脉冲产生及变换电路

便于记忆：2脚— S（低电平置位） 6脚—R（高电平复位）
11.6.2 用555定时器构成的单稳态触发器
电路结构：R、C是定时元件；电容 C5 起滤波作用， 消除高频干扰。
VCC 4 7 6 uI 2 1 C C5 555 3 5 uo 8
R
uI
VCC R uI C 4 8 uo
O uO O uC
74LS122逻辑功能示意图
，
74LS122集成单稳态触发器功能表
R 0 × × × 1 1 1 1 1 1 1 ↑ ↑ A1 A2 B1 B2 × × × × 1 1 × × × × 0 × × × × 0 0 × ↑ 1 0 × 1 ↑ × 0 ↑ 1 × 0 1 ↑ 1 ↓ 1 1 ↓ ↓ 1 1 ↓ 1 1 1 0 × 1 1 × 0 1 1 Q 0 0 0 0 Q 1 1 1 1
2 > VCC 3 2 < VCC 3 2 < VCC 3 2 > VCC 3
1 > VCC 3
1 > VCC 3 1 < VCC 3 1 < VCC 3
从555定时器的功能表可以看出：
1. 555定时器有两个阈值（Threshold）电平， 分别是1/3VCC和2/3VCC； 2. 输出端为低电平时三极管VT导通；输出端 为高电平时三极管VT截止， 如果7脚接一 个上拉电阻，输出状态与3脚相同。
VCC R1 VD 1 J C1 1 K Q C1 ui C2 R2 2 1 4 8 uO
7 6 555 3 5
CP
0. 01µF
VCC R1 VD 1 J C1 1 K Q C1 ui C2 R2 2 1 4 8 uO
7 6 555 3 5
CP
0. 01µF
解：
1. 单稳态触发器。
tW 1.1R2C= 1.1 × 56 × 103 Ω × 4.7 × 10−6 F 290ms = 2. = 2
U T+ 3.3 T2 = RC ln 104 ×10 0.501ms = −7 ln = U T2
振荡周期： 占空比： D =
T = T1 + T2 = 0.894ms
T1 0.393 ×100% = ×100% = 44.0% T1 + T2 0.393 + 0.501
11.5.2 石英晶体振荡器
1.脉冲整形
ui uo
ui
uo
uI UT+ UTuO UOH O
t
uI UT+ UTuO UOH O
t
UOL O
t
UOL O
t
uI UT+ UTuO UOH O
t
UOL O
t
，
2.波形变换
uI UT+ UTuO uO O
t
uI
UOH UOL O uI
t
3.脉冲鉴幅
uI
UT+ UTuO uO UOH UOL
T1 T2
t
t
− t
uC (t ) uC (∞) + [uC (0) − uC (∞)]e =
T1 = RC ln VDD − U TVDD − U T+
τ
U T+ T2 = RC ln U T-
VDD − U TU T+ T = T1 + T2 = RC ln + RC ln VDD − U T+ U T-
CP Q uI 1 2 100ms
VCC + 0.7V
3
4
5
6
7
8
VCC 0V
uO
290ms
3. uO的周期T=400ms，占空比 D =
290ms × 100% = 72.5% 400ms
脉冲的定时
ui
uo
o B
&
t tw t
A B 单稳态电路
o A o uo o
t
ui
(b)
t
简易曝光定时器
微电机起动停车控制电路
讨论： 为什么要求触发脉冲为窄脉冲?
VCC 4 7 6 uI 2 1 C C5 555 3 5 uo 8
R
解决方案：
VCC
R1 VD C1
R
4
8 3 5 1 C5
7 555 6
uI
uI′
C
uI
2
ui′
VCC 0V
VCC+0.7V
例11.6.1 555定时器和JK触发器构成的电路如图所示。 已知时钟CP的频率fCP=10Hz，R1C1<<TCP ，R2=56kΩ， C2=4.7µF，触发器输出Q和555定时器输出uo的初始状态 均为0。试回答： 1. 说明虚线框内电路的名称； 2. 对应CP画出Q、uI和uO的波形； 3. 计算uo的频率和占空比。
R1 U T+= (1 + )U TH R2
′ uo
(b)
t
UOH UOL
O
(c)
t
2R1 R1 ∆U T = U T＋ − U T－ = U TH = VDD R2 R2
讨论：
为什么要求R1<R2?
R2 uI R1
uI′
uo
G1 G2
′ uo
4 图形符号
uO UOH
uO UOH
UOL
UOL
UTUT+
11.5 多谐振荡器
回顾:矩形波发生电路
RC 回 路
R1
ui
C
UN A UP R2 R3
R4
uo
UZ
滞回比较器
11.5.1用施密特触发器构成的多谐振荡器
R uI
2.工作原理
uI UT+ UTO uo UOH UOL O
1.电路组成
uo C
T1
T2
t
t
uI UT+ UTO uo UOH UOL O
uI′
uo
G1 G2
′ uo
uI
uI′
′ uo
uo
R1 U T+= (1 + )U TH R2
(2) 输入信号下降过程
uI
uI′
′ uo
uo
R1 U T－ (1 − )U TH = R2
，
3 回差电压
uI UT+ UT-
R1 U T－ (1 − )U TH = R2
O
uo UOH UOL
O
(a)
t
11.2 矩形脉冲的主要参数
tr
0.9Um 0.5Um 0.1Um
tf
Um
tw T
1. 脉冲周期T 2. 脉冲幅度UW 3. 脉冲宽度时间tw 4. 脉冲上升时间tr 5. 脉冲下降时间tf
11.3 施密特触发器
回顾:运放构成的施密特比较 器
uO
UZ
ui
UN A UP R2 R3
R4
uo
− U TH
VCC
5kΩ~260kΩ 10pF~10µF
Cext Rext VCC
1 2 3 4 5
uo
1 2 3 4 5
11 13 9 14 Cext Rext RintVCC A1 /Cext 8 A2 Q B1 B2 Q 6 R GND 7
uo
内部电阻
外部电阻
集成单稳态触发器的应用：1.脉冲整形 2.定时 和延时 3.脉冲展宽
第11章 脉冲产生及变换电路
11.1 引言
本章主要介绍矩形脉冲的产生和整形电路。首先介绍 施密特触发器和单稳态触发器，其次介绍用施密特触发器 构成的多谐振荡器和石英晶体振荡器，最后介绍用555定 时器构成的单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器和 压控振荡器。 主要内容： 1. 施密特触发器和单稳态触发器 2. 施密特触发器构成多谐振荡器和石英晶体振荡器 3. 555定时器
清零
1 2 3 4 5
11 13 9 14 Cext Rext RintVCC A1 /Cext Q 8 A2 Q B1 B2 Q 6 R GND 7
输出
74LS122实用电路
VCC Cext 11 13 9 14 Cext Rext RintVCC A1 /Cext A2 Q 8 B1 B2 Q 6 R GND 7 VCC
1.石英晶体的特性及等效电路
X 感性 L C0 C R 容性 容性 O fs fp f
符号
等效电路
电抗的频率特性
2.串并联型石英晶体振荡器
R G1 C1 C2
R G2 uO
串联型石英晶体振荡器
3.无源晶体和有源晶体
R uO G1 C1 G2 C2
VCC C 0.1µF 1 2 4 3
uo
R uO G1 C1 G2 C2
t
，
11.3.3 集成施密特触发器
CMOS: 六反相器CD40106, 74HC14 四二输入与非门CD4093 TTL： 六反相器74LS14 四二输入与非门74LS132
CD10106 A1 1 Y1 2 A2 3 Y2 4 A3 5 Y3 6 VSS 7 14 13 12 11 10 9 8 VDD A6 Y6 A5 Y5 A4 Y4 A1 1 B1 2 Y1 3 A2 4 B2 5 Y2 6 GND 7 74LS132 14 13 12 11 10 9 8 VCC A4 B4 Y4 A3 B3 Y3
V S
2
CC
R
TH R TR S1
6 2
4
8
555 3
1 5 C
uo
微电机
M
S1 : 起动按钮 S2 : 停车按钮
VCC S2 R TH R TR S1 C
仅按下起动按钮 S1 , 则 TL
4 8 6 uo 微电机 555 3 M 2 1 5
< VCC / 3 ; 未按 S2 , 当然 TH <
2VCC / 3 , 故 uo =1 , 电机转动 。
典 型 封 装
11.6 555定时器及其应用
VCC 8 Rd 4 2 VCC 3 + A1 1 V 3 CC TL 2 + A2 G2 VT 1 GND Q G3 G1 G4 3 OUT
RS触发器
5kΩ
CV 5 TH 6
电压比较器
5kΩ
7 R
DIS
5kΩ
放电管
555定时器的功能表
Rd(④脚) 0 1 1 1 1 uTH(⑥脚) × uTL(②脚) × uO(③脚) 0 0 保持 1 1 VT (⑦脚) 导通 导通 保持 截止 截止
CMOS六反相器
TTL四2输入与非门
，
11.4 集成单稳态触发器
触发 输出
1
0
1
0
双稳态触发器 触发 输出
1
0 tw
1 0
单稳态触发器
1
0
1
0
多谐振荡器
可重触发和不可重触发单稳态触发器
无效边沿
有效边沿
ui 0 Q tw 0
不可重触发
ui tLeabharlann Baidutw t 0
可重触发
0 Q tw tw
t
t
，
11.4.1 集成单稳态触发器的逻辑功能
即使放开 S1 , TR > VCC / 3 ,
74LS122：可重触发
管脚 R A1、A2 B1、B2 Q、Q Rint Rext/Cext
功能 清零端 触发输入 触发输入 输出 内置电阻10kΩ 外接电阻、电容
5 1 2 3 4
11 13 9 14 Cext Rext RintVCC A1 /Cext Q 8 A2 Q B1 B2 Q 6 R GND 7
O
ui O
UT-
UT+
ui
uI
uo uo
′ uo
同相输出施密特触发器符号
反相输出施密特触发器符号
5 小结
（1）输入信号在上升和下降过程中，引起 输出状态转换的输入电平幅值不同，具有施 密特特性。 （2）在电路的输出状态转换时，电路内部 有正反馈发生，因此输出电压波形边沿很陡 峭。
，
11.3.2 施密特触发器的应用
例11.5.1 在图示用施密特触发器构成的多谐振荡器 中，施密特触发器采用74HC14，电源电压VDD=6V， UT+=3.3V，UT-=2V，R=10kΩ，C=0.1μF，试求电路的 振荡周期和占空比。 解： R
uI C uo
V − U T6−2 T1 = RC ln DD 104 ×10−7 0.393ms =ln = VDD − U T+ 6 − 3.3
◆单稳态触发器（Monostable Trigger） ◆多谐振荡器（Astable Multivibrator） ◆施密特触发器（Schmitt Trigger） ◆压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator）
555定时器简介：
555定时器（时基电路）是一种用途广泛的模拟数字 混合集成电路。1972年由西格尼蒂克斯公司 （Signetics）研制；设计新颖、构思奇巧，备受电子 专业设计人员和电子爱好者青睐；它可以构成单稳 态触发器、多谐振荡器、施密特触发器和压控振荡 器等多种应用电路。
τ= RC
t
2 VCC 3
7 555 3 6 2 1 5
tw
t
C5
O t
单稳态触发器暂稳态时间的计算
ui
O
uc
2 VCC 3
t
O
uo
t
tW
t (∞)]e τ
t
O
uc (t ) = uc (∞) + [uc (0) − uc
uC (0) =0V ； uC (∞) =VCC ；τ=RC
t w = RC ln3 = 1.1RC
并联型石英晶体振荡器
自我检测
1．波形如图所示，请选择正确的单稳 态触发器的输入输出电压波形 。
（a）
（b）
2．图示电路的功能为 A．双稳态触发器 B．单稳态触发器 C．寄存器 0 D．计数器
CP
1
。
S C1 1D R
F
R
Q
uc C
11.6 555定时器及其应用
内容：１、555定时器的工作原理 ２、555定时器的典型应用
+ U TH
O
UZ
uI
UZ
U TH
R2 = ⋅U Z R2 + R3
11.3 施密特触发器
11.3.1 用门电路构成的施密特触发器
1.电路组成
R2 uI R1
uI′
uo
G1 G2
′ uo
用CMOS反相器构成的施密特触发器
，
2.工作原理
R2 R1
CMOS反相器的阈值电压UTH ， 且R1<R2。 uI (1) 输入信号上升过程