1、第九章 脉冲波形的产生和整形,9.1 多谐振荡器,9.2 单稳态触发器,9.4 555定时器的原理和应用,* 9.3 施密特触发器,教学要求,理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的电路结构和工作原理。重点、难点： 多谐振荡器、单稳态触发器的工作原理。作业：P382 9.2.3,多谐振荡器又称矩形波发生器。,它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成。,（一）最简单的环形振荡器,利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器:,一. 门电路构成的多谐振荡器,9.1 多谐振荡器,设 uo3 的初始状态为0:,0,1,0,1,0,1,用波形图来表示,则为:
2、,优点: 电路结构简单,所用元件少。,缺点: 频率太高,并且不可调整。,在原电路的基础上添加RC延时电路,便可以克服上图的不足:,下面将结合它的工作波形说明其工作原理:,（二）RC环行振荡器,多串联门电路可降低频率？,假设：开始时uo=0,电容上的电流， uA下降,uAUT时，uo不反转。,当uA=UT时，uo反转，uo1、uo2也一起反转。,由于电容电压不能 突变,当uo1 发生下跳时,uA有一突变。,Uo1uo2，电容充电,uA上升。,只要uAUT，uo就不反转。,当uA=UT 时，uo、uo1、uo2反转,由于uo1上跳，电容电压不能突变，所以uA上跳，然后uA开始下降,输出信号的周期近
3、似为:,T = 2.2 RC,(三）、石英晶体多谐振荡器,电阻R1、R2的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性放大区。对TTL反相器，常取R1R2R0.7 k2k，而对于CMOS门，则常取R1R2R10k100k；C1C2C是耦合电容，它们的容抗在石英晶体谐振频率f0时可以忽略不计；石英晶体构成选频环节。,振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0。,9.2 单稳态触发器,单稳态触发器简称单稳。,它的突出特点是: 输出端只有一个稳定状态, 另一个状态则是暂稳态.加入触发信号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是 , 经过一定时间以后,它又会自动返回原来的 稳定状态。,（1）没有触发信号时电路工作在
4、稳态 当没有触发信号时，ui为低电平。因为门G2的输入端经电阻R接至VDD，VA为高电平，因此uo2为低电平；门G1的两个输入均为0，其输出uo1为高电平，电容C两端的电压接近为0。这是电路的稳态，在触发信号到来之前，电路一直处于这个状态：uo11，uo20。,0,0,1,1,1,1,0,（2）外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态 当正触发脉冲ui到来时，门G1输出uo1由1变为0。由于电容电压不能跃变，uA也随之跳变到低电平，使门G2的输出uO2变为1。这个高电平反馈到门G1的输入端，此时即使ui的触发信号撤除，仍能维持门G1的低电平输出。但是电路的这种状态是不能长久保持的，所以称为暂稳态。
5、暂稳态时，uo10，uo21。,0,0,1,1,（3）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态 在暂稳态期间，VDD经R和G1的导通工作管对C充电，随着充电的进行，C上的电荷逐渐增多，使uA升高。当uA上升到阈值电压UT时，G2的输出uo2由1变为0。由于这时G1输入触发信号已经过去，G1的输出状态只由uo2决定，所以G1又返回到稳定的高电平输出。uA随之向正方向跳变，加速了G2的输出向低电平变化。最后使电路退出暂稳态而进入稳态，此时uo11，uo20。,脉冲宽度：tp=0.7RC,TR-A、TR-B是两个下降沿有效的触发信号输入端，TR+是上升沿有效的触发信号输入端。Q和是两个状态互补的输出端。
6、Rext/Cext、Cext是外接定时电阻和电容的连接端，外接定时电阻R（R=1.4k40k）接在VCC和Rext/Cext之间，外接定时电容C（C=10pF10F）接在Cext（正）和Rext/Cext之间。74121内部已设置了一个2k的定时电阻，Rin是其引出端，使用时只需将Rin与VCC连接起来即可，不用时则应将Rin开路。,74121的输出脉冲宽度： tp0.7RC,3、单稳态触发器的应用,脉冲整形整形成宽度和幅度一定的脉冲串,2. 脉冲定时使某电路在Tw时间内动作或不动作,3. 脉冲延时Vo下降沿比Vi下降沿滞后Tw时间,(a)逻辑图,(b)波形图,9.3 施密特触发器,自学,教学
7、要求,掌握555定时器电路结构和工作原理，组成单稳触发器、多谐振荡器的方法，外接元件参数计算。 重点、难点： 555定时器工作原理。作业：P386 9.4.5,9.4 555定时器的原理和应用,555定时器是将模拟电路和数字电路集成于 一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强, 目前得到了非常广泛的应用。,555定时器的工作原理,555定时器的内部电路包括以下几部分 : 一个由三个相等电阻组成的分压器; 两个电压比较器: A1、A2 ;一个 RS 触发器; 一个反相器和一个晶体管T。具体的 结构见后图。,三个电阻构成的分压器给 两个比较器提供基准电压: A1 的为 2VCC / 3 , A2
8、 的为 VCC / 3 。,首先讨论上图中加彩色部分的电路的工作原理。,1,0,1,0,0,0,阈值端,触发端,附录:,VCC,TH,CO,TR,D,uo,RD,3,1,综合以上的分析结果,便可得到555的功能表:,555定时器的应用,(1). 双稳态触发器: 微电机起动停车控制电路。,S1 : 起动按钮,S2 : 停车按钮,仅按下起动按钮 S1 , 则 TR VCC / 3 ; 未按 S2 , 当然 TH 2VCC / 3 , 故 uo =1 , 电机转动 。,即使放开 S1 , TR VCC / 3 , TH 2VCC / 3 , uo 保持为 1 , 电机继续转动 。,如果仅按下按钮 S
9、2 , TH 2VCC / 3 , 未按 S1 , 当然TR VCC / 3 , 这时 uo = 0 , 电机停止运行。,如果松开 S2 , 电机仍不转动 。,(2). 单稳态触发器: 洗相曝光定时器,若S打开 , 则 ui = 1 ;,若S合上 , 则 ui = 0 。,TH 2VCC /3 , TR VCC /3,按钮 S 处于打开状态时：,uo = 0 , 555内的管T导通 , 电容 CT 被短路, TH =0.3V 。,按一下 S , TR VCC ,已有 TH 2VCC /3 , 故 uo = 1 , 555 内的管 T 截止 , CT 将被充电 , ,只要 uCT 尚未充至 2V
10、CC /3 , uo 的状态就不会变化 。,一旦 uCT 2VCC /3 , 且已 有 TR VCC /3 , uo = 0 ;,555内的晶体管T也由截止变成导通 , 电容CT 迅速放电而变成 0V。,由以上过程可以看出 : 按钮每按动一次 , uo 便输出一个正脉冲,其宽度 TW 由 RT CT 决定 。,红灯亮的时间即为曝光时间 TW,TW = 1.1 RT CT,(3). 多谐振荡器: 简易电子琴电路,首先说明如何用555 定时器构成多谐振荡器:,输出波形,设电容C 原先未充电, 故 TH = TR VCC /3 , 此时 uo = 1 , 555内的晶体管 T 截止 , 电源通过 R1 和 R2 对电容 C 充电。,在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前, uo 保持 1 不变。,在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前, uo 保持 1 不变。,T1,T2,输出方波的周期 T的计算:,T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C,如何改变方波的占空比？,改变充放电回路的时间常数！,简易电子琴就是通过改变R2 的阻值来改变输出方波的周期 , 使外接的喇叭发出不同的音调 。,本章作业：9.1.1，9.4.5,
