第十章

第10章 脉冲单元电路
10.1 脉冲信号与脉冲电路 10.2 集成门构成的脉冲单元电路
10.3 555定时器及其应用
10-1
10.1 脉冲信号与脉冲电路
10.1.1 脉冲信号
按狭义定义的脉冲信号是指那些持续时间 极短,在瞬间完成突变的电压或电流波形 按广义定义的脉冲信号则指凡是不具有连 续正弦波形状的信号,几乎都可通称脉冲信 号 矩形波,方波,锯齿波,钟形脉冲,尖脉 冲等都是脉冲信号,在数字电路中最常见的 脉冲信号是矩形脉冲和方波,其实方波只是 矩形脉冲的一种特殊情况
10-28
石英晶体稳频振荡器
R 1 R 1 1 f
1M
1
1 f
石英晶体
C1
C2
石英晶体稳频振荡器的特点 输出频率仅与石英晶体的固有振荡频率有关, 与R,C及其它元件无关 输出频率稳定度极高可达10-7以上 可直接产生占空比50%的矩形脉冲 电路简单可靠
10-29
�
电路组成
VCC R
VCC 8
vI
vCO 5 vCO + C1 SD vI1 - 6 vI1 R VREF1 vI2 + C2 RD 2 vI2 - R VREF2 ′ vO ′ C 7 vO
R VREF1
R 4 R G1
G3 Q
& &
G2
1
vO vO 3
0.01F 1
TD
10-17
工作原理
VCC R 6 vI1 vI2 2 ′ vO 7 1 8 4 VCC R
VT+ VT-
0 vO
t
0
t
10-14
施密特触发器的应用
脉冲整形
vI
VT+ VT-
10.3.2 用555定时器构成施密特触发器
vI
VT+ VT-
0 vO
t
0 vO
t
0
t
0
t
10-15
施密特触发器的应用
脉冲鉴幅
vI
VT+ VT-
10.3.2 用555定时器构成施密特触发器
0 vO
t
0
t
10-16
10.3.2 用555定时器构成单稳态触发器
10-19
10.3.2 用555定时器构成单稳态触发器
主要技术参数的估算
输出脉宽tW(暂稳态持续时间,定时时间)
v( ∞ ) v( 0 ) VCC 0 tW = τ充 ln = RC ln = 1.1RC 2 v( ∞ ) v( t ) VCC VCC 3
该式体现单稳态触发器的定时作用 恢复时间trf trf≈(3~5) τ放= (3~5) rCESC
电路组成
R1
VCC
VCC 8
R2
vCO 5 vCO + C1 SD vI1 - 6 vI1 R VREF1 vI2 + C2 RD 2 vI2 - R VREF2 ′ vO
R VREF1
R 4 R G1
G3 Q
& &
G2
Hale Waihona Puke 1vO vO 3C
′ 7 vO TD 1
10-23
0.01F
工作原理
VCC R1 R2 8 4 VCC R 6v I1 2 vI2 ′ vO 7 1
10-20
10.3.2 用555定时器构成单稳态触发器
单稳态触发器的应用
脉冲定时选通
vI t vO1 tW
vf0 0 t
vO
0
t
10-21
10.3.2 用555定时器构成单稳态触发器
单稳态触发器的应用
脉冲定时延迟 vI
0 vO1 tW vd 0 t t
0 vO 0
t
t
10-22
10.3.2 用555定时器构成多谐振荡器
10-4
10.2 集成门构成的脉冲单元电路
10.2.1 施密特触发器
施密特触发器是一种双稳态电路,工作时它 有两个稳定的电路状态,在输入信号的触发 作用下在两个状态之间转换
稳 态 Ⅰ VT+ 稳 态 Ⅱ
VT-
10-5
10.2.2 单稳态触发器
单稳态触发器是只有一个稳态的电路,工作 时有一个稳态和一个暂稳态,当无输入信号 触发时电路处于稳态,在输入信号的触发下 电路状态转换进入暂稳态,在暂稳态持续一 定时间后,它又会自动地返回到稳态
1 VCC VCC 3 = ( R1 + R2 )C ln = 0.7( R1 + R2 )C 2 VCC VCC 3 2 0 VCC 3 = R2C ln = 0.7 R2C 1 0 VCC 3
10-26
多谐振荡器的应用
各类脉冲源 模拟声响发生器
VCC R1A R2A 6 vI1 2 vI2 vCO 1 5 0.01F 8 4 VCC R
稳 态
自动
暂 稳 态
10-6
10.2.3 多谐振荡器
多谐振荡器是无稳态电路,工作时没有一个 稳定状态,只有两个暂稳态.接通电路的电 源后,不需要任何输入信号,电路会自动地 进入暂稳态,在两个暂稳态之间转换,并周 而复始地持续进行这种转换
暂 稳 态 Ⅰ
自动
自动
暂 稳 态 Ⅱ
10-7
10.3 555定时器及其应用
10.3.2 用555定时器构成多谐振荡器
vC
VT+
555
vO
vO VT- 3 0 vO
2 —VCC 3 1 —VCC 3
t
C
vCO 5 0.01F 0 tW1 t tW2
10-24
暂稳态Ⅰ 电容C充电,两端电压上升,充 电路径为VCC→ R1 → R2 → C → 地,充电时 间常数τ充=(R1+ R2 )C,电路在暂稳态Ⅰ期内, 输出vO= VOH 自动翻转Ⅰ 当电容端电压充电到VT+时,电 路翻转, TD饱和,电容C中止充电,开始放电 暂稳态Ⅱ 电容C放电,两端电压下降,放 电路径为C→ R2 → TD → 地,放电时间常数τ 放=R2C,电路暂稳态期Ⅱ内,输出vO= VOL 自动翻转Ⅱ 当电容端电压放电到VT-时,电 路翻转, TD截止,电容C中止放电,开始充电
10-25
工作原理
10.3.2 用555定时器构成多谐振荡器
10.3.2 用555定时器构成多谐振荡器
v( ∞ ) v( 0 ) tW 1 = τ充 ln v( ∞ ) v( t ) tW 2
主要技术参数的估算
v( ∞ ) v( 0 ) = τ放 ln v( ∞ ) v(t )
输出脉冲周期 T T= tW1 + tW2 = 0.7(R1+2R2)C 输出脉冲占空比q tW1 R1+R2 q= = T R1+2R2
10.3.2 用555定时器构成多谐振荡器
′ 7 vO
555
vO
R1B vO 3 R 2B
′ 7 vO
8 VCC 4 VCC R
555
6 vI1 2 vI2
vO vO 3
C
CA
CB
vCO 1 5 0.01F
10-27
关于石英晶体稳频振荡器
555定时器或集成门构成的RC脉冲振荡器存 在的共同性问题 振荡器状态的转换时间,都发生在电容充 放电速度缓慢变化的时段,因此转换电平的 微小变化都会导致转换时间的提前和滞后, 从而引起振荡周期的较大变化 温度变化,电源电压波动,外界干扰等都 可能是引起转换电平小变化的原因 RC脉冲振荡器不能用于对频率要求较高的 数字系统,因此应当采取稳频措施
R VREF1
R 4 R G1
G3 Q
& &
G2
1
vO vO 3
′ vO ′ 0.01F 7 vO TD 1
10-11
工作原理
VCC 5 vCO 6 vI1 2 vI2
10.3.2 用555定时器构成施密特触发器
vI
2 —VCC 3 1 —VCC 3 VT+ VT-
8 4 VCC R
vO vO 3 vO
10-2
矩形脉冲的波形参数
tW 0.9Vm 0.5Vm 0.1Vm tr tf T Vm
10.1.1 脉冲信号
Vm脉冲幅度 tr 上升时间 tf 下降时间
tW 脉冲宽度 T 脉冲周期 q 占空比
tW q= T
10-3
10.1.2 脉冲电路
用来产生和处理(变换,整形,鉴幅等) 脉冲波形的电路称为脉冲电路 从严格的意义上讲,脉冲电路属于模拟电 路的范畴,但是由于脉冲电路与数字电路有 着密切的联系,所以在数字电路课程中有关 脉冲电路的内容常常占有一定篇幅,主要讨 论脉冲的产生和波形变换 脉冲电路可以用晶体管或集成电路作为开 关和RC和RL电路构成,按其工作时的电路 状态通常分双稳态电路,单稳态电路和无稳 态电路三类
555定时器是一种多用途的单片中规混 合集成电路,它使用方便,应用灵活, 用途及其广泛,只需要添加有限的外围 元器件,就可以构成许多实用的电子电 路.本章中仅讨论555定时器构成脉冲 单元电路的应用
10-8
10.3.1 555定时器的电路结构 555定时器电路组成
VCC 8 R VREF1 vCO 5 vI1 6 R vI2 2 R 4
0
t
vI
555
VOH VOL 0 vO t
′ 7 vO 0.01F 1
VOH
VT
VOL 0
VT-
VT+
vI
10-12
工作原理
10.3.2 用555定时器构成施密特触发器
2 —VCC时,v = V ,此时对应的输入 当vI ≥ 3 O OL 2 —VCC 电压为VT+,称为接通电压VT+ = 3 1 —VCC 时,v = V ,此时对应的输 当vI ≤ 3 O OH 1 —VCC 入电压为VT-,称为关断电压VT- = 3 1 —VCC 称为回差电压 令VT= VT+ - VT- = 3