第十章 脉冲波形的产生与整形.ppt

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、2) 由集成逻辑门及R、L、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,注

3、意：三个测量点：0.1Vm、0.5Vm、0.9Vm。,从脉冲前沿到达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：,0.5Vm,10.2 555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

4、电极开路的放电晶体管TD。,它有两个比较器C1和C2，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=200mA,CMOS型：318V，ILmax=4mA,RD=0时，,0,0,1,二、功能,vo=0，,TD导通。,0,RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，,2VCC/3,VCC/3,0,0,0,1,1,1

5、,vo=0，,TD饱和导通。,1,0,VCO没接电压源,2VCC/3,VCC/3,1,1,RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，,不变,1,Q、Q不变，,vo不变，,TD状态不变。,不变,不变,RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，,2VCC/3,VCC/3,1,1,1,0,0,0,Q=0、Q=1，,vo=1，,TD截止。,1,1,RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，,2VCC/3,VCC/3,0,1,1,0,1,0,1,Q=Q=1，,vo=1，,TD截止。,1,一、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，

6、,10.3 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 =

7、VT+ - VT-,对于正向和负向增长的输入信号，电路具有不同的阈值电压。,反相输出,同相输出,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。,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0.01 F左右的滤波电容。,(1)

8、 当vI VCC/3时，由于比较器vC1=1、vC2=0，触发器 置1，即Q1、 Q0 ，voVOH。,vI升高时，在未到达2VCC/3以前，voVOH的状态不 会改变。,0,1,0,1,1,（2）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。,1,0,1,0,0,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。,0,1,0,1,1,（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

9、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- = 1/3Vcc,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

10、,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T

11、D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。,如果没有触发信号时，vI处于高电平,(1) 设Q = 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

12、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 = 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

13、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。,3、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，在输出端uo产生了连续的矩