数字电子技术 第06章 脉冲产生、整形电路 多谐振荡器
合集下载
数字电子技术第06章 脉冲产生、整形电路 施密特触发器
（a）上限阈值电压VT+ vI上升过程中，输出电压vO由 高电平 VOH 跳变到低电平 VOL 时， 所 对 应 的 输 入 电 压 值 。 VT+=2/3VCC。 （b）下限阈值电压VT — vI 下 降 过 程 中 ， vO 由 低 电 平 VOL 跳变到高电平 VOH 时，所对 应的输入电压值。VT—=1 /3VCC。 VOL VOH
6. 1施密特触发器
施密特触发器 —— 具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢的 电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。 一. 用555定时器构成的施密特触发器 1. 电路组成及工作原理
V CC V CC 8 RD 4 7 V CC 2 R
vI
2/3VCC 1/3VCC
vIC vI1 vI v I2
5 6 555 2 1
VI 1 V O
VI VT+ VT-
V O
0
t
0
t
14
V DD 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y
1A 1 1Y 2 2A 2Y 3A 3Y
GND 3 4 5 6 7
14 13 12 11 10 9 8
V CC 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y
1A 1 1Y 2 2A 2Y 3A 3Y VSS
3 4 5 6 7
13 12 11 10 9 8
CC40106
vO 2 vO1
t
3
vO1
tVIV CC源自(8) (4)V O
电路符号
5kΩ
2/3V CC
(6)
C1 5k Ω
R
& G 1
vI1 vI
V CC2 R1
1/3VCC
(2)
& C2 5k Ω T S
6. 1施密特触发器
施密特触发器 —— 具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢的 电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。 一. 用555定时器构成的施密特触发器 1. 电路组成及工作原理
V CC V CC 8 RD 4 7 V CC 2 R
vI
2/3VCC 1/3VCC
vIC vI1 vI v I2
5 6 555 2 1
VI 1 V O
VI VT+ VT-
V O
0
t
0
t
14
V DD 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y
1A 1 1Y 2 2A 2Y 3A 3Y
GND 3 4 5 6 7
14 13 12 11 10 9 8
V CC 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y
1A 1 1Y 2 2A 2Y 3A 3Y VSS
3 4 5 6 7
13 12 11 10 9 8
CC40106
vO 2 vO1
t
3
vO1
tVIV CC源自(8) (4)V O
电路符号
5kΩ
2/3V CC
(6)
C1 5k Ω
R
& G 1
vI1 vI
V CC2 R1
1/3VCC
(2)
& C2 5k Ω T S
第6章 脉冲产生、整形电路
一、延时与定时 二、整形
6.3 多谐振荡器 6.3.1 用555定时器构成的多谐振荡器 一、电路组成及其工作原理
1.电路组成：仿真图6.3.1所示是用555定时器构成的 多谐振荡器。 2.工作原理：起始状态 （1）暂稳态I （2）自动翻转I （3）暂稳态Ⅱ （4）自动翻转Ⅱ
二、振荡频率的估算和占空比可调电路
6.1.2 集成施密特触发器 一、CMOS集成施密特触发器
1.引出端功能图：仿真图6.1.4所示是国产CMOS集成 施密特触发门电路CC40106（六反相器）和CC4093 （四2输入与非门）的引出端功能图。 2.主要静态参数
二、TTL集成施密特触发器
1.外引线功能图：仿真图6.1.5所示是几种常用的国产 TTL集成施密特触发逻辑的外引线功能图。 2.几个主要参数的典型值
1.振荡频率的估算 2.占空比可调电路：如仿真图6.3.3所示。
6.3.2 石英晶体多谐振荡器
一、石英晶体的选频特性 二、石英晶体多谐振荡器 1.电路组成：仿真图6.3.5所示是一种比较典型的石英 晶体振荡电路。 2.工作原理 3.CMOS石英晶体多谐振荡器：仿真图6.3.6所示是更 简单、更典型的CMOS石英晶体振荡电路。
二、阈值探测、脉冲展宽
1.用作阈值电压探测器 图 6.1.8所示是用作阈值电压探测器时，施密 特触发器的输入、输出波形，显然，凡是幅值达 到UT+的输入电压信号，均可被探测出来并形成相 应的输出脉冲。 2.用作脉冲展宽 图 6.1.9所示是用施密特触发器构成的脉冲展 宽器的电路及工作波形图。 3.用作多谐振荡器 仿真图 6.1.10 所示是用施密特触发反相器构 成的多谐振荡器。
二、可重触发单稳态触发器74122 74122 是一种比较典型的可重触发 TTL 单稳态触发器。 1.图形符号与功能表 （1）图形符号：仿真图6.2.4所示是可重触发单稳态 触发器74122的国标图形符号。 （2）功能表：见表6.2.2 2.功能说明及主要参数 （1）功能说明 （2）主要参数
6.3 多谐振荡器 6.3.1 用555定时器构成的多谐振荡器 一、电路组成及其工作原理
1.电路组成：仿真图6.3.1所示是用555定时器构成的 多谐振荡器。 2.工作原理：起始状态 （1）暂稳态I （2）自动翻转I （3）暂稳态Ⅱ （4）自动翻转Ⅱ
二、振荡频率的估算和占空比可调电路
6.1.2 集成施密特触发器 一、CMOS集成施密特触发器
1.引出端功能图：仿真图6.1.4所示是国产CMOS集成 施密特触发门电路CC40106（六反相器）和CC4093 （四2输入与非门）的引出端功能图。 2.主要静态参数
二、TTL集成施密特触发器
1.外引线功能图：仿真图6.1.5所示是几种常用的国产 TTL集成施密特触发逻辑的外引线功能图。 2.几个主要参数的典型值
1.振荡频率的估算 2.占空比可调电路：如仿真图6.3.3所示。
6.3.2 石英晶体多谐振荡器
一、石英晶体的选频特性 二、石英晶体多谐振荡器 1.电路组成：仿真图6.3.5所示是一种比较典型的石英 晶体振荡电路。 2.工作原理 3.CMOS石英晶体多谐振荡器：仿真图6.3.6所示是更 简单、更典型的CMOS石英晶体振荡电路。
二、阈值探测、脉冲展宽
1.用作阈值电压探测器 图 6.1.8所示是用作阈值电压探测器时，施密 特触发器的输入、输出波形，显然，凡是幅值达 到UT+的输入电压信号，均可被探测出来并形成相 应的输出脉冲。 2.用作脉冲展宽 图 6.1.9所示是用施密特触发器构成的脉冲展 宽器的电路及工作波形图。 3.用作多谐振荡器 仿真图 6.1.10 所示是用施密特触发反相器构 成的多谐振荡器。
二、可重触发单稳态触发器74122 74122 是一种比较典型的可重触发 TTL 单稳态触发器。 1.图形符号与功能表 （1）图形符号：仿真图6.2.4所示是可重触发单稳态 触发器74122的国标图形符号。 （2）功能表：见表6.2.2 2.功能说明及主要参数 （1）功能说明 （2）主要参数
数字电子技术06-脉冲波形的产生与整型
可重复触发
触发 触发
25
6.3 单稳态触发器 应用电路：
作业：6- 9* 、6- 11 、6-6(画vA、vO、求tW) 并设：VTH＝VDD/2、VT+=0.6VDD VT-=0.4VDD
26
6.4 多谐振荡器—第23讲
6.4 多谐振荡 器
第23讲
多谐振荡器：能产生矩形脉冲波的自激振荡器。
一、对称式多谐振荡器
C充放电：
之后: vO2 = H , vI1 =↑, vO1 = L, vI 2 = L
33
6.4 多谐振荡器
¾波形参数计算
设：RF>>RON，VOH=VDD， VOL=0V， VTH=VDD/2
Vm = VOH − VOL = VDD
T1
= =
RF C RF C
ln ln
0 3
−
(VTH + VDD 0 − VTH
②脉冲宽度
tW
= (R+
很小
U(∞) − U(0) RO )Cln U (∞) − U (t )
= (R + RO )Cln
充电等效电路
VOL VOL
− VOH − VTH
vA vO
R'C tW
VTH
③恢复时间 tre ≈ 3 ~ 5(R + RO′ )C
21
6.3 单稳态触发器 ④分辨时间
由于该电路中，触发脉冲宽度tTR要大于tW，所以
特点：一个稳态和一个暂态。 触发后，状态从稳态→暂态→(经一定时间)稳态。 6.3 单稳态暂触发器态维持时间由电路参数决定，与触发脉冲无关。
第22讲
一、门电路构成的单稳态触发器
1. 微分型 ¾电路结构 (CMOS门，正脉冲触发)
触发 触发
25
6.3 单稳态触发器 应用电路：
作业：6- 9* 、6- 11 、6-6(画vA、vO、求tW) 并设：VTH＝VDD/2、VT+=0.6VDD VT-=0.4VDD
26
6.4 多谐振荡器—第23讲
6.4 多谐振荡 器
第23讲
多谐振荡器：能产生矩形脉冲波的自激振荡器。
一、对称式多谐振荡器
C充放电：
之后: vO2 = H , vI1 =↑, vO1 = L, vI 2 = L
33
6.4 多谐振荡器
¾波形参数计算
设：RF>>RON，VOH=VDD， VOL=0V， VTH=VDD/2
Vm = VOH − VOL = VDD
T1
= =
RF C RF C
ln ln
0 3
−
(VTH + VDD 0 − VTH
②脉冲宽度
tW
= (R+
很小
U(∞) − U(0) RO )Cln U (∞) − U (t )
= (R + RO )Cln
充电等效电路
VOL VOL
− VOH − VTH
vA vO
R'C tW
VTH
③恢复时间 tre ≈ 3 ~ 5(R + RO′ )C
21
6.3 单稳态触发器 ④分辨时间
由于该电路中，触发脉冲宽度tTR要大于tW，所以
特点：一个稳态和一个暂态。 触发后，状态从稳态→暂态→(经一定时间)稳态。 6.3 单稳态暂触发器态维持时间由电路参数决定，与触发脉冲无关。
第22讲
一、门电路构成的单稳态触发器
1. 微分型 ¾电路结构 (CMOS门，正脉冲触发)
几种常用的脉冲波形的产生与整形电路-精选文档
v I
vO1
v
O
电路状态迅速转换为vO= vOH ≈ VDD 。
6
上页
下页
返回
第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
R2
VT+ v
R1
I
VTH
v I
v o1
G1
v
G
2
o
0
v o
R 2 v V V I TH T R R 1 2
得正向阈值电压：
R R R 1 2 1 V V ( 1 ) V T TH TH R R 2 2
7
上页
下页
返回
第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
R2
VT-
R1
v
I
v I
v o1
G1
G
2
v
o
VDD
v o
VTH
当vI从高电平逐渐下降并达到v'I = VTH时，
v'I的下降引发又一个正反馈过程。
v I
vO 1
vO
电路的状态迅速转换为vO= vOL ≈ 0。
8
上页
下页
返回
第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
vI
O
VTH
VDD v
I
(b)反相输出
通过改变R1和R2的比值可以调节VT+、VT-和回差电压的大小。
但R1必须小于R2，否则电路将进入自锁状态，不能正常工作。
10
上页
下页
返回
第一节 几种常用的脉冲波形的产生和整形电路
2. 集成施密特触发器
仿真
带与非功能的TTL集成施密特触发器
数字电子技术第六章 脉冲产生与整形电路
2V 3 CC
1V 3 CC
uC tw1= 0.7 (R1+R2) C uO
T
t tw2 = 0.7R2C
UOH UOL
tw1 tw2
t
振荡周期： T = 0.7（R1+2R2）C 1 1 1.43 振荡频率： f T 0.7 （R1 2 R2 ）C （R1 2 R2 ）C t W1 0.（ 7 R1 R2）C R1 R2 50 0 0 占空比： q T 0.（ 7 R1 2 R2）C R1 2 R2
UIL
1 VCC 3 O 2 VCC 3
O uO UOH UOL O uC
uI UIH
tWI
t
VCC
t
tWO
t
(二)工作原理、工作波形与参数估算
TH≥2/3 VCC UIH 放电
2. 触发进入暂稳态
当输入 uI 由高电平跃变为低电平 (应< 1/3 VCC)时，使 TR = UIL<1/3 VCC 而TH = uC 0 UOL V < 2/3 VCC，因此 uO 跃变 为高电平，进入暂稳态，这时放电管 V 截止，VCC 又经 R 向 C 充电，uC 上升。 这时 uI 必须已恢复 为高电平 3. 自动返回稳定状态 当 uC 上升到 uC ≥2/3 VCC 时， TH = uC ≥2/3 VCC，而TR = uI = t U (> 1/3 V )，因此 u 重新跃变为低电平。 IH CC O 同时，放电管导通，C 经 V 迅速放电 uC 0 V，放电完毕后，电路返 回稳态。 t
1 VCC 3 O 2 VCC 3
O uO UOH UOL O uC uI UIH 估算公式 tWO 1.1 RC
1V 3 CC
uC tw1= 0.7 (R1+R2) C uO
T
t tw2 = 0.7R2C
UOH UOL
tw1 tw2
t
振荡周期： T = 0.7（R1+2R2）C 1 1 1.43 振荡频率： f T 0.7 （R1 2 R2 ）C （R1 2 R2 ）C t W1 0.（ 7 R1 R2）C R1 R2 50 0 0 占空比： q T 0.（ 7 R1 2 R2）C R1 2 R2
UIL
1 VCC 3 O 2 VCC 3
O uO UOH UOL O uC
uI UIH
tWI
t
VCC
t
tWO
t
(二)工作原理、工作波形与参数估算
TH≥2/3 VCC UIH 放电
2. 触发进入暂稳态
当输入 uI 由高电平跃变为低电平 (应< 1/3 VCC)时，使 TR = UIL<1/3 VCC 而TH = uC 0 UOL V < 2/3 VCC，因此 uO 跃变 为高电平，进入暂稳态，这时放电管 V 截止，VCC 又经 R 向 C 充电，uC 上升。 这时 uI 必须已恢复 为高电平 3. 自动返回稳定状态 当 uC 上升到 uC ≥2/3 VCC 时， TH = uC ≥2/3 VCC，而TR = uI = t U (> 1/3 V )，因此 u 重新跃变为低电平。 IH CC O 同时，放电管导通，C 经 V 迅速放电 uC 0 V，放电完毕后，电路返 回稳态。 t
1 VCC 3 O 2 VCC 3
O uO UOH UOL O uC uI UIH 估算公式 tWO 1.1 RC
数字电子技术基础第六章脉冲波形
UDD
2 3
UDD
0
Uo
t
2/3UDD
t
＝1.1RC
0
t
注意:tw宽度的增加，将降低定时精度和稳t度W。
tw 的范围为几秒到几分钟。
第 27 页
2.3 多次触发时的情况
在充电过程中Ui 0←→1变化。 R=0,S=0/1,Q保持为1，电路状态不变，T截止，C保持充电状态。
+UDD Ui(S)
84 R1
破坏电路的稳态， 产生暂态。
控制暂稳态时间的 变化规律。
第5页
电容充放电知识复习
(1) 电容两端的电压不能突变，Vc（0＋）＝ Vc（0－）， 电容充放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与 τ＝RC有关，工程上取3~5τ。
（2）直流电路中，电容开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小， 相当短路；充放电结束，电路处于稳态，C支路电流为0，阻抗 很大，相当开路。
触发过程：
UI
a. UI=1,稳态→UO=0
b. UI=0,触发→UO=1
→进入暂态
UC
UDD
c. UI=1 →电容开始充电 UTH
d.UC>2/3UDD → Q=0,
→UO=0,恢复稳态，
→T导通,电容放电
UO
e.重复触发：
电容充电过程中UI=0, 电容放电，UI=1后，再次
tW
tW
充电→→实现可重复触发。
2.1 电路组成
UD
D
8
TH CO
6 5
R +–A
R
TR 2 D7
+–B R
T
1
RD 4 RQ
SQ
+UDD
数字电子技术基础第六章脉冲波形的产生与整形
第六章 脉冲波形的产生与整 形
第二节 555定时器
• 一、555定时器芯片的内部电路
第三节 脉冲波形产生电路
• 一、由555定时器芯片组成的多谐振荡器 • （一）电路结构
பைடு நூலகம்
• （三）振荡频率的估算
tW 11ln v vC C v vC C t0 W 11ln V V C C C C1 3 2 3V V C CC C 1ln 20.7R 1R 2C
tW 22ln vvC C vvC C t0 W 22ln 0 0 1 3 3 2V V C CC C 2ln 20.7R2C
T t W 1 t W 2 0 . 7 R 1 R 2 C 0 . 7 R 2 C 0 . 7 R 1 2 R 2 C
二、单稳态触发器
tW 1ln v v C C v v C C 0 tW RlC n V C V C C 3 2 C V 0 C C RlC n 3 1 .1 RC
（二）集成单稳态触发器芯片
(a) 上升沿触发，暂态为高 电平，不可重复触发
• （四）占空比可调的多谐振荡器电路
第四节 脉冲波形整形电路
• 一、施密特触发器
• 1．阈值电压 • （1）上限阈值电压 • （2）下限阈值电压 • 2．回差电压 • 3．电压传输特性曲线
（二）施密特触发器的应用
• 1．波形变换
• 2．脉冲整形
• 3．脉冲幅值鉴别
• 4．利用施密特触发器构成多谐振荡器
(b) 下降沿触发，暂态为高 电平，可重复触发
（三）单稳态触发器的应用
• 1．延时与定时 • （1）延时
vI
vO
tW
第二节 555定时器
• 一、555定时器芯片的内部电路
第三节 脉冲波形产生电路
• 一、由555定时器芯片组成的多谐振荡器 • （一）电路结构
பைடு நூலகம்
• （三）振荡频率的估算
tW 11ln v vC C v vC C t0 W 11ln V V C C C C1 3 2 3V V C CC C 1ln 20.7R 1R 2C
tW 22ln vvC C vvC C t0 W 22ln 0 0 1 3 3 2V V C CC C 2ln 20.7R2C
T t W 1 t W 2 0 . 7 R 1 R 2 C 0 . 7 R 2 C 0 . 7 R 1 2 R 2 C
二、单稳态触发器
tW 1ln v v C C v v C C 0 tW RlC n V C V C C 3 2 C V 0 C C RlC n 3 1 .1 RC
（二）集成单稳态触发器芯片
(a) 上升沿触发，暂态为高 电平，不可重复触发
• （四）占空比可调的多谐振荡器电路
第四节 脉冲波形整形电路
• 一、施密特触发器
• 1．阈值电压 • （1）上限阈值电压 • （2）下限阈值电压 • 2．回差电压 • 3．电压传输特性曲线
（二）施密特触发器的应用
• 1．波形变换
• 2．脉冲整形
• 3．脉冲幅值鉴别
• 4．利用施密特触发器构成多谐振荡器
(b) 下降沿触发，暂态为高 电平，可重复触发
（三）单稳态触发器的应用
• 1．延时与定时 • （1）延时
vI
vO
tW
数字电子技术基础第四版课后答案6
第六章脉冲波形的产生和整形[题]用施密特触发器能否寄存1位二值数据，说明理由。
[解] 不能，因为施密特触发器不具备记忆功能。
[题] 在图（a）所示的施密特触发器电路中，已知Ω=kR101，Ω=kR302。
G1和G2为CMOS反相器，V DD=15Ｖ。
（1）试计算电路的正向阈值电压ＶＴ＋、负向阈值电压ＶＴ－和回差电压△V T。
（2）若将图（b）给出的电压信号加到（a）电路的输入端，试画出输出电压的波形。
［解］(1)VVVRRVTHT1021530101121=⨯⎪⎭⎫⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=+VVVRRVTHT521530101121=⨯⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=-VVVVTTT5=-=∆-+(2)见图。
［题］图是用ＣMOS反相器接成的压控施密特触发器电路，试分析它的转换电平ＶT+、V T- 以及回差电压△ＶT 与控制电压ＶCO 的关系。
[解] 设反相器G 1输入端电压为,I υ'则根据叠加定理得到 3123102132132132////////////R R R R R R R R R R V R R R R R CO II +++++='υυυ（1）在I υ升高过程中00=υ。
当升至TH I V ='υ时，+=T I V υ，因而得到 2132132132////////R R R R R V R R R R R V V CO T TH +++=+3232121321////////R R R R R R R R R R V V V CO TH T +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=+CO TH V R R R R R R V 3121311-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=（2）在I υ降低过程中DD 0V =υ。
当降至TH IV ='υ时，-=T I V υ，于是可得 312312132132132////////////R R R R R V R R R R R V R R R R R V V DD CO T TH +++++=-323213123121321////////////R R R R R R R R R R V R R R R R V V V DD CO TH T +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+-=-COTH V R R R R R R V 3121311-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+= （3） DD TH T T T V R R V R R V V V 21212==-=∆-+（与V CO 无关）根据以上分析可知，当Vco 变小时，V T+ 和V T- 均增大，但回差电压△V T 不变。
数字电子技术 第06章 脉冲产生整形电路 多谐振荡器.ppt
（2）并联式振荡器
RF 10M Ω
G1
G2
1
1
vo
C2 20p F
C1 5～ 50pF
RF是偏置电阻，保证在静态时使G1工作转折区，构成一个反相放大器。 晶体工作在略大于fS与 fP之间，等效一电感，与C1、C2共同构成电容三点
式振荡电路。电路的振荡频率= f0。 反相器G2起整形缓冲作用，同时G2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。
2/3VCC
R&
(6)
C1
R2
vI1
5k Ω
vC
1/3VCC
& & S
(2)
C2
vI2
C
5k Ω
(7)
T
放电端
(1)
G 1 (3)
vO
2. 振荡频率的估算
（1）电容充电时间T1：（用三要素法计算）
T1
1
ln
vC () vC (0 ) vC () vC (T1 )
（2） 电容放电时间T2
C15
秒脉冲
f14
f
2Hz
1Hz
CMOS石英晶体多谐振荡器产生f=32768Hz的基准信号， 经T/触发器构成的15级异步计数器分频后，便可得到稳定度 极高的秒信号。 这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的 基准信号源。
练习一： 6.1 图为一心律失常报警电路，图中vI是经过放大后的心电信 号，其幅值vIm=4V。 （1）对应vI分别画出图中vo1、vo2、vo三点的电压波形； （2）说明电路的组成及工作原理。
1
VCC ln
VCC
vc
1 3 VCC 2 3 VCC
0.7(R1 R2 )C
数字电子技术教学课件-第06章 脉冲波形的产生与变换
24
2. 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，或者边沿产生振荡等。通过施密特触发器 整形，可波 畸以形 变获得比较理想的矩形脉冲波形边 振。沿 荡
图6-12 脉冲整形
03.04.2021
25
3．脉冲鉴幅 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
当uI上升，使得uI1 =UTH时，电路会产生如下正 反馈过程：
03.04.2021
17
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，电路的状态不会改变。
特点： ⑴电路有两种稳定状态。两种稳定状态的维持 和转换完全取决于外加触发信号。触发方式：电平 触发。 ⑵电压传输特性特殊，电路有两个转换电平 （上限触发转换电平UT+和下限触发转换电平UT－）。 ⑶状态翻转时有正反馈过程，从而输出边沿陡 峭的矩形脉冲。
03.04.2021
14
6.2.1 用集成门电路构成的施密特触发器
42
2. 脉冲定时
单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲， 利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在tw时间 内动作(或者不动作)。
03.04.2021
图6-19 脉冲定时
43
6.4 多谐振荡器 6.4.3 石英晶体振荡器
03.04.2021
3. 对输入触发脉冲宽度的要求
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tw1＜tw，否则电 路不能正常工作。
脉冲产生与整形电路实验报告
脉冲产生与整形电路实验报告一、实验目的本实验的主要目的是通过脉冲产生与整形电路实验，掌握脉冲信号的产生和整形基本原理，并学会使用555定时器、多谐振荡器等电路元器件进行实现。
二、实验原理1.脉冲产生电路原理脉冲信号通常是由正弦波信号经过整形电路处理得到的。
正弦波信号经由非线性电路处理，波形就会变形，产生各种脉冲信号。
其中，在整形电路中，最常用的是555定时器产生的脉冲信号。
555定时器是一种通用的集成电路，内部包含比较器、多谐振荡器等功能电路，经过调整参数，可以快速产生各种类型的脉冲信号。
2.整形电路原理整形电路在信号处理中的作用是根据信号的幅值、频率和相位等特性，将输入信号转化成特定形式的输出信号。
通常的整形电路包括正弦波整形电路、方波整形电路、脉冲整形电路等。
其中，最常见的脉冲整形电路是单稳态多谐振荡器电路。
该电路采用多谐振荡器，输出一个脉冲信号，带有“占空比”的特点。
这个信号由一端持续保持高电平，另一端持续保持低电平，长度和时间间隔具有可调性。
三、实验内容与步骤1.实验器材：555定时器、74LS123、电路板、导线等。
2.实验步骤：(1) 确定实验电路，根据电路原理图进行串联连接，构成脉冲产生与整形电路。
(2) 对寄存器电路写数据，设置电路元器件的参数，如输入电压的范围、输入电压的幅度等。
(3) 打开开关，接通电源，通过示波器观察脉冲信号的变化情况，并确定产生的脉冲信号的相位和频率等参数。
(4) 调整电路参数，不断进行实验测试，并对比不同参数下输出信号的差异，获得更多的实验结果。
四、实验结果与分析在实验中，我们通过脉冲产生与整形电路实验，成功地实现了脉冲信号的产生与整形，并对不同参数下的信号进行了调节和分析。
经过实验，我们发现脉冲信号的产生有较高的可调性，可以根据需要在一定范围内进行调节，以获得不同形式的输出信号。
而整形电路在处理各种信号时都具有优良的效果，可以更加精细地控制脉冲信号的特性。
数字电子技术06
• 6.2.1 用门电路组成的施密特触发器 • 由CMOS门电路构成的施密特触发器如图 6.6所示, (a)为电路, (b)为逻
辑符号。 • 在图6.7中, 若输入电压vI由小逐渐增大,v′I也随之增大。• 得即得(6.3)
正向阈值电压VT+ 与负向阈值电压VT-之 差称为回差电压, 用ΔVT表示, 即
• (6.16)
• 便可构成占空比可调的多谐振荡器, 如图 6.35所示。 • 由于充电时间常数τ1=(R1+RW1)C, 放电时间常数τ2=(R2+RW2)C, 对应
的 • 充电时间
• 放电时间
• 振荡周期 • 占空比
(6.17)
• (6.18) • 因此, 调节电位器RW便可改变RW1的阻值
, 从而调整占空比。当RW1=0时q最小, RW1=RW时q最大。
• (3)波形图分析法
图6.3 占空比可调555多谐振荡 器 (a)仿真电路(b)波形图
• 6.1.3 555定时器
• 由于这种电路性能优良、运用灵活、 稳定可靠, 因而在测量与控制、脉冲波形 的产生与变换、电子乐器及防盗报警等方 面都得到了广泛的应用。
• (1)电路结构
• CB555定时器采用8脚双列直插式封装, 其电路符号、引线端符号和内部电路结构 如图6.5 (a)、(b)和(c)所示。
图6.1 矩形脉冲波形及主要参数
矩形脉冲的主要参数有: ①脉冲周期T: 若已知频率的大小，则周期等于频率
的倒数，即
• ②脉冲频率f: 单位时间内脉冲重复的次数，单位有赫兹(Hz)、千赫兹(kHz)和 兆赫兹 (MHz)，且f=1/T。
• ③脉冲幅度Vm: 脉冲电压波形变化的最大值，单位为伏(V)。 • ④脉冲上升时间tr: 脉冲前沿从0.1Vm上升到 • 0.9 Vm所需的时间，单位与周期相同。 • ⑤脉冲下降时间tf: 脉冲后沿从0.9Vm下降到 0.1Vm所需的时间，单位与tr相
辑符号。 • 在图6.7中, 若输入电压vI由小逐渐增大,v′I也随之增大。• 得即得(6.3)
正向阈值电压VT+ 与负向阈值电压VT-之 差称为回差电压, 用ΔVT表示, 即
• (6.16)
• 便可构成占空比可调的多谐振荡器, 如图 6.35所示。 • 由于充电时间常数τ1=(R1+RW1)C, 放电时间常数τ2=(R2+RW2)C, 对应
的 • 充电时间
• 放电时间
• 振荡周期 • 占空比
(6.17)
• (6.18) • 因此, 调节电位器RW便可改变RW1的阻值
, 从而调整占空比。当RW1=0时q最小, RW1=RW时q最大。
• (3)波形图分析法
图6.3 占空比可调555多谐振荡 器 (a)仿真电路(b)波形图
• 6.1.3 555定时器
• 由于这种电路性能优良、运用灵活、 稳定可靠, 因而在测量与控制、脉冲波形 的产生与变换、电子乐器及防盗报警等方 面都得到了广泛的应用。
• (1)电路结构
• CB555定时器采用8脚双列直插式封装, 其电路符号、引线端符号和内部电路结构 如图6.5 (a)、(b)和(c)所示。
图6.1 矩形脉冲波形及主要参数
矩形脉冲的主要参数有: ①脉冲周期T: 若已知频率的大小，则周期等于频率
的倒数，即
• ②脉冲频率f: 单位时间内脉冲重复的次数，单位有赫兹(Hz)、千赫兹(kHz)和 兆赫兹 (MHz)，且f=1/T。
• ③脉冲幅度Vm: 脉冲电压波形变化的最大值，单位为伏(V)。 • ④脉冲上升时间tr: 脉冲前沿从0.1Vm上升到 • 0.9 Vm所需的时间，单位与周期相同。 • ⑤脉冲下降时间tf: 脉冲后沿从0.9Vm下降到 0.1Vm所需的时间，单位与tr相
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
DZ
vC
C 20μF
10kΩ 0.01μF
练习二：间歇振荡器
V CC (+12V) R1 10kΩ 7 R2 150kΩ 3 555 6 (A) 2 1 5 0.01 μF R5 R3 10kΩ 100kΩ vI1 6 2 1 4 RD V CC 8 RD 4 7 555 3 (B) R4 10kΩ V CC 8 100μF
vI1 v I2
6 2 1
555
5 0.01μ C1
2. 双音门铃。
R3 3.9k V CC （ + 6V） AN
D1 3k R1 7 3k R2 C2 V CC 8 RD 4 8Ω
D2 2CP P C3 47μ
vI1 v I2
6 2 1
555 3
47μ 5 C1 0.01μ R4 4.7k
C 0.1μ
二． 占空比可调的多谐振荡器电路
利用二极管的单向导电性，把电容C充电和放电回路隔离开， 再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。
可计算得： T1=0.7R1C T2=0.7R2C
R1 V CC 8 R2 D2 D1 7 RD 4 V CC
占空比：
T1 T1 q T T1 T2 0.7 R1C 0.7 R1C 0.7 R2C R1 R1 R2
vO
vI1
6 2
6 2 1
vC
C1 10μF
v I2
vC
C2 0.01 μF
v I2
5
本章小结
1．施密特触发器和单稳态触发器，虽然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，为数
字系统提供标准的脉冲信号。 2．多谐振荡器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。用555定时器可以组成多谐
vI1
3 6 2 1 555 5 0.01μF C1
vO
vC
C
v I2
三． 石英晶体多谐振荡器
1.石英晶体的选频特性
有两个谐振频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗X=0；
当f=fp时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。
由晶体本身的特性决定： fs≈ fp≈ f0（晶体的标称频率） 石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达10-10～10-11。
振荡器，用石英晶体也可以组成多谐振荡器。石英晶体振 荡器的特点是fo的稳定性极好。 3．555定时器是一种用途很广的集成电路，除了能组成施密 特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成
各种灵活多变的应用电路。
石英晶体工作在串联谐振频率 f0下，只有频率为f0的信号才能通过，满 足振荡条件。因此，电路的振荡频率= f0，与外接元件R、C无关，所以这
种电路振荡频率的稳定度很高。
（2）并联式振荡器
RF
10MΩ G2
1
G1
1
vo
C2 20pF
C1 5～ 50pF
RF是偏置电阻，保证在静态时使G1工作转折区，构成一个反相放大器。
6 2 1
v O1
T C
2 5 1 5 D1 D2
vI
VT+ VTVI Vo1 2 3 VCC
VC Vo2
Vo
6.2 如图所示，555构成的施密特触发器，当输入信 号为图示周期性心电波形时，试画出经施密特触发 器整形后的输出电压波形。
V C C(+5V)
8 7
4 555 3
vI
6 2 1
vO
vI
晶体工作在略大于fS与 fP之间，等效一电感，与C1、C2共同构成电容三点 式振荡电路。电路的振荡频率= f0。
反相器G2起整形缓冲作用，同时G2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。
四．多谐振荡器应用实例 1. 简易温控报警器
V CC （ +6V） T 20k R1 7 100k 2k R3 0.01μ C R2 V CC 8 3AX31 RD 4 C2 3 10μ/10V
5
vO
6.3 一过压监视电路如图所示，试说明当监视电压vx 超过一定值时，发光二极管D将发出闪烁的信号。 提示：当晶体管T饱和时，555的管脚1端可认为处于 地电位。
V CC
R1
10kΩ 7
V CC 8
RD 4
510Ω D
vx
100Ω
100kΩ RW
vI1 v I2
3 6 2 555 1 T 5
vO
X
u
感性
石英晶体
0
u
fs
容性
fp
f
2. 石英晶体多谐振荡器
（1）串联式振荡器
R1
C2
R2
G1
1
C1
G1
1
vo
R1、R2：使两个反相器都工作在转折区，成为具有高放大倍数的放大器。 对 于 TTL 门 ， 常 取 R1=R2=0.7 ～ 2kΩ ， 对 于 CMOS 门 ， 常 取
R1=R2=10～100MΩ ；C1=C2是耦合电容。
练习一： 6.1 图为一心律失常报警电路，图中vI是经过放大后的心电信 号，其幅值vIm=4V。 （1）对应vI分别画出图中vo1、vo2、vo三点的电压波形； （2）说明电路的组成及工作原理。
V CC (+5V) V CC (+5V)
8 7
4 555 3
R
8 7 6 555
4 3
v O2
1
vO
vI
vO
vI1
vC
C1 10μF
v I2
vC
C2 0.01 μF
v I2
练习三：报警器
V CC (+12V) R1 10kΩ 7 R2 150kΩ V CC 8 RD 4 7 555 3 (A) R3 1 5 0.01 μF R5 10kΩ 100kΩ vI1 555 3 (B) R4 10kΩ V CC 8 RD 4 100μF
6.3 多谐振荡器
多谐振荡器——能产生矩形脉冲波的自激振荡器。 一． 用555定时器构成的多谐振荡器
1. 电路组成及工作原理
V CC R1 P R2 7 V CC RD 4 8
vc
2/3VCC 1/3VCC
vI1 v I2
3 6 555 2 1 5
vO
0
t
vC
C
vo
0.01μF C1
0
t
V CC
(8) (4)
R1 P R2
5kΩ
2/3V CC
(6)
C1 5k Ω
R
& G 1
vI1 1/3V CC
(2)
vC
& C2 5k Ω T S
&
(3)
vO
C
v I2
(7)
放电端
(1)
2. 振荡频率的估算
（ 1 ）电容充电时间 T1 ：（用三要素法计算）
1 V VCC CC vC ( ) vC ( 0 ) 3 T1 1 ln 1 ln 0.7( R1 R2 )C 2 vC () vC (T1 ) VCC VCC 3 vc （2） 电容放电时间T2
3. 秒脉冲发生器
R 1 1 FF 1
T 触发器 Q1
FF 2
Q2
FF 14
Q14
FF 15
Q15 秒脉冲 f 1Hz
C1 f f1 16384Hz
C2 f2 8192Hz
C14 f 14 2Hz
C15
C2
C1
0
32768Hz
CMOS石英晶体多谐振荡器产生f=32768Hz的基准信号， 经T/触发器构成的15级异步计数器分频后，便可得到稳定度 极高的秒信号。 这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的 基准信号源。
T2 0.7 R2C
2/3VCC 1/3VCC
（3）电路振荡周期T
T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C
0 vo
T1 T2
（4）电路振荡频率f
1 1.43 f T ( R1 2 R2 )C
t
（5）输出波形占空比q T R R2 q 1 1 T R1 2 R2
0
t T
vC
C 20μF
10kΩ 0.01μF
练习二：间歇振荡器
V CC (+12V) R1 10kΩ 7 R2 150kΩ 3 555 6 (A) 2 1 5 0.01 μF R5 R3 10kΩ 100kΩ vI1 6 2 1 4 RD V CC 8 RD 4 7 555 3 (B) R4 10kΩ V CC 8 100μF
vI1 v I2
6 2 1
555
5 0.01μ C1
2. 双音门铃。
R3 3.9k V CC （ + 6V） AN
D1 3k R1 7 3k R2 C2 V CC 8 RD 4 8Ω
D2 2CP P C3 47μ
vI1 v I2
6 2 1
555 3
47μ 5 C1 0.01μ R4 4.7k
C 0.1μ
二． 占空比可调的多谐振荡器电路
利用二极管的单向导电性，把电容C充电和放电回路隔离开， 再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。
可计算得： T1=0.7R1C T2=0.7R2C
R1 V CC 8 R2 D2 D1 7 RD 4 V CC
占空比：
T1 T1 q T T1 T2 0.7 R1C 0.7 R1C 0.7 R2C R1 R1 R2
vO
vI1
6 2
6 2 1
vC
C1 10μF
v I2
vC
C2 0.01 μF
v I2
5
本章小结
1．施密特触发器和单稳态触发器，虽然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，为数
字系统提供标准的脉冲信号。 2．多谐振荡器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。用555定时器可以组成多谐
vI1
3 6 2 1 555 5 0.01μF C1
vO
vC
C
v I2
三． 石英晶体多谐振荡器
1.石英晶体的选频特性
有两个谐振频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗X=0；
当f=fp时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。
由晶体本身的特性决定： fs≈ fp≈ f0（晶体的标称频率） 石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达10-10～10-11。
振荡器，用石英晶体也可以组成多谐振荡器。石英晶体振 荡器的特点是fo的稳定性极好。 3．555定时器是一种用途很广的集成电路，除了能组成施密 特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成
各种灵活多变的应用电路。
石英晶体工作在串联谐振频率 f0下，只有频率为f0的信号才能通过，满 足振荡条件。因此，电路的振荡频率= f0，与外接元件R、C无关，所以这
种电路振荡频率的稳定度很高。
（2）并联式振荡器
RF
10MΩ G2
1
G1
1
vo
C2 20pF
C1 5～ 50pF
RF是偏置电阻，保证在静态时使G1工作转折区，构成一个反相放大器。
6 2 1
v O1
T C
2 5 1 5 D1 D2
vI
VT+ VTVI Vo1 2 3 VCC
VC Vo2
Vo
6.2 如图所示，555构成的施密特触发器，当输入信 号为图示周期性心电波形时，试画出经施密特触发 器整形后的输出电压波形。
V C C(+5V)
8 7
4 555 3
vI
6 2 1
vO
vI
晶体工作在略大于fS与 fP之间，等效一电感，与C1、C2共同构成电容三点 式振荡电路。电路的振荡频率= f0。
反相器G2起整形缓冲作用，同时G2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。
四．多谐振荡器应用实例 1. 简易温控报警器
V CC （ +6V） T 20k R1 7 100k 2k R3 0.01μ C R2 V CC 8 3AX31 RD 4 C2 3 10μ/10V
5
vO
6.3 一过压监视电路如图所示，试说明当监视电压vx 超过一定值时，发光二极管D将发出闪烁的信号。 提示：当晶体管T饱和时，555的管脚1端可认为处于 地电位。
V CC
R1
10kΩ 7
V CC 8
RD 4
510Ω D
vx
100Ω
100kΩ RW
vI1 v I2
3 6 2 555 1 T 5
vO
X
u
感性
石英晶体
0
u
fs
容性
fp
f
2. 石英晶体多谐振荡器
（1）串联式振荡器
R1
C2
R2
G1
1
C1
G1
1
vo
R1、R2：使两个反相器都工作在转折区，成为具有高放大倍数的放大器。 对 于 TTL 门 ， 常 取 R1=R2=0.7 ～ 2kΩ ， 对 于 CMOS 门 ， 常 取
R1=R2=10～100MΩ ；C1=C2是耦合电容。
练习一： 6.1 图为一心律失常报警电路，图中vI是经过放大后的心电信 号，其幅值vIm=4V。 （1）对应vI分别画出图中vo1、vo2、vo三点的电压波形； （2）说明电路的组成及工作原理。
V CC (+5V) V CC (+5V)
8 7
4 555 3
R
8 7 6 555
4 3
v O2
1
vO
vI
vO
vI1
vC
C1 10μF
v I2
vC
C2 0.01 μF
v I2
练习三：报警器
V CC (+12V) R1 10kΩ 7 R2 150kΩ V CC 8 RD 4 7 555 3 (A) R3 1 5 0.01 μF R5 10kΩ 100kΩ vI1 555 3 (B) R4 10kΩ V CC 8 RD 4 100μF
6.3 多谐振荡器
多谐振荡器——能产生矩形脉冲波的自激振荡器。 一． 用555定时器构成的多谐振荡器
1. 电路组成及工作原理
V CC R1 P R2 7 V CC RD 4 8
vc
2/3VCC 1/3VCC
vI1 v I2
3 6 555 2 1 5
vO
0
t
vC
C
vo
0.01μF C1
0
t
V CC
(8) (4)
R1 P R2
5kΩ
2/3V CC
(6)
C1 5k Ω
R
& G 1
vI1 1/3V CC
(2)
vC
& C2 5k Ω T S
&
(3)
vO
C
v I2
(7)
放电端
(1)
2. 振荡频率的估算
（ 1 ）电容充电时间 T1 ：（用三要素法计算）
1 V VCC CC vC ( ) vC ( 0 ) 3 T1 1 ln 1 ln 0.7( R1 R2 )C 2 vC () vC (T1 ) VCC VCC 3 vc （2） 电容放电时间T2
3. 秒脉冲发生器
R 1 1 FF 1
T 触发器 Q1
FF 2
Q2
FF 14
Q14
FF 15
Q15 秒脉冲 f 1Hz
C1 f f1 16384Hz
C2 f2 8192Hz
C14 f 14 2Hz
C15
C2
C1
0
32768Hz
CMOS石英晶体多谐振荡器产生f=32768Hz的基准信号， 经T/触发器构成的15级异步计数器分频后，便可得到稳定度 极高的秒信号。 这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的 基准信号源。
T2 0.7 R2C
2/3VCC 1/3VCC
（3）电路振荡周期T
T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C
0 vo
T1 T2
（4）电路振荡频率f
1 1.43 f T ( R1 2 R2 )C
t
（5）输出波形占空比q T R R2 q 1 1 T R1 2 R2
0
t T