第6章脉冲产生与整形电路

数字电子技术（第三版）尚鸿雁制作电力电子出版社第6章脉冲信号的产生与整形学习要点

555定时器的工作原理及逻辑功能由555定时器构成单稳、多谐、施密特触发器的方法第6章脉冲信号的产生与整形6.2施密特触发器6.3单稳态触发器6.4多谐振荡器6.1555定时器6.1555定时器

1.矩形脉冲

两状态逻辑信号只有0、1两种取值，用波形图表示就是矩形脉冲。

2.矩形脉冲的特性参数

周期T幅度Um宽度tw

上升时间tr下降时间tf

对于理想矩形脉冲，上升时间和下降时间均为0。6.1.1矩形脉冲的基本特性6.1.2555定时器的结构和工作原理复位端低电平有效基本RS触发器001电压比较器分压器2Vcc/3Vcc/3晶体管开关和输出缓冲器0截止1导通U+>U-时，输出为1U+<U-时，输出为0低电平触发端高电平触发端电压控制端复位端低电平有效放电端4.5～16V001①R=0时，Q=1、Q=0，uo=0，V饱和导通。①R=0时，Q=1、Q=0，uo=0，V饱和导通。②R=1、UTH＞2UCC/3、UTR＞UCC/3时，C1输出低电平，C2输出高电平，即RD=0、SD=1，则Q=1、Q=0，uo=0，V饱和导通。＞2UCC/3＞UCC/30011①R=0时，Q=1、Q=0，uo=0，V饱和导通。②R=1、UTH＞2UCC/3、UTR＞UCC/3时，RD=0、SD=1，Q=1、Q=0，uo=0，V饱和导通。＜2UCC/3＞UCC/3101③R=1、UTH＜2UCC/3、UTR＞UCC/3时，RD=1、SD=1，Q、Q不变，uo不变，V状态不变。①R=0时，Q=1、Q=0，uo=0，V饱和导通。②R=1、UTH＞2UCC/3、UTR＞UCC/3时，RD=0、SD=1，Q=1、Q=0，uo=0，V饱和导通。＜2UCC/3＜UCC/31100③R=1、UTH＜2UCC/3、UTR＞UCC/3时，RD=1、SD=1，Q、Q不变，uo不变，V状态不变。④R=1、UTH＜2UCC/3、UTR＜UCC/3时，RD=1、SD=0，Q=0、Q=1，uo=1，V截止。*利用555集成定时器可构成脉冲产生、整形电路<2VCC/36.2施密特触发器能够把变化缓慢的输入脉冲整形为需要的矩形脉冲，具有滞回特性，抗干扰能力也很强。6.2.1用555定时器构成的施密特触发器电路组成VDDuO1uO2uIUCO工作原理滞回特性当uI由0V上升到2VCC/3时，uo由UOH跳变到UOL，但是uI由VCC下降到2VCC/3时uo=UOL却不改变，只有当uI下降到VCC/3时，uo才会由UOL跳变回到UOH。下限阈值电压上限阈值电压回差电压（滞后电压）：ΔUT＝UT＋－UT－前面介绍的施密特触发器的回差电压为：ΔUT＝UT＋－UT－＝2VCC/3－VCC/3＝VCC/3缺点是回差太小，且不能调整。主要参数6.2.2集成施密特触发器CMOS集成施密特触发器主要静态参数

TTL集成施密特触发器主要静态参数

6.2.3施密特触发器的应用（一）用作接口6.2.3施密特触发器的应用（二）用作整形（三）用作阀值电压探测器图中是施密特触发器的输入输出波形，凡是电压幅值达到UT+的输入电压信号，均可被探测出来并形成输出脉冲。（四）用作脉冲展宽图6.2.9是施密特出发器构成的脉冲展宽器的电路及工作波形图。从图中可看出，输出电压U0的脉冲宽度显然比输入电压Ui的脉冲宽度要宽。改变电容C的大小，可方便地调节脉冲展宽的程度。（五）用作多谐振荡器uI为低电平时，uO’为高电平，通过R对电容C充电；uI升高当uI>UT+，uO’跳变为低电平，电容C放电，uI下降；当uI<UT-，uO’又跳变为高电平。周而复始，振荡，输出端得到矩形波。6.3单稳态触发器特点：有一个稳定状态和一个暂稳状态。在外来触发脉冲的作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态。暂稳状态维持一段时间以后（根据电路参数），将自动返回到稳定状态。

用途：这种电路在数字系统和装置中，一般用于(产生一定宽度的方波)、整形(把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的脉冲)以及延时(将输入信号延迟一定的时间之后输出)等。6.3.1用555定时器构成的单稳态触发器R、C是定时元件；uI是输入触发信号，下降沿有效，加在555的TR端(2脚)；uO是输出信号。电路组成

101000101010110工作原理主要参数6.3.2集成单稳态触发器集成单稳态触发器按能否被重触发，可以分为两类：一类是可重触发的；一类是不能重触发的。可重触发是指在暂稳态期间，能够接收到新的触发信号，重新开始暂稳态过程；非重触发是在暂稳态期间不能接收新信号的情况，即非重触发单稳态触发器，只能在稳态时接收输入信号，一旦被触发由稳态翻转到暂稳态后，即使再有新的信号到来，其既定的暂稳态过程也会照样进行下去，直至结束为止。下降沿有效的触发信号输入端输出端外接电阻、电容端定时电阻引出端（或接电源或悬空）(一)非重触发单稳态触发器74121上升沿有效的触发信号输入端TR：内部统一的触发信号，上升沿有效表示单稳是非重触发的只要TR保持状态不便，电路就会一直工作在稳定状态；只有当TR正跳变时，电路才会被触发。主要参数TR-A、TR-B是两个下降沿有效的触发信号输入端，TR+A、TR+B是两个上升沿有效的触发信号输入端。Q和是两个状态互补的输出端。Rext/Cext、Cext、Rin3个引出端是供外接定时元件使用的，外接定时电阻R（R=5kΩ～50kΩ）、电容C（无限制）的接法与74121相同。RD为直接复位输入端，低电平有效。当定时电容C＞1000pF时，74122的输出脉冲宽度：tp≈0.32RC(二)可重触发单稳态触发器74122主要参数其他芯片集成单稳态触发器除74121、74122外，常用的还有双单稳74123、74221等；而CMOS集成电路中，也有类似的、应用也很广的单稳态触发器，例如双单稳CC4098、CC14528就是这样的芯片。从图中可看出u’o的下降沿比uI延迟了tw时间。6.3.3单稳态触发器应用举例(1)延时从图中看到，u’0作为控制与门打开时间的信号，在与门打开时间tw内，UF信号允许通过，tw就是一个定时信号。(2)定时由6.3.6图可看出，不规则的输入信号经单稳态电路后，可整形成为幅度、宽度都相同的矩形脉冲u0。(3)整形6.4多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡电路，当电路连接好之后，只要接通电源，在其输出端便可获得矩形脉冲，由于矩形脉冲中除基波外还含有极丰富的高次谐波，所以人们把这种电路叫做多谐振荡器。6.4.1用555定时器构成的多谐振荡器R1、R2、C是外接定时元件，定时器TH(6)、TR(2)端连接起来接uC，晶体三极管集电极(7)接到R1、R2的连接点P。电路组成工作原理电路就在两个暂稳态之间来回翻转—振荡，在输出端就产生了矩形脉冲。振荡频率的估算和占空比可调电路4.占空比q振荡频率f：

（二）占空比可调电路当R1=R2,q=0.5,

uO将成为对称的矩形脉冲。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开来，再加上一个电位器，便可以得到占空比可调的多谐振荡器。占空比：在对振荡频率稳定性要求较高的地方，利用石英晶体构成石英晶体多谐振荡器。外加电压频率f=f0时，电抗X=0，谐振频率f0十分稳定，其稳定度可达10-10~10-11。6.4.2