数字电路第9章2013

1、第十章 脉冲波形的产生和整形 概述概述 单稳态触发器单稳态触发器 多谐振荡器多谐振荡器 第十章第十章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形 第十章 脉冲波形的产生和整形 一、基本概念一、基本概念 1、脉冲脉冲：从广义上说，凡是不具有连续正弦从广义上说，凡是不具有连续正弦 形状的信号 形状的信号 都可称为脉冲信号，如矩形波、三角波、锯齿波等。都可称为脉冲信号，如矩形波、三角波、锯齿波等。 2、脉冲电路：脉冲电路：就是用来产生、变换、整形脉冲信号的电就是用来产生、变换、整形脉冲信号的电 路。路。 数字系统中除了组合逻辑电路和时序逻辑电路外，还有数字系统中除了组合逻辑电路和时序逻辑电路外，还有

2、一种脉冲电路。脉冲电路主要的作用是产生脉冲信号和进行一种脉冲电路。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。脉冲信号的变换，本章就是叙述这方面的内容。 10.1 概概 述述 第十章 脉冲波形的产生和整形 3、属性、属性：模拟电路。：模拟电路。 4、脉冲单元电路的组成有三种形式：、脉冲单元电路的组成有三种形式： 5、脉冲单元电路的主要形式为：、脉冲单元电路的主要形式为： (3) 由由专用集成电路专用集成电路及及R、L、C器件组成。器件组成。 (2) 由集成由集成逻辑门逻辑门及及R、L、C器件组成。器件组成。 （不讲）（不讲） (1) (1) 由由分立元件分

3、立元件（三极管、（三极管、R R、L L、C C器件）组成。器件）组成。( (不讲）不讲） (3) 多谐振荡器多谐振荡器 (2) 单稳态触发器单稳态触发器 (1) 施密特触发器施密特触发器 第十章 脉冲波形的产生和整形 二、几种常见的脉冲波形二、几种常见的脉冲波形 下面主要介绍：下面主要介绍： 4、多谐振荡器。多谐振荡器。 3、单稳态触发器及其应用单稳态触发器及其应用 2、施密特触发器及其应用施密特触发器及其应用 1、555定时器电路及其功能定时器电路及其功能 第十章 脉冲波形的产生和整形 三三.脉冲波形参数脉冲波形参数 正弦信号可以用正弦信号可以用“三要素三要素”完全描述：完全描述： 幅度、

4、频率、相位幅度、频率、相位 脉冲信号脉冲信号 无法被完全无法被完全 描述，只能描述，只能 用一些参数用一些参数 近似描述！近似描述！ 脉冲周期脉冲周期T：周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的：周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的 时间间隔。用频率时间间隔。用频率f = 1/T表示单位时间内脉冲重表示单位时间内脉冲重 复的次数。复的次数。 脉冲幅度脉冲幅度Vm：脉冲电压的最大变化幅度。：脉冲电压的最大变化幅度。 trtf 0.9Vm 0.5Vm 0.1Vm Vm Tw T 图图6.1.2 描述矩形脉冲特性的主要参数描述矩形脉冲特性的主要参数 第十章 脉冲波形的产生和整形 注意：注意：

5、三个测量点：三个测量点：0.1Vm、0.5Vm、0.9Vm。 脉冲宽度脉冲宽度tW：从脉冲前沿（上升沿）到达：从脉冲前沿（上升沿）到达0.5 Vm起，到脉冲后沿起，到脉冲后沿 （下降沿）到达（下降沿）到达0.5 Vm为止的一段时间。为止的一段时间。 trtf 0.9Vm 0.5Vm 0.1Vm Vm Tw T 图图6.1.2 描述矩形脉冲特性的主要参数描述矩形脉冲特性的主要参数 上升时间上升时间tr ：脉冲上升沿从：脉冲上升沿从0.1 Vm上升到上升到0.9 Vm所需要所需要 的时间。的时间。 下降时间下降时间tf ：脉冲下降沿从：脉冲下降沿从0.9 Vm下降到下降到0.1 Vm所需要所需要

6、的时间。的时间。 占空比占空比q：脉冲宽度与脉冲周期的比值，即：脉冲宽度与脉冲周期的比值，即q = tW / T。 第十章 脉冲波形的产生和整形 四、三要素公式四、三要素公式 t exxxtx )()0()()( 终止值终止值初始值初始值时间常数时间常数 1、求、求x(0)：电容（电感）看成短（开）路：电容（电感）看成短（开）路,保留原有的电压保留原有的电压(流流)值值 2、求、求x()：电容（电感）看成开（短）路：电容（电感）看成开（短）路 3、求时间常数：、求时间常数： R L RC 公式使用条件：公式使用条件： 1、电路中仅有、电路中仅有1个电抗元件；个电抗元件； 2、激励信号是阶跃信号

7、，或分段区间是常数。、激励信号是阶跃信号，或分段区间是常数。 注意事项：注意事项： 计算信号从某个计算信号从某个初始值初始值 x (0)变化到某个变化到某个特定值特定值 x (t) 所需所需 要的时间：要的时间： )()( )0()( ln txx xx t 第十章 脉冲波形的产生和整形 10.2 555定时器电路及其功能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。本节我们研究其电路原理、功能及应用。多种多样的实用电路。本节我们研究其电路原理、功能及应用。 一、电路的组成一、电路的组成 55

8、5集成电路的输出级集成电路的输出级 为推拉式结构，为推拉式结构， 此外芯片此外芯片 内部还有一个集电极开路内部还有一个集电极开路 的放电晶体管的放电晶体管TD。 它有两个比较器它有两个比较器C1和和 C2，每个比较器的一个输，每个比较器的一个输 入端接到三个入端接到三个R电阻组成电阻组成 的分压器上，输出分别接的分压器上，输出分别接 SR锁存器输入端。锁存器输入端。 输出缓冲器输出缓冲器 第十章 脉冲波形的产生和整形 集成集成555电路的八电路的八 个引脚的作用及名称为：个引脚的作用及名称为： 脚脚1接地端接地端 GND 脚脚2触发器输入端触发器输入端 TR 脚脚3输出端输出端 OUT 脚脚4

9、复位端复位端 RD 脚脚5控制电压输入端控制电压输入端 VCO 脚脚6阈值输入端阈值输入端 TH 脚脚7放电端放电端 DISC 脚脚8电源端电源端 Vcc 双极型：516V，ILmax=200mACMOS型：318V，ILmax=4mA 第十章 脉冲波形的产生和整形 二、功能二、功能 555定时器的功能主定时器的功能主 要由上下两个比较器要由上下两个比较器C1、 C2的工作状况决定的。的工作状况决定的。 则上比较器则上比较器C1的反相端的反相端“”加上的参考电压加上的参考电压VR1=2 3Vcc，下比较器，下比较器C2的同相端的同相端“一一”加的参考电压加的参考电压VR2= 13Vcc。 若触

10、发端若触发端TR 的输入电压的输入电压(2脚脚)VI213Vcc，下比较器，下比较器C2输输 出为出为“0” ，否则为，否则为“1”。 1、比较器的参考电压由比较器的参考电压由 分压器提供，在电源与分压器提供，在电源与 地端之间加上地端之间加上Vcc电压，电压， 且控制端且控制端VCO悬空。悬空。 若阈值端若阈值端TH的输入电压的输入电压(6脚脚) VI123Vcc时时,上比较器上比较器C1 输出为输出为“0” ，否则为，否则为“1” 。 第十章 脉冲波形的产生和整形 若复位端若复位端RD 加低电平或接地，可使电路强制复位，不管加低电平或接地，可使电路强制复位，不管 555电路原处于什么状态，

11、均可使它的输出为电路原处于什么状态，均可使它的输出为“0”电平。电平。 2、控制电压端控制电压端VCO (5脚脚) 外加电压可改变两个比较外加电压可改变两个比较 器的参考电压，器的参考电压， VR1=VCO ;VR2= 12Vco。 放电管放电管TD的输出端的输出端DISC为集电极开路输出，其集电极最为集电极开路输出，其集电极最 大电流可达大电流可达50mA，因此具有较大的带灌电流负载的能力。，因此具有较大的带灌电流负载的能力。 若不用时，通常将若不用时，通常将 它通过电容（它通过电容（0.01f左左 右）接地。而不是悬空，右）接地。而不是悬空， 以免引入干扰。以免引入干扰。 反相器是一个缓冲

12、器，反相器是一个缓冲器， 为提高带载能力。为提高带载能力。 第十章 脉冲波形的产生和整形 RD=0时，时， 0 01 二、功能二、功能 vo=0，TD导通。导通。 0 若若7脚经电阻与电源相脚经电阻与电源相 接；则接；则Vo为低电平，为低电平， Vo 也为低电平，也为低电平，Vo为高电平，为高电平， Vo也为高电平。也为高电平。 Vo VCO没接电压源没接电压源 第十章 脉冲波形的产生和整形 RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，时， 2VCC/3 VCC/3 0 0 0 1 1 1 vo=0， TD饱和导通。饱和导通。 1 0 VCO没接电压源没接电压源 第十章 脉冲波形的产生和

13、整形 2VCC/3 VCC/3 1 1 RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，时， 不变不变 1 Q、Q不变，不变， vo不变，不变， TD状态不变。状态不变。 不变不变 不变不变 第十章 脉冲波形的产生和整形 RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，时， 2VCC/3 VCC/3 1 1 1 0 0 0 Q=0、Q=1，vo=1，TD截止。截止。 1 1 第十章 脉冲波形的产生和整形 RD=1、UTH2VCC/3、UTR2VCC/3 VCC/3 0 1 1 0 1 0 1 Q=Q=1，vo=1，TD截止。截止。 1 第十章 脉冲波形的产生和整形 VCO没接电压没接电压

14、TR(VI2) TH(VI1) S(C2) R(C1) QvO DISC(TD) 1/3Vcc1/3Vcc1/3Vcc2/3Vcc 1 0 0 0导通导通 2/3Vcc 0 01(不定不定)1(不定不定) 截止截止(不定不定) 第十章 脉冲波形的产生和整形 一、施密特触发器特性一、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，它与一般触发施密特触发器是一种脉冲信号的整形电路，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：发器又有如下不同点： 1. 施密特触发器属于电平触发，缓慢变化的信号

15、也可作为施密特触发器属于电平触发，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。一个稳态。 10.3 10.3 施密特触发器施密特触发器 2. 对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值电对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值电 平平Vt+和和Vt- ，也就是引起输出电平突变的输入电平不同，具有，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，此特性又称滞后电压传

16、输特性，此特性又称回差回差(滞回滞回)特性特性。如下图所示：。如下图所示： 第十章 脉冲波形的产生和整形 施密特触发器非门和与施密特触发器非门和与 门的逻辑符号分别为门的逻辑符号分别为: 施密特触发施密特触发 器非门特性器非门特性 施密特触发施密特触发 器与门特性器与门特性 施密特触发器的特点：施密特触发器的特点： 我们把我们把Vt+和和Vt-之差称为回差电压之差称为回差电压Vd = 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平。对于正向和负向增长的输入信号，电路具有不同的阈值电平。 反相输出反相输出同相输出同相输出 第十章 脉冲波形的产生和整形 二、由二、由555

17、定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器 将将555定时器的定时器的TH（6）和）和TR （2）两个输入端连在一起）两个输入端连在一起 作为信号输入端，如下图所示，即可得到施密特触发器。作为信号输入端，如下图所示，即可得到施密特触发器。 第十章 脉冲波形的产生和整形 由于比较器由于比较器C1和和C2的的 参考电压不同参考电压不同，而输入电而输入电 压相同压相同，因而锁存器的置，因而锁存器的置 0信号（信号（R0）和置）和置1信号信号 （S=0）必然发生在输入）必然发生在输入 信号信号Vi的不同电平。因此，的不同电平。因此， 输出电压输出电压Vo由高电平变为由高电平变为 低电平和由低电平

18、变为高低电平和由低电平变为高 电平所对应的电平所对应的Vi值也不相值也不相 同，这样就形成了施密特同，这样就形成了施密特 触发特性。触发特性。 为了提高比较器参考电压为了提高比较器参考电压VR1和和VR2的稳定性，通常在的稳定性，通常在VCO端端 接有接有0.01F左右的滤波电容。左右的滤波电容。 第十章 脉冲波形的产生和整形 R u i 8 4 6 7 5 5 5 3 2 5 1 u o 1 + V C C u i u o t t 0 0 (a ) 电 路 (b ) 工 作 波 形 + V C C 1 u o u C O U T + U T 2 V C C/3 V C C/3 控 制 电 压 调 节 回 差 C (1) 当当vI 2VCC/3以后，比较器以后，比较器C1输出为输出为0、C2输出为输出为1，触，触 器置器置0，即，即Q0、Q 1 ，uo=VOL。 1 0 1 0 0 此后，此后，vI上升到上升到VCC，然后再降低，但在未到达，然后再降低，但在未到达VCC/3以以 前，前，vo0的状态不会改变。的状态不会改变。 CCT VV 3 2 = + 第