第7章脉冲产生与整形电路

1、链接演示文稿主页面第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路第第 7 章脉冲产生与整形电路章脉冲产生与整形电路 概述概述 施密特触发器施密特触发器单稳态触发器单稳态触发器多谐振荡器多谐振荡器本章小结本章小结555 定时器的电路结构及其逻辑功能定时器的电路结构及其逻辑功能第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页主要要求：主要要求： 了解脉冲信号产生与整形的方法。了解脉冲信号产生与整形的方法。 了解脉冲波形的主要参数。了解脉冲波形的主要参数。 7.1 概概 述述第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页Umtrtf TtW 脉脉 冲冲 幅幅 度度 U

2、m： 脉冲上升时间脉冲上升时间 tr：脉冲下降时间脉冲下降时间 tf：脉脉 冲冲 宽宽 度度 tW ：脉脉 冲冲 周周 期期 T ：脉脉 冲冲 频频 率率 f ： 占占 空空 比比 q ：脉冲电压变化的最大值脉冲电压变化的最大值 脉冲波形从脉冲波形从 0.1Um 上升到上升到 0.9Um 所需的时间所需的时间 脉冲上升沿脉冲上升沿 0.5Um 到下降沿到下降沿 0.5Um 所需的时间所需的时间 脉冲波形从脉冲波形从 0.9Um 下降到下降到 0.1Um 所需的时间所需的时间 周期脉冲中相邻两个波形重复出现所需的时间周期脉冲中相邻两个波形重复出现所需的时间 1 秒内脉冲出现的次数秒内脉冲出现的次

3、数 f = 1/T 脉冲宽度脉冲宽度 tw 与脉冲周期与脉冲周期 T 的比值的比值 q = tw/T 一、脉冲波形的主要参数一、脉冲波形的主要参数 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页主要用以主要用以将缓慢变化将缓慢变化或快速变化的或快速变化的非矩形脉冲变换非矩形脉冲变换成陡峭的矩形脉冲。成陡峭的矩形脉冲。 常用的有施密特触发器和单稳态触发器。常用的有施密特触发器和单稳态触发器。 获取脉冲信获取脉冲信号的方法号的方法 脉冲信号产生与脉冲信号产生与整形电路整形电路的实现的实现是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可

4、构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，使用方便、灵活，密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。应用广泛。 用多谐振荡器直接产生。用多谐振荡器直接产生。 用用整形电路整形电路对已有波形进行整形、变换。对已有波形进行整形、变换。 施密特触发器施密特触发器单稳态触发器单稳态触发器 主要用以将宽度不符合要求的脉主要用以将宽度不符合要求的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。冲变换成符合要求的矩形脉冲。用门电路构成。用门电路构成。 用专用的集成电路。用专用的集成电路。 用用 555 定时器定时器构成。构成。 二、脉冲信号产生与整形的方法二、脉冲信号产生与整形的方法 第第 7 章

5、章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页主要要求：主要要求： 了解了解 555 定时器的电路结构，定时器的电路结构，掌握其符号和功能。掌握其符号和功能。7.2 555 定时器的电路结构及其逻辑功能定时器的电路结构及其逻辑功能 了解了解 555 定时器的电路结构，定时器的电路结构，掌握其符号和功能。掌握其符号和功能。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页555 定时器简介定时器简介 555 定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。它的电源电压范围宽用途广泛的多功能电路。它的电源电压范围宽( (TTL 55

6、5 定时器为定时器为 5 16 V，CMOS 555 定时器为定时器为 3 18 V) )，可可提供与提供与 TTL 及及 CMOS 数字电路兼容的接口电平，还数字电路兼容的接口电平，还可可输出一定功率输出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。，驱动微电机、指示灯、扬声器等。TTL 单定时器型号单定时器型号的最后的最后 3 位数字位数字为为 555，双定时，双定时器的为器的为 556；CMOS 单定时器单定时器的最后的最后 4 位数位数为为 7555，双，双定时器的为定时器的为 7556。它们的逻辑功能和外部引线排列完全它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。相同。 7.2.1 555 定时器

7、的电路结构定时器的电路结构第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页C1C2G3QQG1G2RSVRRRUR1UR2G4555 定时器的电路结构与符号定时器的电路结构与符号 UR1UR2 构成构成电阻分电阻分压器压器，为比较器，为比较器 C1、C2 提供两个基提供两个基准电压准电压: UR1 =( (2/3) )VDD， UR2 =( (1/3) )VDD。 输出输出缓冲器缓冲器构成构成基本基本 RS 触发触发器器，决定电路输出。，决定电路输出。MOS 开关管开关管构成构成电压比电压比较器较器，比较，比较 TH 与与 UR1 和和TR 与与 UR2 的大小。的大小。第第 7

8、章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页555 定时器的电路结构与符号定时器的电路结构与符号 C1C2G3QQG1G2RSVRRRUR1UR2G4GNDVDDRDOUTCO555THTRDIS电路符号电路符号627153843OUT输出端输出端 8VDD电源端电源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放电端放电端 TH 6阈值输入端阈值输入端 TR 2触发输入端触发输入端 CO 5控制电压输入端控制电压输入端 GND1接地端接地端 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页定时器定时器 CC7555 的的工作原理工作原理 7.2.2 555 定时器的逻辑功能定

9、时器的逻辑功能当当 TH 端电压大于端电压大于UR1= VDD，TR 端电压大于端电压大于UR2= V DD时，电压时，电压比较器比较器 C1 和和C2 分别输出分别输出 R=1 1、S=0 0，基本基本 RS 触发器置触发器置 0 0，Q =0 0、Q = 1 1， 输出输出 uO =0 ，这时，这时 MOS 管管 V 导通。导通。1323当当 TH 端电压小于端电压小于UR1= VDD，TR 端电压小于端电压小于UR2= V DD时，电压时，电压比较器比较器 C1 和和C2 输出输出 R= 0 0、S=1 1，基本，基本 RS 触发器置触发器置 1 1，Q =1 1、Q = 0 0， 输出

10、输出 uO =1 ，这时，这时 MOS 管管 V 截止。截止。1323当当 TH 端电压小于端电压小于UR1= VDD，TR 端电压大于端电压大于UR2= V DD时，电压时，电压比较器比较器 C1 和和C2 分别分别 R= 0 0、S=0 0，基本，基本 RS触发器置保持原状态不变。输出触发器置保持原状态不变。输出 uO 保持不变。保持不变。1323第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页定时器定时器 CC7555 的的功能表功能表 不变不变不变不变1 1截止截止1 11 1导通导通0 01 1导通导通0 00 0V 状态状态OUT (uO) )RDTRTH输输 出出 输

11、输 入入DD32VDD32VDD31VDD31VDD31VDD32V7.2.2 555 定时器的逻辑功能定时器的逻辑功能第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页7.5 多谐振荡器多谐振荡器主要要求：主要要求： 了解用了解用 555 定时器构成多谐振荡器的方法。定时器构成多谐振荡器的方法。理解石英晶体多谐振荡器的工作原理。理解石英晶体多谐振荡器的工作原理。 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页即矩形脉冲产生电路，由于矩形脉冲含即矩形脉冲产生电路，由于矩形脉冲含有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。 ( (1) )不需输

12、入信号。不需输入信号。( (2) )无稳定状态，只有两个无稳定状态，只有两个暂稳态暂稳态。 通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。 工作特点工作特点Astable MultivibratorGuO逻辑符号逻辑符号多谐振荡器多谐振荡器 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页GNDVDDRDOUTCO555THTRDISVDD0.01 FR1CuOuC- -+R27.5.1 用用 555 定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器 一、一、电

13、路组成电路组成 DISVDDR1CuC- -+R2THTRGNDVDDRDCO0.01 FOUTuO第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLDD32VDD31V 二、二、工作原理工作原理 充电充电UOHTH = TR = uC 很小很小接通接通 VDD 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，电路电路处于暂稳态处于暂稳态。 这时这时放电管截止，放电管截止，VDD 经经 R1、R2 向向 C 充充电，电，uC 上升。上升。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页uCOtOuO

14、tUOLUOHtWHtWLDD32VDD31V 二、二、工作原理工作原理 UOLTH = TR 2/3 VCC当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3VDD 时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。这时放电管。这时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放放电，电，uC 下降。下降。接通接通 VDD后后，开始时，开始时TH = TR = uC 0，uO 为高电平，为高电平，电路电路处于暂稳态处于暂稳态。这时放电管截止，这时放电管截止，VDD经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升。放电放电第第 7 章章 脉冲产生与整形

15、电路脉冲产生与整形电路返回首页uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLDD32VDD31V 当当 uC 下降到下降到 TH = TR = uC 1/3VDD 时，时， uO 重新跃变为高电平重新跃变为高电平，同时放电管，同时放电管 V 截止，电路截止，电路返回到暂稳态返回到暂稳态。 二、二、工作原理工作原理TH=TR1/3VCC接通接通 VDD 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，电路电路处于暂稳态处于暂稳态。这时放电管截止，这时放电管截止，VDD 经经 R1、R2 向向 C 充充电，电，uC 上升上升。当当 uC 上升到上升到 TH = TR =

16、 uC 2/3VDD 时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。这时放电管。这时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放放电，电，uC 下降。下降。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页 二、二、工作原理工作原理电容电容 C 如此循环充电和放电，如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。使电路产生振荡，输出矩形脉冲。周期估算周期估算tW1 0.7 (R1 + R2)C tW2 0.7 R2CT = tW1 + tW2 0.7 (R1 + 2R2)CuCOtOuOtUOLUOHtWHtWLDD32VDD31V 第第 7 章

17、章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页 三、占空比可调的多谐振荡器三、占空比可调的多谐振荡器 充电回路为充电回路为 VDD 经经R1、VD1 对对 C 充电，时充电，时间常数为间常数为 R1C。 放电回路为放电回路为 C 经经VD2、 R2和放电管和放电管 V 放放电，时间常数为电，时间常数为R2C 。GNDVDDRDOUTCO555THTRDISVDD0.01 FR1CuOVD2R2RPVD1R1R2VDDCVD2RPVD1占空比占空比估算估算tW1 0.7 R1C tW2 0.7 R2C211211 W17 . 07 . 07 . 0RRRCRCRCRTtq第第 7 章章 脉冲产

18、生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页 三、占空比可调的谐振荡器三、占空比可调的谐振荡器 555定时器组成的防盗报警电路定时器组成的防盗报警电路当导线当导线 ab 连通时，直接置连通时，直接置 0 端端 RD 为低电平，电路不振为低电平，电路不振荡，扬声器不发出声响，电容荡，扬声器不发出声响，电容 C4 上电压为上电压为 0，三极管，三极管 V 工作工作在导通状态。在导通状态。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页 三、占空比可调的谐振荡器三、占空比可调的谐振荡器 当当 ab 导线被人拉断时，电源导线被人拉断时，电源 VCC 经经 R3、V 将将 C4 迅速充电到高迅速充

19、电到高电平，使电平，使 RD 端为高电平，多谐振荡电路开始振荡，其振荡频率端为高电平，多谐振荡电路开始振荡，其振荡频率 f 1/0.7(R1+2 R2) C 1kHz，于是，扬声器发出，于是，扬声器发出1kHz 的报警声响。的报警声响。555定时器组成的防盗报警电路定时器组成的防盗报警电路第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页本章小结555 定时器是一种用途很广的多功能电路，定时器是一种用途很广的多功能电路，只需外接少量的阻容元件就可很方便地组成只需外接少量的阻容元件就可很方便地组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，等，使用方

20、便灵活，有较强的驱动负载的能使用方便灵活，有较强的驱动负载的能力，获得了广泛的应用。力，获得了广泛的应用。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页施密特触发器有两个稳态状态，而每个稳定施密特触发器有两个稳态状态，而每个稳定状态都是依靠输入电平来维持的。当输入电状态都是依靠输入电平来维持的。当输入电压大于正向阈值电压压大于正向阈值电压UT+时，输出状态转换到时，输出状态转换到另一个稳定状态；而当输入电压小于负向阈另一个稳定状态；而当输入电压小于负向阈值电压值电压UT-时，输出状态又返回到原来的稳定时，输出状态又返回到原来的稳定状态。利用这个特性可将输入的任意电压波状态。利用这

21、个特性可将输入的任意电压波形变换成边沿陡峭的矩形脉冲输出，特别是形变换成边沿陡峭的矩形脉冲输出，特别是可将边沿变化缓慢的信号变换成边沿陡峭的可将边沿变化缓慢的信号变换成边沿陡峭的矩形脉冲。矩形脉冲。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页在数字集成电路中有在数字集成电路中有TTL和和CMOS施密施密特触发器。性能优越，其正向阈值电压和负特触发器。性能优越，其正向阈值电压和负向阈值电压稳定，有很强的抗干扰能力。向阈值电压稳定，有很强的抗干扰能力。 施密特触发器具有回差特性，调节回差电施密特触发器具有回差特性，调节回差电压的大小，可改变电路的抗干扰能力。回差电压的大小，可改变电

22、路的抗干扰能力。回差电压越大，抗干扰能力越强。压越大，抗干扰能力越强。施密特触发器主要用于波形变换成、脉冲施密特触发器主要用于波形变换成、脉冲整形、幅度鉴别等。整形、幅度鉴别等。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态，单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态，在没有触发脉冲作用时，电路处于稳定状态。在没有触发脉冲作用时，电路处于稳定状态。在输入触发脉冲作用下，电路进入暂稳态，经在输入触发脉冲作用下，电路进入暂稳态，经一段时间后，自动返回到稳定状态，从而输出一段时间后，自动返回到稳定状态，从而输出宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲。输出脉冲宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲。输出脉冲宽度取决于定时元件宽度取决于定时元件 R、C 值的大小，与输入