电路与电子技术设计教程 工业和信息化普通高等教育“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 李莉 第12章

1、本章内容,12.1 概述,12.3 555定时器及其组成的脉冲产生与 整形电路,12.2 门电路构成的脉冲产生与整形电路, 12.4 数字定时器的设计,12.1 概述,获取矩形脉冲波形的途径有两种：,1.利用各种形式的多谐振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲。,2.通过各种整形电路把已有的周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。,单稳态触发器，施密特触发器,脉冲特性参数,脉冲周期T：两个相邻脉冲之间的时间间隔,脉冲幅度：脉冲电压最大变化幅度,脉冲宽度：由脉冲前沿总电压的50%至脉冲后沿总电压的50%。,上升时间：由脉冲前沿总电压的10%上升到90%的时间,下降时间：由脉冲后沿总电压的90%下降到10%的时间,12.2 门电路构成的脉冲产生与整形电路,12.2.1 施密特触发器,0,0,G1，G2正反馈,=VTH,vo =VOHVDD,输入电压上升过程中电路状态发生转换时对应的输入电压称为施密特触发器电路的正向阈值电压，其值为,12.2 门电路构成的脉冲产生与整形电路,12.2.1 施密特触发器,1,1,G1，G2正反馈,=VTH,vo =VOL0,输入电压上升过程中电路状态发生转换时对应

2、的输入电压称为施密特触发器电路的负向阈值电压，其值为,回差电压：,12.2.1 施密特触发器,电压传输特性,施密特触发器变换波形示意图,施密特触发器特点,（1）对于输入信号从低电平上升时的转换电压和从高电平下降时的转换电压，电路有不同的阈值，即具有滞后电压传输特性； （2）施密特触发器属于电平触发，对于缓慢变化的信号仍然有用，当输入信号达到某一额定值时，输出电平会发生突变，通过电路内部的正反馈过程，使输出信号波形变得陡峭。,12.2.2 单稳态触发器,单稳态触发器简称单稳，其特点：,1、有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。 2、加入触发信号后,能从稳态翻转到暂稳态,暂稳态维持一段时间以后, 自动返回稳态。 3、暂稳态维持时间长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。,1微分型单稳态触发器,工作原理,触发脉冲,0,0,（1）稳态至暂稳态,0,0,1,暂稳态,0,1微分型单稳态触发器,工作原理,（2）暂稳态至稳态,1,暂稳态,触发脉冲,0,1,1,0,稳态,1微分型单稳态触发器,工作波形,2积分型单稳态触发器,（1）稳态至暂稳态,0,1,稳态,1,电容电压不突变，维持高电压,0,

3、暂稳态,开始放电,2积分型单稳态触发器,（2）暂稳态至稳态,0,1,暂稳态结束,0,暂稳态,开始放电,VTH,1,稳态,2积分型单稳态触发器,工作波形,12.2.3 多谐振荡器,多谐振荡器又称无稳电路，主要用于产生各种方波或时间脉冲信号，是一种自激振荡器，接通电源后，不需外加触发信号，便能自动产生矩形波脉冲。由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯上又把矩形波振荡器称为多谐振荡器。,多谐振荡器一般没有集成器件，通常由集成逻辑门或其他中规模集成电路搭接而成。还可有施密特触发器或集成555定时器实现。,1、对称式多谐振荡器,（1）第一暂稳态,1、对称式多谐振荡器,（2）第二暂稳态,电路 第一暂稳态,0,1,第二暂稳态,1、对称式多谐振荡器,工作波形图,12.3 555定时器及其应用,一、555定时器的电路结构 由以下几部分组成： （1）三个阻值为5k的电阻组成的分压器。 （2）两个电压比较器C1和C2。,12.3.1 555定时器的电路结构与功能,电压比较器的功能： v+ v-，vO=1 v+ v-，vO=0 （3）基本RS触发器、 （4）放电三极管T及缓冲器G。,二工作原理,（1）4

4、脚为复位输入端（ RD ），当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。 （2）5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3VCC 和1/3VCC 。 （3）2脚为触发输入端，6脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器C1和C2的输出，从而控制RS触发器，决定输出状态。,12.3.2 555定时器组成的施密特触发器,1555定时器构成施密特触发器,555定时器的vi1和vi2两个输入端连在一起作为信号输入端即构成施密特触发器,为提高比较器参考电压VR1和VR2的稳定性，通常在VIC端接有0.01 左右的滤波电容。,1555定时器构成施密特触发器,工作原理,（1）vi从0逐渐升高的过程 当viVCC/3时，VC1=1、VC2=0，Q=1，故vo=VOH ；当VCC/3vi2VCC/3时，VC1=VC2=1，故vo=VOH保持不变；当vi 2VCC/3后，VC1=0、VC2=1，Q=0，故vo=VOL。因此，正向阈值电压VT+=2VCC/3。,1555定时器构成施密特触发器,工作原理,（2）vi从2VCC/3逐渐降低的过

5、程， 当VCC/3vi2VCC/3时，VC1=VC2=1，故vo=VOL保持不变；当viVCC/3时，VC1=1、VC2 =0，Q=1，故vo=VOH 。因此，负向阈值电压VT- =VCC/3。,回差电压,2施密特触发器应用,（1）用于波形变换,（2）用于脉冲鉴幅,单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。 1. 电路组成及工作原理,（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态 当vI=1时，电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。 （2）vI下降沿触发 当vI下降沿到达时，vO由0跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。,12.3.3 用555定时器接成单稳态触发器,（3）暂稳态的维持时间 在暂稳态期间，三极管T截止，VCC经R向C充电。时间常数1=RC， vC由0V开始增大，在vC上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。 （4）自动返回（暂稳态结束）时间 当vC上升至2/3VCC时，vO由1跳变0，三极管T由截止转为饱和导通， 电容C经T迅速放电，电压vC迅速降至0V，电路由暂稳态重新转入稳态。,（5）恢复过程 当暂

6、稳态结束后，电容C通过饱和导通的放电三极管 T放电，时间常 数 2=RCESC，经过（35）2后，电容C放电完毕，恢复过程结束。,单稳态触发器输出脉冲宽度,2、单稳态触发器的应用,（1） 延时与定时 1）延时,图中，v/O的下降沿比vI的下 降沿滞后了时间tW。 2）定时,当v/O=1时，与门打开， vO= vF。当v/O=0时， 与门关闭，vO为低电平。 显然与门打开的时间是 恒定不变的，就是单稳 输出脉冲v/O的宽度tW。,（2） 整形,单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定于暂稳态时间。,（3） 触摸定时控制开关,555定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片P，由于人体感应电压相当于在触发 输入端（管脚2）加入一个负 脉冲，555输出端输出高电平， 灯泡（RL）发光，当暂稳态 时间（tW）结束时，555输出 端恢复低电平，灯泡熄灭。 该触摸开关可用于夜间定时 照明，定时时间可由RC参数 调节。,12.3.4 用555定时器构成的多谐振荡器,多谐振荡器能产生矩形脉冲波的自激

7、振荡器。 1. 电路组成,2.工作原理、工作波形,UOH,工作原理,2.工作原理、工作波形,UOL,工作原理,2.工作原理、工作波形,工作原理,2.工作原理、工作波形,电容 C 如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。,3. 振荡频率的估算,（1）电容充电时间T1：,（2） 电容放电时间T2,（3）电路振荡周期T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C （4）电路振荡频率f,（5）输出波形占空比q,例 指出右图中控制扬声器鸣响与否和调节音调高低的分别是哪个电位器？若原来无声，如何调节才能鸣响？欲提高音调，又该如何调节？,解：,R1、R2、RP1 和 C 共同构成定时元件，因此调节 RP1 可调节音调高低。,欲提高音调，则应减小 RP1 ，因此触头应下移。,RP2,RP1,4多谐振荡器应用,（1）产生矩形脉冲 （2）双音门铃,本章小结,1施密特触发器和单稳态触发器是常用的两种整形电路，可以把其它形状的信号变换成为连续矩形脉冲信号，为数字系统提供标准的脉冲信号。 2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。 3555定时器是一种用途很广的集成电路，除了能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成各种灵活多变的应用电路。,12.4 数字定时器的设计,1设计要求 （1）产生秒信号源。 （2）能进行定时控制。 （3）具有到时报警提示。,2.电路原理图,3整机电路安装调试,（1）按图12-25接线，检查无误后再通电测试。 （2）检测时基信号及4060分频输出信号，并调整。 （3）将4060的3脚与4520的2脚连接，按下启动键后0.5s发光二极管应亮。 （4）关闭不用开关，计算定时时间是否与测量吻合。,

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