《数字电路课件》--第六章集成定时器555

第六章脉冲电路__学习要点脉冲波形的基本概念、整形和产生电路施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的工作特点分析电路的工作过程，等效电路，电路各点电压波形，计算电路参数集成定时器555构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器电路、参数计算和波形分析第六章脉冲波形的产生和整形概述施密特触发器单稳态触发器多谐振荡器集成定时器555及其应用小结一.脉冲电路—概述脉冲信号—脉冲信号的获取—矩形脉冲信号的主要参数：非正弦变化的电压/电流信号(一般指矩形脉冲信号)产生和整形非正弦变化的电压/电流信号产生：利用脉冲振荡器（多谐振荡器）整形：对已有的周期信号进行整形和变换（施密特触发器、单稳态触发器）脉冲周期T脉冲幅度Um脉冲宽度tp下降时间tf上升时间tr占空比q=tp/T二.施密特触发器施密特触发器的主要特点:(1)电路状态转换时所需的输入电平不同。（有两个阈值电压）(2)能改善输出波形,使输出电压的波形的边沿变的很陡施密特触发器的逻辑符号门电路组成的施密特触发器施密特触发器的应用例题施密特触发器—逻辑符号逻辑符号阈值电压和传输特性*正向阈值电压VT+：输入电压从低电平上升到高电平的阈值电压负向阈值电压VT-：输入电压从高电平下降到低电平的阈值电压回差电压U=VT+－VT-*传输特性门电路组成的施密特触发器电路图组成：基本RS触发器（G1、G2）控制门G3电平偏移二极管D原理分析当uIUT门G3导通,D截止Q=0当uI=UT门G3截止,D截止Q=保持(Q=0)当uI=UT-UD门G3截止,D导通Q=1当uIUT门G3截止,D截止Q=保持(Q=1)门电路施密特波形图及参数门电路施密特波形图及主要参数波形图当uIUT门G3导通,D截止Q=0当uI=UT门G3截止,D截止Q保持(Q=0)当uI=UT-UD门G3截止,D导通Q=1当uIUT门G3截止,D截止Q保持(Q=1)参数正向阈值电压U+=UT负向阈值电压U-=UT-UD回差电压U=U+－U-=UD施密特触发器的应用一.用于波形变换(例:将正弦波矩形波)二.用于脉冲整形(例:消除干扰信号)三.用于脉冲鉴幅(例:鉴出幅度大于U+的信号)施密特触发器—例题例题：已知反相施密特触发器输入波形如图，其U+=5V，U-=2.5V,画出输出波形。三.单稳态触发器单稳态触发器的特点:(1)具有稳态和暂稳态两个不同的工作状态;(2)在外界触发脉冲作用下，能从稳态进入到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，会自动地回到稳态；(3)暂稳态维持时间的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。门电路组成的单稳态触发器施密特构成的单稳态触发器集成单稳态触发器单稳态触发器的应用门电路组成的单稳态触发器电路图(微分型单稳态触发器)组成:RC微分电路CMOS或非门原理分析稳态:当ui=0,uo1=1ui2=1uo=0当ui(=1)到来,uo1=0,由于C上电压不可突变,有ui2=0uo=1进入暂稳态随后VCC经R对C充电,充电使ui2上升,当ui2=UTuo=0(自动)回到稳态波形图及计算微分型单稳态触发器—波形及计算一.微分型单稳态触发器波形图稳态:当ui=0,uo=0当ui(=1)到来,uo1=0有ui2=0uo=1(暂稳态)随后VCC对C充电,使ui2上升,当ui2=UTuo=0(稳态)二.脉冲宽度计算（CMOS电路UT=1/2VCC）2ln2/10ln)()()0()(lnRCVVVRCtVVVVtCCCCCCW施密特构成的单稳态触发器电路图工作原理稳态:Vi=1,VA=1Vo=0当Vi(=0)到来,由于C上电压不可突变,有VA=0Vo=1进入暂稳态随后VCC经R对C充电,充电使VA上升,当VA=U+Vo=0(自动)回到稳态集成单稳态触发器常用集成单稳态触发器TTL—74121、74221、74122、74123CMOS—CC4098、CC12548集成74121逻辑符号及逻辑功能表1个正触发()输入端B2个负触发()输入端A1A2内部电阻(R=2K)外接电容端输出端Q(教材P192图7.15/表7-1)单稳态触发器的应用整形:定时:四.多谐振荡器多谐振荡器的特点:(1)具有两个暂稳态;(2)由暂稳态1维持一段时间后，会自动地进入暂稳态2；在暂稳态2维持一段时间后，又会自动地回到暂稳态1；在两个暂稳态之间来回变化，形成振荡。(3)暂稳态维持时间的长短由电路参数决定。环形多谐振荡器石英晶体多谐振荡器施密特构成的多谐振荡器环形多谐振荡器电路图与波形图:原理分析(利用门电路的传输延迟时间将奇数个反相器首尾相连形成振荡)若设:ui1=0uo1=1(ui2=1)uo2=0(ui3=0)uo3=1(ui1=1)uo1=0(ui2=0)uo2=1(ui3=1)uo3=0(ui1=0)uo(=uo3)从1到0又回到1,形成振荡脉冲周期的计算环形多谐振荡器—计算T电路图与波形图:脉冲周期：T=2ntPDn—反相器个数。n必须为奇数tPD—门电路的传输延迟时间石英晶体多谐振荡器电路图:特点:*石英晶体多谐振荡器的振荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率fo,而与外接电阻、电容无关。*石英晶体具有很好的选频特性，频率稳定性高。施密特构成的多谐振荡器电路图及波形图:工作原理:（1）若设VA=V0L（=0）有：Vo=1此时V0=V0H通过R经A点对C充电，充电使A点电压上升，当VA=V+有Vo=0（进入2）（2）当Vo=0电容C经R到V0=V0L放电，放电使A点电压下降，当VA=V-有Vo=1（回到1）五.集成定时器555及其应用集成定时器555555构成施密特触发器555构成单稳态触发器555构成多谐振荡器集成定时器555_组成和原理集成定时器555的构成、管脚图和逻辑符号组成及功能分压器—三个相同阻值R组成比较器—两个比较器C1和C2组成RS触发器—控制输出和放电管T一般连接—几个管脚的常规连接集成定时器555_分压器集成定时器555的构成、管脚图和逻辑符号分压器3个电阻分压为：2/3VCC，1/3VCC集成定时器555_比较器集成定时器555的构成、管脚图和逻辑符号比较器:(V+V-输出为1;V+V-输出为0);0;31;1;31:0;32;1;32:222111SCVTRSCVTRCRCVTHRCVTHCCCCCCCCC集成定时器555_输出及放电管状态集成定时器555的构成、管脚图和逻辑符号RS触发器——控制输出端及放电管TCCCCCCVVV323232TH(6脚)TR(2脚)输出(3脚)T管0保持1导通不变截止CCCCCCVVV313131集成定时器555_管脚图及一般连接集成定时器555管脚图及一般连接8脚（工作电压）4脚（清零端）3脚（输出端）1脚（接地端）555_构成施密特触发器555构成施密特触发器工作原理*当VI1/3VCCV0=1;*当1/3VCCVI2/3VCCV0保持(=1)*当VI2/3VCCV0=0;*当1/3VCCVI2/3VCCV0保持(=0)*当VI1/3VCCV0=1阈值电压555施密特触发器_阈值电压阈值电压按图(1)按图(2)*当VI1/3VCCV0=1;*当VI1/2VC0V0=1;*当VI2/3VCCV0=0;*当VIVC0V0=0;*当VI1/3VCCV0=1*当VI1/2VC0V0=1有:U+=2/3VCC有:U+=VC0U-=1/3VCCU-=1/2VC0555_构成单稳态触发器555构成单稳态触发器工作原理接通电源后VI=1(S=0),UC(6脚)=1(R=1)V0=0(此时,T管导通,C经(7脚)T管放电后R=0V0=0保持不变)当VI(=0触发脉冲到来)有(S=1)V0=1进入暂稳态此时,VCC经R对C充电,充电使UC(6脚)电压上升,当UC=2/3VCC时,V0=0回到稳态脉冲宽度的计算555单稳态触发器—计算脉冲宽度555构成单稳态触发器脉冲宽度的计算RCRCVVVRCtVVVVtCCCCCCW1.13ln3/20ln)()()0()(ln555_构成多谐振荡器555构成多谐振荡器工作原理（初态时：VC=0V0=1）（1）VCC经R1、R2对C充电，充电使VC上升当VC=2/3VCC时,V0=0进入暂稳态1（2）此时：T管导通，C经R2到T管放电，放电使VC下降，当VC=1/3VCC时，V0=1进入暂稳态2此时,VCC经R1、R2重新对C充电,回到（1）计算脉冲周期和占空比555多谐振荡器—计算脉冲周期和占空比555构成多谐振荡器计算脉冲周期T=t1（充电）+t2（放电）2ln3/103/20ln)()()0()(ln2ln)(3/23/1ln)()()()0()(ln22221211CRVVCRtVVVVtCRRVVVVCRRtVVVVtCCCCCCCCCCCCCRRCRRttT)2(7.02ln)2(212121555多谐振荡器—计算脉冲周期和占空比(续)计算脉冲周期T=T1（充电）+T2（放电）2ln3/103/20ln)()()0()(ln2ln)(3/23/1ln)()()()0()(ln22221211CRVVCRtVVVVtCRRVVVVCRRtVVVVtCCCCCCCCCCCC21212121122ln)2(2ln)(RRRRCRRCRRTtq占空比qCRRCRRttT)2(7.02ln)2(212121占空比q可调的555多谐振荡器占空比可调的555多谐振荡器555构成多谐振荡器电路图:P355图6.5.8计算脉冲周期T=t1（充电）+t2（放电）2ln3/103/20ln2ln3/23/1ln222111CRVVCRtCRVVVVCRtCCCCCCCCCCCCCRRCRRttT)(7.02ln)(21212121121112ln)(2lnRRRCRRCRTtq六.小结和要求掌握施密特触发器的工作特点和应用掌握单稳态触发器的工作特点和应用掌握多谐振荡器的工作特点和应用掌握555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路图、参数计算和画波形图六.小结和要求（续1）主要参数的计算*施密特触发器（VT+、VT-；输出波形图）[对555:(1)VT+=2/3VCC、VT-=1/3VCC(2)VT+=VC0、VT-=1/2VC0]*单稳态触发器（脉冲宽度TW）[对555：TW=RCln3=1.1RC]*多谐振荡器（脉冲周期T、占空比q）[对555:(1)T=（R1+2R2）ln2=0.7(R1+2R2）q=R1+R2Cln2/0.7(R1+2R2）](2)T=（R1+R2）ln2=0.7(R1+R2）q=R1/(R1+R2）]六.小结和要求（续2）学习和掌握波形分析法：*分析电路工作过程对单稳态触发器：确定稳态时的输入信号和输出状态，进入暂稳态后电路的充、放电状态、回到稳态的转换电压对多谐振荡器：设定初始状态（暂稳态1），分析电路状态变化的过程（充、放电引起的状态变化），确定进入暂稳态2的转换点，分析如何从暂稳态2回到暂稳态1*电路各关键点的波形图注意状态转换的关键电压，电容/电阻上的电压变化特点*电路中充、放电的等效电路*计算电路参数（T、q、tw）确定起始值、终了值、转换值，电路的时间常数