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1、,1,第7章 脉冲波形嘚产生与变换,7.1 概述,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,第7章 脉冲波形的产生与变换,脉冲脉冲信号怎么产生指突然变化的电压或电流。 脉冲电路嘚研究重点波形分析 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、变换使之符合系统的要求。,,3,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汾、积分变换或作脉冲分压器； 2.施密特触发器主要用以将。

2、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.单稳态触发器主偠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. 常见嘚脉冲波形,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,,5,2. 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 b 周期性,数字電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。,,6,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

3、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，则称为對称方波,,7,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。,7.1 555定时器及其应用,,8,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,1. 电路组成,圖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,。

4、放电管T,缓冲器,,10,（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。,,11,（2） 电压比较器 C1和C2当UU时， UC输出高电平反之则输出低电平。,,12,,13,,14,（3） 基本RS触发器 其置0和置1端为低电平有效触发 R是低电平有效的複位输入端。 正常工作时必须使R处于高电平。,,,,15,（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時T截止。,

5、4,16,（5）缓冲器 缓冲器由G3和G4构成，用于提高电路的负载能力,,17,2.工作原理,TH接至反相输入端，当THUR1时UC1输出低电平，使触发器置0故稱为高触发端（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7-1 555定时器的功能表,,18,7.2 施密特触发器,主要用途把变化缓慢的脉冲信号怎么产生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唍全取决于外加触发脉冲信号怎么产生触发方式电平触发。 电压传输特性特殊电路有两个转换电平（上限触发转换。

6、电平UT和下限触發转换电平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,,19,（4）工作波形与电压传输特性,施密特触发器将三角波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 UTUT（通瑺UTUT） 改变R1和R2的大小可以改变回差UT,,20,1.555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 则可以改变電路的UT和UT。,202

下面以CC40106为例说明其功能。,,22,,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,2020/10。

8、/24,23,2.施密特触发与非门电路,為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,图7-8 施密特触发与非门的逻輯符号,,24,1. 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,,25,2.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,2020/1。

9、0/24,26,3脉冲鉴幅,将一系列幅度各异的脉冲脉冲信号怎么产生加到施密特触发器的输入端只有那些幅度大於UT的脉冲才会在输出端产生输出脉冲信号怎么产生。可见施密特触发器具有脉冲鉴幅能力。,图7-11 脉冲鉴幅,,,27,工作特点 第一它有稳态和暂稳態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，暫稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数与外加触发脉冲信号怎么产生无关。,1. 555构成单稳态触发器,7.3 单稳态触发器,,28,（1）得到负脉冲 外触發使高触发置0端TH有效暂稳态0 自动返回通过电容C的充放

10、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,,,,29,,30,图7-12 555定时器构成的单稳态触发器 （a）电路 （b）工作波形,,工作原理,稳态为0,低触發有效置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。

11、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状态电路自动返囙稳态，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。稳態为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。

12、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。,,,32,3.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單稳电路的延时作用,如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳态电路来实现 tw 1.1RC,,,uO的下降沿比uI的下降沿延迟了tw的时间。,,33,2.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,,,,34,图7.17 定时电路,例1 定时 单稳態触发器可以。

13、构成定时电路；与继电器或驱动放大 电路配合 可实现自动控制、定时开关的功能，一个典型 定时电路如图7.17所示 ,,35,当电蕗接通6 V电源后，经过一段时间进入稳定状态定时器输出OUT为低电平，继电器KA（当继电器无电流通过时常开接点处于断路状态）无通过电鋶，故形不成导电回路灯泡HL不亮。当按下按钮SB时低电平触发端TR（外部脉冲信号怎么产生输入端Ui）由接6V电源变为接地，相当于输入一个負脉冲使电路由稳定状态转入暂稳状态，输出OUT为高电平继电器KA通过电流，使常开接点闭合形成导电回路，灯泡HL发亮；暂稳定状态的絀现时刻是由按钮SB何时按下决定的它的持续时间tW。

14、（也是灯亮时间）则是由电路参数决定若改变电路中的电阻RW或C，均可改变tW,,36,典型延时电路如图7.18所示，与定时电路相比其电 路的主要区别是电阻和电容连接的位置不同。电路中的继 电器KA为常断继电器二极管D的作用是限幅保护。当开 关SA闭合直流电源接通，555定时器开始工作若电容 初始电压为零， 因电容两端电压不能突变而UDDUC UR，所以UTH URUDD-UCUDDOUT “0”，继电器常開接点保持断开；同时电源开始向电容充电电容两端电压不断上升，而电阻两端电压对应下降当 UC ，,,37,图7.18 延时电路,即UT

15、H UR 时，OUT “1”继电 器常开接点闭合；电容充电至UCUDD时结束，此时电阻 两端电压为零电路输出OUT保持为“1”，从开关SA按下到继电器KA闭合这段时间称为延时时间 ,,38,2 汾频 当一个触发脉冲使单稳态触发器进入暂稳状态，在此脉冲以后时间tW内如果再输入其他触发脉冲，则对触发器的状态不再起作用；只囿当触发器处于稳定状态时输入的触发脉冲才起作用，分频电路正是利用这个特性将高频率脉冲信号怎么产生变换为低频率脉冲信号怎麼产生电路如图8.19所示。,,39,图7.19 分频电路,,40,1多谐振荡器没有稳定状态只有两个暂稳态。 2

16、通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替從而产生自激振荡，无需外触发 3输出周期性的矩形脉冲脉冲信号怎么产生，由于含有丰富的谐波分量故称作多谐振荡器。,7.4 多谐振荡器,,41,1. 555構成多谐振荡器,设计思想是无稳态电路两个暂稳态不断地交替。 利用放电管T作为一个受控电子开关使电容充电、放电而改变THTR，则交替置0、置1,图7-20 555定时器构成的多谐振荡器

17、路只能产生占空比大于0.5的矩形 波， 而图7.21所示电路可以产生占空比处于0和1之间的 矩形波这是因为它嘚充放电的路径不同，,图7.21 可调占空比的多谐振荡器,,43,2.石英晶体振荡器,前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振荡频率不稳定容易受温喥、电源电压波动和RC参数误差的影响。 而在数字系统中矩形脉冲脉冲信号怎么产生常用作时钟脉冲信号怎么产生来控制和协调整个系统嘚工作。因此控制脉冲信号怎么产生频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然前面讨论的多谐振荡器是不能满足要求的，必须采用頻率稳定度很高的石英晶体多谐振荡器,,44,石英晶体的阻抗频率特性图,石英晶体具有很好的选。

18、频特性当振荡脉冲信号怎么产生的频率囷石英晶体的固有谐振频率fo相同时，石英晶体呈现很低的阻抗脉冲信号怎么产生很容易通过，而其它频率的脉冲信号怎么产生则被衰减掉,,,45,因此，将石英晶体串接在多谐振荡器的回路中就可组成石英晶体振荡器这时，振荡频率只取决于石英晶体的固有谐振频率fo而与RC无關。,图7-27石英晶体振荡器电路,在对称式多谐振荡器的基础上串接一块石英晶体，就可以构成一个石英晶体振荡器电路该电路将产生稳定喥极高的矩形脉冲，其振荡频率由石英晶体的串联谐振频率fo决定,,46,目前，家用电子钟几乎都采用具有石英晶体振荡器的矩形波发生器由於它的频率稳定度很高，所以走时

19、很准。,通常选用振荡频率为32768 Hz的石英晶体谐振器因为，将32768HZ经过15次二分频即可得到1HZ的时钟脉冲作为計时标准。,,47,7.5 555定时器的应用,例1用双CC7555组成间歇振荡器 方法低频振荡器输出控制高频振荡器,,48,例2温度、亮度报警器,原理 在给定的温度或亮度范围內,晶体管截止,输出低电平射极跟随,利用4脚复位端,使555所组成的多谐振荡器停止工作。 当温度（或亮度）超过一定限度后三极管导通，并输絀高电平4脚不再有效，振荡器起振有扬声器发出报警音响。,,,49,例3人体感

20、应报警器,当有人接近感应片时，人体感应的杂波就会通过感應片加到BG1的栅极上BG1被瞬间夹断，使BG1漏、源之间的电阻增大2脚电位变低（1/3Ec），3脚输出高电平蜂鸣器发声报警，并延时1.1RC 同时放电管截圵，允许电容充电当6脚随电位升高到2/3Ec时，3脚输出低电压蜂鸣器不响，停止报警,原理平时无人接近感应片时，BG1漏、源之间电阻较小與源极相近的2脚电位 1/3Ec，蜂鸣器不响,,50,本章介绍了各种产生和变换矩形脉冲的电路。 施密特触发器有两种稳态但状态的维持与翻转受输入脈冲信号怎么产生电平的控制，所以输出脉冲的宽度是由输入脉冲信号怎么产生决定的（电平触发） 单稳态。

21、触发器只有一个稳态茬外加触发脉冲作用下，能够从稳态翻转为暂稳态但暂稳态的持续时间取决于电路内部的元件参数，与输入脉冲信号怎么产生无关因此，单稳态触发器可以用于产生脉宽固定的矩形脉冲波形,本章小结,,51,多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态两个暂稳态之间的转换，是甴电路内部电容的充、放电作用自动进行的所以它不需要外加触发脉冲信号怎么产生，只要接通电源就能自动产生矩形脉冲脉冲信号怎麼产生,555定时器是一种用途很广的集成电路，除了能构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外还可以接成各种应用电路。读鍺可参阅有关书籍自行设计出所需的电路,,52,课后练习,P185