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1、脉冲波形脉冲波形本讲稿第一页，共六十三页数字电子技术数字电子技术主要内容第第7 7章章 脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形平时实验中所使用的矩形脉冲波如何得到？平时实验中所使用的矩形脉冲波如何得到？数字电路离不开脉冲信号，即需要不同幅度、宽度及有陡峭边数字电路离不开脉冲信号，即需要不同幅度、宽度及有陡峭边沿的脉冲信号。例如触发器就离不开时钟脉冲（沿的脉冲信号。例如触发器就离不开时钟脉冲（CPCP）信号，否则）信号，否则它就不能存入或输出存储的信息。它就不能存入或输出存储的信息。本讲稿第二页，共六十三页数字电子技术数字电子技术7.1 7.1 概概 述述脉冲信号是指一种持续时间极短的电压或电

2、流波形。脉冲信号是指一种持续时间极短的电压或电流波形。方波方波矩形波矩形波尖顶脉冲尖顶脉冲锯齿波锯齿波本讲稿第三页，共六十三页数字电子技术数字电子技术本章主要讲：本章主要讲：施密特触发器施密特触发器 多谐振荡器多谐振荡器 单稳态触发器单稳态触发器 555555定时器的应用定时器的应用 获得脉冲波形的方法主要有两种：获得脉冲波形的方法主要有两种：1 1利用脉冲振荡电路产生；利用脉冲振荡电路产生；2 2通通过过整整形形电电路路对对已已有有的的波波形形进进行行整整形形、变变换换，使之符合系统的要求。使之符合系统的要求。本讲稿第四页，共六十三页数字电子技术数字电子技术脉冲信号定义与参数脉冲信号定义与参

3、数脉冲周期脉冲周期 T脉冲频率脉冲频率=1/T 脉冲宽度脉冲宽度 tW占空比：占空比：q=TW/T 脉冲上升脉冲上升时间时间 t tr r脉冲下降脉冲下降时间时间t tf f脉冲幅度脉冲幅度U U阈值电压阈值电压 本讲稿第五页，共六十三页数字电子技术数字电子技术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，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、电子玩具等许多领域中都得到了应用。电子玩具等许多领域中都得到了应用。7.2555定时器及其应

4、用定时器及其应用本讲稿第六页，共六十三页数字电子技术数字电子技术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与与外外引引线线排排列列都都完全相同。完全相同。双极型产品双极型产品CMOS产品产品单单555型号的最后几位数码型号的最后几位数码5557555双双555型号的最后几位数码型号的最后几位数码5567556优点优点驱动能力较大驱动能力较大低功耗、高输入阻抗低功耗、高输入阻抗电源电压工作范围电源电压工作范围516V318V负载电流负载电流可达可达200mA可达可达4mA本讲稿第七页，共六十三页数字电子技术数字电子技术7.2.1555定时器定时器1.电路结构电路结构555定时

5、器定时器(a)原理图原理图(b)外引线排列图外引线排列图电阻分压器电阻分压器电压比较器电压比较器基本基本RS触发器触发器放电管放电管T缓冲器缓冲器本讲稿第八页，共六十三页数字电子技术数字电子技术555定时器定时器低低低低电平电平触发端触发端高高高高电平电平触发端触发端电压电压控制端控制端复位端复位端低低低低电平有效电平有效放电端放电端4.516V本讲稿第九页，共六十三页数字电子技术数字电子技术（1）电阻分压器电阻分压器由由3个个5k的电阻的电阻R组成，为电压比较器组成，为电压比较器C1和和C2提供基准电压。提供基准电压。本讲稿第十页，共六十三页数字电子技术数字电子技术（2）电压比较器电压比较器

6、C1和和C2。当。当UU时，时，UC输出高电平，反之则输出低电平输出高电平，反之则输出低电平。本讲稿第十一页，共六十三页数字电子技术数字电子技术(3)CO为控制电压输入端。为控制电压输入端。当当CO悬空时，悬空时，UR12/3VCC，UR21/3VCC。当当COUCO时，时，UR1UCO，UR21/2UCO 本讲稿第十二页，共六十三页数字电子技术数字电子技术(4)TH称为高触发端（阈值输入端），称为高触发端（阈值输入端），TR称为低触发端。称为低触发端。本讲稿第十三页，共六十三页数字电子技术数字电子技术（5）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。R

7、是低电平有效的复位输入端。是低电平有效的复位输入端。正常工作时，必须使正常工作时，必须使R处于高电平。处于高电平。本讲稿第十四页，共六十三页数字电子技术数字电子技术（6）放电管放电管TT是是集集电电极极开开路路的的三三极极管管。相相当当于于一一个个受受控控电电子子开开关关。输输出出out为为0时，时，T导通导通;输出输出out为为1时，时，T截止。截止。本讲稿第十五页，共六十三页数字电子技术数字电子技术（7）缓冲器）缓冲器缓冲器由缓冲器由G3和和G4构成，用于提高电路的负载能力。构成，用于提高电路的负载能力。本讲稿第十六页，共六十三页数字电子技术数字电子技术2.工作原理工作原理uC1uC1Qn

8、+101置置010置置100不定不定11保持保持THUR1TRUR2001VT导通导通本讲稿第十七页，共六十三页数字电子技术数字电子技术2.工作原理工作原理TH接至反相输入端，当接至反相输入端，当THUR1时，时，UC1输出低电平，使输出低电平，使触发器置触发器置0，故称为高触发端（有效时置，故称为高触发端（有效时置0）；）；TR接至同相输入端，当接至同相输入端，当TRUR2时，时，UC2输出低电平，使输出低电平，使触发器置触发器置1，故称为低触发端（有效时置，故称为低触发端（有效时置1）。）。555定时器的功能表定时器的功能表本讲稿第十八页，共六十三页数字电子技术数字电子技术7.3 7.3

9、施密特触发器施密特触发器（SchmittTrigger）特点：特点：（）输输入入信信号号从从低低电电平平上上升升的的过过程程中中电电路路状状态态转转换换时时对对应应的的输输入入电电平平，与与输输入入信信号号从从高高电电平平下下降降过过程程中中对对应应的输入的输入转换电平不同转换电平不同。（）在在电电路路状状态态转转换换时时，通通过过电电路路内内部部的的正正反反馈馈过过程程使使输输出电压波形的边沿变得很陡。出电压波形的边沿变得很陡。主主要要用用途途：把把变变化化缓缓慢慢的的信信号号波波形形变变换换为为边边沿沿陡陡峭峭的的矩矩形波。形波。本讲稿第十九页，共六十三页数字电子技术数字电子技术二、用二、

10、用555定时器接成的施密特触发器定时器接成的施密特触发器1.1.施密特触发器的特点施密特触发器的特点施密特触发器的特点施密特触发器的特点（）（）（）（）输入信号从低电平上升的过程中电路状态转输入信号从低电平上升的过程中电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。过程中对应的输入转换电平不同。（）（）（）（）在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。程使输出电压波形的边

11、沿变得很陡。程使输出电压波形的边沿变得很陡。程使输出电压波形的边沿变得很陡。利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地消除。平上的噪声有效地消除。平上的噪声有效地消除。平上的噪声有效地消除。本讲稿第二十页，共六十三页数字电子技

12、术数字电子技术将将将将555555定时器的两个输入端连在一起作为信号输入端，定时器的两个输入端连在一起作为信号输入端，定时器的两个输入端连在一起作为信号输入端，定时器的两个输入端连在一起作为信号输入端，即可得到施密特触发器。即可得到施密特触发器。即可得到施密特触发器。即可得到施密特触发器。滤波电容，为提滤波电容，为提滤波电容，为提滤波电容，为提高高高高V VR1R1和和和和V VR2R2的稳的稳的稳的稳定性定性定性定性信号输入端信号输入端信号输入端信号输入端5 56 62 27 7u uTHTHu uTRTRV VR2R2V VR1R10.010.01 F Fu uI Iu uOO5 5kk5

13、 5kk5 5kkT TD DGG2 2QQQ Q8 84 43 31 1+-C C1 1+-C C2 2GG1 1GG3 3GG4 4V VCCCC v vC2C2v vC1C1V VR1R17.3.1用用555定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器本讲稿第二十一页，共六十三页数字电子技术数字电子技术工作原理工作原理v vOOO Ot tv vI IO Ot tu uo o o o由高电平变为低电平和由低电平变为高电平由高电平变为低电平和由低电平变为高电平由高电平变为低电平和由低电平变为高电平由高电平变为低电平和由低电平变为高电平 所对应的所对应的所对应的所对应的u u u uI I

14、I I值不同，就形成了施密特触发特性。值不同，就形成了施密特触发特性。值不同，就形成了施密特触发特性。值不同，就形成了施密特触发特性。5 56 62 27 7V VR2R2V VR1R10.010.01 F Fu uI Iu uOO5 5kk5 5kk5 5kkT TD DGG2 2QQQ Q8 84 43 31 1+-C C1 1+-C C2 2GG1 1GG3 3GG4 4V VCCCC v vC2C2v vC1C1本讲稿第二十二页，共六十三页数字电子技术数字电子技术 U UT T如果参考电压由外接电压如果参考电压由外接电压如果参考电压由外接电压如果参考电压由外接电压V VCOCO供给：供

15、给：U UT+T+=V VCOCOU UT-T-=1/2=1/2V VCOCO U UT T=1/2=1/2V VCOCO电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性回差电压回差电压回差电压回差电压U UT+T+U UT-T-本讲稿第二十三页，共六十三页数字电子技术数字电子技术施密特触发器的电压传输特性施密特触发器的电压传输特性0OUIUOHUOLU+TU-TU0OUIUOHUOLU+TU-TU同相传输同相传输反相传输反相传输回差电压回差电压本讲稿第二十四页，共六十三页数字电子技术数字电子技术1.1.波形变换波形变换 将变化缓慢的波形变换成矩形波（如将三角波或正弦将变化缓慢的波形变换成矩形

16、波（如将三角波或正弦波变换成同周期的矩形波）。波变换成同周期的矩形波）。波形变换波形变换 7.3.3 7.3.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用本讲稿第二十五页，共六十三页数字电子技术数字电子技术2.2.脉冲整形脉冲整形 在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变，在数字系统中，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。比较理想的矩形脉冲波形。脉冲整形脉冲整形 波形波形畸变畸变边沿边沿振荡振荡本讲稿第二十六页，共六十三页数字电子技术数字电子技术3.3.脉冲鉴幅脉冲鉴幅

17、将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端，只将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端，只有那些幅度大于有那些幅度大于U UT+T+的脉冲才会在输出端产生输出信号。可见，施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。密特触发器具有脉冲鉴幅能力。脉冲鉴幅脉冲鉴幅 本讲稿第二十七页，共六十三页数字电子技术数字电子技术施密特触发器小结施密特触发器小结 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

18、特特殊殊，电电路路有有两两个个转转换换电电平平（正正向向阈阈值值电压电压UT+和负向和负向阈值电压阈值电压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。主主要要用用途途：把把变变化化缓缓慢慢的的信信号号波波形形变变换换为为边边沿沿陡陡峭峭的的矩形波。矩形波。本讲稿第二十八页，共六十三页数字电子技术数字电子技术7.4 7.4 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器的特点：单稳态触发器的特点：l存在稳态和暂稳态两种不同的工作状态；存在稳态和暂稳态两种不同的工作状态；l需要外界触发，才可以从稳态翻转到暂稳需要外界触发，才可以从稳态翻转到暂

19、稳态，但可以自动返回稳态；态，但可以自动返回稳态；l暂稳态维持的时间取决于电路本身的参数，暂稳态维持的时间取决于电路本身的参数，通常是放电参数通常是放电参数RCRC。本讲稿第二十九页，共六十三页数字电子技术数字电子技术1.电路结构电路结构触发信号的输触发信号的输触发信号的输触发信号的输入端入端入端入端没有触发信号时没有触发信号时没有触发信号时没有触发信号时v vI I处于高电平，稳态时处于高电平，稳态时处于高电平，稳态时处于高电平，稳态时v vc1c1=v vc2c2=1=1、Q=0=0，v vo o=0=0。v vI Iv vC C0.010.01 F FC CR R5 56 62 27 7

20、v vOO5 5kk5 5kk5 5kkT TD DGG2 2QQQ Q8 84 43 31 1+-C C1 1+-C C2 2GG1 1GG3 3GG4 4V VCCCC v vC2C2v vC1C17.4.1用用555定时器接成的单稳态触发器定时器接成的单稳态触发器本讲稿第三十页，共六十三页数字电子技术数字电子技术2 2/3 3V VCCCC t tw wv vC CO Ot tv vI IO Ot tv vOOO Ot t2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理通常通常通常通常t tw w的范围为几微秒到几分钟。但随着的范围为几微秒到几分钟。但随着的范围为几微秒到几分钟。但随着的范围为几

21、微秒到几分钟。但随着t tw的宽度的宽度增加它的精度和稳定度也将下降。增加它的精度和稳定度也将下降。v vI Iv vC C0.010.01 F FC CR R5 56 62 27 7v vOO5 5kk5 5kk5 5kkT TD DGG2 2QQQ Q8 84 43 31 1+-C C1 1+-C C2 2GG1 1GG3 3GG4 4V VCCCC v vC2C2v vC1C1本讲稿第三十一页，共六十三页数字电子技术数字电子技术触发脉冲的宽度要小于触发脉冲的宽度要小于触发脉冲的宽度要小于触发脉冲的宽度要小于 t tw w触发负脉冲应在触发负脉冲应在v vC C上升到上升到上升到上升到2

22、2/3 3VCCCC之前回到高电平。之前回到高电平。之前回到高电平。之前回到高电平。2 2/3 3V VCCCC t tw wv vC CO Ot tv vI IO Ot tv vOOO Ot tv vI Iv vC C0.010.01 F FC CR R5 56 62 27 7v vOO5 5kk5 5kk5 5kkT TD DGG2 2QQQ Q8 84 43 31 1+-C C1 1+-C C2 2GG1 1GG3 3GG4 4V VCCCC v vC2C2v vC1C1本讲稿第三十二页，共六十三页数字电子技术数字电子技术555定时器构成的单稳态触发器（a）电路 （b）工作波形 工作原理

23、：稳态为0 低触发端有效置1 T截止，C充电 自动高触发返0 提高基准电压稳定性的滤波电容 输出脉冲的宽度输出脉冲的宽度tw1.1RC。当触发脉冲当触发脉冲uI为高电平时，为高电平时，VCC通过通过R对对C充电，当充电，当TH=uC2/3VCC时，高触发端时，高触发端TH有效置有效置0；此时，放；此时，放电管导通，电管导通，C放电，放电，TH=uC=0。稳态为。稳态为0状态。状态。此时放电管此时放电管T截止，截止，VCC通过通过R对对C充电。充电。当当TH=uC2/3VCC时，使高触发端时，使高触发端TH有效，置有效，置0状状态，电路自动返回稳态，此时放电管态，电路自动返回稳态，此时放电管T导

24、通。导通。电路返回稳态后，电路返回稳态后，C通过导通的放电管通过导通的放电管T放电，使电路放电，使电路迅速恢复到初始状态。迅速恢复到初始状态。本讲稿第三十三页，共六十三页数字电子技术数字电子技术工作原理：工作原理：当触发脉冲当触发脉冲uI下降沿到来时，低触发端下降沿到来时，低触发端TR有效置有效置1状态，状态，电路进入暂稳态。电路进入暂稳态。当触发脉冲当触发脉冲uI为高电平时，为高电平时，VCC通过通过R对对C充电，当充电，当TH=uC2/3VCC时，高触发端时，高触发端TH有效置有效置0；此时，放电管导；此时，放电管导通，通，C放电，放电，TH=uC=0。稳态为。稳态为0状态。状态。此时放电

25、管此时放电管T截止，截止，VCC通过通过R对对C充电。充电。当当TH=uC2/3VCC时，使高触发端时，使高触发端TH有效，置有效，置0状态，状态，电路自动返回稳态，此时放电管电路自动返回稳态，此时放电管T导通。导通。电路返回稳态后，电路返回稳态后，C通过导通的放电管通过导通的放电管T放电，使电放电，使电路迅速恢复到初始状态。路迅速恢复到初始状态。本讲稿第三十四页，共六十三页数字电子技术数字电子技术7.4.2集成单稳态触发器集成单稳态触发器可重触发型可重触发型:指在暂稳定时间指在暂稳定时间tw之内，若有新的触发脉冲输之内，若有新的触发脉冲输入，可被新的触发脉冲重新触入，可被新的触发脉冲重新触发

26、。发。非重复触发型非重复触发型:指在暂稳定时间指在暂稳定时间tw之内，若有新的触发脉冲之内，若有新的触发脉冲输入，电路不会产生任何反应。输入，电路不会产生任何反应。uiQtWuiQtWtW本讲稿第三十五页，共六十三页数字电子技术数字电子技术7.4.4 7.4.4 单稳态触发器的应用举例单稳态触发器的应用举例 脉冲整形脉冲整形单稳单稳uouitt00uoui本讲稿第三十六页，共六十三页数字电子技术数字电子技术定时定时单稳单稳uiuoCPLCPuitWuOL本讲稿第三十七页，共六十三页数字电子技术数字电子技术脉冲延时脉冲延时如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳电路如果需要延迟脉冲的触发时间，可利

27、用单稳电路来实现。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。本讲稿第三十八页，共六十三页数字电子技术数字电子技术单稳态触发器小结单稳态触发器小结单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，其渡到稳态，其“触发触发”信号也是由电路内部电容充信号也是由电路内部电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉冲宽度也（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。由电路的阻容元件决定。单稳态触发器不能自动地产生矩

28、形脉冲，但却可以把单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，用途很广。其它形状的信号变换成为矩形波，用途很广。本讲稿第三十九页，共六十三页数字电子技术数字电子技术多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。l通通过过电电容容的的充充电电和和放放电电，使使两两个个暂暂稳稳态态相相互互交交替替，从从而产生自激振荡。而产生自激振荡。l输输出出周周期期性性的的矩矩形形脉脉冲冲信信号号，由由于于含含有有丰丰富富的的谐谐波波分分量，故称作量，故称作多谐振荡器多谐振荡器。7.5 7.5 多谐振荡器多谐振荡器 本讲稿第四十页，共六十三页数字

29、电子技术数字电子技术7.5.1 7.5.1 用用555555构成多谐振荡器构成多谐振荡器 多谐振荡器是一个无稳态电路，多谐振荡器是一个无稳态电路，两个暂稳态两个暂稳态不断地交替。不断地交替。利利用用放放电电管管T T作作为为一一个个受受控控电电子子开开关关，使使电电容容充充电电、放放电电而而改改变变TH=TRTH=TR，则交替置，则交替置0 0、置、置1 1。555 555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器（a a）电路）电路 （b b）工作波形）工作波形 电容电容C充电充电充充=(R1+R2)C 电容电容C放电放电放放=R2C 振荡器输出脉冲振荡器输出脉冲u uO O的工作周期为：

30、的工作周期为：T0.7(R T0.7(R1 1+2R+2R2 2)C)C 本讲稿第四十一页，共六十三页数字电子技术数字电子技术5K5K5KVR148562713RSR+-C2G1G2TDG3VCCVOVTRVTH&1+-C1VR2&VCO工作原理工作原理假设：刚一通电时假设：刚一通电时R1R2CVC10是置是置1TD截止截止电容电容C充电充电当：当：VC电压充至电压充至2/3VCC以前以前VTR1/3VCCVTH2/3VCCVTR1/3VCC01是置是置0TD导通导通电容上的电压经电容上的电压经TD放电放电当：当：VC电压放至电压放至1/3VCC时：时：VTR1/3VCCVTH2/3VCC10

31、是置是置1T TD D截止，电路又重新开始充、放电截止，电路又重新开始充、放电过程。如此不断重复形成振荡，在过程。如此不断重复形成振荡，在V VO O端得到连续方波。端得到连续方波。VCC02/3VCC1/3VCCVCCVOtt本讲稿第四十二页，共六十三页数字电子技术数字电子技术暂态宽度暂态宽度T TW1W1、T TW2W2 V VC C充电三要素：充电三要素：第一个周期由于电路没有进入稳定状态，因此不计算暂态时间。VC(0+)=1/3VCCVC()=VCC=(R1+R2)C充电结束转换电压VC(TW1)=2/3VCC充电暂态持续时间TW1为：V VC C放电三要素：放电三要素：VC(0+)=

32、2/3VCCVC()=0=R2 C放电结束转换电压VC(TW2)=1/3VCC放电暂态持续时间TW2为：电路输出周期：电路输出周期：T=tw1+tw2=0.7(R1+2R2)C通过改变R和C可以得到0.1Hz500KHz的振荡频率。VCC0VCVO本讲稿第四十三页，共六十三页数字电子技术数字电子技术7 76 62 24 48 83 31 15CR10.01FVOVcc555RwR2D2D1 用555定时器组成的多谐振荡器暂态宽度tw1 tw2，而且占空比是固定不变的。占空比：脉冲宽度与周期之比在实际应用中常常需要频率固定而占空比可调。占空比可调多谐振荡器电路占空比可调多谐振荡器电路改变R1或改

33、变R2都会引起周期T的改变。电路特点：电容C的充、放电通路分别用二极管D1和D2隔离。RW为可调电位器。充电时，只和R1有关，放电时，只和R2有关，通过改变RW,而不改变R1+R2相加之和电路振荡周期T=0.7(R1+R2)C4.构成多谐振荡器（占空比可调）构成多谐振荡器（占空比可调）本讲稿第四十四页，共六十三页数字电子技术数字电子技术输出方波占空比如果取R1=R2,VO输出为对称方波。50%本讲稿第四十五页，共六十三页数字电子技术数字电子技术7.5.2 7.5.2 对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器 一、电路结构一、电路结构由两个由两个TTL反相器经电容交叉耦合而成。反相器经电容交叉耦合而成。

34、通常令通常令C1=C2=C，RF1=RF2=RF。为为了了使使静静态态时时反反相相器器工工作作在在转转折折区区，具具有有较较强强的的放放大大能能力力，应满足，应满足ROFFRFRON的条件。的条件。对称式对称式多谐振荡器多谐振荡器 本讲稿第四十六页，共六十三页数字电子技术数字电子技术二、工作原理二、工作原理假定接通电源后，由于某种原因使假定接通电源后，由于某种原因使uI1有微小正跳变，则必然会引有微小正跳变，则必然会引起如下的正反馈过程起如下的正反馈过程：使使uO1迅速跳变为低电平、迅速跳变为低电平、uO2迅速跳变为高电平，电路迅速跳变为高电平，电路进入第一暂稳态。进入第一暂稳态。此后，此后，

35、uO2的高电平对的高电平对C1电容充电使电容充电使uI2升高，电容升高，电容C2放电放电使使uI1降低。由于充电时间常数小于放电时间常数，所以充电速度较降低。由于充电时间常数小于放电时间常数，所以充电速度较快，快，uI2首先上升到首先上升到G2的阈值电压的阈值电压UTH，并引起如下的正反馈过程：，并引起如下的正反馈过程：本讲稿第四十七页，共六十三页数字电子技术数字电子技术使使u uO2O2迅速跳变为低电平、迅速跳变为低电平、u uO1O1迅速跳变为高电平，电迅速跳变为高电平，电路进入第二暂稳态。路进入第二暂稳态。此后，此后，C C1 1放电、放电、C C2 2充电，充电，C C2 2充电使充电

36、使u uI1I1上升，会引起又上升，会引起又一次正反馈过程，电路又回到第一暂稳态。一次正反馈过程，电路又回到第一暂稳态。这样，周而复始，电路不停地在两个暂稳态之间振荡，这样，周而复始，电路不停地在两个暂稳态之间振荡，输出端产生了矩形脉冲。输出端产生了矩形脉冲。本讲稿第四十八页，共六十三页数字电子技术数字电子技术对称式多谐振荡器的工作波形对称式多谐振荡器的工作波形 本讲稿第四十九页，共六十三页数字电子技术数字电子技术三、振荡周期三、振荡周期 矩形脉冲的振荡周期为：矩形脉冲的振荡周期为：T1.3RT1.3RF FC C当取当取R RF F1k1k、C C100 pF100 pF100 F100 F

37、时，则该电时，则该电路的振荡频率可在几赫到几兆赫的范围内变化。路的振荡频率可在几赫到几兆赫的范围内变化。本讲稿第五十页，共六十三页数字电子技术数字电子技术7.5.3 7.5.3 不对称多谐振荡器不对称多谐振荡器第一暂稳态及其自动第一暂稳态及其自动翻转的工作过程翻转的工作过程在在t1时时刻刻，uo由由0变变为为1，由由于于电电容容电电压压不不能能跃跃变变，故故ui1必必定定跟跟随随uo发发生生正正跳跳变变，于于是是ui2（uo1）由由1变变为为0。这这个个低低电电平平保保持持uo为为1，以以维维持持已已进进入入的的这这个个暂暂稳稳态态。在在这这个个暂暂稳稳态态期期间间，电电容容C通通过过电电阻阻

38、R放放电电，使使ui1逐逐渐渐下下降降。在在t2时时刻刻，ui1上上升升到到门门电电路路的的开开启启电电压压UT，使使uo1（ui2）由由0变变为为1，uo由由1变变为为0。同同样样由由于于电电容容电电压压不不能能跃跃变变，故故ui1跟跟随随uo发发生生负负跳跳变变，于于是是ui2（uo1）由由0变变为为1。这这个个高高电电平平保保持持uo为为0。至至此此，第第一一个个暂暂稳稳态态结结束，电路进入第二个暂稳态。束，电路进入第二个暂稳态。本讲稿第五十一页，共六十三页数字电子技术数字电子技术第二暂稳态及其自动第二暂稳态及其自动翻转的工作过程翻转的工作过程 在在t t2 2时时刻刻，u uo1o1变

39、变为为高高电电平平，这这个个高高电电平平通通过过电电阻阻R R对对电电容容C C充充电电。随随着着放放电电的的进进行行，u ui i1 1逐逐渐渐上上升升。在在t t3 3时时刻刻，u ui i1 1上上升升到到U UT T，使使u uo o（u ui i1 1）又又由由0 0变变为为1 1，第第二二个个暂暂稳稳态态结结束束，电电路路返返回回到到第第一一个个暂稳态，又开始重复前面的过程。暂稳态，又开始重复前面的过程。本讲稿第五十二页，共六十三页数字电子技术数字电子技术7.5.5 7.5.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振荡前面介绍的多谐振荡器的一个共同特点

40、就是振荡频率不稳定，容易受温度、电源电压波动和频率不稳定，容易受温度、电源电压波动和RCRC参数误参数误差的影响。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。谐振荡器。本讲稿第五十三页，共六十三页数字电子技术数字电子技术石英晶体的阻

41、抗频率特性图石英晶体的阻抗频率特性图 石英晶体具有很好的石英晶体具有很好的选频特性。当振荡信号的选频特性。当振荡信号的频率和石英晶体的固有谐频率和石英晶体的固有谐振频率振频率f fo o相同时，石英晶体相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容呈现很低的阻抗，信号很容易通过，而其它频率的信号易通过，而其它频率的信号则被衰减掉。则被衰减掉。本讲稿第五十四页，共六十三页数字电子技术数字电子技术因此，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，振荡频率只取决于石英晶体的固有谐振频率晶体振荡器，这时，振荡频率只取决于石英晶体的固有谐

42、振频率f fo o，而与，而与RCRC无关。无关。石英晶体振荡器电路石英晶体振荡器电路 在对称式多谐振荡器的基础上，串接一块石英晶体，就可以构成一在对称式多谐振荡器的基础上，串接一块石英晶体，就可以构成一个石英晶体振荡器电路。该电路将产生稳定度极高的矩形脉冲，其振荡个石英晶体振荡器电路。该电路将产生稳定度极高的矩形脉冲，其振荡频率由石英晶体的谐振频率频率由石英晶体的谐振频率f fo o决定。决定。本讲稿第五十五页，共六十三页数字电子技术数字电子技术目前，家用电子钟几乎都采用具有石英晶体振荡器的矩目前，家用电子钟几乎都采用具有石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。形

43、波发生器。由于它的频率稳定度很高，所以走时很准。通常选用振荡频率为通常选用振荡频率为32768H32768HZ Z的石英晶体谐振器，因的石英晶体谐振器，因为为32768327682 21515，将，将32768H32768HZ Z经过经过1515次二分频，即可得到次二分频，即可得到1H1HZ Z的的时钟脉冲作为计时标准。时钟脉冲作为计时标准。本讲稿第五十六页，共六十三页数字电子技术数字电子技术市面上的石英晶体管市面上的石英晶体管本讲稿第五十七页，共六十三页数字电子技术数字电子技术多谐振荡器小结多谐振荡器小结多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信

44、号，就可以自动地产生出矩形脉冲。入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，其其“触发触发”信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。容元件有关。本讲稿第五十八页，共六十三页数字电子技术数字电子技术多谐振荡器应用举例多谐振荡器应用举例电子琴电路电子琴电路S1S8代表八个琴键开关，按下不同的琴键时，振荡器接入代表八个琴键开关，按下不同的琴键时，振荡器接入不同的电

45、阻，电路产生不同的振荡频率。不同的电阻，电路产生不同的振荡频率。如果如果R21R28阻阻值选配得当，喇叭便值选配得当，喇叭便可以发出八个不同音可以发出八个不同音阶。阶。FC调音阶调音阶1 12 23 34 45 56 67 7频率频率264264 297297 330330 352352 396396 440440495495本讲稿第五十九页，共六十三页数字电子技术数字电子技术555定时器应用举例定时器应用举例双稳态触发器双稳态触发器:微电机起动停车控制电路。微电机起动停车控制电路。4816235S2S1RRCVCCvi1vi2voM微电机微电机555S1:起动按钮起动按钮S2:停车按钮停车按

46、钮本讲稿第六十页，共六十三页数字电子技术数字电子技术l延时电路延时电路延时电路有两种，一种是延时关电路，如楼道灯就是这种电路；另一种延时电路有两种，一种是延时关电路，如楼道灯就是这种电路；另一种是延时开电路，这种电路也叫定时电路。是延时开电路，这种电路也叫定时电路。图示图示555时基集成电路构成的延时关电路。当按动按键开关时基集成电路构成的延时关电路。当按动按键开关SB时时（按下后手即离开），使（按下后手即离开），使C放电，触发脚放电，触发脚输出高电位，发光二极管亮，输出高电位，发光二极管亮，定时开始。当定时开始。当C放电结束通过放电结束通过R充电，电压从零上升到充电，电压从零上升到555电源

47、电压的电源电压的2/3时，脚时，脚输出低电位，发光二极管自动熄灭，定时结束。输出低电位，发光二极管自动熄灭，定时结束。调节调节R和和C的值，的值，可改变延时时间。可改变延时时间。本讲稿第六十一页，共六十三页数字电子技术数字电子技术l温度控制电路温度控制电路图示电路中使用热敏电阻器作为头，插入所要控制的图示电路中使用热敏电阻器作为头，插入所要控制的物体中去，当温度升高时，热敏电阻阻值减少，利用这个特物体中去，当温度升高时，热敏电阻阻值减少，利用这个特点通过电路控制所需的温度。电路连接好后，实验时先将热点通过电路控制所需的温度。电路连接好后，实验时先将热敏电阻器放入热水中，可调电阻值由大向小慢慢调整，使发敏电阻器放入热水中，可调电阻值由大向小慢慢调整，使发光二极管刚好发光，当热敏电阻从热水取出，发光二极管立光二极管刚好发光，当热敏电阻从热水取出，发光二极管立即灭，表示水温超过这个温度时，发光二极管发光提示，不即灭，表示水温超过这个温度时，发光二极管发光提示，不到这个温度不发光。到这个温度不发光。本讲稿第六十二页，共六十三页数字电子技术数字电子技术模拟声响电路：模拟声响电路：本讲稿第六十三页，共六十三页