第9章脈沖產生與整形電路第9章脈沖信號的產生與整形

概述

555定時器及其應用

本章小結主要要求：

了解脈沖信號產生與整形的方法。

了解多諧振蕩器的常用電路及其工作原理。

9.1概述了解施密特觸發器和單穩態觸發器的邏輯功能、工作特點和典型應用。UOLUOH二、施密特觸發器(一)施密特觸發器的特性和符號UT=UT+-

UT-回差電壓施密特觸發器工作特點(1)允許輸入信號為緩慢變化的信號。(2)有兩個閾值電壓。(3)有兩個穩態。UT+OuOuIUT-正向閾值電壓負向閾值電壓當uI從小增大時，經過UT+處才能使輸出發生躍變。當uI從大減小時，經過UT-處才能使輸出發生躍變。SchmittTriggerUOLUOHUT+OuOuIUT-uOuI具有施密特特性的與非門符號OuItuOUT+UT-Ot(二)施密特觸發器應用舉例波形變換將三角波、正弦波和其它不規則信號變換成矩形脈沖。UOHUOLuI>

UT+

后，uO=

UOL,只有當uI下降到經過UT-

時，uO才會發生躍變。uI<UT-后，uO=UOH只有當

uI上升到經過

UT+時，uO才會發生躍變。脈沖整形將受到干擾的或不符合邊沿要求的信號整形成較好的矩形脈沖。OuItOuOtUT+UT-即距形脈沖產生電路，由于距形脈沖中含有豐富的諧波分量，故常稱多諧振蕩器。(1)不需輸入信號。(2)無穩定狀態，只有兩個暫穩態。

三、多諧振蕩器

(一)多諧振蕩器的工作特點和符號通過電容的充電和放電，使兩個暫穩態相互交替，從而產生自激振蕩，輸出周期性的矩形脈沖信號。GuO工作特點AstableMultivibrator(二)對稱多諧振蕩器

uI1C1G1uI2uO1uOuO2C2G2RF1RF2RF1RF2形成正反饋回路工作波形OuO2tOuO1tUOHUOLUOHUOLuI2UTHOtUTHuI1tO輸出波形

合理取值，使G1、G2門工作在電壓傳輸特性的轉折區，使兩個反相器都工作于放大狀態。通過

RC

電路的充放電作用自動控制

uI1、uI2波形的變化，從而控制

G1、G2門交替開通和關閉，使電路輸出周期性的矩形脈沖。(二)對稱多諧振蕩器

uI1C1G1uI2uO1uOuO2C2G2RF1RF2RF1RF2振蕩周期的估算取RF1=RF2=RF，C1=C2=C，

UTH=1.4V，UOH=3.6V，

UOL=0.3V則可輸出占空比50%的矩形波。T=2tW1.4RFC脈沖寬度工作波形OuO2tOuO1tUOHUOLUOHUOLuI2UTHOtUTHuI1tOC1G1uOC2G2RF并聯石英晶體多諧振蕩器(四)石英晶體多諧振蕩器振蕩頻率穩定G1G2RF通常取5~10M，使G1門工作在電壓傳輸特性的轉折區，使G1門放大工作。選頻和形成正反饋。振蕩頻率晶體頻率采用CMOS門調節C1可微調振蕩頻率；調節C1、C2比值可調節反饋系數。改善輸出波形的前沿和后沿，使輸出較理想矩形波。振蕩產生電路四、單穩態觸發器(一)工作特點與電路符號有一個穩態和一個暫穩態。無外觸發脈沖輸入時，電路處于穩態；在外觸發脈沖作用下，電路將從穩態翻轉到暫穩態，經一段時間后，電路又自動返回到原來的穩態。工作特點暫穩態時間長短取決于電路本身的參數，與外加觸發脈沖無關。monostableflip-flop單穩態觸發器暫穩態期間如再次被觸發，對原暫穩時間無影響，輸出脈沖寬度tW仍從第一次觸發開始計算。暫穩態期間如再次被觸發，輸出脈沖寬度可在此前暫穩態時間的基礎上再展寬tW。

可重復觸發型不可重復觸發型uOuI1uOuI限定符號“1

”表示不可重復觸發型單穩態觸發器。限定符號“”表示可重復觸發型單穩態觸發器。外接元件和連線少，觸發方式靈活，既可用輸入脈沖的正躍變觸發，又可用負躍變觸發，使用十分方便，而且工作穩定性好。因此應用很廣泛。(二)集成單穩態觸發器

TTL不可重復觸發型單穩態觸發器CT74121的邏輯符號有3個觸發信號輸入端，TR-A和TR-B用負脈沖觸發，

TR+用正脈沖觸發。有2個互補輸出端TR+TR-BTR-AQQRI

CXRX/CXRintCextRext/CextRI

CXRX/CX不可重復觸發型單穩的限定符號外接定時元件端“×”號表示非邏輯連接，即沒有任何邏輯信息的連接，例如外接R、C和VCC等。如何使用

Rint、Cext和

Rext/Cext端？RI

CXRX/CXTR+TR-BTR-AQQ懸空不接CextRextVCC一般接法tW

0.7RextCext通常?。篟ext=2~40k，Cext=10pF~10F。當輸出脈寬很小時，可用內部電阻

Rint=2k取代

Rext，接法如下：RI

CXRX/CXTR+TR-BTR-AQQCext+VCCtW

0.7RintCext那么

CT74121的觸發信號應如何加呢？通過對CT74121功能表的分析就可知道觸發端的用法。欲負脈沖觸發，則將觸發脈沖從TR-A或TR-B加入，而TR+接1。欲正脈沖觸發，則將觸發脈沖從TR+加入，而TR-A和TR-B至少有一接0?？梢?，CT74121可正脈沖觸發，也可負脈沖觸發。0××01111110×11100××1010×101×0QQTR+TR-BTR-A輸出輸入CT74121的功能表

負脈沖觸發應用舉例RI

CXRX/CXTR+TR-BTR-AQQ+VCC+VCCQTR-B正脈沖觸發應用舉例RI

CXRX/CXuO+VCCuIuIuO2.CT74121邏輯功能的分析與應用

CT74121的功能表

0××01111110×11100××1010×101×0QQTR+TR-BTR-A輸出輸入若已知Rext=10k，Cext=1F則可得tW

0.7RextCext=7msRI

CXRX/CXQ+VCCuIRextCextQOuItOuOt脈沖展寬電路和工作波形3.脈沖展寬tW接成正脈沖觸發方式將窄脈沖展寬成寬度為tW的脈沖掌握用555定時器構成施密特觸發器、單穩態觸發器和多諧振蕩器的方法。主要要求：

了解555定時器的電路結構，掌握其符號和功能。9.2

555定時器及其應用555定時器簡介555定時器是一種結構簡單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。它電源電壓范圍寬(雙極型555定時器為5~16V，CMOS555定時器為3~18V)，可提供與TTL及CMOS數字電路兼容的接口電平，還可輸出一定功率，驅動微電機、指示燈、揚聲器等。TTL單定時器型號的最后3位數字為555，雙定時器的為556；CMOS單定時器的最后4位數為7555，雙定時器的為7556。一、555定時器的工作原理和邏輯功能555定時器的工作原理與邏輯功能

101導通定時器5G555的功能表

不變不變1截止11導通01導通00V狀態OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××

直接置0端RD低電平有效，優先級最高。不用時應使其為1。不變不變1截止11導通01導通00V狀態OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××定時器5G555的功能表

01導通0110555定時器的工作原理與邏輯功能555定時器的工作原理與邏輯功能

不變不變1截止11導通01導通00V狀態OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××定時器5G555的功能表

10截止1001簡化功能表

不變不變1截止11導通01導通00V狀態OUTRD輸出輸入TRTH××使用要點(1)

RD低電平有效,優先級最高，

不用時應接高電平。通常不用CO端，為了提高電路工作穩定性，將其通過0.01F電容接地。(3)

TR低電平有效，TH高電平

有效，因此，TH加低電平、

TR加高電平時為非有效電

平，電路狀態不變。(4)輸出

0

時，Q

=

1，因此

V

導通；輸出

1

時，

Q

=

0，故

V

截止。(5)注意：①

TH

電平高低是與

2/3VCC相比較，TR

電平高低是與

1/3VCC相比較。②若控制輸入端

CO

加輸入電壓

uCO，則

UR1=

uCO

UR2=

uCO/2，故

TH

和

TR

電平高低的比較值將變成

uCO和

uCO/2。(2)TH和TR均為高電平時輸出

0，均為低電平時輸出1。二、用555定時器組成施密特觸發器

0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH當TH=TR=uI>2/3VCC時電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性uIuO當TH=TR=uI<1/3VCC時1/3VCC0當1/3VCC<TH=TR=uI<2/3VCC時當uI<1/3VCC時當uI由高電平逐漸下降，且1/3VCC<uI<1/3VCC時不變不變1截止11導通01導通00V狀態OUTRD輸出輸入TRTH××0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOHUT+=2/3VCCUT-

=1/3VCCUT=UT+-

UT-

=1/3VCCOuO/Vt[例]試對應輸入波形畫出下圖中輸出波形。184355557+12V0.01FuIuO260uI/Vt246810THTRuIuO+12VUT+UT-abcdefUOH解：UT+=2/3VCC=8VUT-

=1/3VCC=4V因此可畫出輸出波形為電路構成反相輸出的施密特觸發器GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01FRCuIuOuC-+三、用555定時器組成單穩態觸發器(一)電路結構DISTHVCCRR、C為定時元件TRuIOUTuOGNDVCCRDCO0.01FCuC-+(二)工作原理、工作波形與參數估算1.穩定狀態

接通電源后VCC經R向C充電，使uC

上升。uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC該電路觸發信號為負脈沖，不加觸發信號時，uI=

UIH(應

>

1/3

VCC)。

當uC

≥2/3VCC時，滿足TR=uI>1/3VCC，TH=uI≥2/3VCC,因此uO為低電平，V導通，電容C經放電管V迅速放電完畢，uC

0V。這時TR=UIH>1/3VCC，TH=uC

0<2/3VCC，uO保持低電平不變。因此，穩態時

uC

0V，uO為低電平。充電工作原理

導通放電VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH2.觸發進入暫穩態

(二)工作原理、工作波形與參數估算uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC

當輸入uI由高電平躍變為低電平

(應<1/3VCC)時，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，因此uO躍變為高電平，進入暫穩態，這時放電管V截止，VCC又經R向C充電，uC

上升。UILUOH充電3.自動返回穩定狀態

(二)工作原理、工作波形與參數估算uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC2.觸發進入暫穩態

UIHUOL

TH≥2/3VCC放電V

當輸入uI由高電平躍變為低電平

(應<1/3VCC)時，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，因此uO躍變

為高電平，進入暫穩態，這時放電管V截止，VCC又經R向C充電，uC

上升。這時uI必須已恢復為高電平

當uC

上升到uC

≥2/3VCC時，

TH

=

uC

≥2/3

VCC，而TR=uI=

UIH(>1/3VCC)，因此uO重新躍變為低電平。同時，放電管導通，C

經V迅速放電uC

0V，放電完畢后，電路返回穩態。[例]用上述單穩態電路輸出定時時間為1s的正脈沖，R=27k，試確定定時元件

C的取值。

(二)工作原理、工作波形與參數估算uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC輸出脈沖寬度tW即為暫穩態維持時間，主要取決于充放電元件R、C。該單穩態觸發器為不可重復觸發器，且要求輸入脈寬tWI小于輸出脈寬tWO。解：因為

tWO

1.1RC故可取標稱值

33F。估算公式tWO1.1RCGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01FR1CuOuC-+R2四、用555定時器組成多諧振蕩器(一)電路結構DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01FOUTuOCuC-+R2(二)工作原理、工作波形與周期估算uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ充電UOHTH=TR=uC很小Ⅰ

接通VCC后，開始時TH=TR=uC

0，uO為高電平，放電管截止，VCC經R1、R2向C充電，uC

上升，這時電路處于暫穩態Ⅰ。

工作原理

(二)工作原理、工作波形與周期估算uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡUOLTH

=

TR

≥

2/3

VCC

當uC上升到

TH=TR=uC

≥

2/3

VCC時，uO躍變為低電平，同時放電管

V導通，C經R2和V放電，uC

下降，電路進入暫穩態Ⅱ。工作原理

Ⅱ

接通VCC后，開始時TH=TR=uC

0，uO為高電平，放電管截止，VCC經R1、R2向C充電，uC

上升，這時電路處于暫穩態Ⅰ。

放電

當uC下降到

TH=TR=uC

≤1/3

VCC時，uO重新躍變為高電平，同時放電管V截止，C又被充電，uC

上升，電路又返回到暫穩態Ⅰ。(二)工作原理、工作波形與周期估算uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡTH=TR≤1/3VCCⅠ工作原理

當uC上升到

TH=TR=uC≥

2/3

VCC時，uO躍變為低電平，同時放電管

V導通，C經R2和V放電，uC下降，電路進入暫穩態Ⅱ。

接通VCC后，開始時TH=TR=uC

0，uO為高電平，放電管截止，VCC經R1、R2向C充電，uC

上升，這時電路處于暫穩態Ⅰ。

(二)工作原理、工作波形與周期估算電容C如此循環充電和放電，使電路產生振蕩，輸出矩形脈沖。uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ周期與占空比估算tWH0.7(R1+R2)CtWL0.7R2CT=tWH+tWL0.7(R1+2R2)CGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01FR1C+R2RP1RP2[例]指出右圖中控制揚聲器鳴響與否和調節音調高低的分別是哪個電位器？若原來無聲，如何調節才能鳴響？欲提高音調，又該如何調節？解：R1、R2、RP1和C共同構成定時元件，因此調節RP1可調節音調高低。欲提高音調，則應減小RP1，因此觸頭應下移。RP2調節RP2可控制RD為0