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1、內容簡介 1.概述 2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 3.施密特觸發(fā)器 4.多諧振蕩器 5.555定時器及其應用 重點內容 1.多諧振蕩器 2.555定時器工作原理 第七章 脈沖產生與整形電路 教學目標 : 理解掌握 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、 多諧振蕩器的工作原理，及 555定時器的工 作原理及使用方法。 第七章 脈沖產生與整形電路 學時安排： 6 學時 課后作業(yè) : 7.5、 7.12、 7.13 第七章 脈沖產生與整形電路 7.1 概述 1. 脈沖信號 : 脈沖信號是指一種持續(xù)時間極短的電壓或電流波形，如圖 所示。 圖（ a）是方波，圖（ b）是矩形波，圖（ c）是尖頂脈沖， 圖（ d）是鋸齒波，圖（

2、 e）是鐘形脈沖。它們都可以通稱 為“脈沖信號”。 脈沖波形的不同形狀 7.1 概述 2. 在數(shù)字電路中，要控制和協(xié)調整個系統(tǒng)的工作，常常需要時鐘 脈沖（ CP）信號，獲得這種矩形脈沖的方法：一是利用多諧 振蕩器直接產生，二是通過整形電路變換得到。多諧振蕩器可 通過門電路、石英晶體或集成 555定時器三種方式構成。整形 電路可分為施密特觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它們可以使脈沖的 邊沿變得陡峭，形成滿足要求的矩形脈沖，脈沖波形的特性主 要用圖中所示的參數(shù)來描述。 描述矩形脈沖的主要參數(shù) 7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也有兩個狀態(tài)：一個是穩(wěn)定狀態(tài)，另一個是 暫穩(wěn)狀態(tài)。當無觸發(fā)脈沖輸入時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

3、處于穩(wěn)定狀態(tài)； 當有觸發(fā)脈沖時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器將從穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)定狀態(tài)， 暫穩(wěn)狀態(tài)在保持一定時間后，能夠自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)。 7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1、電路組成 如下圖所示。門 G1的輸出經微分電路 RC接到門 G2的輸入 端，門 G2的輸出直接耦合到 G1的輸入端。電路處于穩(wěn)態(tài)時， ui為高電平， u01為低電平，為了使 u02可靠為高電平，對于 TTL芯片 74LS00應選擇 R ROFF，一般取 R 0.7K。但對于 CC4011的 MOS門輸入阻抗高，外接電阻 R的大小不會影響其 穩(wěn)態(tài)，則不受 ROFF限制。 7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 (b) 7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 2、工作過

4、程 電源接通后，在沒有外來觸發(fā)脈沖時（ uI為高電平）電路 處于穩(wěn)定狀態(tài)： uO1= UOL， uO=UOH。為此，必須保證 RdRON（開門電阻）， RROFF(關門電阻 )。根據(jù)穩(wěn)態(tài)時的 部分電路圖所示的等效電路， 非門 G2的輸入 為了討論方便，假定 uI2 = UOL， 則此時電容 C上沒有電 壓。 )( 1 12 BECC UURR RU 7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 U OL C R u I2 V 2 V 1 R 1 G 2 U CC 穩(wěn)態(tài)時的部分電路 7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 二、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為可重觸發(fā)型和不可重復觸發(fā)型兩 種。不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，是指在暫穩(wěn)定時間 t

5、w之內，若 有新的觸發(fā)脈沖輸入，電路不會產生任何反應，如圖（ b）所 示?？芍赜|發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，是指在暫穩(wěn)定時間 tw之內，若有 新的觸發(fā)脈沖輸入，可被新的觸發(fā)脈沖重新觸發(fā)，如圖（ c） 所示。 圖 (a)觸發(fā)信號 ui； (b)不可重觸發(fā)輸出波形； (c)可重觸發(fā)輸出波形 ui (a) (b) (c) 7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1.CMOS集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 CC4528B的引腳圖如圖所示。 圖 (b) CC4528B引腳圖 CC4528B 7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 2.TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 常用的 TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有不可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā) 器 54LS121/74LS121， 54LS221/7

6、4LS221，可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸 發(fā)器 54LS123/74LS123， 54LS122/74LS122等。 54LS121/74LS121的邏輯符號如圖 所示。 (b) 邏輯符號 7.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應用舉例 應用 1. 脈沖整形。 脈沖信號經過長距離傳輸后，其邊沿會變差或疊加了某些 干擾，這時可利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進行整形。將這些受到干擾的 脈沖信號 ui加到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端，輸出端便可得到符合 要求的矩形脈沖 u0。如圖所示。 圖 (a)(b) 脈沖整形電路 74HC121 7.3施密特觸發(fā)器 施密特觸發(fā)器是脈沖波形變換中經常使用的一種 電路，利用它可以將正弦波、三角波以及

7、其它一些周期 性的脈沖波形變換成邊沿陡峭的矩形波。另外，它還可 以用作脈沖鑒幅器、比較器。 施密特觸發(fā)器是一種受輸入信號電平直接控制的 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，在外加信號的作用 下，只要輸入信號變化到某一電平時，電路就從一個穩(wěn) 定狀態(tài)轉換到另一個穩(wěn)定狀態(tài)， 而且穩(wěn)定狀態(tài)的保持 也與輸入信號的電平密切相關。下圖是這種電路的工作 波形。 7.3施密特觸發(fā)器 t t0 u I u O 0 U OL U OH U T U T 7.3施密特觸發(fā)器 一、用門電路組成的施密特觸發(fā)器 下圖所示電路是由 TTL門電路構成的施密特觸發(fā)器。 圖中， V為電壓偏移二極管， R1、 R2為分壓電阻，電 路的輸出

8、通過電阻 R2進行正反饋。下面我們來分析電 路的工作原理。 & u I1 u O1 1 u O R 2 VR 1u I G 2 G 1 u O 7.3施密特觸發(fā)器 假設在接通電源后，電路輸入為低電平 uI=UOL， 則電路處于如下狀態(tài)： uO1=UOH， uO=UOL。如果不 考慮 G1門的輸入電流， uI1的電壓為： 21 2 21 1 21 2 21 2 11 )()( )( RR RUu RR RU RR RUu U RR RUUu u DIOLDI OL OLDI 7.3施密特觸發(fā)器 其中， UD為二極管的導通壓降。當 uI上升到門電 路的閾值電壓 UTH時，由于 uI1的電壓還低于

9、UTH，電 路仍然保持這個狀態(tài)不變； 隨著 uI的繼續(xù)升高，當 uI1 也上升到 UTH時，電路將產生如下正反饋過程： uIuI1uO1uO 7.3施密特觸發(fā)器 結果使電路的狀態(tài)迅速翻轉為： uO1=UOL， uO=UOH，這是電路的另一個穩(wěn)定狀態(tài)。那么這一時刻 的輸入電壓 uI就是電路的正向閾值電壓 UT+，將 uI=UT+， uI1=UTH帶入式 9-21可得： 當 uI從 UT+再升高時，電路的狀態(tài)不會發(fā)生改變。 THDT URRUU )/1( 21 7.3施密特觸發(fā)器 當 uI從高電平下降時，只要下降到 uI=UTH，由于 電路中的正反饋作用，電路狀態(tài)立刻發(fā)生翻轉，回到初 始的穩(wěn)定狀態(tài)

10、?？梢?，電路的負向閾值電壓 UT-=UTH。 所以該電路的回差電壓為 : 因此，通過改變電阻 R1和 R2的比值，可以調整回差 電壓。 THDTTT UR RUUUU 2 1 7.3施密特觸發(fā)器 二、集成施密特觸發(fā)器 由于性能穩(wěn)定，所以在數(shù)字系統(tǒng)中集成施密特觸 發(fā)器被廣泛采用。目前，各廠家已經生產出多種單片集 成的施密特觸發(fā)器產品。 74LS132是一種典型的集成施密特觸發(fā)器， 其內 部邏輯圖和引腳排列如圖 9-25（ a）所示。 74LS132內 部包括四個相互獨立的兩輸入施密特觸發(fā)器，每一個觸 發(fā)器都是以基本的施密特觸發(fā)電路為基礎，在輸入端增 加了與的功能， 在輸出端增加反向器，所以我們將

11、其 稱為施密特觸發(fā)的與非門， 其邏輯符號如圖（ b）所示 7.3施密特觸發(fā)器 ( b ) & Y A B ( a ) 1 2 3 4 5 6 7 A 1 B 1 Y 1 A 2 B 2 Y 2 GND & & 14 13 12 11 10 9 8 & & U CC A 4 B 4 Y 4 A 3 B 3 Y 3 集成施密特觸發(fā)器 74LS132 (a) 74LS132的引腳排列和內部邏輯圖 (b) (b) 施密特觸發(fā)與非門的邏輯符號 7.3施密特觸發(fā)器 74LS132的輸出信號 Y與輸入信號中 A、 B只要有 一個低于施密特觸發(fā)器的負向閾值電平，輸出 Y就是高 電平；只有當 A、 B同時高于正

12、向閾值電平時，輸出 Y 才為低電平。在使用 +5 V電源的條件下，集成施密特 觸發(fā)器 74LS132的正向閾值電平 UT+=1.5 2.0 V，負向 閾值電平 U T-= 0.6 1.1 V，回差電壓 UT的典型值為 0.8 V。 7.3施密特觸發(fā)器 三、施密特觸發(fā)器的應用 1 波形變換 利用施密特觸發(fā)器在狀態(tài)轉換過程中的正反饋作用， 可以將邊沿變化緩慢的周期性信號（如正弦波、 三角 波等）變換成邊沿陡峭的矩形脈沖。在圖中，施密特觸 發(fā)器的輸入是一個直流分量和正弦分量相疊加的信號， 只要輸入信號的幅度大于施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓 UT+，在觸發(fā)器的輸出端就可得到相同頻率的矩形波。 7.3施密

13、特觸發(fā)器 t0 u O t0 u I 1 u O u I U T U T 7.3施密特觸發(fā)器 2 脈沖整形 矩形波經過傳輸后波形往往會發(fā)生畸變， 其中比較常見的有圖 所示的三種情況： （ a）矩形波的邊沿變緩； （ b）在矩形波的邊沿處產生振蕩； （ c）矩形波被疊加上干擾。無論哪一種情況，只要設置好合適 的 UT+和 UT-，均能獲得滿意的整形效果。 1 u O u I 0 u O t t0 u I U T U T ( a ) 1 u O u I 0 u O t 0 u I ( b ) t U T U T 7.3施密特觸發(fā)器 0 u O t 0 u I ( c ) t U T U T 1 u

14、 O u I 3 脈沖幅度鑒別 利用施密特觸發(fā)器的輸出取決于輸入幅度的特點，可以將 其用作脈沖幅度鑒別電路。如圖所示，在施密特觸發(fā)器的輸入 端輸入一系列幅度不等的矩形脈沖，根據(jù)施密特觸發(fā)器的特點， 對應于那些幅度大于 UT+的脈沖，電路有脈沖輸出；而對于幅 度小于 UT+的脈沖，電路則沒有脈沖輸出，從而達到幅度鑒別 的目的。 7.3施密特觸發(fā)器 1 u O u I t U T 0 u I t0 u O 7.4多諧振蕩器 多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源后，不 需要外加觸發(fā)信號，能自動地產生矩形脈沖。由于輸出 的矩形波中含有很多諧波分量，故稱它為多諧振蕩器， 又稱方波發(fā)生器。 一、對稱多諧

15、振蕩器 1.由 CMOS六反相器 CC4009UB構成的多諧振蕩器，如圖 所示。圖中兩個反相器之間經 C1和 C2耦合形成正反饋 回路。合理選擇 RF1和 RF2使 G1、 G2工作在傳輸特性的 轉折區(qū)，這時， G1和 G2都工作在放大區(qū)。由于 G1、 G2 的外電路對稱，因此，又稱其為電容反饋式對稱多諧振 蕩器。 電容反饋式對稱多諧振蕩器 7.4多諧振蕩器 2.工作過程電路的工作波形如圖所示。 電容反饋式對稱多諧振蕩器的工作波形 7.4多諧振蕩器 3.振蕩周期的計算： 取 RF1=RF2=RF， C1=C2=C， UTH=1.4V， UOH=3.6V， UOL=0.3V，則： T=2tw1.

16、4RFC 二、環(huán)形振蕩器 由三個非門構成的環(huán)形振蕩器 (即方波發(fā)生器 )如圖所示。 (a)(b) 環(huán)形振蕩器及其工作波形 (a) (b) 7.4多諧振蕩器 三、石英晶體多諧振蕩器 石英晶體的等效電路、電路符號、阻抗頻率特性 分別如圖 (a)(b)(c)所示。 (a) 石英晶體等效電路 (b) 石英晶體電路符號 (c) 石英晶體的頻率特性 7.5 555定時器及其應用 一、 555定時器的電路結構與功能 : 盡管 555定時器產品的型號繁多， 但它們的電路結 構、功能及外部引腳排列都是基本相同的。在 Philips公 司生產的 555定時器的結構圖中， 它主要由三個阻值為 5 k的電阻組成的分壓

17、器、 兩個高精度的電壓比較器 C1和 C2、基本 RS觸發(fā)器以及一個作為放電通路的晶體 三極管 V組成。為了提高電路的驅動能力， 在輸出級又 增加了一個非門 G。 在結構圖中，引腳旁的數(shù)字為 8引 腳封裝的 555定時器產品的引腳編號。 7.5 555定時器及其應用 1 G ( 3 ) u O C 1 5 k U R1 ( 5 ) ( 6 ) 控 制 電 壓 u IC 閾 值 輸 入 u I1 5 k ( 8 ) U CC 電源 R C 2 U R2 ( 2 ) 觸 發(fā) 輸 入 u I2 S 5 k ( 1 ) ( 7 ) O u 放電端 & R D 復位 ( 4 ) & Q Q & V 7.

18、5 555定時器及其應用 二、 555時基集成電路的分類 555時基集成電路按內部元件分類，可分為 TTL型 555（電 源電壓為 4.5V5V）和 CMOS型 555（電源電壓為 2V18V）兩大類，按芯片內包含的定時器的個數(shù)可分 為單時基定時器 555和雙時基定時器 556兩種類型。按封 裝分類又可分為 8腳 T099型， 8腳雙列直插型和 14腳雙 列直插型三種 . 8腳 TO99型 8腳雙列直插型 556雙進基電路的封裝 7.5 555定時器及其應用 三 . 555時基集成電路的功能 無論是日立公司產的 HA17555（日本），莫托羅拉（美國） 公司產的 MCI555，還是上海無線電十

19、四廠產的 CH7555/GH7556，其功能表均如表所示。 UR（ 4腳） UTH（ 6腳） UTR（ 2腳） OUT(u0) （ 3腳） 放電端 D（ 7腳） 0 X X 1 2/3 UDD 1/3 UDD 1 2/3 UDD 1/3 UDD 1 2/3 UDD 1/3 UDD 0 0 保持原狀態(tài)不變 1 對地導通 對地導通 保持原狀態(tài)不變 與地斷開 555時基集成芯片功能表 7.5 555定時器及其應用 定時器 555芯片是一種用途廣泛的多功能集 成電路，只需要外接少量的 R、 C元件就可以構 成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器 等。由于 555定時器有較好的帶負載能力，使用 方便靈

20、活，因此，獲得廣泛的應用如下表所示。 7.5 555定時器及其應用 小 結 數(shù)字系統(tǒng)中所需要的脈沖信號，一是由脈沖發(fā)生器直接產生， 二是通過整形電路將已有的周期性波形變換成矩形波。單穩(wěn)態(tài)觸 發(fā)器、施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器是脈沖產生與變換中的常用三 種電路。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的顯著特點是：在無外加信號時，它工作于穩(wěn) 態(tài)，只是在觸發(fā)脈沖信號作用下才由穩(wěn)態(tài)翻轉為暫穩(wěn)態(tài)。經過一 段時間后，它又自動返回穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度 (即暫 穩(wěn)態(tài)時間 )由電路定時參數(shù) R、 C決定，而與輸入觸發(fā)信號無關。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可用脈沖整形 (對脈沖信號的寬度、幅度進行變換 )、 定時與延時。 多諧振蕩器不需要外加輸入信號，只要接通電源就能自行產 生矩形脈沖信號，其輸出脈沖頻率由電路參數(shù) R、 C決定，在要求 脈沖頻率穩(wěn)定性要求高的場合應采用石英晶體多諧振蕩器。 施密特觸發(fā)器輸出有兩個穩(wěn)態(tài)。輸入信號上升到上限閾值 UT+時，輸出從一個穩(wěn)態(tài)轉換到另一穩(wěn)態(tài)，下降到下限閾值 UT- 時，輸出又轉換到第一狀態(tài)。上、下閾值不同，具有回差電壓 UT。