第八章第八章脉冲波形的变换与产生脉冲波形的变换与产生 重点：重点： 1. 了解了解单稳态触发器的结构、工作原理及功能。单稳态触发器的结构、工作原理及功能。 2.了解了解施密特触发器的结构、工作原理及功能。施密特触发器的结构、工作原理及功能。 3.了解了解多谐振荡器的结构、工作原理及功能。多谐振荡器的结构、工作原理及功能。 4.掌握掌握555定时器的结构及其应用。定时器的结构及其应用。 1 8.1 单稳态触发器单稳态触发器输出输出0或或1中中只有一个稳定状态只有一个稳定状态只有一个稳定状态只有一个稳定状态。 单稳态触发器一般用做定时、整形及延时。单稳态触发器一般用做定时、整形及延时。一、电路及其波形一、电路及其波形(CMOS门组成的单稳态触发器门组成的单稳态触发器)11RdRCdCvIvO1vOVDD二、单稳态触发器的作用二、单稳态触发器的作用tW0tvI0tvO输出正输出正脉冲脉冲三、脉冲宽度三、脉冲宽度： tW = R C lnVDD/ /(VDD- -VTH)一般门电路一般门电路阈值电压阈值电压VTH VDD / /2,则则: tW =0.7R C 稳态稳态暂态暂态产生单脉冲产生单脉冲21RdRCdCvIvO1vO四、输出四、输出负脉冲负脉冲的单稳态触发器电路的单稳态触发器电路1.电路电路 tW0tvI0tvO输出负输出负脉冲脉冲稳态稳态暂态暂态2.波形波形3、脉冲宽度、脉冲宽度与前述相同与前述相同38.2 施密特触发器施密特触发器一、电路符号及其工作原理一、电路符号及其工作原理(1)同相输出的施密特触发器同相输出的施密特触发器0tvI0tvO同同VT+ +VT- -VT+ +、VT- -正、负向阈值电压正、负向阈值电压其中其中:VT VT+ +VT- - 回差回差二、作用二、作用波形变换波形变换波形变换波形变换, 整整形形0tvO反反(2)反相输出的施密特触发器反相输出的施密特触发器vOvIVT+VT- -vOvIVT+VT- -传输传输特性特性传输传输特性特性 1vI vO 1vI vO4三、三、 CMOS门组成的施密特触发器门组成的施密特触发器1.电路电路11R1R2vOvO1vIv110tvI0tvO若若vI波形如图所示。波形如图所示。根据叠加定理：根据叠加定理：vO波形如何变化？波形如何变化？52.工作原理和波形工作原理和波形设门电路的阈值设门电路的阈值(跳变电压跳变电压)为为VTH 。当当vI 很小时很小时: vO1“1”, vO“0”此时此时v11与与vO波形：波形：11R1R2vOvO1vIv11VT+ +当当vI 上升至使上升至使v11VTH时时:vO 从从“0”跳变为跳变为“1”。 vO波形图波形图示：示：0tvI0tvO此时输入此时输入 vI 的值称为的值称为VT+ +：6VT- -当当vI 下降至使下降至使v11VTH时时: vO从从“1”跳变为跳变为“0”, 此时输入此时输入 vI 的值称为的值称为VT- -： VT+11R1R2vOvO1vIv11设门电路的输出高电平值为设门电路的输出高电平值为VDD 。一一般般VDD 2VTH , 此后此后v11变为变为：其中其中:VT VT+ +VT- - 回差回差VT+ +0tvI0tvO78.3 多谐振荡器多谐振荡器也称为也称为“无稳态触发器无稳态触发器”一、电路和波形一、电路和波形(CMOS门组成的无稳态电路门组成的无稳态电路)11RvOvO1vIC0tvOT1T2二、无稳态触发器的作用二、无稳态触发器的作用产生连续脉冲产生连续脉冲三、指标计算三、指标计算第一暂态时间第一暂态时间：T1= R C lnVDD/ /(VDD- -VTH)=0.7R C第二暂态时间第二暂态时间：T2 =R C lnVDD/ /VTH = 0.7R C周期周期：T=T1T2 =1.4R C频率频率: f =1/ /T88.4 555定时器及其应用定时器及其应用一、一、555定时器定时器1.电路电路 8 7 6 5 1 2 3 4555VCC vo v11 v1CGND v12 vo RD电电源源放放电电阈值阈值输入输入电压电压控制控制地地触发触发输入输入输输出出复复位位2.管脚排列管脚排列RSQQVCCv11v1Cv12voTvoRD87645321R- -+- -+RRB+vOVCC 8 457 555 362 1v1Cvov11v12RD3 .图形符号图形符号94. 工作原理及状态表工作原理及状态表555的功能表的功能表RDv11 (6脚脚)v12(2脚脚)vo(71)之间之间1v1Cv1C/ /20导通导通1v1Cv1C/ /21截止截止1v1Cv1C/ /2保持保持保持保持1v1Cv1C/ /2不定不定不定不定00导通导通注意注意:(1)5端电压端电压v1C=外接外接输入电压输入电压;(2)B点电位点电位vB = v1C / /2 ; (3)当当5端悬空或与地之间接电端悬空或与地之间接电容器时：容器时：v1C = 2VCC / /3 vB = v1C / /2 = VCC / /3。RSQQVCCv11v1Cv12voTvoRD87645321R- -+- -+RRB+开环运放的功能开环运放的功能:v+ +v- -, 输出为输出为“1”v+ +v- -, 输出为输出为“0”10RDv11 (6脚脚)v12 (2脚脚)vo(71)之间之间12VCC / / 3 VCC / / 30导通导通1 2VCC / / 3 VCC / / 31截止截止1 2VCC / / 3 VCC / / 3保持保持保持保持12VCC / / 3 VCC / / 3不定不定不定不定00导通导通注意注意:CO端端悬空或与地之间接电容器时悬空或与地之间接电容器时, v1C = 2VCC / /3 状态表变为：状态表变为：返回施密特触发器返回施密特触发器返回单稳态触发器返回单稳态触发器11二、用二、用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1、电路电路8 41 53762C555vOVCCvI555真值表真值表2、工作原理和波形、工作原理和波形0tvO(1)vI上升阶段：上升阶段：当当vIVCC/ /3 时时: vO1当当VCC/ /3 vI2VCC/ /3 时时:保持保持, vO10tvI2VCC/ /3VCC/ /3v1C=2VCC / /3当当vI2VCC/ /3 时时: vO0(2) vI下降阶段：下降阶段：当当vI2VCC/ /3 时时:vO0当当VCC/ /3 vI2VCC/ /3 时时:保持保持, vO0当当vIVCC/ /3 时时: vO112回差回差:VT2VCC/ /3VCC/ /3 VCC/ /38 41 53762C555vOVCCvI0tvO0tvI2VCC/ /3VCC/ /3若若5端电压外接输入电压端电压外接输入电压VDD, 则则v1C=VDD 回差回差:VTv1Cv1C/ /2v1C/ /2 VDD / /213三、用三、用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1、电路电路555真值表真值表2、工作原理和波形、工作原理和波形(1)当当 vI = 1时时, 接通电源后接通电源后, 设电容已设电容已充电至稳态值充电至稳态值VCC 。这时：这时：v11=VCC2VCC / /3, vI=v12=VCCVCC / /3 vO = 0 , (71)之间导通之间导通,电容电容 C 被短被短接迅速放电接迅速放电, 使使:v11=vC =0VCC / /3不变不变0tvI0tvO0tvC2VCC/ /3 VCC/ /3继续保持继续保持vO = 0, (71)之间导通之间导通 。55548162357vOvIVCCRC+ vC- -160tvI0tvO0tvC2VCC/ /3 VCC/ /30为稳态为稳态1为暂态为暂态(2)当当 瞬间接地瞬间接地, 短时内使短时内使vI = 0时时:v12=vI =0VCC / /3, v11=vC =0VCC / /3只要只要v11=vC未充至未充至2UCC/ /3,vO状态不会变状态不会变(3)当当C 充电至充电至v11=vC2UCC/ /3时时:vO=0 , (71)之间导通之间导通,电容电容 C 被短接迅被短接迅速放电而变成速放电而变成 0V。输出回到稳态。输出回到稳态。55548162357vOvIVCCRC+ vC- -170tvI0tvO0tvC2VCC/ /3 VCC/ /30为稳态为稳态1为暂态为暂态tW3、单稳态触发器的作用、单稳态触发器的作用产生单脉冲产生单脉冲4、指标计算、指标计算脉冲宽度：脉冲宽度：tWRC lnVCC/ /(VCC- -2VCC/ /3) 1.1 RC18单稳态触发器构成单稳态触发器构成单稳态触发器构成单稳态触发器构成短时用照明灯短时用照明灯48162357uouiUCCSRC若若若若S S S S未按下未按下未按下未按下, , , , 则则则则 u ui i = 1 = 1 = 1 = 1 若若若若S S S S按下按下按下按下, , , , 则则则则 u ui i = 0 = 0 = 0 = 0 例例1灯亮的时间为：灯亮的时间为：灯亮的时间为：灯亮的时间为： t tp p = 1.1 = 1.1 R CR C21uo按一下按一下按钮按钮 S未按未按0KT的线圈的线圈不通电不通电KT 的触点的触点断开断开灯灯灭灭1通电通电闭合闭合亮亮灯亮的时间为：灯亮的时间为：灯亮的时间为：灯亮的时间为：t tp p = 1.1 = 1.1 R CR C48162357uOuiUCCCSKTKTD1D2R220V照明：照明： 22四、四、555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器(简易电子琴电路简易电子琴电路)1、电路电路48162357R1R2C+ vC- -555vOVCCvC0tVCC /32VCC /30tvO2、工作原理和波形、工作原理和波形(1)设电容设电容C原先未充电原先未充电,当当接通电源后接通电源后, v12=vC =0VCC / /3 , v11=vC =02VCC / /3 vO=1,(71)之间断开之间断开,电源通过电源通过R1 和和R2 对电容对电容C 充电。充电。在在 v11= v12= vC没有充电到没有充电到 2VCC / /3 之前之前, v11 2VCC/ /3, v12 VCC/ /3, vO 保持保持 1 不变。不变。27vC0tVCC /32VCC /30tvOv11= v12= vC一旦充电至一旦充电至2VCC / /3,则则: v112VCC / /3， v12VCC / /3,vO= 0, (71)之间短接。电容之间短接。电容 C 经经 R2 放电。放电。48162357R1R2C+ vC- -555vOVCC放电过程中放电过程中, 只要只要v11 2VCC / /3, v12 VCC / /3,vO保持保持0不变。不变。28v11= v12= vC一旦放电至一旦放电至VCC/ /3, 则：则：v11 2VCC / /3, v12 VCC / /3,vO =1, (71)之间断开。之间断开。电源通过电源通过R1 和和R2 对电容对电容C 充电。充电。vC0tVCC /32VCC /30tvO48162357R1R2C+ vC- -555vOVCC重复上述过程，进入循环重复上述过程，进入循环. .293、无稳态触发器的作用、无稳态触发器的作用产生连续脉冲产生连续脉冲4、指标计算、指标计算vC0tVCC /32VCC /30tvO周期：周期：T tPH + tPL0.7(R1+R2)C+ 0.7R2C 0.7(R1+2R2)C频率：频率：占空比占空比高电平时间高电平时间tPH/ /周期周期TtPHtPL30多谐振荡器构成水位监控报警电路多谐振荡器构成水位监控报警电路多谐振荡器构成水位监控报警电路多谐振荡器构成水位监控报警电路 水位正常情况下，电容水位正常情况下，电容C被短接，扬声器不发被短接，扬声器不发音；水位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始音；水位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始工作，扬声器发出报警。工作，扬声器发出报警。.uC.+UCC4876213CR1R25.+例例13448162357R1C555uoUCCR21R28S8S1简易电子琴电路图简易电子琴电路图 简易电子琴：简易电子琴：例例5 通过改变通过改变R2 的阻值来改变输出方波的周期的阻值来改变输出方波的周期 , 使外使外接的喇叭发出不同的音调接的喇叭发出不同的音调 。38本章小结本章小结1多多谐谐振振荡荡器器是是一一种种自自激激振振荡荡电电路路，不不需需要要外外加加输输入入信信号号，就就可可以以自自动动地地产产生生出出矩矩形形脉脉冲冲。用用555定定时时器器可可以以组组成成多多谐谐振振荡荡器器，用用石石英英晶晶体体也也定定时时器器可可以以组组成成多多谐谐振振荡荡器器。石石英英晶晶体体振振荡荡器器的的特特点点是是fo的的稳稳定定性性极极好。好。2施施密密特特触触发发器器和和单单稳稳态态触触发发器器，虽虽然然不不能能自自动动地地产产生生矩矩形形脉脉冲冲，但但却却可可以以把把其其它它形形状状的的信信号号变变换换成成为为矩矩形波，为数字系统提供标准的脉冲信号。形波，为数字系统提供标准的脉冲信号。3555定定时时器器是是一一种种用用途途很很广广的的集集成成电电路路，除除了了能能组组成成施施密密特特触触发发器器、单单稳稳态态触触发发器器和和多多谐谐振振荡荡器器以以外外，还还可以接成各种灵活多变的应用电路。可以接成各种灵活多变的应用电路。4除除了了555定定时时器器外外，目目前前还还有有556（双双定定时时器器）和和558（四定时器）等。（四定时器）等。39第八章第八章脉冲波形的变换与产生脉冲波形的变换与产生结结 束束40