数字电子技术第三版第六章.ppt

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1、第六章学习重点第六章学习重点1.5551.555定时器的功能；定时器的功能；555555定时器是将模拟电路与数字电路集成于一体的定时器是将模拟电路与数字电路集成于一体的电子器件，使用方便，带载能力强。电子器件，使用方便，带载能力强。2.2.如何产生矩阵波以及对不理想的矩形波整形是本如何产生矩阵波以及对不理想的矩形波整形是本章的重点章的重点；施密特触发器单稳态触发器多谐振荡器施密特触发器单稳态触发器多谐振荡器概述概述一、矩形脉冲的基本特性一、矩形脉冲的基本特性1.矩形脉冲的二值性矩形脉冲的二值性矩形脉冲矩形脉冲二进制数字信号二进制数字信号高、低电平高、低电平1、02.矩形脉冲的特性参数矩形脉冲的

2、特性参数TT 脉冲周期脉冲周期UmUm 脉冲幅度脉冲幅度0.5UmtWtW 脉冲宽度脉冲宽度0.1Um0.9Umtrtr 上升时间上升时间tftf 下降时间下降时间3.获得脉冲的方法：获得脉冲的方法：1）自激振荡电路直接产生矩形脉冲。自激振荡电路直接产生矩形脉冲。由由多谐振荡器多谐振荡器来实现来实现 555 定时器定时器是构成多谐振荡器、施密特触发器和单是构成多谐振荡器、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。稳态触发器的既经济又简单实用的器件。2）将已有波形将已有波形（正弦波、锯齿波正弦波、锯齿波等等）整形为矩整形为矩形脉冲。形脉冲。由由施密特触发器施密特触发器和和单稳态触发器单

3、稳态触发器来实现来实现二、二、555 定时器定时器1.电路组成电路组成分压器分压器分压器分压器 比较器比较器比较器比较器RS RS 触发器触发器触发器触发器输出输出缓冲缓冲晶体管晶体管晶体管晶体管开关开关开关开关+VCCuOTD5 k 5 k 5 k 8 83 31 16 65 57 72 24 4&1uD2.基本功能基本功能+VCCuOTD5 k 5 k 5 k 8 83 31 16 65 57 72 24 4&1uDCOCOTHTHTRTR 0UOL饱和饱和2VCC/3 111UOLVCC/3 饱和饱和VCC/3 不变不变不变不变2VCC/3UT+UOH1&TRATRBTR+RintCex

4、tRICXRX/CXRext/Cext 表示不属于逻辑状态连接表示不属于逻辑状态连接下降沿触发输入下降沿触发输入上升沿触发输入上升沿触发输入非重复触发非重复触发外接定时外接定时电阻、电容电阻、电容VCC内接接定时电阻引出端内接接定时电阻引出端一、非重复触发单稳态触发器一、非重复触发单稳态触发器 74121非重复触发非重复触发 只能在稳态接受输入信号。只能在稳态接受输入信号。2.功能表功能表输输 入入输输 出出注注TRA TRB TR+Q Q L H L H L H H L H L H L H L H保持保持稳态稳态 H H H H H下降沿下降沿触发触发 L L 上升沿上升沿触发触发3.主要参

5、数主要参数输出脉宽输出脉宽 tw:输入触发脉冲最输入触发脉冲最小周期小周期 Tmin:周期性输入触发周期性输入触发脉冲占空比脉冲占空比 q:7412174121应用电路应用电路输出脉冲输出脉冲u uO O的宽度：的宽度：t tw w 0.7RC 0.7RCextext外外接接电电容容C Cextext一一般般取取值值范范围围为为10 10 pFpF10F10F，采采用用外外接接电电阻阻定时方式得到脉冲宽度可达定时方式得到脉冲宽度可达2020ns ns 200ms 200ms。图图(a)a)：外接电阻外接电阻 R=Rext R=Rext（1.440k1.440k）图图(b)b)：用内部电阻用内部

6、电阻 R RR Rintint(约为约为2 2k)k)。二、可重复触发单稳态触发器二、可重复触发单稳态触发器 74122可重复触发可重复触发 在暂稳态期间在暂稳态期间,能够接受新的触发信号。能够接受新的触发信号。1.图形符号图形符号1TRATRBTR+ARintCextRICXRX/CXRext/Cext&RTR+BRD直接复位直接复位可重复触发可重复触发2.功能表功能表输输 入入输输 出出注注RD TRA TRB TR+A TR+BQ Q L H H L L L H L H L H L H复位复位保持保持稳态稳态 H L H H L H H L H L H L H H L H H上升沿上升沿

7、触发触发 H H H H H H H H H H H下降沿下降沿触发触发当定时当定时电容电容C 1000 pF时时:6.2.3 6.2.3 单稳态触发器应用举例单稳态触发器应用举例单稳态触发器应用举例单稳态触发器应用举例一、延时与定时一、延时与定时1.延时延时1uIu O&uOuFuIu OtW2.定时选通定时选通uFuO二、整形二、整形uIuO 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，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，无需外触发,只需接通电源。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。工作特点：工作特点：6.3 多谐振荡器多谐振荡器

8、 Astable Multivibrator设计思想：多谐振荡器是无稳态电路，两个暂稳态不断地交替。利用放电管T作为一个受控电子开关，使电容充电、放电而改变THTR，使触发器交替置0、置1。6.3.1 555 定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器6.3.1 555 定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器+VCCuO8 83 31 16 65 57 72 24 4&1TDR1R2CuC uCtUOH uOtUOL一、电路组成和工作原理一、电路组成和工作原理 6278 4153555R1C1+R2C2+VCC二、振荡频率的估算和占空比可调电路二、振荡频率的估算和占空比可调电路6278

9、4153555R1C+R2C2+VCC1.C 充电时间充电时间 tw1uC（0+）=VCC/3,uC（）=VCC充电时间常数充电时间常数 1=（R1+R2）C2.C 放电时间放电时间 tw2可求得可求得:放电时间常数放电时间常数 2=R2C（一一）振荡频率的估算振荡频率的估算3.振荡频率振荡频率 f uCtUOH uOtUOLtw1tw2Ttw1=0.7(R1+R2)Ctw2=0.7R2CT=0.7（R1+2R2）C振荡周期：振荡周期：振荡频率：振荡频率：占空比：占空比：（二）（二）占空比可调电路占空比可调电路62784153555R1C+R2C2+VCCD1D2uOtw1=0.7R1Ctw2

10、=0.7R2C6.3.2 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器特点：频率稳定，精度高。特点：频率稳定，精度高。1.符号和选频特性符号和选频特性符号符号当当 f =f0 时时,电抗电抗 X=0fXf0电电感感性性电电容容性性2.石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器11C1R1R2C2uo工作原理：工作原理：1.反相器静态工作在转折区反相器静态工作在转折区（放大放大）;2.石英晶体石英晶体 X=0,回路构成正反馈回路构成正反馈;3.C1、C2 为耦合电容为耦合电容,可不要。可不要。电阻取值范围：电阻取值范围：TTL反相器：反相器：R1=R2=0.7 2 k CMOS反相器：反相器：R1=R2=10

11、 100 M 3.CMOS 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器放放大大器器电容三点式电容三点式为保证为保证 CMOS 反相器反相器静态时工作在转折区，偏静态时工作在转折区，偏置电阻置电阻RF 取值为取值为:RF=10 100 M C1RFC2uo11100 M 20 pF5 50 pF f06.3.3 多谐振荡器应用举例多谐振荡器应用举例一、秒信号发生器一、秒信号发生器RC1C211C1C1C1C1FF0FF1FF14FF15Q0Q1Q14Q15T 触发器触发器32768 Hz16384 Hz1 Hz2 Hz二、模拟声响电路二、模拟声响电路10 F26784153NE555ICICR1C1B

12、21+26784153NE55510k 100k 10k 150k 10k 8 R2R3R4R5C2C3C4+5V0.01 F0.01 F100 FuO1uO2uo1uo2第六章第六章 小小 结结一、一、555 定时器定时器 是一种多用途的集成电路。只需外接少量阻容元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，如件便可构成各种脉冲产生、整形电路，如施密特触发施密特触发器器、单稳态触发器单稳态触发器和和多谐振荡器多谐振荡器等。等。55512348765双极型双极型 (TTL)电源电源:4.5 16 V单极型单极型 (CMOS)电源电源:3 18 V带负载能力强带负

13、载能力强二、施密特触发器二、施密特触发器 是一种是一种脉冲整形电路脉冲整形电路，虽然不能自动产生矩形脉，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。态触发器和多谐振荡器等。62784153555+VCCuO2uIUCOuO1+VDDR 施密特触发器施密特触发器有两个稳定状态，有两个稳定状态，有两个不同的触发电平，因此具有有两个不同的触发电平，因此具有回差特性回差特性。它的两个稳定状态是靠。它的两个稳定状态是靠两

14、个不同的电平来维持的，输出脉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。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，也可此外，调节回差电压的大小，也可改变输出脉冲的宽度。改变输出脉冲的宽度。外接电压外接电压调节回差调节回差 施密特触发器施密特触发器可由可由 555 定时器构定时器构成，也可用专门的集成电路实现。成，也可用专门的集成电路实现。三、单稳态触发器三、单稳态触发器 也属于也属于脉冲整形电路脉冲整形电路，可将输入的触发脉冲变换，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（

15、延时）等。的定时、整形、展宽（延时）等。62784153555RC+C1+VCCuO0.01 FuI 单稳态触发器单稳态触发器有一个稳定有一个稳定状态和一个暂稳态。其输出脉状态和一个暂稳态。其输出脉冲的宽度只取决于电路本身冲的宽度只取决于电路本身 R、C 定时元件的数值，与输入信定时元件的数值，与输入信号无关。输入信号只起到触发号无关。输入信号只起到触发电路进入暂稳态的作用。电路进入暂稳态的作用。改变改变 R、C 定时元件的数定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度。值可调节输出脉冲的宽度。单稳态触发器单稳态触发器可由可由 555 定时器构成，也可用集成的单稳定时器构成，也可用集成的单稳态触发器实现

16、。态触发器实现。62784153555R1C+R2C1+VCCuO四、多谐振荡器四、多谐振荡器 是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就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。可以自动地产生出矩形脉冲。多谐振荡器多谐振荡器没有稳定状态，没有稳定状态，只有两个暂稳态。暂稳态间的相只有两个暂稳态。暂稳态间的相互转换完全靠电路本身电容的充互转换完全靠电路本身电容的充电和放电自动完成。电和放电自动完成。改变改变 R、C 定时元件数值的定时元件数值的大小，可调节振荡频率。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，可采用在振荡频率稳定度要求很高的情况下，可采用石英晶石英晶体振荡器体振荡器。