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1、*1 第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 7.1 7.1 概述概述 7.2 7.2 555定时器 7.2.1 555定时器 7.2.2 555定时器的应用举例 *2 复习复习 触发器有什么特点？ 请画出与非门实现的基本RS触发器的电路图。 请列出基本RS触发器的功能表。 什么叫现态？次态？ 基本RS触发器的触发方式？ *3 第第7 7章章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换 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。 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： 1利用脉冲振荡电路产生； 2是通过整形电路对已有的波形进行整形
2、、变 换，使之符合系统的要求。 *4 以下主要讨论几种常用脉冲波形的产生与变换 电路：（功能、特点及其主要应用简介） 1. RC电路：对矩形波进行微分、积分变换， 或作脉冲分压器； 2. 施密特触发器：主要用以将非矩形脉冲变换 成上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脉冲； 3. 单稳态触发器：主要用以将脉冲宽度不符合 要求的脉冲变换成脉冲宽度符合要求的矩形脉冲； 4. 多谐振荡器：产生矩形脉冲； 5. 555定时器。 常用脉冲波形及参数 1. 常见的脉冲波形 脉冲波形是指突变的电流和电压的波形。 图7-1 常见的脉冲波形图 *6 2. 矩形波及其参数 图7-2 非周期性和周期性矩形波 (a) 非周期性
3、 (b) 周期性 数字电路中用得最多的是矩形波。矩形波 有周期性与非周期性两种。 *7 图7-3 矩形波的主要参数 周期性矩形波的 周期用T表示，有时 也用频率f表示（f =1/ T）。 矩形波的另外几 个主要参数： （1）脉冲幅度Um （2）脉冲宽度tw （3）上升时间tr （4）下降时间tf （5）占空比q =t w /T 。通常q用百分比表示，如果 q =50%，则称为对称方波。 *8 为数字模拟混合集成电路。 可产生精确的时间延迟和振荡，内部有3个5K的 电阻分压器，故称555。 在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、 电子玩具等许多领域中都得到了应用。 7.1 7.1 55555
4、5定时器及其应用定时器及其应用 *9 各公司生产的555定时器的逻辑功能与外引线 排列都完全相同。 双极型产品CMOS产品 单555型号的最后几位数码5557555 双555型号的最后几位数码5567556 优点驱动能力较大低功耗、高输入阻抗 电源电压工作范围516V318V 负载电流可达200mA可达4mA 1. 电路组成 图7-4 555定时器 (a) 原理图 (b)外引线排列图 电阻分压器 电压比较器 基本RS触发器 放电管T 缓冲器 *11 （1） 电阻分压器 由3个5k的电阻R组成，为电压比较器C1和C2 提供基准电压。 *12 （2） 电压比较器 C1和C2。当UU时， UC输出高
5、电平，反之 则输出低电平。 *13 CO为控制电压输入端。 当CO悬空时，UR12/3VCC，UR21/3VCC。 当COUCO时，UR1UCO，UR21/2UCO *14 TH称为高触发端，TR 称为低触发端。 *15 （3） 基本RS触发器 其置0和置1端为低电平有效触发。 R是低电平有效的复位输入端。 正常工作时，必须使R处于高电平。 *16 （4） 放电管T T是集电极开路的三极管。相当于一个受控电子开 关。 输出为0时，T导通，输出为1时，T截止。 *17 （5）缓冲器 缓冲器由G3和G4构成，用于提高电路的负载能 力。 *18 2. 工作原理 TH接至反相输入端，当THUR1时，U
6、C1输出低电 平，使触发器置0，故称为高触发端（有效时置0）； TR接至同相输入端，当TRUR2时，UC2输出 低电平，使触发器置1，故称为低触发端（有效时置 1）。 表8-1 555定时器的功能表 *19 7.2 7.2 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。 *20 （4）工作波形与电压传输特性 施密特
7、触发器将三角波uI变换成矩形波uO。 图7-5 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UT = UT+UT（通常UT+UT） 改变R1和R2的大小可以改变回差UT *21 1. 555构成施密特触发器 图7-6 555定时器构成的施密特触发器 （a）电路 （b）工作波形 如果在UIC加上控制电压， 则可以改变电路的UT+和UT。 *22 集成施密特触发器的UT+和UT的具体数值可从 集成电路手册中查到。 如CT74132的UT+1.7 V、UT0.9 V，所以 ，UTUT+UT1.7 V0
8、.9 V0.8 V。 2. 集成施密特触发器 (1). 施密特反相器 TTL的74LS14和CMOS的CC40106均为六施密 特触发的反相器。 下面以CC40106为例说明其功能。 *23 图7-7施密特触发反相器 (a) 原理框图 (b) 电压传输特性 (c) 逻辑符号 为了提高电路的性能，电路在施密特触发器 的基础上，增加了整形级和输出级。 整形级可以使输出波形的边沿更加陡峭， 输出级可以提高电路的负载能力。 *24 (2). 施密特触发与非门电路 为了对输入波形进行整形，许多集成门电路采 用了施密特触发形式。 比如CMOS的CC4093和TTL的74LS13就是施 密特触发的与非门电路
9、。 图7-8 施密特触发与非门的逻辑符号 *25 (1). 波形变换 将变化缓慢的波形变换成矩形波（如将三角波 或正弦波变换成同周期的矩形波）。 图7-9 波形变换 3. 施密特触发器的应用 *26 (2). 脉冲整形 在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波 形畸变，或者边沿产生振荡等。通过施密特触发器 整形，可以获得比较理想的矩形脉冲波形。 图7-10 脉冲整形 波形 畸变 边沿 振荡 *27 (3)脉冲鉴幅 将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发 器的输入端，只有那些幅度大于UT+的脉冲才会在输 出端产生输出信号。可见，施密特触发器具有脉冲 鉴幅能力。 图7-11 脉冲鉴幅 *28 工
10、作特点： 第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态； 第二，在外加脉冲作用下，触发器能从稳态翻转 到暂稳态； 第三，在暂稳态维持一段时间后，将自动返回稳 态，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数， 与外加触发信号无关。 1. 555构成单稳态触发器 7.3 7.3 单稳态触发器单稳态触发器 *29 （1）得到负脉冲 外触发：使高触发置0端TH有效暂稳态0 自动返回：通过电容C的充放电使低触发置1端 TR有效稳态1 思路：外触发自动返回 （2）得到正脉冲 外触发：使低触发置1端TR有效暂稳态1 自动返回：通过电容C的充放电使高触发置0端 TH有效稳态0 *30 图7-12 555定时器构成的
11、单稳态触发器 （a）电路 （b）工作波形 工作原理： 稳态为0 低触发 有效置1 T截止， C充电 自动高 触发返0 提高基准电 压稳定性的 滤波电容 输出脉冲的宽度tw1.1RC。 当触发脉冲uI为高电平时，VCC通过R对C充电 ，当TH = uC2/3VCC时，高触发端TH有效置0；此 时，放电管导通，C放电，TH = uC =0。稳态为0状 态。 此时放电管T截止，VCC通过R对C充电。 当TH = uC2/3VCC时，使高触发端TH有效，置 0状态，电路自动返回稳态，此时放电管T导通。 电路返回稳态后，C通过导通的放电管T放电， 使电路迅速恢复到初始状态。 *31 工作原理： 当触发脉
12、冲uI下降沿到来时，低触发端TR有效 置1状态，电路进入暂稳态。 当触发脉冲uI为高电平时，VCC通过R对C充电 ，当TH = uC2/3VCC时，高触发端TH有效置0；此 时，放电管导通，C放电，TH = uC =0。稳态为0状 态。 此时放电管T截止，VCC通过R对C充电。 当TH = uC2/3VCC时，使高触发端TH有效，置 0状态，电路自动返回稳态，此时放电管T导通。 电路返回稳态后，C通过导通的放电管T放电， 使电路迅速恢复到初始状态。 *32 2. 集成单稳态触发器 用集成门电路构成的单稳态触发器虽然电路简 单，但输出脉冲宽度的稳定性较差，调节范围小， 而且触发方式单一。因此实际
13、应用中常采用集成单 稳态触发器。 1. 输入脉冲触发方式 上升沿触发 下降沿触发 *33 2. 不可重复触发型与可重复触发型 图（a）为不可重复 型触发单稳态触发器 该电路在触发进入暂 稳态期间如再次受到触 发，对原暂稳态时间没 有影响，输出脉冲宽度 tw仍从第一次触发开始 计算。 图（b）为可重复 触发型单稳态触发器 该电路在触发进入 暂稳态期间如再次被 触发，则输出脉冲宽 度可在此前暂稳态时 间的基础上再展宽tw。 因此，采用可重复触发单稳态触发器时能比较 方便地得到持续时间更长的输出脉冲宽度。 *34 3. TTL集成单稳态触发器电路74121的功能及其应用 74121是一种不可重复触发
14、的单稳态触发器，它 既可采用上升沿触发，又可采用下降沿触发，其内 部还设有定时电阻Rint(约为2k)。 表6-1 74121电路的功能表 图7-13 74121的电路符号 触发输 入端 输出端 外接定时 元件引脚 内部电 阻引脚 *35 功能： （1）触发方式： *36 图8-14 74121应用电路 （2）定时元件接法： 输出脉冲uO的宽度：tw 0.7RCext 外接电容Cext一般取值范围为10 pF10F，在 要求不高的情况下最大值可达1000F。 图(a)：外接电阻 R=Rext（1.440k）。 图(b)：用内部电阻 RRint (约为2k)。 *37 3. 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。 图7-15 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 电路来实现。 uO的下降沿比uI的下降沿延迟了tw的时间。 *38 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)。 图7-16 脉冲定时 *39 图图7-17 7-17 定时电路定时电路
