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1、第7章 脉冲的产生与整形,习题与思考题,7.1 概述,7.2 555定时器及其脉冲电路,7.2.1 555定时器及其工作原理,7.2.2 由555定时器构成的单稳态触发器,7.2.3 由555定时器构成的施密特触发器,7.2.4 由555定时器构成的多谐振荡器,7.1 概述,7.1.1 矩形脉冲及其基本特性,1. 脉冲周期T,脉冲频率f = 1/T (频率决定了时序逻辑电路状态变化的速度，即电路的工作速度)； 2. 脉冲幅度VM(也称峰峰值VPP,可靠性和速度的折衷); 3. 脉冲宽度tW(功率); 4. 占空比q=tW /T; 5. 上升时间tR (带宽); 6. 下降时间tF;,常用标准时
2、钟的频率,本章主要内容:产生CLK信号和对CLK信号进行整容的3种电路 1. 施密特触发器（其实是一种特殊的门电路） 特点是有两个门限电压。如图其电压传输特性曲线的比较,VT,滞回特性 迟滞特性,施密特触发器抗干扰能力强！,3. 多谐振荡器，状态包括两个暂稳态，产生CLK信号。,4. 重点内容： (1) 555定时器工作原理 (2) 用555定时器构成3种电路的方式 (3) 参数计算,A-stable,2. 单稳态触发器，状态包括一个稳态和一个暂稳态，简称暂态,Mono-stable/ one shot,7.2 555定时器及其脉冲电路,7.2.1 555定时器及其工作原理,基本SRFF,输出
3、缓冲器,晶体管开关,Q,Q,分压器,比较器,2/3VCC,1/3VCC,清零端,控制电压端,阈值端、 高触发端,触发端、 低触发端,放电端,电路工作原理：,555定时器(Timer)可以看成置1、清0电平不同的基本SRFF.,0 0 通,1 2/3VCC 1/3VCC 0 1 0 通 清0,1 1/3VCC 1 1 保持 不变 保持,1 2/3VCC 1/3VCC 1 0 1 截止 置1,1 2/3VCC 1/3VCC 0 0 1 截止,VC1 VC2 Q,VI1相当于清0端,VI2相当于置1端,2/3VCC,1/3VCC,555Timer Datasheet(1),555Timer Data
4、sheet(2),555Timer Datasheet(3),555Timer Datasheet(4),7.2.3 由555定时器构成的施密特触发器(Schmitt Trigger)P281,1) Vco悬空或通过电容接地 VT+ = 2/3VCC VT- = 1/3VCC VT = 1/3VCC 2) Vco/VR1端接一电压源Vco VT+ = Vco VT- = 1/2Vco VT = 1/2Vco,置1,保持,清0,保持,施密特触发器应用 (双阈值-抗干扰能力强; 触发器-边沿特性好),1）波形转换,如果用普通的门电路实现上述功能会有何差异？,2）脉冲整形,a) 边沿陡峭 b) 滞回
5、特性使之具有更强的抗干扰能力！,3）脉冲鉴幅(信号的提取),4）构成多谐振荡器（链接到公式推导）,占空比:,清0+保持,置1+保持,放电,充电,占空比可调的多谐振荡器,计算过程中忽略了二极管正向导通压降的影响,典型的施密特触发器芯片型号 The 7400 series devices include a Schmitt trigger on their input or on each of their inputs: 7413: Dual Schmitt trigger 4-input NAND Gate , 7414: Hex Schmitt trigger Inverter 7418:
6、Dual Schmitt trigger 4-input NAND Gate , 7419: Hex Schmitt trigger Inverter 74121: Monostable Multivibrator with Schmitt Trigger Inputs 74132: Quad 2-input NAND Schmitt Trigger 74221: Dual Monostable Multivibrator with Schmitt Trigger Input 74232: Quad NOR Schmitt Trigger , 74310: Octal Buffer with
7、Schmitt Trigger Inputs 74340: Octal Buffer with Schmitt Trigger Inputs and three-state inverted outputs 74341: Octal Buffer with Schmitt Trigger Inputs and three-state noninverted outputs 74344: Octal Buffer with Schmitt Trigger Inputs and three-state noninverted outputs 74(HC/HCT)7541 Octal Buffer
8、with Schmitt Trigger Inputs and Three-State Outputs SN74LV8151 is a 10-bit universal Schmitt-trigger buffer with 3-state outputs A number of 4000 series devices include a Schmitt trigger on inputs, for example: 4017: Decade Counter with Decoded Outputs , 4020: 14-Stage Binary Ripple Counter 4022: Oc
9、tal Counter with Decoded Outputs , 4024: 7-Stage Binary Ripple Counter 4040: 12-Stage Binary Ripple Counter , 4093: Quad 2-Input NAND 40106: Hex Inverter , 14538: Dual Monostable Multivibrator Dual Schmitt input configurable single-gate CMOS logic, AND, OR, XOR, NAND, NOR, XNOR NC7SZ57 Fairchild, NC
10、7SZ58 Fairchild, SN74LVC1G57 Texas Instruments, SN74LVC1G58 Texas Instruments,7.2.2 由555定时器构成的单稳态触发器P277,1单稳态触发器电路特点,1)有两个状态稳态、暂稳态(简称为暂态)；,2)在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动返回到稳态；,3)暂态维持时间取决于电路本身参数,与触发脉冲宽度和幅度无关,2.电路结构,它的稳态是1状态还是0状态？,R,S,低电平触发,3.工作原理,稳态：VO=“0”，VC0V，TD导通,置1TD截止充电,5应用,1）延时,2）定时,单稳
11、态触发器能够产生一定脉冲宽度的矩形脉冲。,3）整形,改变输入脉冲的占空比,6使用注意事项,当输入信号不满足窄脉冲要求时，输出信号的脉冲宽度就会受输入信号的控制，与电路的参数无关。,可在输入端加微分电路,即输入端改为交流耦合,用计数器能否实现单稳态触发器的功能？！,7.2.4 由555定时器构成的多谐振荡器(Astable multivibrator),VO,5占空比可调的多谐振荡器,7.5.2 石英晶体多谐振荡器,fs 称为固有频率,fs的稳定度极高可达10101011（fs/ fs）,石英晶体多谐振荡器是在多谐振荡器电路中接入石英晶体。,石英晶体主要起选频/滤波的作用,无源晶振,有源晶振=无
12、源晶振+逻辑电路,补充：RC一阶电路响应= 零状态响应 + 零输入响应 = 充电+放电,返回,零状态响应(充电过程),零输入响应(放电过程),总结,脉冲的产生与整形,施密特触发器 单稳态触发器 多谐振荡器,电路构成 高低阈值和回差电压 应用,电路构成 暂稳态时间长度,电路构成 脉冲频率/周期/占空比,转换 整形 鉴幅 构成多谐振荡器,tW=15s,C=10F,题7.5试用555定时器设计一个单稳态触发器，要求输出脉冲宽度在15s范围内连续可调，取定时电容10F 。,习题与思考题,注意单位：电阻是欧姆，电容是法F，时间是秒S,题7.6用555定时器连接电路，要求输入如图所示，输出为矩形脉冲。连接
13、电路并画出输出波形。,用施密特触发器,波形变换,题7.7用555定时器构成的多谐振荡器，欲改变其输出频率可改变哪些参数。,欲改变输出频率可改变R1,R2,C, VCO, VCC,题7.8若用555定时器构成一个电路，要求当VCO端分别接高、低电平时，VO端接的发声设备能连续发出高、低音频率，连接电路并写出输出信号周期表达式。,输出频率f会随VCO的增大而减小。,用多谐振荡器：,VCO,所以此电路有时称为压控振荡器VCO,* 哎呦电路 计算VO1高电平持续时间TH=1.11s，低电平TL=1.04 s； VOH=11 V，据等效电路图可以算出VCO=8.75 V VOL=0.2 V，据等效电路图
14、可以算出VCO=6 V 计算得到低音611 Hz和高音877.8 Hz，分别持续1.1 s和1.04 s 可以按照电路学中的节点法、网孔电流法、回路法和等效电路求VCO，如节点法有：,*等效电路图,R3数值中应该包括VO1的输出电阻，由于比较小，所以忽略了,*简易电子琴电路 PNP三极管共集电极组态,即射极跟随器, VE - VB=0.3 V（锗管导通电压低, 硅管为0.7V）。 1. 当所有按键断开时,VB0,VE0.3 V,多谐振荡器不振, 即不发声 2. 当按键按下时,VB数值改变,VE随之改变才,振荡器振荡,VCOVE 如S1按下时，基极电流很小，可忽略, 有:,最后求出振荡频率为45
15、7 Hz (如用硅管，振荡频率为416 Hz),音符对应频率(Hz)：262、294、330、349、392、440、494 (乘2高音，除2低音),题7.9 电路中L1，L2，L3分别是什么电路。若R1=R2=48K，C=10F，输出信号VO的频率是多少。,L1为多谐振荡器;,L2为施密特触发器;,L3为单稳态触发器。,施密特触发器和单稳态触发器均不改变输入信号的频率，VO的频率仅由L1的频率决定。,通过元件数量判断电路功能,题7.10555定时器构成的开机延时电路。C=25F，R=91k，VCC=12V，计算开关S断开后， 经过多长时间跳变为高电平。,此处用电阻两端电压计算时间更方便：,S断开，电阻R上的电压降到1/3Vcc,也可用电容两端电压计算时间：,S断开，电阻C上的电压上升到2/3Vcc,两种方法结果相同。,题7.12图中，在VI输入下用什么样的电路可以得到VO的波形。,（a）用施密特触发器。,（b）用单稳态触发器+反相器。,（c）输入信号经微分电路使其变成窄脉冲，然后用单稳态触发器再+反相器。,题7.13图中，在VI输入下用什么样的电路可以得到VO的波形。,（a）先用施密特触发器变成矩形脉冲，然后再用单稳态触发器。,（b）先将输入信号用反相器，然后用两级单稳态触发器。,
