数字电路课件：第十章 脉冲波形的产生与整形

1、10.2 555定时器电路及其功能10.3 施密特触发器10.1 概述10.4 单稳态触发器10.5 多谐振荡器第十章 脉冲波形的产生与整形一、基本概念 从广义上说，凡是不具有连续正弦形状的信号都可称为脉冲信号，如矩形波、三角波、锯齿波等。 用来产生、变换、整形脉冲信号的电路。 数字系统中除了组合逻辑电路和时序逻辑电路外，还有一种脉冲电路。10.1 概 述1、脉冲：2、脉冲电路： 脉冲电路主要的作用是产生脉冲信号和进行脉冲信号的变换，本章就是叙述这方面的内容。3、脉冲单元电路的组成有三种形式：4、脉冲单元电路的主要形式为：(3) 由专用集成电路及R、L、C器件组成。(2) 由集成逻辑门及R、L

2、、C器件组成。（不讲）(1) 由分立元件（三极管、R、L、C器件）组成。(不讲）(3) 多谐振荡器(2) 单稳态触发器(1) 施密特触发器二、几种常见的脉冲波形主要介绍：4、多谐振荡器3、单稳态触发器及其应用2、施密特触发器及其应用1、555定时器电路及其功能三、脉冲波形参数正弦信号可以用“三要素”完全描述：幅度、 脉冲信号无法被完全描述，只能用一些参数近似描述！周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。用频率f = 1/T表示单位时间内脉冲重复的次数。脉冲电压的最大变化幅度。脉冲周期T：脉冲幅度Vm：频率、相位TVm注意：三个测量点：0.1Vm、0.5Vm、0.9Vm。从脉冲前沿到

3、达0.5 Vm起，到脉冲后沿到达0.5 Vm为止的一段时间。脉冲上升沿从0.1 Vm上升到0.9 Vm所需要 的时间。脉冲下降沿从0.9 Vm下降到0.1 Vm所需要 的时间。脉冲宽度与脉冲周期的比值，即q = tW / T。脉冲宽度tW：上升时间tr ：下降时间tf ：占空比q：TVmtW0.5Vmtr0.9Vm0.1Vmtf10.2 555定时器电路及其功能 555定时器是一种常用的定时器集成电路芯片。它可以制作出多种多样的实用电路。本节介绍其电路原理、功能及应用。一、电路的组成 555集成电路的输出级为推拉式结构， 此外芯片内部还有一个集电极开路的放电晶体管TD。 它有两个比较器C1和C

4、2，每个比较器的一个输入端接到三个R电阻组成的分压器上，输出分别接SR锁存器输入端。 集成555电路的八个引脚的作用及名称为：脚1接地端 GND脚2触发器输入端 TR脚3输出端 OUT脚4复位端 RD脚5控制电压输入端 VCO脚6阈值输入端 TH脚7放电端 DISC脚8电源端 Vcc双极型：516V，ILmax=200mACMOS型：318V，ILmax=4mARD=0时，001二、功能vo=0，TD导通。0RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，2VCC/3VCC/3000111vo=0，TD饱和导通。10VCO没接电压源2VCC/3VCC/311RD=1、UTH2VCC/3、UT

5、RVCC/3时，不变1Q、Q不变，vo不变，TD状态不变。不变不变RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，2VCC/3VCC/3111000Q=0、Q=1，vo=1，TD截止。11RD=1、UTH2VCC/3、UTR2VCC/3VCC/30110101Q=Q=1，vo=1，TD截止。1TR(VI2) TH(VI1) S(C2) R(C1) QvO DISC(TD)1/3Vcc1/3Vcc1/3Vcc2/3Vcc 1 0 0 0导通2/3Vcc 0 01(不定)1(不定)截止(不定)一、施密特触发器特性 施密特触发器是一种脉冲信号的整形电路， 1. 施密特触发器属于电平触发，10.3

6、施密特触发器 2. 对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值电平VT+和VT- ，也就是引起输出电平突变的输入电平不同，具有滞后电压传输特性，此特性又称回差（滞回）特性。如图所示：它与一般触发器一样，有两个稳定的工作状态，但它与前面第几章介绍的触发器又有如下不同点：缓慢变化的信号也可作为触发输入信号，当输入信号达到某一特定的阈值时，输出电平会发生突变，也就是说施密特触发器会从一个稳态翻转到另外一个稳态。施密特触发器非门和与门的逻辑符号分别为:施密特触发器非门特性施密特触发器与门特性施密特触发器的特点： 把VT+和VT-之差称为回差电压VT = VT+ - VT-对于正向和负向增长的输入信

7、号，电路具有不同的阈值电压。vIvOVT+VT-0vIvOVT+VT-0反相输出同相输出vIvOvIvO二、由555定时器构成的施密特触发器 将555定时器的TH（6）和TR（2）两个输入端连在一起作为信号输入端，即可得到施密特触发器。8 41 5625553VCCvIvo0.01F 由于比较器C1和C2的参考电压不同，而输入电压相同，因而SR锁存器的置0信号（R0）和置1信号（S=0）必然发生在输入信号vI的不同电平。因此，输出电压vO由高电平变为低电平和由低电平变为高电平所对应的vI值也不相同，这样就形成了施密特触发特性。 为了提高比较器参考电压VR1和VR2的稳定性，通常在VCO端接有0

8、.01 F左右的滤波电容。 (1) 当vI 2VCC/3以后，比较器C1输出为0、C2输出为1，触器置0，即Q0、Q 1 ，uo=VOL。10100 此后，vI上升到VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3以前，vo0的状态不会改变。01011 （3）vIVCC/3时，比较器C1输出为1、C2输出为0，触发器置1，即Q1、 Q 0 ，vo=VOH。 此后，vI继续下降到0，但voVOH的状态不会改变。 如果参考电压由外接的电压Vco供给，则VT+ = Vco，VT- = 1/2Vco，VT= 1/2Vco。通过改变Vco值，可以调节回差电压的大小。回差电压为VT = VT+ - VT- = 1

9、/3Vcc反相输出 1、用于波形变换 2、用于脉冲整形 3.用于脉冲鉴幅三、施密特触发器的应用 可以将正弦波、三角波以及各种周期性的不规则的波形变换成规范的矩形波。常用作计数器的输入整形电路，作为计数器的时钟。 利用回差特性可以抑制叠加在输入信号上的干扰，使输出变成理想的矩形波。 为了选出有用信号，利用回差特性，使电路的上限触发电平Vt+等于规定的鉴幅电压。10.4 单稳态触发器一、单稳态触发器特性 单稳态触发器与一般的双稳态触发器及施密特触发器不同之处在于：它只有一个稳态，另外有一个暂稳态。 所谓暂稳态，是一个不能长久保持的状态，在暂稳态期间，电路中一些电压和电流会随着电容的充电和放电发生变

10、化。而稳态中，电路中电流及电压是不变的。 在单稳态触发器中，没有外加触发信号的作用，电路始终处于稳态；在外加触发信号的作用下，电路能从稳态翻转到暂稳态，经过一段时间后，又能自动返回稳态。 单稳态触发器处于暂稳态的时间通常取决于电容充电和放电的时间，与触发脉冲无关，这个时间等于单稳态触发器的输出脉冲的宽度。二、由555定时器构成的单稳态触发器 若以555定时器的vTR端作为触发信号的输入端，并将由TD和组成的反相器输出电压vc接至vTH端，同时在vTH对地接入电容，则构成了单稳态触发器。0.01F8 41 57625553VCCvIvoCvCR如果没有触发信号时，vI处于高电平,(1) 设Q =

11、 0的状态1、电路的稳态则TD导通vC 0，故vC1=vC2=1 ，Q = 0及vO= 0的状态将稳定地维持不变。这时TD一定截止，Vcc便经R向C充电。当充到vC = 2/3Vcc时，vC1变为0，于是将触发器置0。同时，TD导通，电容C经TD迅速放电，使vc 0。(2) 设 =1 的状态此后由于vC1=vC2=1 ，锁存器保持0状态不变，输出也相应地稳定在vo = 0的状态。 因此，通电后电路便自动地停在vo = 0的稳态。一定处于vC1=vC2=1，Q=0，vO=0的状态。则电路稳态时，电路接通电源后 当触发脉冲的下降沿到达时，使vI跳变到1/3 Vcc以下，使vC2 = 0(此时vC1

12、 = 1)，触发器被置1，vO跳变为高电平，电路进入暂稳态。2、电路的暂稳态 与此同时TD截止，Vcc经R开始向电容C充电。 当充电至vC = 2/3Vcc时， vC1变成0。如果这时输入端的触发脉冲已消失，vI回到了高电平(vC2=1) ，则触发器将被置0，于是输出返回vO= 0的状态。同时TD处于导通状态，电容C经TD迅速放电，直至vC 0，电路恢复到稳态。在触发信号作用下vC和vO相应的波形 如果在电路的暂稳态持续时间内，加入新的触发脉冲，如图中虚线所示则该脉冲不起作用，电路为不可重复触发单稳。 Tw等于暂稳态的持续时间，持续时间取决于外接电阻R和电容C的大小。Tw等于电容电压在充电过程

13、中从0上升2/3Vcc所需要的时间： 通常的取值在几百欧姆到几兆欧姆之间，电容的取值范围为几百皮法到几百微法，Tw的范围为几微秒到几分钟。但必须注意，随着Tw的宽度增加它的精度和稳定度也将下降。注：输入触发脉冲的宽度应小于Tw3、输出脉冲的宽度Tw三、单稳态触发器的应用延迟与定时整形10.5 多谐振荡器一、多谐振荡器特性 多谐振荡器是能产生矩形脉冲波的自激振荡器，由于矩形波中除基波外，包括了许多高次谐波，因此这类振荡器被称作多谐振荡器。 多谐振荡器一旦振荡起来后，电路没有稳态，只有两个暂稳态，它们在作交替变化，输出矩形波脉冲信号，因此它又被称作无稳电路。二、用施密特触发器构成的多谐振荡器使输入电压在VT+与VT-之间不停的往复变化，即可得到多谐振荡器。将施密特触发器的反相输出端经RC积分电路接回输入端即可。三、由555定时器构成的多谐振荡器1、电路形式 接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当vc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出