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数字电路与系统

数字电路与系统. 第十章 脉冲波形的产生和整形 Part 3. 第十章 习题. 第五版 10.4; 10.6; 10.9; 10.10 10.8 10.21; 10.25 10.17; 10.18; 10.19; 10.22. +. CP 2. -. +. CP 1. -. §10.5 555 定时器应用. V CC. 电路结构. 8. 4. v CO. V R1. G 1. 5. v I1. 6. (TH). v O. v I2. 2. 3. Q. G 4. G 2. G 3. V R2. 7. T D.

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Presentation Transcript

  1. 数字电路与系统 第十章 脉冲波形的产生和整形 Part 3

  2. 第十章 习题 第五版 • 10.4; 10.6; 10.9; 10.10 • 10.8 • 10.21; 10.25 • 10.17; 10.18; 10.19; 10.22

  3. + CP2 - + CP1 - §10.5 555定时器应用 VCC • 电路结构 8 4 vCO VR1 G1 5 vI1 6 (TH) vO vI2 2 3 Q G4 G2 G3 VR2 7 TD (DISC) 1

  4. vI1 vI2 Qn+1 >VR1 >VR2 0 1 0 <VR1 >VR2 1 1 Qn <VR1 <VR2 1 0 1 >VR1 <VR2 0 0 1 1 §10.5 555定时器应用 • 电路结构（续） • 三个5k的电阻组成分压器，提供基准电压，“555”得名 • 比较器，参考电压… • 基本RS触发器 • 同相输出的OC电路（三极管TD），电流泄放回路，DISCharge • vCO参考电压控制端 • TH 被称为“阈值端” • 被称为“触发端” • 电路功能 • SR锁存器（“基本RS触发器”）

  5. §10.5 555定时器应用 • 555定时器集成芯片 • 数--模混合电路 • BJT（双极性晶体管）工艺，工作电压5V~16V，输出带载能力200mA（注意：散热设计） • CMOS工艺（7555），工作电压3V~18V，输出带载能力几十个mA

  6. VCC 8 4 vCO VR1 G1 5 vI1 6 + CP2 (TH) vO - vI2 + 2 CP1 3 - Q G4 G2 G3 VR2 7 TD (DISC) 1 §10.5 555定时器应用 • 电路图 • 为了抗干扰，参考电压控制端vCO如果不用的话，接一个电容到地。 0.01μF

  7. 6 6 6 2 2 2 §10.5.1 555定时器构成施密特触发器 • 输入输出的传输特性曲线 • 反相施密特触发器 Qn+1 0 1 0 2/3 VCC Qn 1 1 1/3 VCC 1 0 1

  8. 需洞悉其内电路 74H门电路 vG可以为高VOH，也可以为低VOL VCC 供电 vCO vG 8 4 5 + vI 555 6 3 2 7 + 1 §10.5.1 555定时器构成施密特触发器 • 改变阈值—— 输入电压控制端 VT+=VCO，VT-=0.5 VCO • 如何计算VCO ? • 接理想电压源 • 接入外电路 • 解决问题的能力：电路网络分析（如：叠加原理、戴维南） • 例题（如图）：

  9. VCC R 5k 10kΩ VCO 50Ω 5k R4 vG=VOL 叠加原理 5k §10.5.1 555定时器构成施密特触发器 例题：求参考电压控制端的电位vCO 题目中给出：G的输出阻抗为50欧姆，记为R4 解： 设vG=VOL，等效电路

  10. VCC vG 单独作用时的等效电路 R 5k 10kΩ VCO 50Ω R4 5k 5 R4 5 vG=VOL R 5k 5 vG §10.5.1 555定时器构成施密特触发器 例题：（续） • VCC单独作用： • vG 单独作用：

  11. §10.5.1 555定时器构成施密特触发器 例题：（续） • 如果忽略G的输出电阻R4，vG=VOH；表达式是同样的。 • 算例：给定VCC=5V，VOH=4.8V, VOL=0.1V，计算： 当vG=VOH时， VCO = ≈2.5+1.2=3.7 当vG=VOL时， VCO = ≈2.5 电压传输特性 0 1.25 3.7 5 2.5 1.8

  12. §10.5.2 555定时器构成多谐振荡器 • 回顾：利用施密特触发器构成多谐振荡器 • 反相施密特，积分器 • 555定时器 • 先构成施密特触发器 • 用放电端（与vO同相）作为积分器的输入 • 注意：OC电路的应用，加上上拉电阻 • 积分器 • 反馈端

  13. VCC 8 4 R1 vCO VR1 G1 5 + vI1 CP2 6 - + (TH) R2 vO vI2 CP1 2 - 3 Q G4 G2 G3 VR2 7 TD (DISC) 1 §10.5.2 555定时器构成多谐… • 电路

  14. §10.5.2 555定时器构成多谐振荡器 • 充放电回路与波形 vC VCC 2/3 VCC 1/3 VCC 0 + VOH VOL 0 T1 T2 Tw

  15. vO输出高电平 vO输出低电平 占空比 §10.5.2 555定时器构成多谐振荡器 • 计算： 充电时间 放电时间 振荡周期（如果VCO通过电容接地） 振荡频率

  16. VCC 8 4 R1 vCO VR1 G1 5 + vI1 CP1 6 - (TH) R2 vO vI2 2 + 3 CP2 Q G4 G2 G3 C - VR2 7 TD (DISC) 1 §10.5.2 555定时器构成多谐振荡器 由于充电总要经过R1，所以这个电阻可以省去 • 占空比可调的多谐振荡器

  17. + CP2 - + CP1 - §10.5.2 555定时器构成多谐振荡器 VCC • 占空比可调的多谐振荡器（续） 8 R1 Rup Radj VR1 R2 Rdown 6 (TH) vO 2 Q 3 C VR2 7 TD (DISC) 1

  18. 解： • 占空比2/3，大于50%，不用二极管 • 取VCC=5V，即可获得大于3V而小于5V的输出 T1 --- (R1+R2)C T2 --- R2C 有 R1=R2=R 又 §10.5.2 555定时器构成多谐振荡器 例题（设计）：多谐振荡器，T=1s，输出脉冲幅度大于3V而小于5V，占空比2/3。

  19. 例题（续） 取C=10uF，则 电阻的取值序列，合理选取电阻值

  20. 占空比为2/3、振荡周期为1秒的多谐振荡器

  21. R1 + CP2 - + CP1 - §10.5.3 555定时器构成单稳态触发器 VCC • 电路结构 • OC管的上拉电阻 • TH 接 vOD • vOD端接一个电容C • 触发端 负脉冲触发 8 VR1 G1 6 (TH) vO 2 Q G3 G4 3 G2 VR2 TD 7 (DISC) 1

  22. §10.5.3 555定时器构成单稳态触发器 (1) 静态 如认为未触发时~TR=1，这时: • 假设 TH（即vOD）>VR1， 则 为 ，Q=0， vO（vOD）为低， 矛盾！ • 假设TH（即vOD）<VR1， 则 为 ，基本RS 触发器状态保持，所以在稳态， vOD为低是合理的。

  23. §10.5.3 555定时器构成单稳态触发器 (2) 动态——波形与充放电回路 先设vI，即触发端的输入负脉冲，宽度较窄。

  24. §10.5.3 555定时器构成单稳态触发器 (2) 波形与充放电回路（续） • 当触发脉冲宽度较宽的条件下，此时，在输入端脉宽范围内，一直输出正脉冲，电路既不是可重触发的单稳态，也不是不可重触发的单稳态 • 解决方法： • 在触发端加一级微分器，注意：负脉冲触发，采用上拉电阻保持稳态输入。

  25. §10.5.3 555定时器构成单稳态触发器 (3) 触发条件，脉宽的计算 v(0+)=VOL≈0， v(∞)=VCC， VTH=2/3 VCC， τ=RC T

  26. §10.5 555定时器的其它应用 • 其它 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。

  27. 全章小结 • 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。 • 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。石英晶体多谐振荡器，利用石英晶体的选频特性，只有频率为fo的信号才能满足自激条件，产生自激振荡，其主要特点是fo的稳定性好。 • 555定时器能够组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。

  28. 全章小结 • 矩形脉冲生成与整形电路分析的基本方法——“1+3” 0。电路特点 对于一时不明了的电路，不要忙下结论，等步骤 2 完成后才能作结论。此时，本步骤要作的是分清单元电路，识别那些是关键的功能部件。 1。工作状态分析 之 静态 2。工作状态分析 之 动态 • 定性分析触发时的情形 • 动态分析：工作状态的转换 3。从动态分析自然过渡到定量计算 忠告：不要只盯着定量计算，切忌死记公式；实际上， 静下心来 分析清楚电路机理才是常胜之道。

  29. ? … ? 课程信息 • 教师：李峭 • 新主楼 F-710 • e-Mail: liqbuaa@ee.buaa.edu.cn（可预约答疑） • 电话: 8233.8894分机803 • 助教 • 41班：刘述艺（ 新主F-713） • 71班：熊颖 （ 新主F-712 ） • 91班：赵露茜（新主F-711 ） • 周三下班之前，交上一周作业

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