数字电子技术第七章脉冲产生于整形电路

tW
0.7
R C = 7 ms 数字电子技术第七章脉冲产生于整形
ext ext
电路
7.2 555 定时器及其应用
主要要求：
了解 555 定时器的电路结构，掌握其符号和功能。 掌握用 555 定时器构成施密特触发器、单稳态 触发器和多谐振荡器的方法。
数字电子技术第七章脉冲产生于整形 电路
一、555 定时器的工作原理和逻辑功能
(二)对称多谐振荡器
合理取值，使 G1、G2 门工 作在电压传输特性的转折区，使
两个反相器都工作于放大状态。
RF1
RF2
uI1
G1
G2 C1
uO1 uI2
uO2 uO
C2 形成正反馈回路
通过 RC 电路的充放电作用自 动控制 uI1、uI2 波形的变化，从而 控制 G1、G2 门交替开通和关闭， 使电路输出周期性的矩形脉冲。
555 定时器的工作原理与逻辑功能
定时器 5G555 的功能表
UOL O
将三角波、正弦波和其它 不规则信号变换成矩形脉冲。
uI > UT+ 后，uO = UOL, 只有当 uI下降到经过 UT时，uO 才会发生跃变。
t uI < UT-后，uO = UOH只
有当 uI 上升到经过 UT+时， uO 才会发生跃变。
t 数字电子技术第七章脉冲产生于整形 电路
脉冲整形
2. CT74121 逻辑功能的分析与应用
CT74121 的功能表
+VCC TR-A
输入
TR-A TR-B TR+ 0×1 ×0 1 ×× 0 1 1×
输出 QQ 01 01 01 01
T欲TRR-负那发+B 脉么信RI冲号CC触T应X7发如4R1X，何2/1C则加X的将呢触？QQ 触加发入脉，负冲而脉从T冲RT触+R接发-A1或应。用TR举-B例 +VCC
是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容 元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多 谐振荡器等，使用方便、灵活，应用数广字电泛子技。术第七章脉冲产生于整形
电路
二、施密特触发器
Schmitt Trigger
(一)施密特触发器的特性和符号
uO UOH
UOL
O
UT-
负向阈值电压
时使，输经出当经出过发u过发当生IU从U生T跃Tu大+跃-I处变处从减变才。才小小。u能能增I 使大输时，
因此，利用单稳态触发器可以控制门
开通与否以及开通多长时间。 数字电子技术第七章脉冲产生于整形
电路
3. 脉冲展宽
脉
冲
uI
展 接成正脉冲
宽 触发方式
电 路
uI
和
工
O
作
uO
波
形
O
若已知 则可得
Q
Q RI CX RX/CX
Cext Rext +VCC
t
将窄脉冲展宽成
tW
宽度为 tW 的脉冲
t
Rext = 10 k，Cext = 1 F
uC uC
为与门经G过开长通距与离否传的输控后制，信脉号冲。信号的边 = 沿1，会门变G差开或通波，形信上号叠加uB某通些过干门扰G，输出；
2. 脉冲定时 uC =利0，用门整G形关可闭使，其u变B成不符能合输要出求。的波形。
uA
uA
uC G uO uC
tW
uB
uB
uO
门的单定稳时态时触间发即器为组单成稳的态定触时发电器路的和暂工稳作态波持形续时间。
复
tW
tW
稳态，经暂稳态持
触
发 型
O
续时间 tW 后重新自 外触发脉冲未来 动t回到稳态。
单可 稳重 输复 出触
uO 时，输出为稳态。
tW
tW
暂稳态期间能再 次触发。其输出脉宽 将在原暂稳态时间基 础上再展宽 tW 。
波发
形型 O
t 数字电子技术第七章脉冲产生于整形 电路
(二)集成单稳态触发器
1. TTL 不可重复触发型单稳态触发器 CT74121 的逻辑符号 外接元件和连线少，触发方式灵活，既可用输
辑连接，即没有任何逻 Rint Cext Rext/Cext
辑信息的连接，例如外
接 R、C 和 VCC 等。
数字电子技术第七章脉冲产生于整形 电路
如何使用 Rint、Cext 和 Rext / Cext 端？
TR-A TR-B TR+
一般接法
Q
RI CX RX/CX
悬空不接 Cext
Rext
Q VCC
当输出脉宽很小时， 可用内部电阻 Rint = 2 k 取代 Rext ，接法如下：
TR-A
TR-B
Q
TR+
Q
RI CX RX/CX
tW 0.7 RextCext
通常取： Rext = 2 ~ 40 k， Cext = 10 pF ~ 10 F。
+VCC Cext
tW 0.7 RintCext
数字电子技术第七章脉冲产生于整形 电路
获取脉冲信 号的方法
用多谐振荡器直接产生。 用整形电路对已有波形进行整形、变换。
施密特触发器常用的非有矩施主形密要脉特用冲触以变发换将器成缓和陡慢单峭变稳化的态或矩触快形发速脉器变冲。化的
单稳态触发器
主要用以将宽度不符合要求的脉 冲变换成符合要求的矩形脉冲。
脉冲信号产生与 整形电路的实现
用门电路构成。 用专用的集成电路。 用 555 定时器构成。
uO
UT+
uI
正向阈值电压
具有施密特特 性的与非门符号
回差电压 UT = UT+ - UT-
施密特触发 器工作特点
(1)允许输入信号为缓慢变化的信号。 (2)有两个阈值电压。 (3)有两个稳态。数字电子技术第七章脉冲产生于整形
电路
(二)施密特触发器应用举例
波形变换 uI UT+ UT-
O uO UOH
66 55kk 22
UURR22
55kk 77
集电极开路输出端
放电管，其输入为
构成电压比输输出出端端
CC22 较器，比较 T电H路符号
SS与 URQ1Q和TR 与8
4
URGG222的大6小T。HVCC
RD OUT
VV
RR QQ 2 TR 555
11
7 DIS
CO
GGNNDD接接地地端端
GND
3 5
Q，输出为开路集电极。
当 uC 上升到 UT+ 时，施密特触
UuCC
发器状态翻转，uO 跃变为低电平 UOL。
E析NUU时OT=TE省+-1N略时=它，0。时不，影u响O振= 荡1t，器多电这阻翻谐路时转R振O工，当C荡放作u经u器O电C，重R下不，下新和降工使面跃施到作u分变密C；U下为特T-降高触时。电发，平器触的U发O输器H，出又电
uI UT+ UT-
O uO
将受到干扰的或不符合边沿要求 的信号整形成较好的矩形脉冲。
t
O
t 数字电子技术第七章脉冲产生于整形
电路
脉冲幅度鉴别
uI UT+ UT-
O uO UOH
UOL O
鉴别并取出幅度 大于 UT+ 的脉冲。 t
t
数字电子技术第七章脉冲产生于整形 电路
三、多谐振荡器 Astable Multivibrator
数字电子技术第七章脉 冲产生于整形电路
2020/11/21
数字电子技术第七章脉冲产生于整形 电路
7.1 概 述
主要要求：
了解脉冲信号产生与整形的方法。
了解多谐振荡器的常用电路及其工作原理。
了解施密特触发器和单稳态触发器的逻辑 功能、工作特点和典型应用。
数字电子技术第七章脉冲产生于整形 电路
一、脉冲信号产生与整形的方法
触 发 uI 型
限定符号“ ”表 uO 示可重复触发型单稳态
触发器。
数字电子技术第七章脉冲产生于整形 电路
uI
输
入
暂稳态期间
单
波 形
不能再次触发。
稳
下O面通过工作波形的分析来说t 明可
工 作 波 形 举 例
单 稳 输 出 波 形
不可重重区复别触。uO发型和不可重复触发型触时发，器触输的出发翻脉转冲为到暂来
TTL 单定时器型号的最后 3 位数字为 555，双定时 器的为 556；CMOS 单定时器的最后 4 位数为 7555， 双定时器的为 7556。
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555 定时器的电路结构与符号
电电源源端端 直直接接置置00端端 构成基本 RS 触发
VVCCCC
RRDD器，决定电路输出。
1
1
11
1
0×
×0
冲发和uI触脉T可通表发发R正欲冲见过的端，-B脉正从，对分的也至R冲脉TIC析用可少CR触冲TCT就法负+有7X发触加74可。脉4一R1应发入1X2知冲2接1用/，，1C道触可X功0举则而。触发正能例将T。脉R触u-OA+VCC
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(三)
1.
脉冲整形
uO2 UOH
UOL O uI2
工作波形
t 输出波形
UTH
O
t
uO1
UOH
UOL O
t
uI1
UTH
O
t
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电路
(二)对称多谐振荡器
uO2
工作波形
UOH
RF1
RF2
UOL
uI1
G1
G2
C1
uO1 uI2
uO2
uO
O uI2 UTH
t
O
t
C2
uO1
振荡周期的估算
UOH
取
RF1 = RF2 = RF，C1 = C2 = C， UTH = 1.4 V，UOH = 3.6 V，
(一)多谐振荡器的工作特点和符号
即距形脉冲产生电路，由于距形脉冲中 工作含特有点丰富(的1)谐不波需分输量入，信故号常。称多谐振荡器。
(2)无稳定状态，只有两个暂稳态。
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，输出周期性的矩形脉冲信号。
G
uO
数字电子技术第七章脉冲产生于整形 电路
88
44
压控器制构，电成为压电比输阻较入端分器CCOO
55kk 55UURR11
CC11 RR GG11 QQ
输出缓冲器 GG33 OUT = Q
3 3OOUUTT
C1、C阈2 提值输供入两端 TTHH
个参考触电发压输，入端 UR1 = 2/3VCC，
TTRR
UR2 = 1/3VCC。
放电端 DDIISS
触发信有入分号3 方脉个输便冲，的而正TR且跃-A工变作触稳发定，性又好可。用因负此跃应变单用触稳很发不的广，可限泛使重定。用复符十触号发型
入端，TR-A
TR-B
和 TR-B 用负 脉冲触发，
TR+
TR+ 用正脉 冲触发。
RI CX RX/CX
Q
Q 有 2 个互补输出端
“×”号表示非逻
外接定时元件端
UOL O uI1
t
UOL = 0.3 V
则可输出占空比 50% 的矩形波。 UTH
T = 2tW 1.4 RFC 脉冲宽度
O
t
数字电子技术第七章脉冲产生于整形
电路
(三)施密特触发器组成的多谐振荡器
R
工作原理
uuCC≥≤EUUNTT++-0 uC- C
充充电电 UUUuOOOOHHL
设电容初始电压 uC(0) = 0。则接 通电源后 uO 输出高电平 UOH，输出端 通过 R 向电容 C 充电，使 uC 升高。
数字电子技术第七章脉冲产生于整形 电路
不
暂稳态期间如再次被触发，对原暂稳时
可 间无影响，输出脉冲宽度 tW 仍从第一次触发
单 重 开始计算。
稳
复 触
1
态 发 uI
限定符号“1 ” uO 表示不可重复触发型单稳
触型
态触发器。
发可
暂稳态期间如再次被触发，输出脉冲宽
器
重 复
度可在此前暂稳态时间的基础上再展宽 tW 。
电路
四、单稳态触发器 monostable flip-flop
(一)工作特点与电路符号
工
有一个稳态和一个暂稳态。无外触发脉冲
作
输入时，电路处于稳态；在外触发脉冲作用下， 电路将从稳态翻转到暂稳态，经一段时间后，
特 电路又自动返回到原来的稳态。
点
暂稳态时间长短取决于电路本 身的参数，与外加触发脉冲无关。
振荡频率稳定
RF
通常取 5 ~ 10 M，使 G1 门工作在电压传输特性的转折
G1
G2
区，使 G1 门放大工作。
uO
采用 CMOS 门
改善输出波形的前沿和后
沿，使输出较理想矩形波。
C1
C2
振荡产生电路
并联石英晶体多谐振荡器
振荡频率 晶体频率
选频和形成正反馈。
调节 C1 可微调振荡频率； 调节 C1、C2 比值可调节反馈系数。数字电子技术第七章脉冲产生于整形
uO
电路又充电。
UOH
UOL O
振荡频率与充放电t 路元便件电产在到值容生到达R如了C达C、U充此振放TCU-电周荡T电及数之+字，之而，电前V子使前复输D使技Du术uu始出、Ou第COC七=地周U上=章下UT脉充期U升+冲降O、O产L电性，生。H，U于。和矩整T在-形放形有电波关，。。电
电路
(四)石英晶体多谐振荡器
555 定时器简介
555 定时器是一种结构简单、使用方便灵活、用途 广泛的多功能电路。它电源电压范围宽(双极型 555 定 时器为 5 ~ 16 V，CMOS 555 定时器为 3 ~ 18 V)，可提 供与 TTL 及 CMOS 数字电路兼容的接口电平，还可输 出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。
1
数字电子技术第七章脉冲产生于整能
定时器 5G555 的功能表
输入
输出
1
0
TH TR RD OUT = V 状态
× ×0
Q0 导通
1
0 导通
导通 1
1
1 截止
1 不变 不变
直接置 0 端 RD 低电 平有效，优先级最高。 不用时应使其数字为电子技1术。第电七路章脉冲产生于整形