脉冲产生与整形课件

第六章脉冲产生与整形小结多谐振荡器单稳态触发器施密特触发器集成定时器第六章脉冲产生与整形555定时器。本章将介绍常用的脉冲变换、整形和产生电路——施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器和多用途的555定时器。重点:脉冲电路的分析、微分型单稳态触发器、晶体振荡器、获得矩形脉冲的方法通常有两种：第一节概述一种是用脉冲产生电路直接产生；前提：要有符合频率、幅度都符合要求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。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振荡电路三种类型。施密特触发器就是常用的整形电路脉冲电路的基本分析方法RC开关电路①开关转换的一瞬间，电容器上电压不能突变，满足开关定理UC(0+)=UC(0-)。

②暂态过程结束后，流过电容器的电流iC(∞)为0，即电容器相当于开路。③电路的时常数τ=RC,τ决定了暂态时间的长短。根据三要素公式，可以得到电压(或电流)随时间变化的方程为如果U(tM)=UT，它是U(0+)和U(∞）之间的某一转换值，那么从暂态过程的起始值U(0+)变到UT所经历的时间tM可用下式计算：

描述矩形脉冲特性的主要参数第二节施密特触发器2.电路状态转换时，内部电路的正反馈使输出电压波形的边沿变陡。施密特触发器是具有电压滞后特性的数字传输门。其特点如下：一、特性与原理1.输入电平的阈值电压由低到高为，由高到低为，且＞，输出的变化滞后于输入，形成回环。第二节施密特触发器施密特触发器的电压传输特性施密特触发器的回环特性反向传输特性同向传输特性UOHUOLUT+UT-OuOuI输入电压增加UOHUOLUT+UT-OuOuI输入电压减小输入电压增加输入电压减小UT+UT-OuItUOHUOLOuOt第二节施密特触发器施密特触发器的输入输出波形图反向传输同向传输UT+UT-OuItUOHUOLOuOt第二节施密特触发器施密特触发器符号：具有施密特触发器特性的电路：1.带有正反馈的运算放大器比较的基准电压：

UP总是与uO同相、与uI反相，因而形成回差。11uOuIRfR1UP第二节施密特触发器2.用门电路组成的施密特触发器

用CMOS反相器构成的施密特触发器

（a）电路（b）图形符号接成正反馈电路从0逐步升高并达到时，进入电压传输特性的转折区，的增加将引发如下正反馈迅速转换为得由从逐步下降并达到时，的下降将引发如下正反馈迅速转换为称为正向阈值电压得由称为正向阈值电压将与之差定义为回差电压例题（例6.2.1）（见课本P311）用TTL门电路接成的施密特触发器（分析略）二、集成施密特触发器带与非功能的TTL集成施密特触发器第二节施密特触发器当输入端的电压使得T1截止，T2饱和导通。若逐步升高并使T1进入导通状态，并有如下正反馈发生从而使电路迅速转为T1饱和导通，T2截止。若从高电平逐步下降，且只有0.7V左右时，减少，又会引发另一个正反馈过程，使电路迅速返回T1截止，T2饱和导通。CMOS集成施密特触发器CC40106将一周期性信号变换为矩形波，其输出脉冲宽度tW可通过改变进行调节ΔUT。第二节施密特触发器三、施密特触发器应用举例1.波形变换twΔttUOHUOLOuOUT+UT-OuIΔ=－第二节施密特触发器三、施密特触发器应用举例2.信号整形将不规则的信号波形整成矩形脉冲。

ttUOHUOLOuOUT+UT-OuI第二节施密特触发器三、施密特触发器应用举例3.幅度鉴别施密特触发器的输出状态取决于输入信号的电压值，因此可用作幅度鉴别。ttUOHUOLOuOUT+UT-OuI阴影部分电压大于UT+第二节施密特触发器三、施密特触发器应用举例由施密特触发器构成的多谐振荡器如上图所示，其原理在学习多谐振荡器后自行分析。4.构成多谐振荡器1uORCAQBQ&G1QRD&G2QSD单稳态触发器的工作原理

第三节单稳态触发器当RD=SD=1时，Q可处于1或0的状态，它具有两个稳定状态，因而称为双稳态触发器。回顾：基本RS触发器011110QRDQ单稳态触发器接入电阻R，使B点为低电平。A=110当A=1时，由于B=0，因此Q=1，Q=0。电路工作在稳定状态。0当A负跳变时，1G1门输出为高电平，Q由0变为1。0Q由1变为0。B跟随Q上升，输入信号A负跳变时，电路状态发生变化，称为触发。触发后，A很快回到高电平，1Q维持1，电阻电压逐步下降。1BRC1暂稳态

B点电压下降，达到阈值电压以下时，Q翻转回1，Q翻转为0。010单稳态触发器的一般特性:

1.只有一个稳态，另有一个暂稳态。稳态暂态2．何时翻转到暂稳态取决于输入信号。3．何时翻转回稳态取决于电路参数R与C。第三节单稳态触发器单稳态触发器AQAQtAtW参数计算：第三节单稳态触发器1．tW——暂稳态时间

运用“三要素法”忽略电路中其他电阻的影响B点初始电压

UB(0+)=UDDB点终了电压

UB(∞)=0时间常数

τ=RC可得B点电压瞬时值参数计算：

第三节单稳态触发器若

UTH=(1/2)UDD则

tW

≈0.7τ=0.7RC设门电路的阈值电压为UTH，则

UTH=UDD参数计算：

第三节单稳态触发器2．tre

——恢复时间

3．

fmax——最高工作频率fmax≤tre=(3~5)τre式中τre为电容放电的时间常数。忽略门电路输入电阻的影响，τre=RC5.反馈环节也可采用RC积分电路。第三节单稳态触发器讨论：1．若采用TTL门电路，为保证稳态时门2输入低电平，电阻R必须小于关门电阻Roff，如标准74系列应小于700Ω。采用

CMOS电路无此限制。2．为减小恢复时间tre，可在R上并联一个二极管，给电容C提供放电回路。3．若输入脉冲过宽（tA＞tW），电路工作可能不正常，可在输入端另加一RC微分电路，形成窄输入脉冲。4．采用或非门电路同样可以构成单稳态触发器。微分型单稳态触发器积分型单稳态触发器三、集成单稳态触发器

第三节单稳态触发器集成单稳态触发器可重复触发型不可重复触发型不可重复触发可重复触发1.TTL双单稳态触发器74221

第三节单稳态触发器

74221内部有一个2kΩ的电阻可供使用。若不用内电阻则需外接。无论何种接法，暂稳态时间均为

tW=0.7RC2.CMOS双单稳态触发器4538

第三节单稳态触发器4538是可重复触发的单稳态触发器。Rx的最小值为5kΩ，Cx的最小值为0。

CPA

Q

Y四、单稳态触发器应用举例第三节单稳态触发器（一）定时

单稳态触发器输出端控制一个与门，在tW时间内与门输出CP脉冲。

CP

A

QY四、单稳态触发器应用举例第三节单稳态触发器（二）CPU“看门狗”电路由可重复触发特性，只要定时间隔小于暂稳态时间，单稳态触发器就可连续输出高电平，系统工作正常；当“死机”发生后，单稳态触发器因得不到连续触发而输出低电平，系统复位，进入初始化程序。

典型脉冲参数第四节多谐振荡器脉冲产生是将电源提供的能量，转换成按一定规律变化的脉冲信号。

预备知识：脉冲宽度脉冲周期tw/T=1/2时，脉冲称为方波。上升时间Tr下降时间TfTtW典型脉冲波形tWT第四节多谐振荡器一、多谐振荡器

两个稳定状态一个稳态和一个暂稳态没有稳态常被称为多谐振荡器&G1QRD&G2QSD基本RS触发器&G1QRD1G2QSDBRC单稳态电路&G1QRD1G2QSDBRCARC1无稳态电路QQC1C2R2G1G2R1AB&G1QRD1G2QSDBRCARC1第四节多谐振荡器对称多谐振荡器

电路有两种工作过程：正反馈过程和暂稳态过程正反馈过程：uQuAuBuQuA正反馈过程QQC1C2R2G1G2R1ABQQBA暂稳态过程暂稳态过程:C1C2充放电正反馈过程达到阈值电压第四节多谐振荡器电路中电容的充、放电等效电路

（a）C1充电的等效电路（b）C2放电的等效电路

但非门的平均传输延迟时间过短，且不稳定，故实用中常加入RC电路。第四节多谐振荡器其他常用多谐振荡器

奇数个非门接成环形，可形成各点电平高低的交替变化。环形振荡器

RRC1C1CMOS环形振荡器改进的环形振荡器对于含有RC元件的脉冲电路，关键是电容的充放电，而关键连接点就是与电容相连的门电路的输入端。第四节多谐振荡器第四节多谐振荡器二、晶体振荡器

石英晶体谐振器具有极高的稳定性，用它作为谐振元件做成的晶体振荡器的频率稳定度可优于10－9。电路符号等效电路CPCLR频率特性fPfSf0X第四节多谐振荡器第四节多谐振荡器二、晶体振荡器

多谐振荡器电路石英晶体多谐振荡器QQC1C2R2G1G2R1ABQQC1C2R2G1G2R1AB

C1只起耦合作用，其值应取得大一些。工作在串联谐振频率第四节多谐振荡器第五节集成定时器555定时器双极型: 驱动能力较强CMOS: 功耗低，最低工作电压小， 输入电阻高流行的产品主要有4个，BJT两个：555和556（含有两个555），CMOS两个：7555和7556（含有两个7555），现以CMOS集成定时器7555为例介绍其结构与功能。

555定时器外接适当的电阻、电容能方便地构成多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器等。

555电路是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ电阻而得名。7555控制电压端TR第五节集成定时器一、CMOS集成定时器7555的结构低电平触发高电平触发复位端输出端放电端1地8234765电源18UDD4R25CO6TH3OUT7DQ≥1Q≥1基本RS触发器

C1、C2是两个电压比较器分压器:由三个等值电阻R串联而成G1111G2T驱动器和放电开关C1C2RRRTR18UDD4R25CO6TH3OUT7DQ≥1Q≥1RRRG1111G2TC1C2第五节集成定时器二、CMOS集成定时器7555的工作原理当＝L时，反相器G1输出高电平，0110所以Q为低电平，OUT=L。使G2输入为高电平，T管导通。此时称为复位。假设D端通过电阻接到正电源，则D端为低电平。000TR18UDD4R25CO6TH3OUT7DQ≥1Q≥1RRRG1111G2TC1C2第五节集成定时器当＝H

时，1.TH>2UDD/3，电路的输出状态与无关，所以为任意输入×。101则C1输出为1，

Q=0，

OUT=0。T导通。01二、CMOS集成定时器7555的工作原理清零失效02.TH<2UDD/3，>UDD/3；00触发器保持原状态不变。

C1输出为0；

C2输出为0； TR18UDD4R25CO6TH3OUT7DQ≥1Q≥1RRRG1111G2TC1C2当＝H

时，1清零失效第五节集成定时器Q=1，T管截止，OUT=1。C1=0；3.TH<2UDD/3，<UDD/3，C2=1，

OUT=1称为电路置位或置“1”二、CMOS集成定时器7555的工作原理01101第五节集成定时器7555功能表<UDD/3TH(6)(4)(2)OUT(3)T管D(7)>2UDD/3<2UDD/3<2UDD/3>UDD/3HHHHH截止导通导通不变不变不变LLLLL☓☓☓集成定时器7555的主要参数：电源电压：

UDD=3～18V

触发电流：

<50pA复位电流：

≤100pA

输出电压

UOL≤

0.1V(UDD=15V,IOL=3.2mA)

UOH≥

14.8V(UDD=15V,IOH=1mA)最大功耗

300mWTR18UDD4R25CO6THOUTDQ≥1Q≥1RRRG1111G2TC1C2清零失效第五节集成定时器三、555电路构成单稳态触发器

触发前00R1C0.01uF1010放电TR18UDD4R25CO6THOUTDQ≥1Q≥1RRRG1111G2TC1C200R1C0.01uF1010第五节集成定时器触发t00uCt0三、555电路构成单稳态触发器

01011uI(TR)uC(D)uO(OUT)当D端uC电压充电到2UDD/3时，比较器C1输出为高电平，Q端为低电平，T管输入为高电平，输出OUT翻转，T管导通。暂稳态结束2UDD/3t12UDD/3010暂稳态结束tw=1.1RCtre恢复时间第五节集成定时器单稳态触发器的主要参数1.输出脉冲宽度tW2.

恢复时间tre

C通过T管导通电阻R′放电，经过(3～5)τ放基本结束，所以tre=(3～5)

R′C。三、555电路构成单稳态触发器

td指为保证单稳正常工作允许触发脉冲最小的时间间隔。显然

td=

tW＋tre3.分辨时间td4.输出脉冲幅度UmUm决定