第八章脉冲波形的产生与整形

1、第八章第八章脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形一、一、555定时器的电路结构定时器的电路结构由以下几部分组成：由以下几部分组成：（1）三个阻值为）三个阻值为5k的电阻组成的分压器。的电阻组成的分压器。（2）两个电压比较器）两个电压比较器c1和和c2。 8.1 集成集成555定时器定时器电压比较器的功能：电压比较器的功能： v+ v-，vo=1 v+ v-，vo=0（3）基本）基本rs触发器触发器（4）放电三极管）放电三极管t及缓冲器及缓冲器g。cc&1rstg5k5k5k12vrvvvccdici1i2oov,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发

2、输入放电端12658437ov,vi2i1vvicvccvo555dr二二工作原理工作原理（1）4脚为复位输入端（脚为复位输入端（ rd ），当），当rd为低电平时，不管其他输入端的状为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出态如何，输出vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。为低电平。正常工作时，应将其接高电平。（2 2）5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器脚为电压控制端，当其悬空时，比较器c1和和c2的比较电压分别为的比较电压分别为2/3vcc 和和1/3vcc 。（3）2脚为触发输入端，脚为触发输入端，6脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器c

3、1和和c2的输出，从而控制的输出，从而控制rs触发器，决定输出状态。触发器，决定输出状态。8.2 施密特触发器施密特触发器施密特触发器施密特触发器具有回差电压特性，具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢的能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。一一. 用用555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理1265vccrdo5553ov7vvi2i1vic8412ivccvvcc2rv 施密特触发器有两个阈值电压，分别称为施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信正向阈值电压和

4、负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压压. 施密特波形图在输入信号从高电平下降到施密特波形图在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。入电压称为负向阈值电压。 正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。差电压。 cc&1rstg5k5k5k12vrvvvccdici1i2oov,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压

5、触发输入放电端2. 电压滞回特性和主要参数电压滞回特性和主要参数（1）电压滞回特性）电压滞回特性（2）主要静态参数）主要静态参数（a）上限阈值电压）上限阈值电压vt+vi上升过程中，输出电压上升过程中，输出电压vo由高电平由高电平voh跳变到跳变到低电平低电平vol时，所对应的输入电压值。时，所对应的输入电压值。vt+=2/3vcc。（b）下限阈值电压）下限阈值电压vt vi下降过程中，下降过程中，vo由低电平由低电平vol跳变到高电平跳变到高电平voh时，所对应的输入电压值。时，所对应的输入电压值。vt=1 /3vcc。（3）回差电压）回差电压vt vt= vt+vt=1 /3vcc 二二

6、集成施密特触发器集成施密特触发器 1. cmos集成施密特触发器集成施密特触发器cc40106 2. ttl集成施密特触发器集成施密特触发器74ls14 12345678910111213141a1y2a2y3a3y4a4y5a5y6a6yvvddss(a)cc4010612345671a1y2a2y3a3ygnd8910111213144a4y5a5y6a6yvcc(b)74ls14三三 施密特触发器的应用举例施密特触发器的应用举例1. 用作接口电路用作接口电路将缓慢将缓慢变化的输入信号，转换成为变化的输入信号，转换成为符合符合ttl系统要求的脉冲波形。系统要求的脉冲波形。2. 用作整形电路

7、用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。 3. 用于脉冲鉴幅用于脉冲鉴幅从一系列幅度不同的脉冲信号中，选出从一系列幅度不同的脉冲信号中，选出那些幅度大于那些幅度大于vt+的输入脉冲。的输入脉冲。 8.3 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器能产生矩形脉冲波的自激振荡器。能产生矩形脉冲波的自激振荡器。一一 用用555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理26vccrdo5553vi2i1v84v7rrvcc12c150.01fc1vcpcc&1rstg5k5k5k12vrvvvccdici1i2oov

8、,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入放电端2. 振荡频率的估算振荡频率的估算（1）电容充电时间）电容充电时间t1：（用三要素法计算）：（用三要素法计算）（2） 电容放电时间电容放电时间t2（3）电路振荡周期）电路振荡周期t t=t1+t2=0.7(r1+2r2)c（4）电路振荡频率）电路振荡频率f（5）输出波形占空比）输出波形占空比q)()()0()(ln111tvvvvtcccccrr)(7 . 021ccccccccvvvv3231ln1crt227 . 0crrtf)2(43. 1121212112rrrrttq 二二 占空比可调的多谐振荡

9、器电路占空比可调的多谐振荡器电路 利用半导体二极管的单向导电特性，把电容利用半导体二极管的单向导电特性，把电容c充电和放电回路隔离充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。开来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。 可计算得：可计算得： t1=0.7r1c t2=0.7r2c 占空比：占空比：26vccrdo5553vi2i1v84v7vccc150.01 fc1vcdd121r2r21121121117 . 07 . 07 . 0rrrcrcrcrtttttq三三 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 1.石英晶体的选频特性石英晶体的选频特性有两

10、个谐振频率。当有两个谐振频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗时，为串联谐振，石英晶体的电抗x=0； 当当f=fp时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。 由晶体本身的特性决定：由晶体本身的特性决定： fs fp f0（晶体的标称频率）（晶体的标称频率） 石英晶体的选频特性极好，石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达十分稳定，其稳定度可达10-1010-11。0ff0x电感性电容性石英晶体的符号fp2. 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器（1）串联式振荡器）串联式振荡器r1、r2的作用的作用使两个反相器在静态时都工作在转折区，成为具有很

11、强使两个反相器在静态时都工作在转折区，成为具有很强放大能力的放大电路。放大能力的放大电路。 对于对于ttl门，常取门，常取r1=r2=0.72k，若是，若是cmos门则常取门则常取r1=r2=10100m；c1=c2是耦合电容。是耦合电容。 石英晶体工作在串联谐振频率石英晶体工作在串联谐振频率f0下，只有频率为下，只有频率为f0的信号才能通过，满的信号才能通过，满足振荡条件。因此，电路的振荡频率足振荡条件。因此，电路的振荡频率= f0，与外接元件，与外接元件r、c无关，所无关，所以这种电路振荡频率的稳定度很高。以这种电路振荡频率的稳定度很高。（2）并联式振荡器）并联式振荡器rf是偏置电阻，是偏

12、置电阻，保证在静态时使保证在静态时使g1工作转折区，构成一个反相放大器。工作转折区，构成一个反相放大器。 晶体工作在略大于晶体工作在略大于fs与与 fp之间，等效一电感，与之间，等效一电感，与c1、c2共同构成电容三点共同构成电容三点式振荡电路。式振荡电路。电路的振荡频率电路的振荡频率= f0。 反相器反相器g2起整形缓冲作用，同时起整形缓冲作用，同时g2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。四多谐振荡器应用实例四多谐振荡器应用实例1. 简易温控报警器简易温控报警器26vccrd5553vi2i1v847rrvcc12c150.01c110/10vc220k1

13、00k0.013r2k（+6v）t3ax31 2. 双音门铃双音门铃。1vi1812r5550.0115crrd427vi26vcc3k3k0.1r44.7k3c47cdd122cp3r3.9kccv（+6v）c24738pan3. 秒脉冲发生器秒脉冲发生器cmos石英晶体多谐振荡器产生石英晶体多谐振荡器产生f=32768hz的基准信号，的基准信号， 经经t/触发器构成的触发器构成的15级异步计数器分频后，便可得到稳定度极高的级异步计数器分频后，便可得到稳定度极高的秒信号。秒信号。 这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源。这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源。8.4 单稳态触

14、发器单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。自动返回到稳态。一一 用用555定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理（1）无触发信号输入时电路工作）无触发信号输入时电路工作在稳定状态在稳定状态 当当vi=1时，电路工作在稳定状态，时，电路工作在稳定状态，即即vo=0，vc=0。（2）vi下降沿触发下降沿触发 当当vi下降沿到达时，下降沿到达时，vo由由0跳变为跳变为1

15、，电路由稳态转入暂稳态。，电路由稳态转入暂稳态。26vccrdo5553vi2i1v84v7rvccc150.01fc1vcvicc&1rstg5k5k5k12vrvvvccdici1i2oov,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入放电端（3）暂稳态的维持时间）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，三极管在暂稳态期间，三极管t截止，截止，vcc经经r向向c充电。充电。时间常数时间常数1= =rc，vc由由0v开始增大，在开始增大，在vc上升到上升到2/3vcc之前，电路保持暂稳态不变。之前，电路保持暂稳态不变。（4）自动返回（暂稳态结束）时间）自动返回（暂

16、稳态结束）时间当当vc上升至上升至2/3vcc时，时，vo由由1跳变跳变0，三极管，三极管t由截止转为饱和导通，由截止转为饱和导通，电容电容c经经t迅速放电，电压迅速放电，电压vc迅速降至迅速降至0v，电路由暂稳态重新转入稳态。，电路由暂稳态重新转入稳态。26vccrdo5553vi2i1v84v7rvccc150.01fc1vcvi2c3vccvttoottovvotivcc01tw（5）恢复过程）恢复过程当暂稳态结束后，电容当暂稳态结束后，电容c通过饱和导通的放电三极管通过饱和导通的放电三极管 t放电，时间常放电，时间常数数 2= =rcesc，经过（，经过（35）2后，电容后，电容c放电

17、完毕，恢复过程结束。放电完毕，恢复过程结束。26vccrdo5553vi2i1v84v7rvccc150.01fc1vcvi2c3vccvttoottovvotivcc01tw2. 主要参数估算主要参数估算(1) 输出脉冲宽度输出脉冲宽度tw（用三要素法计算）（用三要素法计算）rewtttf11minmax上式说明，上式说明，单稳态触发器输出脉冲宽度单稳态触发器输出脉冲宽度tw仅决定于定时元件仅决定于定时元件r、c的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节r、c的的取值，即可方便的调节取值，即可方便的调节tw。（2）恢复时间）恢复时间tre tre=（

18、35）2（3）最高工作频率）最高工作频率fmax vi周期的最小值：周期的最小值： tmin= twtre 因此，单稳态触发器的最高工作频率应为因此，单稳态触发器的最高工作频率应为:crvvvtvvvvtccccccwccccw1 . 1320ln)()()0()(ln11二 集成单稳态触发器74121a1和和a2是两个下降沿有效的触发信号输入端，是两个下降沿有效的触发信号输入端，b是上升沿有效的是上升沿有效的 触发信号输入端。触发信号输入端。aabvovoextcrintcextextrvccgnd10111491634512774121集成单稳态触发器集成单稳态触发器7412174121的

19、外部元件连接方法的外部元件连接方法: :（a a）使用外部电阻）使用外部电阻rext且电路为下降沿触发的连接方式且电路为下降沿触发的连接方式. .（b b）使用内部电阻）使用内部电阻rint且电路为上升沿触发的连接方式。且电路为上升沿触发的连接方式。aabovovextcintrextextcrccvgnd10111491634512774121ccvextr1vicextaabovovextcintrextextcrccvgnd10111491634512774121vicextccv74121的主要参数的主要参数 (1) 输出脉冲宽度输出脉冲宽度tw 使用外接电阻：使用外接电阻： tw 0

20、.7rextc 使用内部电阻：使用内部电阻： tw 0.7rintc（2）输入触发脉冲最小周期）输入触发脉冲最小周期tmin tmin= twtre tre是恢复时间。是恢复时间。（3）周期性输入触发脉冲占空比）周期性输入触发脉冲占空比q 定义：定义： q = tw/t 最大占空比：最大占空比： qmax= tw/ tmin 74121内部内部电阻电阻=2k，外接电阻外接电阻rext可在可在1.440k之间选择，之间选择， 外接电容外接电容c可在可在10pf10f之间选择，之间选择， 所以，当所以，当r=2k时，时， 最大占空比最大占空比qmax为为67%； 当当r=40k时，时，最大占空比最

21、大占空比qmax可达可达90%。三三 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用1. 延时与定时延时与定时（1）延时）延时图中，图中，v/o的下降沿比的下降沿比vi的下的下降沿滞后了时间降沿滞后了时间tw。（2）定时）定时当当v/o=1时，与门打开，时，与门打开，vo= vf。当。当v/o=0时，时，与门关闭，与门关闭，vo为低电平。为低电平。显然与门打开的时间是显然与门打开的时间是恒定不变的，就是单稳恒定不变的，就是单稳输出脉冲输出脉冲v/o的宽度的宽度tw。1&viovvo单稳与门vftwvivovfov 2. 整形整形单稳态触发器能够把不规则的输入信号单稳态触发器能够把不规则的输入信号vi，整

22、形成为幅度和宽，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲度都相同的标准矩形脉冲vo。vo的幅度取决于单稳态电路输的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度出的高、低电平，宽度tw决定于暂稳态时间。决定于暂稳态时间。ivtwov3. 触摸定时控制开关触摸定时控制开关 555定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片p，由于人体感，由于人体感应电压相当于在触发应电压相当于在触发输入端（管脚输入端（管脚2）加入一个负）加入一个负脉冲，脉冲，555输出端输出高电平，输出端输出高电平，灯泡（灯泡（rl）发光，当暂稳态）发光，当暂稳态时间（时间（tw）结束

23、时，）结束时，555输出输出端恢复低电平，灯泡熄灭。端恢复低电平，灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间定时该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由照明，定时时间可由rc参数参数调节。调节。84762153555+vccrlr100kc100c10.01(+6v)p4. 触摸、声控双功能延时灯触摸、声控双功能延时灯555和和t1、r3、r2、c4组成单稳定时电路，定时（即灯亮）时间约为组成单稳定时电路，定时（即灯亮）时间约为1分钟。分钟。当击掌声传至压电陶瓷片时，当击掌声传至压电陶瓷片时，htd将声音信号转换成电信号，经将声音信号转换成电信号，经t2、t1放大，触发放大，触发555，使，使555输出

24、高电平，触发导通晶闸管输出高电平，触发导通晶闸管scr，电灯亮；，电灯亮；同样，若触摸金属片同样，若触摸金属片a时，人体感应电信号经时，人体感应电信号经r4、r5加至加至t1基极，也能使基极，也能使t1导通，触发导通，触发555，达到上述效果。，达到上述效果。84762153c447c0.01555nea220vr3r1m220kscrmcr1004.7m4.7mr4r5r6r71m10k5c0.022tt1290149013htdc3220d1n4004c10.56/400v1r3300.01c2vdd（+6v）dw2cw13举例：举例：8.4.3 图题图题8.4.3为一心律失常报警电路，图中为一心律失常报警电路，图中vi是经过放大后的心是经过放大后的心电信号，其幅值电信号，其幅值vim=4v。（1）对应）对应vi分别画出图中分别画出图中vo1、v