第七章 脉冲电路 7.1 概述 7.2 集成555 定时器 7.3 施密特触发器 7.4 单稳态触发器 7.5 多谐振荡器

第七章 脉冲电路 7.1 概述 高、低电平 1、0 1. 矩形脉冲的特性参数 T — 脉冲周期 tf tr 0.9Um Um— 脉冲幅度 7.1 概述 高、低电平 1、0 1. 矩形脉冲的特性参数 T — 脉冲周期 tf tr 0.9Um Um— 脉冲幅度 Um tW — 脉冲宽度 0.5Um tW 0.1Um tr — 上升时间 T tf — 下降时间

2. 获得脉冲的方法： 　　1） 自激振荡电路直接产生矩形脉冲。 　　由多谐振荡器来实现 　　2） 将已有波形（正弦波、锯齿波等）整形为矩形脉冲。 由施密特触发器和单稳态触发器来实现 555 定时器是构成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器的既经济又简单实用的器件。

7.2 集成555 定时器 7.2.1 555定时器电路结构与工作原理 1.电路组成 uO & uD 输出 缓冲 晶体管 开关 比较器 +VCC uO TD 5 k 8 3 1 6 5 7 2 4 & uD 输出 缓冲 晶体管 开关 比较器 RS 触发器 分压器

uo 7.2.2 555定时器功能 uO & uD 1 1 UTH U R   UOL >2VCC/3 >VCC/3 1 TD 5 k 8 3 1 6 5 7 2 4 & uD CO TH TR 1 1 UTH uo TD的状态 U R   UOL 饱和 >2VCC/3 >VCC/3 1 UOL 饱和 <2VCC/3 >VCC/3 不变 不变 <2VCC/3 <VCC/3 UOH 截止

555 555 定时器的外引脚 双极型 （TTL） 电源: 4.5  16V 单极型 （CMOS） 电源: 3  18V 带负载能力强。 2 3 4 8 7 6 5 双极型 （TTL） 电源: 4.5  16V 单极型 （CMOS） 电源: 3  18V 带负载能力强。

7.3 施密特触发器 ? A Y A Y UTH uA uY UT+ UT– uA uY 7.3.1 用 555 定时器构成的施密特触发器 7.3 施密特触发器 7.3.1 用 555 定时器构成的施密特触发器 一、普通反相器和施密特反相器的比较 普通反相器 UTH ? uA TTL： 1.4 V A Y 1 uY CMOS： 施密特反相器 UT+ 上限阈值电压 uA UT– 下限阈值电压 A Y uY 回差电压：

二、电路组成及工作原理 工作原理 uI & uO1 t uO 1 1 uI uO2 1 uI 上升时与 2VCC/3 比 外加 UCO 时, TD 8 3 1 6 5 7 2 4 & uI t UOH uO UOL O UCO 1 1 +VDD uI uO2 1 uI 上升时与 2VCC/3 比 外加 UCO 时, 可改变阈值和回差电压 uI 下降时与 VCC/3 比

三、滞回特性及主要参数 (一) 滞回特性 (二) 主要静态参数 uO 上限阈值电压 UOH UT+ UOL 下限阈值电压 uI UT– 回差 电压 上限阈值电压 UT+ 下限阈值电压 UT– 特点: 回差电压 uI 增大时与上限阈值比 UT = UT+ – UT– uI 减小时与下限阈值比

集成施密特触发器 一、CMOS 集成施密特触发器 （一） 引出端功能图 VDD VSS VDD VSS CC40106 CC4093 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y VDD VSS 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 3A 3B 3Y 4Y 4A 4B VDD VSS 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 1A 1Y 1B 2A 2Y 2B CC40106 CC4093

（二） 主要静态参数 UT+ UT– UT 二、TTL 集成施密特触发器（略） CC40106、CC4093 的主要静态参数 电参数 名称 符号 测试条件 参 数 单位 VDD 最小值 最大值 上限阈值电压 UT+ 5 10 15 2.2 4.6 6.8 3.6 7.1 10.8 V 下限阈值电压 UT– 0.9 2.5 4 2.8 5.2 7.4 滞回 电压 UT 0.3 1.2 1.6 3.4 二、TTL 集成施密特触发器（略）

把缓变输入信号转换为TTL系统要求的脉冲 7. 3. 2 施密特触发器的应用 一、接口与整形 （一） 接口 把缓变输入信号转换为TTL系统要求的脉冲 MOS或 CMOS 1 正弦波 振荡器 1 （二） 整形 UT+ UT– 输入 输出

二、阈值探测、脉冲展宽和多谐振荡器 （一） 阈值探测 （二） 脉冲展宽 UT+ UT– A uO uI uA （三） 多谐振荡器 uI uA （二） 脉冲展宽 UT+ 集电极开路输出 UT– C A uO uI uA 输入 输出 （三） 多谐振荡器 uI uA uO UT+ UT– C uO 1 R UT+ < UT– >UT+ UOH UOL UOH

7.4 单稳态触发器 特点: 1. 只有两种状态: 稳态和暂稳态； 2. 外来触发 （窄） 脉冲使: 稳态暂稳态稳态； 7.4 单稳态触发器 特点: 1. 只有两种状态: 稳态和暂稳态； 2. 外来触发 （窄） 脉冲使: 稳态暂稳态稳态； 3. 暂稳态持续时间仅取决于电路参数, 与触发脉冲无关。 用途： 定时：产生一定宽度的方波。 延时：将输入信号延迟一定时间后输出。 整形：把不规则波形变为宽度、幅度都相等的脉冲。

7.4.1 用 555 定时器构成的单稳态触发器 一、电路组成及工作原理 稳态： TD 饱和, Q = 0 暂稳态： 7.4.1 用 555 定时器构成的单稳态触发器 一、电路组成及工作原理 稳态： TD 饱和, Q = 0 +VCC uO 8 3 1 6 5 7 2 4 & TD Q R C 1 饱和 暂稳态： TD 截止, Q = 1 1 1 1 截止 引起暂稳态的原因: 1. 通电的随机过程； uI 2. uI 从 1  0 使 u2 < VCC/3， 引起 Q = 1，TD 截止。 uC 饱和 导通 暂稳态  稳态 自动 uI 与 VCC/3 比较 uC 与 2VCC/3 比较

二、工作波形 三、主要参数 1. 输出脉冲宽度 tw uC（） = VCC , uC（0+） = 0, uO 6 2 7 8 4 1 5 3 555 R C + +VCC 0.01 F uI uC – 1. 输出脉冲宽度 tw uC（0+） = 0, uC（） = VCC , uO uC（tw） = 2VCC / 3 uI VCC 2. 恢复时间 tre 很小 2 = RCESC 2VCC/ 3 VCC 3. 最高工作频率 fmax uC uO tw

7.4.2 用 门电路构成的单稳态触发器 电路组成及工作原理 稳态时： ui=0 所以uo=UOH，uc= UOH 暂稳态：当输入正脉冲,u01为低电平，电容电压不能突变，uc为高电平，使uo为低电平。接着电容C开始放电，电压不断降低，当电压下降到1.4V时，输出电压返回到高电平。

7.4.3 集成单稳态触发器 一、非重复触发单稳态触发器 74121 非重复触发 — 只能在稳态接受输入信号。 1. 图形符号 TR–A 7.4.3 集成单稳态触发器 一、非重复触发单稳态触发器 74121 非重复触发 — 只能在稳态接受输入信号。 1. 图形符号 非重复触发 1 > 1 & TR–A TR–B TR+ Rint Cext RI CX RX/CX Rext / Cext  下降沿触发输入 上升沿触发输入 内接接定时电阻引出端 VCC 外接定时 电阻、电容  表示不属于逻辑状态连接

2. 功能表 3. 主要参数 输出脉宽 tw: TR–A TR–B TR+ Q Q 输入触发脉冲最小周期 Tmin : 2. 功能表 3. 主要参数 输出脉宽 tw: 输 入 输 出 注 TR–A TR–B TR+ Q Q L  H  L H   L H H  L H 保持 稳态 H  H  H H   H 下降沿 触发 L    L  上升沿 输入触发脉冲最小周期 Tmin : 周期性输入触发脉冲占空比 q:

可重复触发— 在暂稳态期间, 能够接受新的触发信号。 二、可重复触发单稳态触发器 74122 可重复触发— 在暂稳态期间, 能够接受新的触发信号。 1. 图形符号 1 TR–A TR–B TR+A Rint Cext RI CX RX/CX Rext / Cext  & R TR+B RD 可重复触发 直接复位

RD TR–A TR–B TR+A TR+B Q Q 2. 功能表 输 入 输 出 注 RD TR–A TR–B TR+A TR+B Q Q L      H H      L      L L H 复位 保持 稳态 H L   H H L  H  H  L   H  L H   L  H H   L H H 上升沿 触发 H H  H H H   H H H  H H H 下降沿 当定时 电容C > 1000 pF时:

7.4.4 单稳态触发器应用举例 一、延时与定时 二、整形 1. 延时 uO uO uI uI uF uI uO uO tW 7.4.4 单稳态触发器应用举例 一、延时与定时 二、整形 1. 延时 1 uI uO & uO uF uI uI uO uO tW 2. 定时选通 uF uO

7.5 多谐振荡器 7.5.1 用555 定时器构成的多谐振荡器 一、电路组成和工作原理 555 & uO uC uC t uO 6 2 7 7.5.1 用555 定时器构成的多谐振荡器 6 2 7 8 4 1 5 3 555 R1 C1 + R2 C2 +VCC 一、电路组成和工作原理 +VCC uO 8 3 1 6 5 7 2 4 & TD R1 R2 C uC t UOH uO UOL uC

二、振荡频率的估算和占空比可调电路 uC t uO tw1 tw2 1. C 充电时间 tw1 uC（0+） = VCC / 3, UOH uO UOL tw1 tw2 T （一） 振荡频率的估算 1. C 充电时间 tw1 uC（0+） = VCC / 3, uC（） = VCC 充电时间常数 1= （R1+R2）C 2. C 放电时间 tw2 可求得: 2 = R2C 放电时间常数

3. 振荡频率 f uC t uO tw1 tw2 tw1= 0.7 (R1+R2) C tw2 = 0.7R2C 振荡周期： UOH uO UOL tw1 tw2 T tw1= 0.7 (R1+R2) C tw2 = 0.7R2C 振荡周期： T = 0.7（R1+2R2）C 振荡频率： 占空比：

（二） 占空比可调电路 tw1= 0.7R1C uO 555 tw2 = 0.7R2C +VCC R1 4 8 7 3 D1 D2 R2 6

7.5.2 用门电路构成的多谐振荡器 工作原理： 1. 反相器静态工作在转折区（放大）; 2. 由两个反相器和电容连接成正反馈电路 7.5.2 用门电路构成的多谐振荡器 工作原理： 1. 反相器静态工作在转折区（放大）; 2. 由两个反相器和电容连接成正反馈电路 电路的振荡周期 T= 1.3RC

7.5.3 石英晶体振荡器 特点：频率稳定，精度高。 1. 符号和选频特性 2. 石英晶体多谐振荡器 uo 当 f = f0 时, 7.5.3 石英晶体振荡器 特点：频率稳定，精度高。 1. 符号和选频特性 2. 石英晶体多谐振荡器 1 C1 R1 R2 C2 uo 符号 f X f0 电 感 性 工作原理： 1. 反相器静态工作在转折区（放大）; 电 容 性 2. 石英晶体 X = 0, 回路构成正反馈; 3. C1 、 C2 为耦合电容, 可不要。 电阻取值范围： 当 f = f0 时, 电抗 X = 0 R1= R2 = 0.7  2 k TTL反相器： R1= R2 =10 100 M CMOS反相器：

为保证 CMOS 反相器静态时工作在转折区，偏置电阻RF 取值为 : 放 大 器 C1 RF C2 uo 1 100 M 20 pF 5  50 pF f0 　　为保证 CMOS 反相器静态时工作在转折区，偏置电阻RF 取值为 : 电容三点式 RF =10 100 M

多谐振荡器应用举例 一、秒信号发生器 T触发器 1 32768 Hz 2 Hz 1 Hz 16384 Hz R C1 C2 FF0 FF1 Q0 Q1 Q14 Q15 32768 Hz 1 Hz 16384 Hz 2 Hz

二、模拟声响电路 uO2 uO1 uo1 uo2 2 6 7 8 4 1 5 3 NE555 + +5V 10F IC R1 C1 B 10k 100k 150k 8 R2 R3 R4 R5 C2 C3 C4 +5V 0.01 F 100 F uO1 uO2 uo1 uo2

第七章 小结 一、555 定时器 是一种多用途的集成电路。只需外接少量阻容元件便可构成各种脉冲产生、整形电路，如施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等。 双极型 (TTL) 电源: 4.5  16 V 555 1 2 3 4 8 7 6 5 单极型 (CMOS) 电源: 3  18 V 带负载能力强

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。 二、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。 多谐振荡器没有稳定状态， 只有两个暂稳态。暂稳态间的相 互转换完全靠电路本身电容的充 电和放电自动完成。 6 2 7 8 4 1 5 3 555 R1 C + R2 C1 +VCC uO 改变 R、C 定时元件数值的 大小，可调节振荡频率。 在振荡频率稳定度要求很高的情况下，可采用石英晶体振荡器。

是一种脉冲整形电路，虽然不能自动产生矩形脉冲，却可将输入的周期性信号整形成所要求的同周期 三、施密特触发器 是一种脉冲整形电路，虽然不能自动产生矩形脉冲，却可将输入的周期性信号整形成所要求的同周期 的矩形脉冲输出，还可用来进行幅度鉴别、构成单稳态触发器和多谐振荡器等。 6 2 7 8 4 1 5 3 555 +VCC uO2 uI UCO uO1 +VDD R 施密特触发器有两个稳定状态，有两个不同的触发电平，因此具有回差特性。它的两个稳定状态是靠两个不同的电平来维持的，输出脉冲的宽度由输入信号的波形决定。此外，调节回差电压的大小，也可改变输出脉冲的宽度。 外接电压调节回差 施密特触发器可由 555 定时器构成，也可用专门的集成电路实现。

也属于脉冲整形电路，可将输入的触发脉冲变换为宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，还常用于脉冲 的定时、整形、展宽（延时）等。 四、单稳态触发器 也属于脉冲整形电路，可将输入的触发脉冲变换为宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，还常用于脉冲 的定时、整形、展宽（延时）等。 单稳态触发器有一个稳定 状态和一个暂稳态。其输出脉 冲的宽度只取决于电路本身 R、 C 定时元件的数值，与输入信 号无关。输入信号只起到触发 电路进入暂稳态的作用。 6 2 7 8 4 1 5 3 555 R C + C1 +VCC uO 0.01F uI 改变 R、C 定时元件的数 值可调节输出脉冲的宽度。 单稳态触发器可由 555 定时器构成，也可用集成的单稳态触发器实现。