数电：脉冲波形的产生与整形

第七章脉冲波形的产生与整形,1、什么是脉冲波形？,2、为什么要产生脉冲？,4、如何产生脉冲以及对其进行整形？,3、为什么要对脉冲波形进行整形？,1、什么是脉冲？,脉冲：电压(V)或电流(A)的波形像心电图上的脉搏跳动的波形。,在短时间内突变，随后又迅速返回其初始值的物理量称之为脉冲。,2、为什么要产生脉冲？,数字电路经常用到各种宽度和幅值的边沿陡峭的脉冲信号：时钟信号、定时信号。最常用的脉冲信号是方波或矩形波。,3、为什么要对脉冲波形进行整形？,脉冲有各式各样的形状，有矩形、三角形、锯齿形、钟形、阶梯形和尖顶形的等等。,描述矩形脉冲特性的主要参数,1、脉冲幅度Vm2、脉冲宽度tw3、上升时间tr4、下降时间tf5、周期T6、占空比q,4、如何产生脉冲以及对其进行整形？,利用多谐振荡器产生脉冲。,如何利用555定时器产生脉冲以及对不理想的脉冲整形，是本章讨论的重点。,利用单稳态触发器和施密特触发器对脉冲进行整形。,脉冲电路分类：,脉冲电路作用：,脉冲波形的产生和整形。,脉冲电路构成：,开关电路+RC电路,破坏电路的稳态，产生暂态。,控制暂稳态时间的长短。,脉冲电路与数字电路的比较：,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RC有关,工程上取3；,（2）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；,（3）简单RC电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；,（4）在简单RC电路中,RC,第七章脉冲波形的产生与整形,主要内容555定时器的工作原理、逻辑功能及由555构成的脉冲电路。,学习要求,1555定时器的原理和应用,555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。,555定时器的优点：（1）定时的精度、工作的速度和可靠性都比较高；（2）使用的电源电压范围宽，从4.5V-18V，能和数字电路直接连接；（3）有一定的输出功率，可以驱动微电机、指示灯、扬声器等等；（4）结构简单，使用灵活，用途广泛。,1.管脚分布以及逻辑功能,一、555定时器的电路结构和基本功能,555定时器的内部电路包括以下几部分:两个电压比较器:C1、C2;一个基本RS触发器;一个晶体管T；由三个相等电阻组成的分压器;一个反相器等。,2.电路结构,低电平触发端,高电平触发端,电压控制端,复位端低电平有效,放电端,4.518V,输出端,地,2.基本功能,三个电阻构成的分压器给两个比较器提供基准电压:,当电压控制端5CO不外接电源：,当电压控制端5CO接外置电源Ecc：,VR1,VR2,VR1=Ecc,VR2=Ecc/2,VR1=,VR2=,0,0,1,0,2/3VCC,1/3VCC,0,0,0,1,1,2VCC/3,VCC/3,1,1,0,1,0,2VCC/3,VCC/3,1,0,1,1,0,综合以上的分析结果,便可得到555的功能表(要求记住，会分析),555定时器应用范围非常广泛，可构成多种电路形式，但最基本的电路为：单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器。其它电路基本是这3种电路的变形。,二、555定时器的基本应用,1.单稳态触发器,2.多谐振荡器,3.施密特触发器,1、555定时器做施密特触发器,施密特触发器的特点：（1）双稳态触发器，有两个稳定的状态；（2）电平触发电压达到某个值时电路状态翻转；（3）具有滞后电压传输特性回差特性（两次翻转输入电平不同）；,电路：,2，6端连在一起作为信号输入端,VI2/3VCC时，C10，C21，VO=0,构成集电极开路型输出端。,工作原理：,UTH,UTR,Vi0，满足，故VO1。,1,2,3,3,0Vi1/3VCC，满足，故VO1。,3,1/3VCCVi2/3VCC，满足，故VO保持1。,2,v,i,v,o,t,t,0,0,U,T+,U,T,2,V,CC,/,3,V,CC,/,3,1,2,3,工作原理：,Vi2/3VCC，满足，故VO0。,2/3VCCViVCC，满足，故VO0。,1/3VCCVi2/3VCC，满足，故VO保持0。,2,1,1,v,i,v,o,t,t,0,0,U,T+,U,T,2,V,CC,/,3,V,CC,/,3,1,2,3,Vi1/3VCC，满足，故VO1。,3,00,T导通时，C放电。,工作原理（续2）：,VTH,VC,b,T,VC2/3VCC时，Vo0，T导通，C放电。,VI1,自动返回（VI1，C21）,结论：Vc充电到2/3VCC后，电路返回到Vo0，T导通，Vc开始放电。,1-0-1,1-0,1,T导通，C放电。,工作原理（续2）：,VTH,VC,b,T,VI1,恢复过程（VI1，C21）,结论：当电容C放电到Vc0是恢复过程。,0-1,0-1,1,2/3VCC,上电后进入稳态（VI1，Vc=0，Vo=0）,工作波形：,2/3VCC,外触发:Vi,Vi1/3VCC，比较器C20，触发器置1，Vo1T截止，C充电电路进入暂稳态。,V2,V6,1,2,3,3,T截止，C充电，当vc上升到2/3VCC时:比较器C1=0，触发器置0，Vo0T导通，C放电,vc0电路电路返回稳态。,2/3VCC,自动返回（VI1）:,1,2,3,3,1,由以上过程可以看出:每来一次负脉冲,vo便输出一个正脉冲,其宽度tW由RC决定。,输出脉冲宽度tw,tw是Vc从0指数上升到2VCC/3时所需的时间,注意:tw宽度的增加，将降低定时精度和稳度。tw的范围为几秒到几分钟。,单稳态触发器的应用,一般用于,定时（产生一定宽度的矩形波）,整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）,延时（把输入信号延迟一定时间后输出）,1)定时,3)整形,2)延时,3、555定时器做多谐振荡器,外接R1,R2,C,多谐振荡器的特点：（1）不需外触发的自激振荡器；（2）无稳定状态，均为暂稳态；（3）矩形波中含有丰富的高次谐波，习惯称多谐振荡器。,1、Vcc通过R1、R2向C充电,在电容充电VC：0v-VCC/3之间,Vo输出1。,vC,0,t,0,t,vo,VCC/3,2VCC/3,t1,原理,1,2,3,2、Vcc通过R1、R2继续向C充电,在电容充电VC:VCC/3-2VCC/3之间,Vo保持1不变。,3,2,vC,0,t,0,t,vo,VCC/3,2VCC/3,t1,原理,1,2,3,3、当VC2VCC/3时Vo由1翻转为0。T导通电容C经R2、T放电。,1,4、电容通过R2和三极管T继续放电,在电容放电VC:VCC2/3-VCC/3之间,Vo保持0不变。,T,1,0,2,vC,0,t,0,t,vo,VCC/3,2VCC/3,t1,原理,1,2,3,T,0,1,当Vc降至VCC/3时，使得Vo回到1T截止电容C再充电，进入循环.,3,t2,t3,vC,vo,VCC/3,2VCC/3,t1,t2,t3,原理,RC,占空比：q=tw1/T=(R2+R1)/(2R2+R1),频率：,f,1.43/,1,T,思考：R2和R1确定后，占空比q就确定了，如何得到占空比可调的矩形波呢？,占空比：q=tw1/T=(R2+R1)/(2R2+R1),思考：R2和R1确定后，占空比q就确定了，如何得到占空比可调的矩形波呢？PWM波（PulseWidthModulation）,电路特点：充放电电路各自独立。,充电回路：tw1=RACln2,放电回路：tw2=RBCln2,占空比：q=tw1/(tw1+tw2)=RA/(RA+RB),通过调节R2来调节占空比,占空比可调多谐振荡器:,本章要求,熟练掌握555定时器的基本功能和三种基本应用。,熟练掌握脉冲电路有关参数的计