第六章 概述 一、矩形脉冲的基本特性 1. 矩形脉冲的二值性 二进制数字信号 矩形脉冲 高、低电平 1、0 2. 矩形脉冲的特性参数

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1 第六章 概述 一、矩形脉冲的基本特性 1. 矩形脉冲的二值性 二进制数字信号 矩形脉冲 高、低电平 1、0 2. 矩形脉冲的特性参数
第六章 概述 一、矩形脉冲的基本特性 1. 矩形脉冲的二值性 矩形脉冲 二进制数字信号 高、低电平 1、0 2. 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 3. 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。

3 二、555 定时器 1. 电路组成 uO & uD 输出 缓冲 晶体管 开关 比较器 RS 触发器 分压器 +VCC 8 4 5 k 5
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

4 uo 2. 基本功能 uO & uD 1 1 UTH U R   UOL >2VCC/3 >VCC/3 1 UOL
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

5 555 3. 555 定时器的外引脚和性能 电源电压 输出高电平 双极型 （TTL） 4.5  16V ≥90%VCC
定时器的外引脚和性能 555 1 2 3 4 8 7 6 5 电源电压 输出高电平 双极型 （TTL） 4.5  16V ≥90%VCC 单极型 （CMOS） 3  18V ≥95%VDD

6 单极型和双极型集成电路区别 双极型和单极型主要指的是组成集成电路的晶体管的极性而言的。双极型集成电路是由NPN或PNP型晶体管组成。由于电路中载流子有电子和空穴两种极性，因此取名为双极型集成电路，就是人们平时说的TTL集成电路。制造工艺复杂，功耗大。 　　 单极型集成电路是由MOS场效应晶体管组成的。因场效应晶体管只有多数载流子参加导电，故称场效应晶体管为单极晶体管，由这种单极晶体管组成的集成电路就得名为单极型集成电路，就是平时说的MOS集成电路。制造工艺简单，功耗小。

7 6.1 施密特触发器 （Schmitt Trigger）
6.1.1 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：

8 一、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

9 二、滞回特性及主要参数 1. 滞回特性 2. 主要静态参数 uO 上限阈值电压 UOH UT+ UOL 下限阈值电压 uI UT– 特点:
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

10 6.1.2 集成施密特触发器 一、CMOS 集成施密特触发器 1. 引出端功能图 VDD VSS VDD VSS CC40106（六反相器）
集成施密特触发器 一、CMOS 集成施密特触发器 1. 引出端功能图 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（六反相器） CC4093（四2输入与非门）

11 6.2 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；
6.2 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。

12 6.2.1 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：
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 1 1 暂稳态： TD 截止, Q = 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

13 二、工作波形 三、主要参数 555 uI uC – 1. 输出脉冲宽度 tw uC（0+） = 0, uC（） = VCC 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 VCC 2VCC/ 3 3. 最高工作频率 fmax uC uO tw

14 6.3 多谐振荡器 Astable Multivibrator
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

15 二、振荡频率的估算和占空比可调电路 (1) C 充电时间 tw1 555 uC（0+） = VCC / 3, uC（） = VCC
1. 振荡频率的估算 (1) C 充电时间 tw1 6 2 7 8 4 1 5 3 555 R1 C + R2 C2 +VCC 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: 放电时间常数 2 = R2C

16 (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：

17 2. 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

18 第六章 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

19 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。

20 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。

21 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。