第5章脉冲信号的产生与整形.

1、 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形第第 5 章脉冲信号的章脉冲信号的产生与整形产生与整形 概述概述 555 定时器及其应用定时器及其应用 本章小结本章小结 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形主要要求：主要要求： 了解脉冲信号产生与整形的方法。了解脉冲信号产生与整形的方法。 了解多谐振荡器的常用电路及其工作原理。了解多谐振荡器的常用电路及其工作原理。 5.1 概概 述述了解了解施密特触发器和单稳态触发器的逻辑施密特触发器和单稳态触发器的逻辑功能、工作特点和典型应用功能、工作特点和典型应用。 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形 常用的有施密特触发器和单稳态触发器。常用的有施密特

2、触发器和单稳态触发器。 一、脉冲信号产生与整形的方法一、脉冲信号产生与整形的方法 获取脉冲信获取脉冲信号的方法号的方法 脉冲信号产生与脉冲信号产生与整形电路整形电路的实现的实现是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。 用多谐振荡器直接产生。用多谐振荡器直接产生。 用用整形电路整形电路对已有波形进行整形、变换。对已有波形进行整形、变换。 施密特触发器施密特触发器主要用以主要用以将缓慢变化将缓慢变化或快速

3、变化的或快速变化的非矩形脉冲变换非矩形脉冲变换成陡峭的矩形脉冲。成陡峭的矩形脉冲。单稳态触发器单稳态触发器 主要用以将宽度不符合要求的脉主要用以将宽度不符合要求的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。冲变换成符合要求的矩形脉冲。用门电路构成。用门电路构成。 用专用的集成电路。用专用的集成电路。 用用 555 定时器定时器构成。构成。 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形UOLUOH二、施密特触发器二、施密特触发器 ( (一一) )施密特触发器的特性和符号施密特触发器的特性和符号 UT = UT+ - - UT- -回差电压回差电压施密特触发施密特触发器工作特点器工作特点 ( (1) )允许输入允许

4、输入信号为信号为缓慢变化缓慢变化的信号。的信号。 ( (2) )有有两个阈值两个阈值电压。电压。 ( (3) )有两个稳态。有两个稳态。 UT+OuOuIUT- -正向阈值电压正向阈值电压负向阈值电压负向阈值电压 当当 uI 从小增大时，从小增大时，经过经过 UT+ 处才能使输处才能使输出发生跃变。出发生跃变。 当当uI从大减小从大减小时，经过时，经过UT- -处才能处才能使输出发生跃变。使输出发生跃变。Schmitt TriggerUOLUOHUT+OuOuIUT- -uOuI具有施密特特具有施密特特性的与非门符号性的与非门符号 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形OuItuOUT+UT

5、- -Ot( (二二) )施密特触发器应用举例施密特触发器应用举例 波形变换波形变换 将三角波、正弦波和其它将三角波、正弦波和其它不规则信号变换成矩形脉冲。不规则信号变换成矩形脉冲。 UOHUOL uI UT+ 后，后，uO = UOL,只有当只有当 uI下降到经过下降到经过 UT- - 时，时，uO 才会发生跃变。才会发生跃变。 uI 2/3VCC时时电压传输特性为反相输出的滞回特性电压传输特性为反相输出的滞回特性uIuO当当TH=TR=uI1/3VCC时时1/3VCC0当当1/3VCC TH=TR=uI2/3VCC时时当当uI1/3VCC时时当当uI由高电平逐渐下降，由高电平逐渐下降，且且

6、1/3VCC uI 1/3 VCC) )。 当当 uC 2/3 VCC 时，满足时，满足TR = uI 1/3 VCC，TH = uI 2/3 VCC,因因此此 uO 为低电平，为低电平，V 导通，电容导通，电容 C 经放经放电管电管 V 迅速放电完毕，迅速放电完毕，uC 0 V。这时这时TR = UIH 1/3 VCC，TH = uC 0 2/3 VCC，uO 保持保持低电平不变。因此，低电平不变。因此，稳态时稳态时 uC 0 V，uO 为低电平。为低电平。充电充电工作原理工作原理 导通导通放电放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC0VUOLU

7、IH 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形 2. 触发进入暂稳态触发进入暂稳态 ( (二二) )工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平( (应应 1/3 VCC ) )时，使时，使 TR = UIL1/3 VCC而而TH = uC 0 V 2/3 VCC，因此，因此 uO 跃变为跃变为高电平，进入暂稳态高电平，进入暂稳态，这时放电管，这时放电管 V截止，截止，VCC 又经又经 R 向向 C 充电，充电，uC 上升上升。UILUOH充

8、电充电 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形 3. 自动返回稳定状态自动返回稳定状态 ( (二二) )工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC 2. 触发进入暂稳态触发进入暂稳态 UIHUOL TH2/3 VCC放电放电V当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平( (应应 1/3 VCC) )时，使时，使 TR = UIL1/3 VCC 而而TH = uC 0 V 1/3 VCC ) )，因此，因此 uO 重新跃变重新跃变为低电平。为低电平。同时，放电管导通，同时，放电管导

9、通，C 经经 V 迅速放电迅速放电 uC 0 V，放电完毕放电完毕后，电路返回稳态。后，电路返回稳态。 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形 例例 用上述单稳态电路输出定时用上述单稳态电路输出定时时间为时间为1 s 的的正脉冲，正脉冲，R = 27 k ，试确定定时元件试确定定时元件 C 的取值。的取值。 ( (二二) )工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC输出脉冲宽度输出脉冲宽度 tW 即为暂稳态维持时即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件间，主要取决于充放电元件 R、C。 该单稳态触

10、发器为不可重复触发器，该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽且要求输入脉宽 tWI 小于输出脉宽小于输出脉宽 tWO 。解：解：因为因为 tWO 1.1 RC故故可取标称值可取标称值 33 F。F33.7k271 . 1S11 . 1WO RtC估算公式估算公式 tWO 1.1 RC 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1CuOuC- -+R2四、用四、用 555 定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器 ( (一一) )电路结构电路结构 DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01 FOUTuOCuC- -

11、+R2 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形( (二二) )工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算 uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 充电充电UOHTH = TR = uC 很小很小接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。 工作原理工作原理 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形( (二二) )工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算 uCO

12、tOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V UOLTH = TR 2/3 VCC当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC 时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电管同时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。工作原理工作原理 接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。 放电放电 脉冲信号的产生与整形脉

13、冲信号的产生与整形当当 uC 下降到下降到 TH = TR = uC 1/3 VCC 时，时， uO 重新跃变为高电平重新跃变为高电平，同时，同时放电管放电管 V 截止，截止，C 又被又被充电，充电，uC 上升上升，电路又电路又返回到暂稳态返回到暂稳态。( (二二) )工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V TH=TR1/3VCC工作原理工作原理 当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3 VCC时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，同时放电管同时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V

14、放电，放电，uC 下降下降，电路进入电路进入暂稳态暂稳态 。接通接通 VCC 后后，开始时，开始时 TH = TR = uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，放电管截止，放电管截止，VCC 经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升，这时，这时电电路路处于暂稳态处于暂稳态。 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形( (二二) )工作原理、工作波形与周期估算工作原理、工作波形与周期估算 电容电容 C 如此循环充电和放电，如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。使电路产生振荡，输出矩形脉冲。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWLCC32VCC31V 周期与占空比估算周期

15、与占空比估算tWH 0.7 (R1 + R2)C tWL 0.7 R2CT = tWH + tWL 0.7 (R1 + 2R2)C2121 WH2RRRRTtq 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01 FR1C+R2RP1RP2 例例 指出右图中指出右图中控制扬声器鸣响与否和控制扬声器鸣响与否和调节音调高低的分别是调节音调高低的分别是哪个电位器？若原来无哪个电位器？若原来无声，如何调节才能鸣响？声，如何调节才能鸣响？欲提高音调，又该如何欲提高音调，又该如何调节？调节？解：解：R1、R2、RP1 和和 C 共同构成定时元件，因此调节共

16、同构成定时元件，因此调节 RP1 可调节音调高低。可调节音调高低。欲提高音调，则应减小欲提高音调，则应减小 RP1 ，因此触头应下移。，因此触头应下移。RP2调节调节 RP2 可控制可控制 RD 为为 0 或或 1，从而控制振荡器工作与，从而控制振荡器工作与否，因此能控制扬声器鸣响与否。否，因此能控制扬声器鸣响与否。调节调节 RP2 使触头左移至适当位置，可使使触头左移至适当位置，可使 RD = 1，使，使扬声器鸣响。扬声器鸣响。RP1 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形本章小结本章小结施密特触发器和单稳态触发器是两种常用的整施密特触发器和单稳态触发器是两种常用的整形电路，形电路，可将输

17、入的周期信号整形成符合要求可将输入的周期信号整形成符合要求的同周期矩形脉冲。的同周期矩形脉冲。施密特触发器具有回差特性，它有两个稳态状态，施密特触发器具有回差特性，它有两个稳态状态，有两个不同的触发电平。有两个不同的触发电平。施密特触发器施密特触发器可将任意波形变换可将任意波形变换成矩形脉成矩形脉冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和冲，输出脉冲宽度取决于输入信号的波形和回差电压的大小。回差电压的大小。施密特触发器还可用来进施密特触发器还可用来进行幅度鉴别、构成单稳态触发器和多谐振荡行幅度鉴别、构成单稳态触发器和多谐振荡器等。实用中，常选用集成施密特触发器器等。实用中，常选用集成施密特触发器或

18、或 采用采用555 定时器构成施密特触发器。定时器构成施密特触发器。 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。其输出脉冲的宽度只取决于电路本身其输出脉冲的宽度只取决于电路本身 R、C 定定时元件的数值，与输入信号没有关系。时元件的数值，与输入信号没有关系。输入信输入信号只起到触发电路进入暂稳态的作用。改变号只起到触发电路进入暂稳态的作用。改变 R、C 定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度。定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度。 单稳态触发器单稳态触发器可将输入的触发脉冲变换可将输入的触发脉冲变换为为宽度和幅度都符合要求

19、的矩形脉冲，宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，因此，常因此，常用于脉冲的定时、整形和展宽等。用于脉冲的定时、整形和展宽等。实用中，常选用集成单稳态触发器实用中，常选用集成单稳态触发器或或 采用采用 555 定时器构成单稳态触发器。定时器构成单稳态触发器。 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形在振荡频率稳定度要求很高的情况下，在振荡频率稳定度要求很高的情况下，可采用石英晶体振荡器。可采用石英晶体振荡器。 多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。暂稳态间的相互转换完全靠电路本身电容的充暂稳态间的相互转换完全靠电路本身电容的充电和放电自动完成。因此，多谐振荡器接通电电和放电自动完成。因此，多谐振荡器接通电源后就能输出周期性的矩形脉冲。源后就能输出周期性的矩形脉冲。改变改变 R、C定时元件数值的大小，可调节振荡频率。定时元件数值的大小，可调节振荡频率。 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形555 定时器是一种多用途的集成电路。只需外接定时器是一种多用途的集成电路。只需外接少量阻容元件便可构成施