数字电子技术波形发生学习教案.pptx

会计学1数字电子技术数字电子技术(jsh)波形发生波形发生第一页，共86页。用用门门电电路路组组成成(z chn)的的多多谐谐振振荡器荡器 10.1 多谐振荡器多谐振荡器 石英石英(shyng)(shyng)晶体多谐振荡器晶体多谐振荡器 第2页/共86页第二页，共86页。1多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。2通过电容的充电和放电(fngdin)，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，无需外触发。3输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的谐波分量，故称作多谐振荡器。10.1 多谐振荡器多谐振荡器 第3页/共86页第三页，共86页。用用门门电电路路组组成成(z chn)的的多多谐谐振振荡荡器器 环形振荡器是利用门电路固有的传输延迟时环形振荡器是利用门电路固有的传输延迟时环形振荡器是利用门电路固有的传输延迟时环形振荡器是利用门电路固有的传输延迟时间，将奇数个反相器首尾相接而形成的。图所示的间，将奇数个反相器首尾相接而形成的。图所示的间，将奇数个反相器首尾相接而形成的。图所示的间，将奇数个反相器首尾相接而形成的。图所示的电路是一个最简单的环形振荡器，它由三个反相器电路是一个最简单的环形振荡器，它由三个反相器电路是一个最简单的环形振荡器，它由三个反相器电路是一个最简单的环形振荡器，它由三个反相器首尾相接组成首尾相接组成首尾相接组成首尾相接组成(z(z chn chn)。这个电路没有稳定状态。这个电路没有稳定状态。这个电路没有稳定状态。这个电路没有稳定状态。1.最简单最简单(jindn)的环形振荡器的环形振荡器vI1vI2vI3vO1vO2vOG1G2G3电路原理图电路原理图第4页/共86页第四页，共86页。t简简单单(jindn)的的环环形形振振荡器荡器vO(vI1)vO1(vI2)vO2(vI3)tpd000(b)图工作波形图图工作波形图tt用用门门电电路路组组成成(z chn)的的多多谐谐振振荡荡器器 1.最简单最简单(jindn)的环形振荡器的环形振荡器vI1vI2vI3vO1vO2vOG1G2G3(a)电路原理图电路原理图第5页/共86页第五页，共86页。2.RC2.RC环形环形环形环形(hun xn(hun xn)多谐振多谐振多谐振多谐振荡器荡器荡器荡器在在在在简简简简单单单单环环环环形形形形振振振振荡荡荡荡电电电电路路路路中中中中引引引引进进进进RCRC电电电电路路路路作作作作为为为为延延延延时时时时环节，形成环节，形成环节，形成环节，形成RCRC环形多谐振荡器。环形多谐振荡器。环形多谐振荡器。环形多谐振荡器。图图图图中中中中RCRC构构构构成成成成(guchng)(guchng)延延延延时时时时环环环环节节节节，RSRS为为为为限限限限流流流流电阻，对门电阻，对门电阻，对门电阻，对门R3R3起限流保护作用。起限流保护作用。起限流保护作用。起限流保护作用。vI1vI2vI3vO1vO2vOG1G2G3RC环形振荡器环形振荡器CRSR第6页/共86页第六页，共86页。RC环环形形(hun xn)振振荡荡器器理理想工作波形想工作波形振振 荡荡 器器 的的 暂暂 态态 时时 间间(shjin)和和周周期期的的近近似似计计算算公式为：公式为：tw10.98(R R1)Ctw21.26 RCT=tw1+tw2 0.98(R R1)C+1.26RCvI1vI2vI3vO1vO2vOG1G2G3RC环形振荡器环形振荡器CRSRttttVTVT-(VOH-VOL)VT+(VOH-VOL)VOHVOLvO（vI1）vO1vO2vI3（vI2）0000第7页/共86页第七页，共86页。式中的式中的R、C是外接，是外接，R1是是TTL与非门中的与非门中的R1。当当R1R时，时，振荡周期为：振荡周期为：tw10.98(R R1)Ctw21.26 RCT=tw1+tw2 0.98(R R1)C+1.26RC 上式可用于近似估计上式可用于近似估计(gj)振荡周期振荡周期.使用时使用时应注意它的假定条件是否满足应注意它的假定条件是否满足,否则否则,计算结果会计算结果会有较大的误差。有较大的误差。T2.2RC第8页/共86页第八页，共86页。3.对称对称(duchn)式多谐振荡器式多谐振荡器4.非对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器5.用斯密特触发器构成用斯密特触发器构成(guchng)的多谐振荡器的多谐振荡器第9页/共86页第九页，共86页。前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振荡频率不稳定，容易受温度、电源电压波动(bdng)和RC参数误差的影响。而在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信号来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面讨论的多谐振荡器是不能满足要求的，必须采用频率稳定度很高的石英晶体多谐振荡器。石石英英(shyng)(shyng)晶晶体体多多谐谐振振荡荡器器 第10页/共86页第十页，共86页。石英晶体(jngt)的阻抗频率特性图石英晶体具有很好的选频特性(txng)。当振荡信号的频率和石英晶体的固有谐振频率fo相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，而其它频率的信号则被衰减掉。第11页/共86页第十一页，共86页。vOvI1vI2vI3vO1vO2G1G2G3石英晶体环形振荡器石英晶体环形振荡器CRSR石英晶体石英晶体因此，将石英晶体串接在多谐振荡器的回路中就可组因此，将石英晶体串接在多谐振荡器的回路中就可组成石英晶体振荡器，这时，振荡频率成石英晶体振荡器，这时，振荡频率(pnl)只取决于石英只取决于石英晶体的固有谐振频率晶体的固有谐振频率(pnl)fo，而与，而与RC无关。无关。第12页/共86页第十二页，共86页。石英(shyng)晶体振荡器电路在对称式多谐振荡在对称式多谐振荡(zhndng)器的基础上，串器的基础上，串接一块石英晶体，就可以构成一个石英晶体振荡接一块石英晶体，就可以构成一个石英晶体振荡(zhndng)器电路。该电路将产生稳定度极高的矩器电路。该电路将产生稳定度极高的矩形脉冲，其振荡形脉冲，其振荡(zhndng)频率由石英晶体的串联频率由石英晶体的串联谐振频率谐振频率fo决定。决定。第13页/共86页第十三页，共86页。目前，家用电子钟几乎都采用具有目前，家用电子钟几乎都采用具有(jyu)石石英晶体振荡器的矩形波发生器。由于它的频率稳英晶体振荡器的矩形波发生器。由于它的频率稳定度很高，所以走时很准。定度很高，所以走时很准。通常选用振荡频率为通常选用振荡频率为32768Hz的石英晶体谐的石英晶体谐振器，因为振器，因为32768215，将，将32768Hz经过经过15次二次二分频，即可得到分频，即可得到(d do)1Hz的时钟脉冲作为计的时钟脉冲作为计时标准。时标准。第14页/共86页第十四页，共86页。门电路组成门电路组成(z chn)的微分型单稳态触发器的微分型单稳态触发器集成集成(j chn)单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用(yngyng)10.2 单稳态触发器单稳态触发器第15页/共86页第十五页，共86页。一、工作一、工作(gngzu)特点：特点：10.2 单稳态触发器单稳态触发器概述概述(i sh)第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；第第二二，在在外外加加脉脉冲冲作作用用下下，触触发发器器能能从从稳稳态态翻翻转转到暂稳态；到暂稳态；第第三三，在在暂暂稳稳态态维维持持一一段段时时间间后后，将将自自动动返返回回稳稳态态，暂暂稳稳态态维维持持时时间间的的长长短短取取决决于于电电路路本本身身的的参参数数，与外加触发信号无关与外加触发信号无关(wgun)。例：楼道的路灯例：楼道的路灯。第16页/共86页第十六页，共86页。二、单稳态触发器的组成二、单稳态触发器的组成(z chn)：10.2 单稳态触发器单稳态触发器 由门电路由门电路(dinl)和和 RC电路电路(dinl)组成组成三、单稳态触发器的分类三、单稳态触发器的分类(fn li)概述概述根据根据RC电路的不同接法电路的不同接法单稳态触发器单稳态触发器分为微分型和积分型两大类。分为微分型和积分型两大类。第17页/共86页第十七页，共86页。门电路组成门电路组成(z chn)的微分型单稳态触发器的微分型单稳态触发器 1.电路电路(dinl)vO1vO2vcRvI&CMOS与非门构成与非门构成(guchng)的微分型的微分型单稳态触发器单稳态触发器 CMOS或非门构成的微分型或非门构成的微分型单稳态触发器单稳态触发器 第18页/共86页第十八页，共86页。vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+vthtttttpivthtwt1t22.2.工作工作工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理原理原理a)没有触发没有触发(chf)信号时，信号时，电路处于一种稳态电路处于一种稳态 vO1vO2vcvIRvRvDD0 00 00 01 11 1门电路组成门电路组成(z chn)的的微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器第19页/共86页第十九页，共86页。vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+vthttttvthtpitwt1t22.2.工作工作工作工作(gngzu)(gngzu)原原原原理理理理vo1 v R vO2 vIvR vO2 vO1 vO1vO2vcvIRvRvDD1 11 11 11 10 0门电路组成门电路组成(z chn)的微分型单稳态触发器的微分型单稳态触发器b)外加触发外加触发(chf)信号后，电路进信号后，电路进入暂稳态入暂稳态c)电容放电，电路由暂稳态自动电容放电，电路由暂稳态自动返回到稳态返回到稳态0 0第20页/共86页第二十页，共86页。3.3.主要参数的计算主要参数的计算主要参数的计算主要参数的计算(j(j sun)sun)vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+vthtttttpivthtwt1t2tw0.7RC(1)输出(shch)脉冲宽度tw门电路组成门电路组成(z chn)的微分型单稳态触发器的微分型单稳态触发器 R(t)=VR()VR(0+)VR()R(0+)=0 R()=VDD =RC（2）恢复时间tre暂稳态结束后，电路需要一段时间恢复到初始状态。一般，恢复时间tre为（35）放电时间常数（通常放电时间常数远小于RC）。第21页/共86页第二十一页，共86页。设触发信号的时间间隔为T，为了使单稳态触发器能够正常工作，应当满足Ttw+tre的条件(tiojin)，即Tmin=tw+tre。因此，单稳态触发器的最高工作频率为fmax=1/Tmin=1/（tw+tre）在使用微分型单稳态触发器时，输入触发脉冲uI的宽度tw1应小于输出脉冲的宽度tw，即tw1tw，否则(fuz)电路不能正常工作。如出现tw1tw的情况时，可在触发信号源uI和G1输入端之间接入一个RC微分电路。4.对输入(shr)触发脉冲宽度的要求（3）最高工作频率fmax（或最小工作周期Tmin）3.主要参数的计算主要参数的计算门电路组成的微分型单稳态触发器门电路组成的微分型单稳态触发器第22页/共86页第二十二页，共86页。集成集成(j chn)单稳态触发器及其应用单稳态触发器及其应用 用集成门电路构成的单稳态触发器虽然电路简单，但输出(shch)脉冲宽度的稳定性较差，调节范围小，而且触发方式单一。因此实际应用中常采用集成单稳态触发器。1.输输 入入 脉脉 冲冲 触触 发发(chf)方式方式 上升沿触发下降沿触发第23页/共86页第二十三页，共86页。2.不可重复(chngf)触发型与可重复(chngf)触发型 图图（a）为为不不可可重重复复型触发单稳态触发器型触发单稳态触发器该该电电路路在在触触发发进进入入暂暂稳稳态态期期间间如如再再次次(zi c)受受到到触触发发，对对原原暂暂稳稳态态时时间间没没有有影影响响，输输出出脉脉冲冲宽宽度度tw仍仍从从第第一一次次触触发开始计算。发开始计算。图图（b）为为可可重重复复触触发发型单稳态触发器型单稳态触发器 该该电电路路在在触触发发进进入入暂暂稳稳态态期期间间如如再再次次被被触触发发，则则输输出出脉脉冲冲宽宽度度可可在在此此前前暂暂稳稳态态时时间间(shjin)的基础上再展宽的基础上再展宽tw。因因此此，采采用用可可重重复复触触发发单单稳稳态态触触发发器器时时能能比比较较方方便地得到持续时间更长的输出脉冲宽度。便地得到持续时间更长的输出脉冲宽度。第24页/共86页第二十四页，共86页。3.TTL集集成成(j chn)单单稳稳态态触触发发器器电电路路74121的的功功能能及其应用及其应用74121是是一一种种不不可可重重复复触触发发的的单单稳稳态态触触发发器器，它它既既 可可 采采 用用(ciyng)上上 升升 沿沿 触触 发发，又又 可可 采采 用用(ciyng)下下降降沿沿触触发发，其其内内部部还还设设有有定定时时电电阻阻Rint(约为约为2k)。74121电路(dinl)的功能表74121的电路符号触发输入端输出端外接定时元件引脚内部电阻引脚第25页/共86页第二十五页，共86页。功能(gngnng)：（1）触发(chf)方式：第26页/共86页第二十六页，共86页。74121应用(yngyng)电路（2）定时(dnsh)元件接法：输出脉冲uO的宽度：tw0.7RCext外接电容Cext一般取值范围(fnwi)为10pF10F，在要求不高的情况下最大值可达1000F。图图(a)：外接电阻：外接电阻R=Rext（1.440k）。）。图图(b)：用内部电阻：用内部电阻RRint(约为约为2k)。第27页/共86页第二十七页，共86页。（1）.脉 冲(michng)延时单稳态触发器的主要应用是整形(zhngxng)、定时和延时。单稳电路(dinl)的延时作用如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳电路来实现。uO的下降沿比的下降沿比uI的下降沿延迟了的下降沿延迟了tw的时间。的时间。单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用第28页/共86页第二十八页，共86页。（2）.脉 冲(michng)定时单稳态触发器能够产生一定宽度单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲，的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在tw时间时间(shjin)内动作内动作(或者不动作或者不动作)。脉冲(michng)定时单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用第29页/共86页第二十九页，共86页。用用门门电电路路构构成成(guchng)的的施施密密特特触发器触发器 集集成成(j(j chn)chn)施施密密特特触触发发器器及及其其应用应用 10.3 施密特触发器施密特触发器 第30页/共86页第三十页，共86页。主要用途：把变化缓慢的信号波形变换为边沿(binyn)陡峭的矩形波。特点：特点：电电路路有有两两种种稳稳定定状状态态。两两种种稳稳定定状状态态的的维维持持和和转转换换完完全全取决于外加触发信号。触发方式：电平触发。取决于外加触发信号。触发方式：电平触发。电电压压传传输输特特性性特特殊殊(tsh)，电电路路有有两两个个转转换换电电平平（上上限触发转换电平限触发转换电平UT+和下限触发转换电平和下限触发转换电平UT）。）。状状态态翻翻转转时时有有正正反反馈馈过过程程，从从而而输输出出边边沿沿陡陡峭峭的的矩矩形形脉脉冲。冲。10.3 10.3 施密特触发器施密特触发器施密特触发器施密特触发器第31页/共86页第三十一页，共86页。用门电路构成用门电路构成(guchng)的施密特触发器的施密特触发器 1.电 路(dinl)组成两个(lin)CMOS反相器，两个(lin)分压电阻。用集成门电路构成的施密特触发器（a）电路（b）逻辑符号第32页/共86页第三十二页，共86页。2.工工 作作(gngzu)原理原理（1）工作(gngzu)过程设CMOS反相器的阈值电压UTH=VDD/2，输入信号uI为三角波。第33页/共86页第三十三页，共86页。当uI=0V时，G1截止、G2导通，输出为UOL，即uO=0V。只要满足uI1UTH，电路就会处于这种状态（第一稳态）。当uI上升(shngshng)，使得uI1=UTH时，电路会产生如下正反馈过程：第34页/共86页第三十四页，共86页。电路会迅速转换为G1导通、G2截止，输出为UOH，即uO=VDD的状态（第二稳态）。此时的uI值称为施密特触发器的上限触发转换电平UT+。显然，uI继续上升(shngshng)，电路的状态不会改变。第35页/共86页第三十五页，共86页。如果uI下降(xijing)，uI1也会下降(xijing)。当uI1下降(xijing)到UTH时，电路又会产生以下的正反馈过程：电路会迅速转换为G1截止、G2导通、输出为UOL的第一稳态。此时的uI值称为施密特触发器的下限触发转换电平UT。uI再下降，电路将保持(boch)状态不变。第36页/共86页第三十六页，共86页。（2）工作波形与电压传输(chunsh)特性施密特触发器将三角(snjio)波uI变换成矩形波uO。施密特触发器的工作(gngzu)波形及电压传输特性（a）工作(gngzu)波形（b）电压传输特性3.重要参数上限触发转换电平UT+下限触发转换电平UT回差回差UT=UT+UT（通常（通常UT+UT）改变改变R1和和R2的大小可以改变回差的大小可以改变回差UT 第37页/共86页第三十七页，共86页。解：解：（1）门门限限(mnxin)电压电压（3）输输 出出 电电 压压(diny)波形波形（2）传传 输输(chun sh)特性特性反相迟滞比较器反相迟滞比较器第38页/共86页第三十八页，共86页。集成施密特触发器的UT+和UT的具体数值可从集成电路(jchng-dinl)手册中查到。如CT74132的UT+1.7V、UT0.9V，所以，UTUT+UT1.7V0.9V0.8V。集成集成(j chn)施密特触发器及其应用施密特触发器及其应用 1.施密特反相器施密特反相器TTL的74LS14和CMOS的CC40106均为六施密特触发的反相器。下面以CC40106为例说明(shumng)其功能。第39页/共86页第三十九页，共86页。施密特触发反相器(a)原理框图(b)电压传输特性(txng)(c)逻辑符号为了提高电路的性能，电路在施密特触发器的基为了提高电路的性能，电路在施密特触发器的基础础(jch)上，增加了整形级和输出级。上，增加了整形级和输出级。整形级可以使输出波形的边沿更加陡峭，整形级可以使输出波形的边沿更加陡峭，输出级可以提高电路的负载能力。输出级可以提高电路的负载能力。第40页/共86页第四十页，共86页。2.施施密密特特触触发发(chf)与与非非门门电路电路 为了对输入波形(bxn)进行整形，许多集成门电路采用了施密特触发形式。比如CMOS的CC4093和TTL的74LS13就是施密特触发的与非门电路。施密特触发与非门的逻辑(luj)符号第41页/共86页第四十一页，共86页。1.波波形形(b xn)变换变换 将变化(binhu)缓慢的波形变换成矩形波（如将三角波或正弦波变换成同周期的矩形波）。波形(bxn)变换施密特触发器的应用施密特触发器的应用第42页/共86页第四十二页，共86页。2.脉脉 冲冲(michng)整形整形 在数字系统(xtng)中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变，或者边沿产生振荡等。通过施密特触发器整形，可以获得比较理想的矩形脉冲波形。脉冲(michng)整形波形波形畸变畸变边沿边沿振荡振荡第43页/共86页第四十三页，共86页。3脉脉冲冲(michng)鉴幅鉴幅 将一系列幅度(fd)各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端，只有那些幅度(fd)大于UT+的脉冲才会在输出端产生输出信号。可见，施密特触发器具有脉冲鉴幅能力。脉冲(michng)鉴幅第44页/共86页第四十四页，共86页。定时器定时器 10.4 555定时器及其应用定时器及其应用(yngyng)定定时时器器典典型型(dinxng)应应用用第45页/共86页第四十五页，共86页。为数字为数字模拟混合集成电路。模拟混合集成电路。可可产产生生精精确确的的时时间间延延迟迟和和振振荡荡(zhndng)，内内部部有有3个个5K的电阻分压器，故称的电阻分压器，故称555。在在波波形形的的产产生生与与变变换换、测测量量与与控控制制、家家用用电电器器、电电子玩具等许多领域中都得到了应用。子玩具等许多领域中都得到了应用。10.4 555定时器及其应用定时器及其应用(yngyng)第46页/共86页第四十六页，共86页。各各公公司司生生产产的的555定定时时器器的的逻逻辑辑功功能能(gngnng)与与外外引引线排列都完全相同。线排列都完全相同。双极型产品CMOS产品单555型号的最后几位数码5557555双555型号的最后几位数码5567556优点驱动能力较大低功耗、高输入阻抗电源电压工作范围516V318V负载电流可达200mA可达4mA第47页/共86页第四十七页，共86页。图图 集成集成(j chn)定时器定时器555集成集成(j chn)定时器定时器定时器定时器电源电源(dinyun)(dinyun)端端放电端放电端GND低电平低电平触发端触发端高电平高电平触发端触发端电压电压控制端控制端复位端复位端输出端输出端UDD D TH COG TL Uo RD8 7 6 5 5551 2 3 4第48页/共86页第四十八页，共86页。555定时器是一种应用方便的中规模集成电路定时器是一种应用方便的中规模集成电路,只需外只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。广泛用于信号的产生、变换、控制发器。广泛用于信号的产生、变换、控制(kngzh)与与检测。检测。定时器定时器定时器定时器电阻电阻(dinz)分分压器压器电压电压(diny)比比较器较器基本基本RS触发器触发器复位输入端复位输入端(0)输出缓冲反相器输出缓冲反相器集电极开路输出三极管集电极开路输出三极管1、电路组成、电路组成TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G第49页/共86页第四十九页，共86页。（1）电阻(dinz)分压器TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G 由由3个个5k的电阻的电阻R组成，为电压比较组成，为电压比较(bjio)器器C1和和C2提供基准电压。提供基准电压。第50页/共86页第五十页，共86页。（2）电 压(diny)比较器TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G C1和和C2。当。当UU时，时，UC输出输出(shch)高电平，反之则输出高电平，反之则输出(shch)低电低电平。平。第51页/共86页第五十一页，共86页。TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)GvIC 为控制电压输入端。当vIC悬空时，UR12/3VCC，UR21/3VCC。当vICVCO时，vR1VCO，vR21/2VCO第52页/共86页第五十二页，共86页。vI1称为(chnwi)高触发端，vI2称为(chnwi)低触发端。TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G第53页/共86页第五十三页，共86页。（3）基本基本RS触发器触发器 其置其置0和置和置1端为低电平有效触发。端为低电平有效触发。RD是低电平有效的复位输入是低电平有效的复位输入(shr)端。端。正常工作时，必须使正常工作时，必须使RD处于高电平。处于高电平。TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G第54页/共86页第五十四页，共86页。（4）放电管TT是集电极开路的三极管。相当于一个(y)受控电子开关,输出为0时，T导通，输出为1时，T截止。TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G第55页/共86页第五十五页，共86页。（5）缓冲器缓冲器由G3和G4构成，用于提高电路的负载(fzi)能力。TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G4G3第56页/共86页第五十六页，共86页。0 01 10 0 555定时器定时器 如果如果(rgu)悬空悬空0 01 10 01 10 01 10 01 11 10 01 11 11 1保持保持(boch)保持保持(boch)2、工作原理、工作原理TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k&1RDVCC(8)G第57页/共86页第五十七页，共86页。555定时器功能表定时器功能表不变不变不变不变1导通导通01截止截止11导通导通00放电管放电管T输出输出(VO)复位复位(RD)触发输入触发输入(VI2)阈值输入阈值输入(VI1)输输 出出输输 入入 555定时器定时器第58页/共86页第五十八页，共86页。.单稳态触发器单稳态触发器 只有一个只有一个(y)(y)稳态的触发器。稳态的触发器。特点：在外来触发信号的作用下，能够由稳特点：在外来触发信号的作用下，能够由稳态翻转成另一暂稳状态，暂稳状态维持一定时间态翻转成另一暂稳状态，暂稳状态维持一定时间后，又会自动返回到稳态。后，又会自动返回到稳态。555定时器定时器 的应用的应用(yngyng)第59页/共86页第五十九页，共86页。GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FRCuIuOuC-+(一一)电路电路(dinl)(dinl)结构结构 DISTHVCCR R、C 为定时为定时(dn sh)元件元件TRuIOUTuOGNDVCCRDCO0.01 FCuC-+第60页/共86页第六十页，共86页。(二二)工作原理、工作波形与参数工作原理、工作波形与参数(cnsh)(cnsh)估算估算 1.稳定稳定(wndng)状态状态 接通电源接通电源(dinyun)后后 VCC 经经 R 向向 C 充电，使充电，使 uC 上升。上升。uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC该电路该电路触发信号为负脉冲触发信号为负脉冲，不加触发，不加触发信号时，信号时，uI=UIH(应应 1/3 VCC)。当当 uC 2/3 VCC 时，满足时，满足TR=uI 1/3 VCC，TH=uI 2/3 VCC,因此因此 uO 为低电平，为低电平，V 导通，电容导通，电容 C 经经放电管放电管 V 迅速放电完毕，迅速放电完毕，uC 0 V。这时这时TR=UIH 1/3 VCC，TH=uC 0 2/3 VCC，uO 保持保持低电平不变。因此，低电平不变。因此，稳态时稳态时 uC 0 V，uO 为低电平。为低电平。充电充电工作原理工作原理 导通导通放电放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH第61页/共86页第六十一页，共86页。2.触发触发(chf)进入暂进入暂稳态稳态(二二)工作原理、工作波形与参数工作原理、工作波形与参数(cnsh)(cnsh)估算估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平(应应 1/3 VCC)时，使时，使 TR=UIL1/3 VCC而而TH=uC 0 V 2/3 VCC，因此，因此 uO 跃跃变为高电平，进入暂稳态变为高电平，进入暂稳态，这时放电管，这时放电管 V截止，截止，VCC 又经又经 R 向向 C 充电，充电，uC 上升上升。UILUOH充电充电第62页/共86页第六十二页，共86页。3.自动返回自动返回(fnhu)稳定稳定状态状态(二二)工作原理、工作波形与参数工作原理、工作波形与参数(cnsh)(cnsh)估算估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC 2.触发触发(chf)进入进入暂稳态暂稳态 UIHUOL TH2/3 VCC放电放电V当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平(应应 1/3 VCC)时，使时，使 TR=UIL1/3 VCC 而而TH=uC 0 V 1/3 VCC)，因此，因此 uO 重新跃变重新跃变为低电平。为低电平。同时，放电管导通，同时，放电管导通，C 经经 V 迅速放电迅速放电 uC 0 V，放电完毕放电完毕后，电路返回稳态。后，电路返回稳态。第63页/共86页第六十三页，共86页。例例 用上述用上述(shngsh)(shngsh)单稳态电路输出单稳态电路输出定时时间为定时时间为1 s 1 s 的正脉冲，的正脉冲，R=27 kR=27 k，试确定定时元件试确定定时元件 C C 的取值。的取值。(二二)工作原理、工作波形与参数工作原理、工作波形与参数(cnsh)(cnsh)估算估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC输出脉冲输出脉冲(michng)宽度宽度 tW 即为暂稳即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件态维持时间，主要取决于充放电元件 R、C。该单稳态触发器为不可重复触发器，且要该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽求输入脉宽 tWI 小于输出脉宽小于输出脉宽 tWO。解：解：因为因为 tWO 1.1 RC故故可取标称值可取标称值 33 F。估算公式估算公式 tWO 1.1 RC第64页/共86页第六十四页，共86页。补充例题补充例题(lt)1 单稳态触发器的应用之一。单稳态触发器的应用之一。8 41 53uoui+UDDRC555627 照明定时照明定时(dn sh)电路。电路。第65页/共86页第六十五页，共86页。解：该电路解：该电路(dinl)是典型的由是典型的由 555 集成定时器外接集成定时器外接 R 和和 C 组组成的单稳态触发器。成的单稳态触发器。练习（练习（1）如图为自动控制）如图为自动控制(z dn kn zh)灯电路，当用手灯电路，当用手触摸金属片触摸金属片J 时，小电珠能亮时，小电珠能亮 10 s 左右，作为晚上看表或走廊左右，作为晚上看表或走廊的瞬时照明，试说明其工作原理。的瞬时照明，试说明其工作原理。162784RJC+6V5553这一单稳态触发器，在通常情况下即人手没有触摸时，其稳这一单稳态触发器，在通常情况下即人手没有触摸时，其稳定状态为定状态为 0，输出，输出(shch)端端 3 为低电平，小电珠不亮。在触为低电平，小电珠不亮。在触发脉冲的作用下，即手触摸金属片发脉冲的作用下，即手触摸金属片J 时，相当于在输入端时，相当于在输入端 2 加入加入一个负脉冲，它翻转成暂稳态一个负脉冲，它翻转成暂稳态 1，输出，输出(shch)端端 3 为高电平，为高电平，小电珠亮。小电珠能亮小电珠亮。小电珠能亮 10 s 左右表明了暂稳态持续时间，它与左右表明了暂稳态持续时间，它与充电时间常数有关即充电时间常数有关即 tW=1.1RC。持续时间结束，触发器自动。持续时间结束，触发器自动恢复原态即恢复原态即 0 状态，小电珠灭。状态，小电珠灭。第66页/共86页第六十六页，共86页。GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC-+R22 2、用、用、用、用 555 555 定时器组成定时器组成定时器组成定时器组成(z(z chn chn)多谐振多谐振多谐振多谐振荡器荡器荡器荡器 (一一)电路电路(dinl)(dinl)结构结构 DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC-+R2第67页/共86页第六十七页，共86页。(二二)工作工作(gngzu)(gngzu)原理、工作原理、工作(gngzu)(gngzu)波形与周期估算波形与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL 充电充电UOHTH=TR=uC 很很小小接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH=TR=uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。工作工作(gngzu)原原理理 第68页/共86页第六十八页，共86页。(二二)工作原理、工作波形与周期工作原理、工作波形与周期(zhuq)(zhuq)估算估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL UOLTH=TR 2/3 VCC当当 uC 上升到上升到 TH=TR=uC 2/3 VCC 时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电同时放电管管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态。工作工作(gngzu)原理原理 接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH=TR=uC 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。放电放电第69页/共86页第六十九页，共86页。当当 uC 下降到下降到 TH=TR=uC 1/3 VCC 时，时，uO 重新跃变为高电平重新跃变为高电平，同时，同时放电管放电管 V 截止，截止，C 又被又被充电，充电，uC 上升上升，电路又电路又返回到暂稳态返回到暂稳态。(二二)工作原理工作原理(yunl)(yunl)、工作波形与周期估算、工作波形与周期估算uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL TH=TR1/3VCC工作工作(gngzu)原原理理 当当 uC 上升到上升到 TH=TR=uC 2/3 VCC时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电管同时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态。接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH=TR=uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。第70页/共86页第七十页，共86页。(二二)工作原理、工作波形工作原理、工作波形(b xn)(b xn)与周期估算与周期估算 电容电容(dinrng)C 如此循环充电和如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL 周期周期(zhuq)与占空与占空比估算比估算tWH 0.7(R1+R2)C tWL 0.7 R2CT=tWH+tWL 0.7(R1+2R2)C第71页/共86页第七十一页，共86页。GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1C+R2RP1RP2 例例 指指出出右右图图中中控控制制扬扬声声器器鸣鸣响响与与否否和和调调节节音音调调高高低低的的分分别别是是哪哪个个(n(n ge)ge)电电位位器器？若若原原来来无无声声，如如何何调调节节才才能能鸣鸣响响？欲欲提提高高音音调调，又又该该如如何何调节？调节？解：解：R1、R2、RP1 和和 C 共同构成定时元件共同构成定时元件(yunjin)，因此调节因此调节 RP1 可调节音调高低。可调节音调高低。欲提高音调欲提高音调(yndio)，则应减小，则应减小 RP1，因此触头应下移。，因此触头应下移。RP2调节调节 RP2