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1、第第第第6 6章章章章 脉冲信号的脉冲信号的脉冲信号的脉冲信号的产生与整形产生与整形产生与整形产生与整形学习要点：学习要点： 掌握555定时器的工作原理及逻辑功能掌握由555定时器构成单稳、多谐、施密特触 发器的方法555定时器 555定时器是一种多用途的模拟数字混合集成电路，它把模拟功能和逻辑功能巧妙地结合在一起，只要外部配上两三个阻容元件，即可构成多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器和其他一些电路。常用于脉冲信号的产生和变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域。1. 555电路结构555电路由四部分组成：1.分压电阻 为C1+和C2-提供电位4.放电管TD Q为低电平时TD截止，高
2、电平时TD导通，以控制外接电容充、放电。3.基本RS触发器 记忆C1和C2的比较结果2.比较器C1和C2 比较vi1与C1+、vi2 与C2-的大小，得出 R和S2. 5552. 555工作原理工作原理从电路得出：或：对于比较器C1、C2：v+ v- : vo为高电平(1)v+ 2/3Vcc ，R=0； Vi1 1/3Vcc ，S=1； vi2 1/3Vcc ，S=0001R=0时，Q=1，uo=0，T导通。R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/300011R=0时，
3、Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/310011R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。110R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/311100R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3
4、时，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。555的功能表第第第第6 6章章章章 脉冲信号的脉冲信号的脉冲信号的脉冲信号的产生与整形产生与整形产生与整形产生与整形6.1 6.1 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器6.2 6.2 施密特触发器施密特触发器施密特触发器施密特触发器6.3 6.3 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器退出退出退出退出6.1 多谐振荡器多谐振荡器6.1.1 6.1.1 由由由由555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器6.1.2 6.1.2 由石英晶体构成的多谐振荡器由石英晶体构成
5、的多谐振荡器由石英晶体构成的多谐振荡器由石英晶体构成的多谐振荡器6.1.3 6.1.3 多谐振荡器的应用多谐振荡器的应用多谐振荡器的应用多谐振荡器的应用退出退出退出退出接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。6.1.1 由由555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器前面介绍的几种多谐振荡器的振荡频率不但取决于电路的时间常数 RC ，而且还取决于门电路的阈值电平VTH。由于VTH
6、容易受温度、电源变化的影响，振荡频率稳定性较差，在频率稳定性要求较高的场合不太适用。目前普遍采用的一种稳频的方法是在多谐振荡器中接入石英晶体，组成石英晶体振荡器。石英晶体振荡器的振荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率，与外接的电容、电阻参数无关。石英晶体的频率稳定度可达 10-1010-11，足以满足大多数数字系统对频率稳定度的要求。6.1.2 由由555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器电阻R1、R2的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性放大区。对TTL反相器，常取R1R2R0.7 k2k，而对于CMOS门，则常取R1R2R10k100k；C1C2C是耦合电容，它们的容抗在石英
7、晶体谐振频率f0时可以忽略不计；石英晶体构成选频环节。振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0。6.1.3 多谐振荡器的应用多谐振荡器的应用秒秒秒秒信信信信号号号号发发发发生生生生器器器器多谐振荡器分频电路模拟声响电路模拟声响电路模拟声响电路模拟声响电路将振荡器的输出电压uo1，接到振荡器中555定时器的复位端（4脚），当uo1为高电平时振荡器振荡，为低电平时555定时器复位，振荡器停止震荡。本节小结：多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输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。入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由多谐振荡
8、器可以由门电路构成，也可以由555定时定时器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本RS触发器触发器在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。RS触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电路。又称为无稳电路。在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，其稳态，其“触发触发”信号是由电路内部电容充（放）电信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡提供的，因此无需外加触发脉冲。多
9、谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。周期与电路的阻容元件有关。555定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，多用于脉冲产生、整形及定时等。多用于脉冲产生、整形及定时等。6.2 施密特触发器施密特触发器6.2.1 6.2.1 由由由由555555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器6.2.2 6.2.2 施密特触发器的应用施密特触发器的应用施密特触发器的应用施密特触发器的应用退出退出退出退出6.2.1 由由555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器施密特触发器是一种能够把输入波
10、形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。下限阈值电压上限阈值电压回差电压（滞后电压）：UT UTUT集集集集成成成成施施施施密密密密特特特特触触触触发发发发器器器器6.2.2 施密特触发器的应用施密特触发器的应用本节小结：施施密密特特触触发发器器是是一一种种能能够够把把输输入入波波形形整整形形成成为为适适合合于于数数字字电电路路需需要要的的矩矩形形脉脉冲冲的的电电路路。而而且且由由于于具具有有滞滞回回特特性性，所以抗干扰能力也很强。所以抗干扰能力也很强。施施密密特特触触发发器器可可以以由由分分立立元元件件构构成成，也可以由门电路及也可以由门电路及555定时器构成。定时器构成。施施密密特特
11、触触发发器器在在脉脉冲冲的的产产生生和和整整形形电路中应用很广。电路中应用很广。6.3 单稳态触发器单稳态触发器6.3.1 6.3.1 由由由由555555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器6.3.2 6.3.2 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用退出退出退出退出单稳态触发器在数字电路中一般用于定定定定时时时时（产生一定宽度的矩形波）、整整整整形形形形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）以及延延延延时时时时（把输入信号延迟一定时间后输出）等。单稳态触发器具有下列特点：（1）电路有一个稳
12、态和一个暂稳态。（2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。（3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。6.3.1 由由555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，uo0。这时Q=1，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。ui到来时，因为uiVCC/3，使C20，触发器置1，uo又由0变为1，电路进入暂稳态。由于此时Q=0，放电管T截止，VCC经R对C充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较
13、器C2的输出变为1，但充电继续进行，直到uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，电路输出uo0，T导通，C放电，电路恢复到稳定状态。TR-A、TR-B是两个下降沿有效的触发信号输入端，TR+是上升沿有效的触发信号输入端。Q和是两个状态互补的输出端。Rext/Cext、Cext是外接定时电阻和电容的连接端，外接 定 时 电 阻 R（ R=1.4k40k）接在VCC和Rext/Cext之间 ， 外 接 定 时 电 容C（C=10pF10F）接在Cext（正）和Rext/Cext之间。74121内部已设置了一个2k的定时电阻，Rin是其引出端，使用时只需将Rin与VCC连接起来即
14、可，不用时则应将Rin开路。74121的输出脉冲宽度：tp0.7RCTR-A、TR-B是两个下降沿有效的触发信号输入端，TR+A、TR+B是两个上升沿有效的触发信号输入端。Q和是两个状 态 互 补 的 输 出 端 。Rext/Cext、Cext、Rin3个引出端是供外接定时元件使用的，外接定时电阻R（R=5k50k）、电容C（无限制）的接法与74121相同。RD为直接复位输入端，低电平有效。当定时电容C1000pF时，74122的输出脉冲宽度：tp0.32RC6.3.2 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用延迟与定时延迟与定时延迟与定时延迟与定时整整整整形形形形本节小结：单稳态触发器具有一个稳
15、态。由门电路构成单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成的单稳态触发器和基本的单稳态触发器和基本RS触发器在结构上也极为触发器在结构上也极为相似，只有用于反馈的耦合网络不同。相似，只有用于反馈的耦合网络不同。单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，其态过渡到稳态，其“触发触发”信号也是由电路内部信号也是由电路内部电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。冲宽度也由电路的阻容元件决定。单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但单稳态触发器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，用途却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，用途很广。很广。
