,2,。,（,3,）,基本,RS,触发器，,（,4,）放电三极管,T,及缓冲器,G,。,电路符号,（二）工作原理,（,1,）,4,脚为复位输入端（,R,D,），当,R,D,为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出,v,o,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,C,1,和,C,2,的比较电压分别为,2/3,V,CC,和,1/3,V,CC,。,1/3,V,CC,2/3,V,CC,（,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,C,1,和,C,2,的输出，从而控制,RS,触发器，决定输出状态。,1/3,V,CC,2/3,V,CC,阈值,输入,阈值,输入,复位,输出,v,I1,v,I2,R,D,v,o,2/3V,CC,2/3V,CC,2/3V,CC,1/3V,CC,1/3V,CC,1/3V,CC,0,1,1,1,0,1,0,不变,功能表,二,.,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）,用,555,定时器构成的施密特触发器,1.,电路组成及工作原理,1/3,V,CC,2/3,V,CC,电路符号,2.,电压滞回特性和主要参数,（,2,）主要静态参数,（,a,）,上限阈值电压,V,T+,v,I,上升过程中，输出电压,v,O,由高电平,V,OH,跳变到低电平,V,OL,时，所对应的输入电压值。,V,T+,=2/3,V,CC,。,（,b,）,下限阈值电压,V,T,v,I,下降过程中，,v,O,由低电平,V,OL,跳变到高电平,V,OH,时，所对应的输入电压值。,V,T,=1/3,V,CC,。,（,3,）,回差电压,V,T,V,T,=,V,T+,V,T,=1/3,V,CC,（,1,）电压滞回特性,1/3V,CC,V,o,V,i,0,传输特性,V,OH,V,OL,2/3V,CC,1/3,V,CC,2/3,V,CC,V,T+,V,T,V,T,V,T+,V,T,V,T,电路符号,O2,v,t,O1,v,t,V,CC2,v,O1,（二）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,（三）施密特触发器的应用举例,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。,2.,用作整形电路,把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。,输入,输出,V,T+,V,T-,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,V,T+,的输入脉冲。,0,v,c,t,v,o,0,t,三,.,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,2/3V,CC,1/3V,CC,555,组成多谐振荡器,2.,振荡频率的估算,（,1,）电容充电时间,T,1,：（,用三要素法计算）,（,2,）电容放电时间,T,2,（,3,）电路振荡周期,T,T,=,T,1,+,T,2,=0.7(,R,1,+2,R,2,),C,（,5,）,输出波形占空比,q,（,4,）,电路振荡频率,f,T,T,1,T,2,0,v,c,t,v,o,0,t,2/3V,CC,1/3V,CC,（二）占空比可调的多谐振荡器电路,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。,可计算得：,T,1,=0.7,R,1,C,T,2,=0.7,R,2,C,占空比：,（三）石英晶体多谐振荡器,有两个谐振频率。当,f,=,f,s,时，为串联谐振，石英晶体的电抗,X,=0,；,当,f,=,f,p,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：,f,s,f,p,f,0,（,晶体的标称频率）,石英晶体的选频特性极好，,f,0,十分稳定，其稳定度可达,10,-10,10,-11,。,1.,石英晶体的选频特性,X,感性,0,容性,2.,石英晶体多谐振荡器,（,1,）串联式振荡器,R,1,、,R,2,：,使两个反相器都工作在转折区，成为具有高放大倍数的放大器。,对于,TTL,门，常取,R,1,=,R,2,=0.7,2k,，,对于,CMOS,门，常取,R,1,=,R,2,=10,100M,；,C,1,=,C,2,是耦合电容。,石英晶体工作在串联谐振频率,f,0,下，只有频率为,f,0,的信号才能通过，满足振荡条件。因此，电路的振荡频率,=,f,0,，,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。,（,2,）并联式振荡器,R,F,是偏置电阻，,保证在静态时使,G,1,工作转折区，构成一个反相放大器。,晶体工作在略大于,f,S,与,f,P,之间，等效一电感，与,C,1,、,C,2,共同构成电容三点式振荡电路。,电路的振荡频率,=,f,0,。,反相器,G,2,起整形缓冲作用，同时,G,2,还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。,四,.,单稳态触发器,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。,（,1,）无触发信号输入时电路工作在稳定状态,当,v,I,=1,时，,电路工作在稳定状态，即,v,O,=0,，,v,C,=0,。,（一）用,555,定时器组成单稳态触发器,1.,电路组成及工作原理,（,2,）,v,I,下降沿触发,当,v,I,下降沿到达时，,v,O,由,0,跳变为,1,，电路由稳态转入暂稳态。,（,3,）暂稳态的维持时间,在暂稳态期间，三极管,T,截止，,V,CC,经,R,向,C,充电。,时间常数,1,=,RC,，,v,C,由,0V,开始增大，在,v,C,上升到,2/3V,CC,之前，电路保持暂稳态不变。,（,4,）自动返回时间,当,v,C,上升至,2/3V,CC,时，,v,O,变,0,，电路由暂稳态重新转入稳态。,（,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,2,=,R,CES,C,，,由于,R,CES,很小，所以放电很快。,C,放电完毕，恢复过程结束。,2.,主要参数估算,(1),输出脉冲宽度,Tw,（,用三要素法计算）,（,2,）,恢复时间,t,re,t,re,=,（,3,5,）,2,（,3,）,最高工作频率,f,max,v,I,周期的最小值：,T,min,=,t,W,t,re,最高工作频率,:,T,T,W,（二）集成单稳态触发器,74121,A,1,、,A,2,是下沿有效的触发信号输入端，,B,是上沿有效的触发信号输入端。,保持稳态,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0,1 1 ,下沿触发,1 1,1 1,1,上沿触发,工作特征,v,O,v,O,输 出,0 ,0 ,A,1,A,1,B,输 入,74121,功能表,集成单稳态触发器,74121,的外部元件连接方法,:,（,b,）,使用内部电阻,R,int,且电路为上升沿触发的连接方式。,（,a,）,使用外部电阻,R,ext,且电路为下降沿触发的连接方式。,74121,的主要参数,(1),输出脉冲宽度,t,W,使用外接电阻：,t,W,0.7,R,ext,C,使用内部电阻：,t,W,0.7,R,int,C,74121,内部,电阻,=2k,，,外接电阻,R,ext,可在,1.4,40k,之间选择，,外接电容,C,可在,10pF,10,F,之间选择，,（,2,）,输入触发脉冲最小周期,T,min,T,min,=,t,W,t,re,（,3,）,周期性输入触发脉冲占空比,q,定义：,q,=,t,W,/,T,最大占空比：,q,max,=,t,W,/,T,min,所以，当,R,=2k,时，,最大占空比,q,max,为,67%,；,当,R,=40k,时，,最大占空比,q,max,可达,90%,。,（三）单稳态触发器的应用,1.,延时与定时,（,1,）延时,图中，,v,/,O,的下降沿比,v,I,的下,降沿滞后了时间,t,W,。,（,2,）,定时,当,v,/,O,=1,时，与门打开，,v,O,=,v,F,。当,v,/,O,=0,时，,与门关闭，,v,O,为低电平。,与门打开的时间是单稳,输出脉冲,v,/,O,的宽度,t,W,。,2.,整形,单稳态触发器能够把不规则的输入信号,v,I,，,整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲,v,O,。,v,O,的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度,t,W,决定于暂稳态时间。,3.,触摸定时控制开关,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（,R,L,）,发光，当暂稳态,时间（,t,W,）,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。,本章小结,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,f,o,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。,
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