第8章脉冲波形的产生

1、第第8章章 脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形通常，把非正弦波称之为脉冲波。通常，把非正弦波称之为脉冲波。按脉冲波形的形式分成矩形波、梯形波、按脉冲波形的形式分成矩形波、梯形波、阶梯波、锯齿波等。阶梯波、锯齿波等。本章主要介绍用多谐振荡器直接产生矩形本章主要介绍用多谐振荡器直接产生矩形波和利用整形电路获得矩形波的方法。波和利用整形电路获得矩形波的方法。一些概念一些概念集成集成555定时器及应用定时器及应用一些概念一些概念矩形脉冲波常作为时钟信号。矩形脉冲波常作为时钟信号。波形的好坏直接关系到电路能否正常工作。波形的好坏直接关系到电路能否正常工作。为了定量描述矩形脉冲波，通常采用如图所为了

2、定量描述矩形脉冲波，通常采用如图所示参数。示参数。 TTqw trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT脉冲波形参数脉冲波形参数脉冲宽度脉冲宽度脉冲幅度脉冲幅度上升时间上升时间下降时间下降时间占空比占空比q脉冲频率脉冲频率fTf1集成集成555定时器及应用定时器及应用集成集成555定时器的用途很广，有双极型（型定时器的用途很广，有双极型（型号最后三位为号最后三位为555）和）和CMOS型（型号最后型（型号最后四位为四位为7555）两类电路。它们的功能、外）两类电路。它们的功能、外引线排列完全相同。引线排列完全相同。应用：在测量与控制、家用电器和电子玩应用：在测量与控制、家用电器和电子玩具

3、等许多领域得到了广泛的应用。具等许多领域得到了广泛的应用。 本节主要介绍本节主要介绍5G555定时器的电路组成及工定时器的电路组成及工作原理和集成作原理和集成555定时器的应用定时器的应用电压比较器：电压比较器：V+V： VO= VOH ；V+V： VO= VOL V V+ VO +A集成集成555定时器及应用定时器及应用图图8-1为双极型为双极型5G555定时器的原理电路和定时器的原理电路和引脚排列图。引脚排列图。 C1+-C2+-VC1(VR)VC2(VS)V-C5TH6TL21R4QQRS1233图图8-1 集成集成5G555定时器原理图定时器原理图RT7D5kR1R2R3VR1VR28

4、5k5kVCC0.01F1 2 3 48 7 6 5+VCCD THV-CGND TLOUTR5G555集成集成555定时器及应用定时器及应用双极型双极型5G555定时器的工作原理：定时器的工作原理： C1+-C2+-VC1(VR)VC2(VS)V-C5TH6TL21R4QQRS1233图图8-1 集成集成5G555定时器原理图定时器原理图RT7D5kR1R2R3VR1VR285k5kVCC01012VCC/30102VCC/3VCC/3不变不变不变不变112VCC/3R时，振荡周期为：时，振荡周期为：T2.2RC石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 在许多应用场合都对多谐振荡器的振荡频率稳定

5、性有严格的在许多应用场合都对多谐振荡器的振荡频率稳定性有严格的要求。例如多谐振荡器作为数字钟的脉冲源使用时，要求频要求。例如多谐振荡器作为数字钟的脉冲源使用时，要求频率十分稳定。率十分稳定。 上述多谐振荡器中，振荡频率主要取决于门电路的输入电压上述多谐振荡器中，振荡频率主要取决于门电路的输入电压上升到转换电平（阈值电压）所需要的时间，所以频率的稳上升到转换电平（阈值电压）所需要的时间，所以频率的稳定性不可能很高。定性不可能很高。第一，转换电平本身不够稳定，容易受电源和温度变化的影响；第一，转换电平本身不够稳定，容易受电源和温度变化的影响；第二，电路的工作方式易受干扰，使电路状态转换提前或滞后；

6、第二，电路的工作方式易受干扰，使电路状态转换提前或滞后；第三，在电路状态临近转换时，电容的充、放电已经比较缓慢，转第三，在电路状态临近转换时，电容的充、放电已经比较缓慢，转换电平的微小变化或轻微的干扰都会严重影响振荡周期。换电平的微小变化或轻微的干扰都会严重影响振荡周期。 因此在对频率要求很高时，必须采取稳频措施。因此在对频率要求很高时，必须采取稳频措施。石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器石英晶体特点：石英晶体特点：频率特性稳定，具有固有谐振频率频率特性稳定，具有固有谐振频率f0；品质因数很高，有极好的选频特性。品质因数很高，有极好的选频特性。普遍采用在多谐振荡器中接入石英晶体组成石英晶普遍

7、采用在多谐振荡器中接入石英晶体组成石英晶体多谐振荡器进行稳频。体多谐振荡器进行稳频。石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器图图8-14 为石英晶体的阻抗频率特性和符号。为石英晶体的阻抗频率特性和符号。f0fx0电电感感性性电电容容性性符号符号图图8-14石英晶体的阻抗频率特性与符号石英晶体的阻抗频率特性与符号电电容容性性石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器C1vOG1C2G2图图8-15石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器RR11单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器的暂稳态是靠单稳态触发器的暂稳态是靠RC电路的充放电电路的充放电过程来维持的，根据过程来维持的，

8、根据RC电路的不同接法，可电路的不同接法，可分为微分型和积分型。分为微分型和积分型。以以TTL与非门、与非门、RC微分电路构成的单稳态触微分电路构成的单稳态触发器为例说明其工作原理。发器为例说明其工作原理。在基本在基本RS触发器中插入一个触发器中插入一个RC微分电路环微分电路环节就构成了单稳态触发器。节就构成了单稳态触发器。单稳态触发器单稳态触发器如图如图8-16所示。所示。0.47kvIvO1vOvI2C0.01FR图图8-16 单稳态触发器单稳态触发器G1G2&输出脉冲宽度输出脉冲宽度TW近似近似计算：计算：TW0.8(RO+R)C公式中的公式中的RO为与非门为与非门的输出电阻，的

9、输出电阻，RO100。tttt0000vOVTvI2vO1vI图图8-17单稳态触发器工作波形单稳态触发器工作波形单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用脉冲整形脉冲整形脉冲定时脉冲定时 脉冲延时脉冲延时脉冲整形脉冲整形 单稳态触发器输出单稳态触发器输出脉冲的幅度和宽度脉冲的幅度和宽度是确定的，是确定的，利用这一性质，可利用这一性质，可将宽度和幅度不规将宽度和幅度不规则的脉冲串，整形则的脉冲串，整形为宽度和幅度一定为宽度和幅度一定的脉冲串，的脉冲串，如图如图8-18所示。所示。 tvI0tvO0图图8-18 脉冲波形脉冲波形脉冲定时脉冲定时 由于单稳态触发器能产生一定宽度由于单稳态触发器能产生一定

10、宽度Tw的矩形输的矩形输出脉冲，利用这个脉冲去控制某电路，使其在出脉冲，利用这个脉冲去控制某电路，使其在Tw时间内动作（或不动作），起到了定时作用。时间内动作（或不动作），起到了定时作用。例如，利用脉冲宽度为例如，利用脉冲宽度为Tw的正矩形脉冲作为门的正矩形脉冲作为门输入的信号输入的信号vB，而与门的另一个输入端信号为，而与门的另一个输入端信号为vA。只有当矩形波只有当矩形波vB为为1的的Tw时间内，信号时间内，信号vA才能通才能通过与门，输出才有脉冲，如图过与门，输出才有脉冲，如图8-19所示。所示。单稳电路单稳电路vAvBvOvI(a)逻辑图逻辑图vOvIvBvA(b)波形图波形图图图8-

11、19 脉冲定时电路脉冲定时电路Tw&脉冲延时脉冲延时用单稳态触发器的输出用单稳态触发器的输出vO去触发其它电路，去触发其它电路，其其vO的下降沿相对于单稳态触发器输入脉冲的下降沿相对于单稳态触发器输入脉冲vI的下降沿就滞后了的下降沿就滞后了Tw时间，称这个时间为时间，称这个时间为延时。延时。逻辑图和波形图如图逻辑图和波形图如图8-20所示。所示。单稳电路单稳电路TwvIvOTwvIvO00t1t2tt图图8-20脉冲延时脉冲延时(a)逻辑图逻辑图(b)波形图波形图施密特触发器施密特触发器 图图8-21 是是TTL与与非门构成的施密非门构成的施密特触发器特触发器门门G1为反相器为反相器,

12、门门G2、G3组成基组成基本本RS触发器，触发器，二极管二极管D起电平偏起电平偏移作用。移作用。RSQQG1G2G3vIvOD图图8-21 施密特电路施密特电路1&图图8-22是是vI为三角波时输出为三角波时输出vO随随vI变化的变化的工作波形图。工作波形图。施密特触发器施密特触发器 RSQQG1G2G3vIvOD图图8-21 施密特电路施密特电路1&VOHVOLVT+=1.4VVT-=0.7VvOtt00图图8-22 工作波形图工作波形图vI施密特触发器的应用施密特触发器的应用波形的变换与整形波形的变换与整形幅度鉴别幅度鉴别脉冲展宽电路脉冲展宽电路波形的变换与整形波形的变换与

13、整形 利用施密特触发器可以将正弦波、三角利用施密特触发器可以将正弦波、三角波变换成矩形波如图波变换成矩形波如图8-23所示所示 。vIvOVT+VT-图图8-23波形变换和整形波形变换和整形幅度鉴别幅度鉴别 施密特触发器的输出状态取决于输入信施密特触发器的输出状态取决于输入信号号vI的幅度，因此它可以用来作为幅度鉴的幅度，因此它可以用来作为幅度鉴别电路。别电路。只有当脉冲信号只有当脉冲信号vI的幅度大于的幅度大于VT+的脉冲，的脉冲，电路才输出一个脉冲，而幅度小于电路才输出一个脉冲，而幅度小于VT+的的脉冲，电路无输出脉冲，脉冲，电路无输出脉冲，其工作波形图如图其工作波形图如图8-24所示。所

14、示。vIvOVT+VT-图图8-24幅度鉴别波形幅度鉴别波形脉冲展宽电路脉冲展宽电路 脉冲展宽电路原理图、工作波形图如图脉冲展宽电路原理图、工作波形图如图8-25(a)、(b)图所示。图所示。VCCvIvOG1RCvC (a) 原理图原理图vIvOvCVT+(b)波形图波形图图图8-25脉冲展开电路脉冲展开电路11作业：作业：第八章：第八章：8-1，8-2，8-4习题八答案习题八答案P225题题8-1解：由单稳态触发器输出脉冲解：由单稳态触发器输出脉冲宽度宽度TW的公式可求出其值大小：的公式可求出其值大小：TW = 1.1RC = 1.11010330010-12 = 3.3106s =3.3

15、s习题八答案P225题题8-2解：由多谐振荡器的计算公式得：解：由多谐振荡器的计算公式得：tw1=0.7(R1+R2)C=0.7(10+2)10347010-12=3.948stw2=0.7R2C =0.7210347010-12=0.658sT=tw2+tw1=0.7(R1+2R2)C=4.606s857. 07614122)2(7 . 0)(7 . 021212121 RRRRCRRCRRq习题八答案P225题题8-3解：解：P165图图8-26(a)中中555定时器的接法定时器的接法为施密特触发器为施密特触发器vB=0时，时，vo=vF=0。vB=5V时，构成施密特触发器的非门。时，构成

16、施密特触发器的非门。vA为矩为矩形波，所以，波形如图所示。形波，所以，波形如图所示。vFvBvA题题8-3波形图波形图习题八答案P225题题8-4解：解：555、R1、R2、C构成多谐振荡器。构成多谐振荡器。但只有但只有T导通时，导通时，1脚才接地，多谐振荡器才振脚才接地，多谐振荡器才振荡，发光二极管才发光，否则荡，发光二极管才发光，否则555不工作，发不工作，发光二极管不发光。光二极管不发光。当当vx超过某一值时，稳压管导通，使晶体管超过某一值时，稳压管导通，使晶体管T导通，从而导通，从而555定时器的定时器的1脚接地，多谐振荡器脚接地，多谐振荡器振荡，使二极管发出闪烁的光。否则发光二极振荡，使二极管发出闪烁的光。否则发光二极管不亮。管不亮。习题八答案P225题题8-5解：解：555定时器构成施密特触发器的定时器构成施密特触发器的电路是一定的，电路是一定的，6脚和脚和2脚接到一起作为输入端。脚接到一起作为输入端。此时选择此时选择