数电课件 第7章

1、第7章 脉冲波形的产生与整形 第第7章章 脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形 7.1 概述概述 7.2 555定时器及其应用定时器及其应用 第7章 脉冲波形的产生与整形 7.1 概概 述述 7.1.1 脉冲产生电路和整形电路的特点脉冲产生电路和整形电路的特点 获得矩形脉冲的方法通常有两种：一种是用脉冲产生电路直接产生；另一种是对已有的信号进行整形，然后将它变换成所需要的脉冲信号。 脉冲产生电路能够直接产生矩形脉冲或方波，它由开关元件和惰性电路组成，开关元件的通断使电路实现不同状态的转换，而惰性电路则用来控制暂态变化过程的快慢。 典型的矩形脉冲产生电路有双稳态触发电路、单稳态触发电路和多谐

2、振荡电路三种类型。 第7章 脉冲波形的产生与整形 双稳态触发电路具有两个稳定状态，两个稳定状态的转换都需要在外加触发脉冲的推动下才能完成。 单稳态触发电路只有一个稳定状态，另一个是暂时稳定状态，从稳定状态转换到暂稳态时必须由外加触发信号触发，从暂稳态转换到稳态是由电路自身完成的，暂稳态的持续时间取决于电路本身的参数。 多谐振荡电路能够自激产生脉冲波形，它的状态转换不需要外加触发信号触发，而完全由电路自身完成。因此它没有稳定状态，只有两个暂稳态。 第7章 脉冲波形的产生与整形 7.2 555 定时器及其应用定时器及其应用 7.2.1 555 定时器的组成与功能定时器的组成与功能图图7.2.1 5

3、55 定时器定时器第7章 脉冲波形的产生与整形 表表7.2.1555定时器的功能表定时器的功能表 定时器的主要功能取决于定时器的主要功能取决于两个比较器输出对两个比较器输出对RS触发器和触发器和放电管放电管V1状态的控制。状态的控制。第7章 脉冲波形的产生与整形 7.2.2 555 定时器的典型应用定时器的典型应用 1. 单稳态触发器单稳态触发器 1) 工作原理工作原理 静止期静止期：触发信号没有来到触发信号没有来到，Ui为高为高电平。电源刚接通时，电路有一个暂态过程，电平。电源刚接通时，电路有一个暂态过程，即电源通过电阻即电源通过电阻R向电容向电容C充电，充电， 当当UC上升到上升到 时，时

4、，RS触发器置触发器置 0，Uo=0，V1导通，导通，因此电容因此电容C又通过导电管又通过导电管V1迅速放电，直到迅速放电，直到UC=0，电路进入稳态。这时如果，电路进入稳态。这时如果Ui一直没有一直没有触触发信号来到，电路就一直处于发信号来到，电路就一直处于Uo=0 的稳定状的稳定状态。态。 CCU32第7章 脉冲波形的产生与整形 暂稳态：暂稳态：外加触发信号外加触发信号Ui的下降沿到达时，的下降沿到达时，由于由于 ，RS触发器触发器Q端置端置 1，因此，因此Uo=1, V1截止，截止，UCC开始通过电阻开始通过电阻R向电容向电容C充电。充电。随着电容随着电容C充电的进行，充电的进行，UC不

5、断上升，趋向值不断上升，趋向值UC()=UCC。 Ui的触发负脉冲消失后，的触发负脉冲消失后，U2回到高电平，在回到高电平，在 期间，期间，RS触发器状态保持不变，因此，触发器状态保持不变，因此，Uo一直保持高电平不变，电路维持一直保持高电平不变，电路维持在暂稳态。但当电容在暂稳态。但当电容C上的电压上升到上的电压上升到 时，时，RS触发器置触发器置 0，电，电路输出路输出Uo=0，V1导通，此时暂稳态便结束，电路将返回到初始的稳态。导通，此时暂稳态便结束，电路将返回到初始的稳态。 0)(3162CCCUUUU、CCUU312CCUU326CCUU326 第7章 脉冲波形的产生与整形 恢复期：

6、恢复期：V1导通后，电容导通后，电容C通过通过V1迅速放电，使迅速放电，使UC0，电路又恢，电路又恢复到稳态，第二个触发信号到来时，又重复上述过程。复到稳态，第二个触发信号到来时，又重复上述过程。 第7章 脉冲波形的产生与整形 2) 输出脉冲宽度输出脉冲宽度TW 输出脉冲宽度TW是暂稳态的停留时间，根据电容C的充电过程可知： ,32)(,)(, 0)0(RCUTUUUUUCCWCTCCCC因而代入式RCnRCUUUUnRCTTCCCW1 . 131)()0()(1 注意：注意：电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求，电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求， 它必须它必须小于小于TW。若输入触发脉冲宽度

7、大于。若输入触发脉冲宽度大于TW时，应在时，应在U2输入端加输入端加RiCi微分电路。微分电路。 ( )(0 )1n( )MTUUtRCUU 可得第7章 脉冲波形的产生与整形 3) 单稳触发电路的用途单稳触发电路的用途 (1) 延时，将输入信号延迟一定时间延时，将输入信号延迟一定时间(一般为脉宽一般为脉宽TW)后输出。后输出。 (2) 定时，定时， 产生一定宽度的脉冲信号。产生一定宽度的脉冲信号。 第7章 脉冲波形的产生与整形 2多谐振荡器多谐振荡器 R1、R2、C为外接定时元为外接定时元件，件，.F为滤波电容。该为滤波电容。该电路不需要外加触发信号，加电电路不需要外加触发信号，加电后就能产生

8、周期性的矩形脉冲或后就能产生周期性的矩形脉冲或方波。方波。 第7章 脉冲波形的产生与整形 1) 工作原理工作原理 多谐振荡器只有两个暂稳态。假设当电源接通后，多谐振荡器只有两个暂稳态。假设当电源接通后，电路处于某一暂稳态，电路处于某一暂稳态，电容电容C上电压上电压UC略低于略低于 ，Uo输出高电平，输出高电平，V1截止，电源截止，电源UCC通过通过R1、R2 给电容给电容C充电。充电。随着充电的进行随着充电的进行UC逐渐增高，但只要逐渐增高，但只要 ， 输出电压输出电压Uo就一直保持高电平不变，这就就一直保持高电平不变，这就是第一个暂稳是第一个暂稳态。态。 CCCCCUUU323113CCU第

9、7章 脉冲波形的产生与整形 当电容当电容C上的电压上的电压UC略微超过略微超过 时时(即即U6和和U2均大于等均大于等于于 时时)， RS触发器置触发器置 0，使输出电压，使输出电压Uo从原来的高电从原来的高电平翻转到低电平，即平翻转到低电平，即Uo=0，V1导通饱和，此时电容导通饱和，此时电容C通过通过R2和和 V1放 电 。 随 着 电 容放 电 。 随 着 电 容 C 放 电 ，放 电 ， UC下 降 ， 但 只下 降 ， 但 只要要 ， Uo就一直保持低电平不变，这就是第就一直保持低电平不变，这就是第二个暂稳态。二个暂稳态。 CCCCCUUU3132CCU32CCU32CCU31第7章

10、 脉冲波形的产生与整形 当电容当电容C上的电压上的电压UC略微超过略微超过 时时(即即U6和和U2均大于等均大于等于于 时时)， RS触发器置触发器置 0，使输出电压，使输出电压Uo从原来的高电从原来的高电平翻转到低电平，即平翻转到低电平，即Uo=0，V1导通饱和，此时电容导通饱和，此时电容C通过通过R2和和 V1放 电 。 随 着 电 容放 电 。 随 着 电 容 C 放 电 ，放 电 ， UC下 降 ， 但 只下 降 ， 但 只要要 ， Uo就一直保持低电平不变，这就是第就一直保持低电平不变，这就是第二个暂稳态。二个暂稳态。 当当UC下降到略微低于下降到略微低于 时，时，RS触发器置触发器

11、置 1，电路输，电路输出又变为出又变为Uo=1，V1截止，电容截止，电容C再次充电，又重复上述过程，再次充电，又重复上述过程，电路输电路输出便得到周期性的矩形脉冲。其工作波形如图出便得到周期性的矩形脉冲。其工作波形如图7.2.3(b)所示。所示。CCCCCUUU3132CCU32CCU32CCU31第7章 脉冲波形的产生与整形 2) 振荡周期T的计算 多谐振荡器的振荡周期为两个暂稳态的持续时间，T=T1+T2。由图7.2.3(b)UC的波形求得电容C的充电时间T1和放电时间2各为 CRRnCRRUUUUnCRRTCCCCCCCC)(7 . 021)(32311)(2121211CRnCRUUn

12、CRTCCCC22227 . 0213103201CRRTTT)2(7 . 02121因而振荡周期 第7章 脉冲波形的产生与整形 4) 多谐振荡器应用举例多谐振荡器应用举例 用两个多谐振荡器可以组成模拟声响电路。适当选择定时元件，使振荡用两个多谐振荡器可以组成模拟声响电路。适当选择定时元件，使振荡器器A的振荡频率的振荡频率fA=1Hz， 振荡器振荡器B的振荡频率的振荡频率 fB= 1kHz。由于低频振荡器。由于低频振荡器A的的输出接至高频振荡器输出接至高频振荡器B的复位端的复位端(4脚脚)，当，当Uo1输出高电平时，输出高电平时，B振荡器才能振振荡器才能振荡，荡，Uo1输出低电平时，输出低电平

13、时， B振荡器被复位，停止振荡，因此使扬声器发出振荡器被复位，停止振荡，因此使扬声器发出 1kHz的间歇声响。的间歇声响。第7章 脉冲波形的产生与整形 3.施密特触发器施密特触发器1）施密特触发器的构成与工作原理用555定时器构成的施密特触发器如图7.2.6（a）所示，图中,U6(TH)和U2(TR)直接连接在一起作为触发电平输入端。若在输入端Ui加三角波，则可在输出端得到如图7.2.6（b）所示的矩形脉冲。其工作过程如下： iU从 0 开始升高，当CCiUU31 时，RS 触发器置 1，故OU=HU0；当CCiCCUUU3231时，故OU=HU0保持不变；当CCiUU32 时，电路发生翻转，

14、RS 触发器置 0，0U从HU0变为OLU，此时相应的iU幅值(CCU32)称之为上触发电平U。 第7章 脉冲波形的产生与整形 图7.2.6用555定时器构成的施密特触发器 第7章 脉冲波形的产生与整形 当 时，Uo=UoL不变；当Ui下降，且 时，由于RS触发器的RS=11，故Uo=UoL保持不变；只有当Ui下降到小于等于 时，RS触发器置 1，电路发生翻转，Uo从UoL变为UoH，此时相应的Ui幅值( )称为下触发电平U-。 从以上分析可以看出，电路在Ui上升和下降时，输出电压Uo翻转时所对应的输入电压值是不同的，一个为U+，另一个为U-。 这是施密特电路所具有的滞后特性，称为回差。回差电压 。电路的电压传输特性如图7.2.6(c)所示。改变电压控制端UCO(5脚)的电压值便可改变回差电压，一般UCO越高，U越大，抗干扰能力越强，但灵敏度相应降低。 CCiUU32CCiCCUUU3231CCU31CCU31CCUUUU31第7章 脉冲波形的产生与整形 2) 施密特触发器的应用施密特触发器的应用 施密特触发器应用很广，施密特触发器应用很广， 主要有以下几方面：主要有以下几方面： 波形变换。波形变换。可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换成矩形脉冲。可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换成矩形脉冲。