数字电子技术基础9

1、中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形第九章第九章 脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形9.1 概述概述9.2 施密特触发器施密特触发器9.3 单稳态触发器单稳态触发器9.4 多谐振荡器多谐振荡器9.5 555定时器及其应用定时器及其应用中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形9.1 概述概述一、矩形脉冲的获取方法一、矩形脉冲的获取方法1.利用各种形式的多谐振荡器电路直接产生所利用各种形式的多谐振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲；需要的矩形脉冲；2.通过各种整形电路把已有的周性变化波形变通过各种整形电路把已有的周性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。换为符合要求

2、的矩形脉冲。中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形tU(V)T0.5VomtW0.9Vom0.1VomtrtfVom二、矩形脉冲的主要参数二、矩形脉冲的主要参数占空比占空比q tw T中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形1、矩形波信号的参数、矩形波信号的参数 Uom 脉冲幅度，脉冲电压最大值。脉冲幅度，脉冲电压最大值。tW 脉冲宽度，从脉冲前沿上升到0.5Uom开始,到脉冲后沿下降到0.5Uom为止的一段时间t r 上升时间，脉冲前沿从0.1Uom上升到0.9Uom所需的时间t f 下降时间，脉冲后沿从0.9Uom上升到0.1Uom所需的时间 T 脉冲周期，在

3、周期性脉冲序列中，两个相邻脉冲间的 时间间隔中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形理想的矩形脉冲波参数如下：tr=tf=0，tW、Uom和T也是稳定的实际的矩形脉冲波tr和tf都不等于0， tW、Uom和T也受很多因素影响而不稳定。q 占空比，脉冲宽度和脉冲周期的比值f 脉冲频率，单位时间内脉冲重复的次数中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形9.2 施密特触发器一、施密特触发器的工作特点一、施密特触发器的工作特点1、输出从、输出从低电平低电平跳到跳到高电平高电平时对应的输入电平，与输出时对应的输入电平，与输出从从高电平高电平跳到跳到低电平低电平时对应的输入电平不

4、同，电路有两时对应的输入电平不同，电路有两个个不同的阈值电压不同的阈值电压。2、在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输、在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。出电压波形的边沿变得很陡。利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。低电平上的噪声有效地清除。中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形二、门电路组成的施密特触发器二、门电路组成的施密特触发器(略略)11ViR1

5、G2G1R2Vo1VoVi1、Vi=0时，时，Vi=0，Vo1=1，Vo=0；电路正常工作条件：电路正常工作条件：R1VR1 VR2 0 导通导通1 VR2 1 截止截止1 VR2 保持保持 保持保持 中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形 二、二、 用用555定时器接成的施密特触发器定时器接成的施密特触发器 1.电路联接电路联接 VI1 R VOVI2 S 555 VO VCO+Vi-+Vo2.工作原理工作原理1）Vi从从0逐渐升高的过程：逐渐升高的过程：当当Vi= 0时，时，VO= VCC；当当 VR2 Vi VR1 后，后，VO= 0 因此，因此，VT+ = VR1vcc

6、中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形VCOVI1 R VOVI2 S 555 VO+Vi+Vo2）Vi从从VCC逐渐降低的过程：逐渐降低的过程：当当Vi= VCC， vO= 0V；当当 VR2 Vi VR1 时，时，VO保持不变；保持不变；当当Vi VR2 ，VO= VCC 因此，因此，VT- = VR2vcc中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形3、电压传输特性、电压传输特性ViVoVCCVT-VT+4、参数计算、参数计算 VT- = VR2 VT+ = VR1VT = VT+-VT-中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形OuO/Vt 例例

7、试对应输入波形画出试对应输入波形画出下图中输出下图中输出波形。波形。184355557+12V0.01 FuIuO260uI/Vt246810 R SuIuO+12VVT+VT- -abcdefUOH解：解：VT+ = 2/3 VCC = 8 VVT- - = 1/3 VCC = 4 V因此可画出输出波形为因此可画出输出波形为 电路构成反相输出的施密特触发器电路构成反相输出的施密特触发器中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形三、用三、用555定时器接成的单稳态触发器定时器接成的单稳态触发器1.单稳态触发器的工作特点单稳态触发器的工作特点 1)它有它有稳态稳态和和暂稳态暂稳态两个

8、不同的工作状态；两个不同的工作状态； 2)在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂 稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态；稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态； 3)暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。脉冲的宽度和幅度无关。由于具备这些特点单稳态触发器被广泛应用于脉冲整形、由于具备这些特点单稳态触发器被广泛应用于脉冲整形、延时延时(产生滞后于触发脉冲的输出脉冲产生滞后于触发脉冲的输出脉冲)以及定时以及定时(产生固定产生固定时间宽度的脉冲信号时间宽度的脉冲信号

9、)等。等。 中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形2.电路联接电路联接3.工作原理工作原理1）稳态时）稳态时Vi=1，Vo=0，TD导导通，通， VI1=02）当）当Vi突变为突变为0时，时，VO突变为突变为 1，TD截止，电容截止，电容C充电，充电，VI1增加为增加为VR1时（之前时（之前Vi变回变回1），），Vo=0 ；3） Vo=0 时，时，TD导通，电容导通，电容C放电，放电， VI1减小到减小到0时，电路进时，电路进入稳态。入稳态。VCOVI1 R VOVI2 S 555 VO+Vi+VoVccRC中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形4.工作波形工作

10、波形ViVoVcVR1 TWRCRCVccVccVccRCVVVVRCTWTH1 . 13ln320lnln0中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形 例例 用左图所示的单稳态电路输用左图所示的单稳态电路输出定时时间为出定时时间为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。 uCOtOuOtUOLUOHtWOCC32VOtUIHCC31VuItWIVCC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中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生

11、与整形四、用四、用555定时器接成的多谐振荡器定时器接成的多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源以后，不需要外加触发信号多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源以后，不需要外加触发信号能自动地产生矩形脉冲。能自动地产生矩形脉冲。CR1R2VCOVI1 R VOVI2 S 555 VO+VoVccC充电充电C放电放电中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形电路的振荡周期为电路的振荡周期为 占空比为占空比为 2ln)2(21CTRRRRRRTTq212112中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形555 定时器构成的施密特触发器、单稳态触发定时器构成的施密特触发

12、器、单稳态触发器和多谐振荡器典型电路为器和多谐振荡器典型电路为 555 定时器构成的定时器构成的施密特触发器施密特触发器555 定时器构成的定时器构成的单稳态触发器单稳态触发器555 定时器构成的定时器构成的多谐振荡器多谐振荡器中南大学信息科学与工程学院第九章 脉冲波形的产生与整形GNDVCCRDOUTCO555R SVOVCC0.01 FR1C+R2RP1RP2 例例 指出右图中控制指出右图中控制扬声器鸣响与否和调节扬声器鸣响与否和调节音调高低的分别是哪个音调高低的分别是哪个电位器？若原来无声，电位器？若原来无声，如何调节才能鸣响？欲如何调节才能鸣响？欲提高音调，又该如何调提高音调，又该如何调节？节？解：解：R1、R2、RP1 和和 C 共同构成定时元件，因此调节共同构成定时元件，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，从而控制振荡