数字电子技术基础课件：第十章 脉冲波形的产生与整形VIP

1、10-1第十章第十章 脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形主要内容：主要内容：介绍用于脉冲信号产生、整形的几种基本电路。介绍用于脉冲信号产生、整形的几种基本电路。1.施密特触发器。施密特触发器。2.单稳态触发器。单稳态触发器。3.多谐振荡器。多谐振荡器。4. 555定时器。定时器。10-210.1 概述概述 1.脉冲幅度脉冲幅度Vm2.脉冲宽度脉冲宽度tW0.5Vm0.5Vm3.上升时间上升时间tr0.1Vm0.9Vm4.下降时间下降时间tf0.9Vm0.1Vm5.周期周期T周期性脉冲信号，两脉冲间的时间间隔周期性脉冲信号，两脉冲间的时间间隔6.频率频率f周期的倒数或每秒钟重复的次数。周期

2、的倒数或每秒钟重复的次数。 7.占空比占空比q脉冲宽度与周期之比脉冲宽度与周期之比描述矩形脉冲的几个参数描述矩形脉冲的几个参数理想波形：理想波形：实际波形：实际波形：0.9VmVmtr0.5Vm0.1VmtftWT10-3 10.5.1 555 10.5.1 555定时器的电路结构与功能定时器的电路结构与功能 555 555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的多功能中规模集成电路。因为其具有使用方便的多功能中规模集成电路。因为其具有使用方便, ,带负带负载能力较强载能力较强, , 目前得到了非常广泛的应用。由于其型号目前得到了非常广泛的应用。由

3、于其型号的最后三位是的最后三位是555555而命名的。而命名的。 555 555定时器能极方便地构成施密特触发器，单稳定时器能极方便地构成施密特触发器，单稳态触发器，多谐振荡器。在脉冲波形的产生态触发器，多谐振荡器。在脉冲波形的产生 ，整，整形，波形变换，定时等方面应用极广。形，波形变换，定时等方面应用极广。 10.5 555 10.5 555定时器及其应用定时器及其应用10-4555定时器的内部电路包括以下几部分定时器的内部电路包括以下几部分 : 一个由三个相等电阻组成的分压器一个由三个相等电阻组成的分压器; 两个电压比较器两个电压比较器: C1、C2 ;一个一个 RS 触发器触发器一个晶体

4、管一个晶体管TD。10-5比较器：比较器：C1输入信号输入信号 vI1（6脚也称脚也称阈值端阈值端，用，用 TH 标识）标识） C2输入信号输入信号 vI2（2脚也称脚也称触发端触发端，用，用 TR 标识）标识）+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RD分压电路分压电路晶体管放电电路晶体管放电电路RS触发器触发器比较器比较器比较器比较器10-6电阻分压器和电阻分压器和外接控制电压外接控制电压V VCOCO 给两个比给两个比较器较器C C1 1、C C2 2提提供基准电压。供基准电压

5、。若外加电压若外加电压VCO则：则：VR1=VCOVR2=1/2VCO则：则： VR1=2/3VccVR2=1/3Vcc若若VCO悬空悬空+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RD10-7电电源源放放电电电控电控压制压制地地输输出出置置零零电源电压范围电源电压范围:双极型：双极型：516VCMOS：318V阈值端阈值端触发端触发端12345678555VCCD TH COGND TRUo R+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G4341

6、72658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RD10-8+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RD0101112VCC / 3小于小于2VCC / 3小于小于VCC / 3大于大于VCC / 3小于小于VCC / 3大于大于大于大于2VCC / 3阈值端阈值端6触发端触发端2RS比较结果比较结果则：则： VR1=2/3VccVR2=1/3Vcc假设假设VCO悬空悬空10-9+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G43417

7、2658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RDRSQ0110110101保持保持 保持保持Q 00禁止禁止禁止禁止基本基本RS触发器真值表触发器真值表基本基本RSRS触发器触发器置置1 1端端v vC2C2，置，置0 0端端v vC1C1，低电平触发，低电平触发，R RD D为直接清零端为直接清零端10-10+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RDT TD D放电管：放电管： 工工作状态由作状态由v vO O决定，决定，工作时需外接电阻工作时需外接电阻和电源。和电

8、源。晶体管晶体管TSQvo011011保持保持0110保持保持保持保持导通导通截止截止R0011截止截止10-11输输 入入 输输 出出 RDvI1(6)vI2(2)vOTD00通通12/3Vcc(1)1/3Vcc(1)0通通11/3Vcc(1)不变不变不变不变12/3Vcc(0)2/3Vcc(1)1/3Vcc(0)1截止截止+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RD10-1210.5.2 10.5.2 用用555555构成施密特触发器构成施密特触发器方法：方法：将将v vI1 I

9、1和和v vI2 I2连在一起做输入端，构成反相施密特连在一起做输入端，构成反相施密特触发器。触发器。+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvI+UCCuouTH0.01FCORTR10-13(1)(1)v vI I从从0 0上升的情况上升的情况1/3VCCvI 2/3VCC时，时，vC1 =0，vC2 =1，vI1/3VCC时，时，Q=1，vO=1vC1=1，vC2 =0，+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2R

10、DvIv vI I从从0 0上升，输出上升，输出 v vO O 从从1 1跳变为跳变为0 0的临界值的临界值V VT+T+=2/3V=2/3VCCCC10-14(2)v(2)vI I从高于从高于 2/3V2/3VCCCC下降的情况下降的情况1/3VCCvI2/3Vcc时，时，vC1 =1，vC2 =1，Q=0不变，不变， vO=0不变不变Q=1， vO =1vI2/3VCC时，时，Q=0，vO=0vC1=0，vC2 =1，+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIv vI I从高于从高于2/3V2/3VCCCC下降

11、，输出下降，输出 v vO O 从从0 0跳变为跳变为1 1的临界值的临界值V VT-T-= 1/3V= 1/3VCCCC10-15电压传输特性：电压传输特性：vivoVOHVOLVT-VT+回差电压回差电压： V = VT+ - VT-改变改变5脚的电压值脚的电压值 Uco，可改变回差，可改变回差电压电压1/2 Uco ，提高，提高抗干扰能力抗干扰能力10-16输入为三角波时的工作过程输入为三角波时的工作过程+VCCuouTH0.01FCORTRuituotVCC2/3VCC1/3VCCuT+uT-1)ui1/3VCC时时u62/3VCCu21/3VCCuo= 12

12、)1/3VCC ui 2/3VCC时时u6 1/3VCCuo= 1保持保持10-173) ui 2/3CC时时u6 2/3VCCu2 1/3CCuo= 04)u6 1/3VCCuo= 0uotuitVCC2/3VCC1/3CCuT+uT-1/3CC ui VCC /3 VC2 = 1 ui = 1 时：时：原输出为原输出为0时，时，T导通，导通，C放电放电输出保持在输出保持在“0”原输出为原输出为1时，时，T截止，截止，C充电充电输出翻转为输出翻转为“0”工作原理工作原理+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIR

13、Cuo = 0 , 555内的管内的管T导通导通 , 电容电容 C 被短路被短路, uC =0.3V 。 VC1=1 0tui0tuC2VCC /30tuo稳态为稳态为010-240tui0tuC2VCC /30tuo+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIRCuC =0.3V, 故故 uo 由由0 1 , 晶体管晶体管 T 截止截止 , C 充电充电 Uc指数上升指数上升 只要只要 uC尚未充至尚未充至 2VCC /3 , uo 的的状态就不会变化状态就不会变化 。ui 2VCC /3 VC1 = 0 , 且已

14、且已 有有 ui VCC /3 VC2 = 1 , uo 由由1 0 晶体管晶体管T由截止由截止导通导通 , C 迅速放电迅速放电 uC =0.3V 0tui0tuC2VCC /30tuo+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIRC10-260tui0tuC2VCC /30tuoUi负脉冲每触发一次负脉冲每触发一次 , uo 便输出一个正脉冲便输出一个正脉冲,其宽其宽度度 为为 tW 。48162357uoui+VCCRCuC0.01 F结论：结论：twtw =1.1RC与输入脉冲宽度与输入脉冲宽度和电源电压无关

15、和电源电压无关！55510-270tui0tuC2VCC /30tuotw tcccceuuutu )()0()()(RCtcccccceVVV 032tw =1.1RC3ln320lnRCVVVRCtCCCCCCw 10-28l 该电路要求输入触发脉冲宽度要小于暂稳态时间。该电路要求输入触发脉冲宽度要小于暂稳态时间。若若vI 脉冲宽度脉冲宽度tW，则，则vI1=VTH 时，时，vC1=vC2=0，工作不正常。，工作不正常。 措施：措施：在输入端加微分网络在输入端加微分网络Rd、Cd（足够小），将宽脉冲变为（足够小），将宽脉冲变为窄脉冲。窄脉冲。CCV32tvIvOvCttwvdRdCdvIv

16、dvItt+UCC48562713.uCCuOR0.01F10-29l 该电路为不可重复触发的单稳态电路，除此之外还该电路为不可重复触发的单稳态电路，除此之外还有可重复触发的单稳态电路。有可重复触发的单稳态电路。在暂稳态尚未结束时，又在暂稳态尚未结束时，又来一个触发脉冲，此脉冲来一个触发脉冲，此脉冲不会引发新的暂稳态。不会引发新的暂稳态。Retriggers tw如果在暂稳态尚未结束时，如果在暂稳态尚未结束时，又来一个触发脉冲，可再又来一个触发脉冲，可再引发一个暂稳态。引发一个暂稳态。10-30(1)上升沿触发上升沿触发(2)下降沿触发下降沿触发集成单稳态触发器集成单稳态触发器特点：特点：74

17、121 TTL集成单稳态触发器集成单稳态触发器当当A1A2=0时，时，B上升沿触发上升沿触发当当B=1，A1(或或A2)=1时，时，A2(或或A1)下降沿触发下降沿触发Cext Rext Rin VCCA1A2BvOvOGND16753410 1191474121BtA1ttA2vOttWtWtW(3)暂稳时间可调暂稳时间可调1011914Rint内部有固定电阻，可外接电容内部有固定电阻，可外接电容和电阻。通过调节外部电阻或和电阻。通过调节外部电阻或电容可调暂稳时间电容可调暂稳时间(4) 不可重复触发型不可重复触发型10-31Cext Rext Rin VCCA1A2BvOvOGNDVCCCe

18、xt16710119145341Rext2lnextextwCRT b. 外接电容外接电容Cext，外接电阻，外接电阻Rext2lnintextwCRT a.外接电容外接电容Cext，内部电阻，内部电阻RintCext Rext Rin VCCA1A2BvOvOGNDVCCC167101191453411011914RintCextRext1011914RintCext两种使用方法两种使用方法10-3274122、74123可重复触发型可重复触发型74121、74221不可重复触发型不可重复触发型74221 、74122、74123还设有直接清零端还设有直接清零端10-33功能：功能：在触发脉

19、冲作用下，触发器从在触发脉冲作用下，触发器从稳态稳态0翻转为暂稳态翻转为暂稳态1，经过一，经过一段时间后自动翻转回稳态段时间后自动翻转回稳态0。特点：特点：暂稳态时间的长短可调暂稳态时间的长短可调输出一种稳定状态输出一种稳定状态0输入负脉冲触发输入负脉冲触发10.5.3 10.5.3 用用555555构成单稳触发器构成单稳触发器10-34单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用（1）定时）定时单单稳稳&uouFuiuFOttttuiuouFuFOtw调整调整 t tw w =1S=1S，对，对u uFOFO的脉冲计数可构的脉冲计数可构成频率计成频率计10-35按一下按一下按钮按钮 S未按未按uo0

20、J的线圈的线圈不通电不通电J 的触点的触点不动作不动作红灯红灯 白灯白灯亮亮灭灭1通电通电闭合闭合亮亮灭灭白灯亮的时间即为曝光时间白灯亮的时间即为曝光时间 TWTW = 1.1 R C洗相曝光定时器洗相曝光定时器若若S打开打开 , 则则 ui = 1 ;若若S合上合上 , 则则 ui = 0 。48162357uoui+VCCRCDTHTRSJJ红红白白D1D255510-36触摸定时控制开关触摸定时控制开关48162357uoP+6VRCuC0.01 F555RL人手触摸人手触摸P，触，触发，发，uo高电平，高电平，灯亮灯亮tw秒。秒。tw= 1.1RC10-37（2）整形）整形单稳单稳态触

21、态触发器发器uiuottuiuotwtwtwtwu6=uC 1VCC /3时，时，SD=1uO=1 保持保持ui 1VCC /3时，时，SD=0uO=1 在在u uO O=1=1时，输入信号的波动，时，输入信号的波动，对输出的信号无影响。对输出的信号无影响。10-3810.5.4 10.5.4 用用555555定时器接成的多谐振荡器定时器接成的多谐振荡器+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658RDR2CR1vC方法：方法：先将先将555555定时器接成施密特触发器，再将输入定时器接成施密特触发器，再将输入端接入端接入RCRC网络。网

22、络。48162357555R1R2CuCuoVCC10-3948162357555R1R2CuCuoVCC0tuouC0tVCC /32VCC /3输出波形输出波形电路电路注：该电路中没有输入信号，接通信号就有矩形波输出注：该电路中没有输入信号，接通信号就有矩形波输出10-40多谐振荡器多谐振荡器功能：功能：能产生矩形波的自激振荡器。能产生矩形波的自激振荡器。特点：特点：无稳态。无稳态。输出两暂稳态交替变化。输出两暂稳态交替变化。输出矩形波的频率和占空比可调。输出矩形波的频率和占空比可调。10-41 设电容设电容C 原先未充电原先未充电uC0tVCC /32VCC /30tuo 在在 uC 没

23、有充电没有充电到到 2VCC /3 之前之前, uo 保持保持 1 不变。不变。工作原理工作原理u2 = u6 2VCC /3uo 由由 1 0 T导通导通C放电放电uC VCC /3uo 由由 0 110-43 放放= R2C0tuouC0tVCC /32VCC /3T1T2输出方波的输出方波的周期周期 T的计算的计算:T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C 48162357555R1R2CuCuoVCC 充充= （R1+R2）C 10-44 放放= R2C0tuouC0tVCC /32VCC /3T1T2 充充= （R1+R2）C tcccceuuutu )()0

24、()()(CRRtcccccccceVVVV)(213132 CRtcccceVV2032031 T1 = ln2 ( R1 + R2 ) C=0.7 ( R1 + R2 ) CT2 = ln2R2C=0.7 R2CT = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C 10-45如何改变方波的占空比？如何改变方波的占空比？改变充放电回路的时间常数！改变充放电回路的时间常数！48162357555R1R2CuCuoVCC0tuouC0tVCC /32VCC /3占空比：占空比：D=T1T1 + T2T1T210-46%100211 RRRDutycycle10-47多谐振荡器的应用多