第20次课——第10章 脉冲波形的产生和整形

1、第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形1. 施密特触发器施密特触发器第一：第一：输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时对应的输入电平，输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同；与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同；第二：第二：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。的边沿变得很陡。 注：注：利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢地信号波形利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢地信号波形整形为边沿陡峭的整形为边沿

2、陡峭的矩形波矩形波，而且可以将叠加在矩形波脉冲高、低电平上的，而且可以将叠加在矩形波脉冲高、低电平上的噪声有效地清除噪声有效地清除。 施密特触发器是施密特触发器是脉冲波形变换脉冲波形变换中经常使用的一种电路，它具有下面两中经常使用的一种电路，它具有下面两个性能特点：个性能特点：7复习：复习：10.5 55510.5 555定时器定时器第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形施密特触发器的施密特触发器的电压传输特性为电压传输特性为图图10.2.2所示所示第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形2. 单稳态触发器单稳态触发器特点：特点：第一第一 : 它有稳态和暂稳态两个

3、不同的工作状态；它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；第二第二: 在外界触发脉冲的作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持在外界触发脉冲的作用下，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；一段时间以后，再自动返回稳态；第三第三: 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。幅度无关。应用应用：脉冲整形、延时（产生滞后于触发脉冲的输出脉冲）、定时：脉冲整形、延时（产生滞后于触发脉冲的输出脉冲）、定时（产生固定时间宽度的脉冲信号）等（产生固定时间宽度的脉冲信号）等22第第10章章 脉冲波

4、形的产生和整形脉冲波形的产生和整形 单稳态触发器的暂稳态通常是靠单稳态触发器的暂稳态通常是靠RC电路的电路的充放电充放电过程来维持的，根据过程来维持的，根据RC的电路不同接法，把单稳态触发器分成的电路不同接法，把单稳态触发器分成微分型微分型和和积分型积分型。一、微分型单稳态触发器一、微分型单稳态触发器图图10.3.1图图10.3.2a.无触发信号时，电路处于稳态，无触发信号时，电路处于稳态，vo=0.b.外加触发信号时，电路由稳态翻转到外加触发信号时，电路由稳态翻转到暂稳态暂稳态.c.电容充电，电路由暂稳态自动返回至稳态电容充电，电路由暂稳态自动返回至稳态第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲

5、波形的产生和整形二、积分型单稳态触发器二、积分型单稳态触发器a.无触发信号时，电路处于稳态无触发信号时，电路处于稳态b.当有正脉冲输入后，电路进当有正脉冲输入后，电路进入暂稳态入暂稳态c.电容放电，电路回到稳态电容放电，电路回到稳态图图10.3.4稳态稳态暂态暂态电容放电电容放电第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器输出波形比较理想输出波形比较理想，前后沿比较陡前后沿比较陡，因为有，因为有正反馈存在，但正反馈存在，但抗干扰能力差抗干扰能力差；积分型单稳态触发器；积分型单稳态触发器抗干扰能力抗干扰能力强强，但，但输出波形边沿比较差输出波形边沿比

6、较差，而且，而且要求输入触发脉冲的宽度要大要求输入触发脉冲的宽度要大于输出脉冲宽度于输出脉冲宽度。3. 多谐振荡器多谐振荡器 多谐振荡器多谐振荡器是一种是一种自激自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号，便能自动产生矩形波形。由于矩形波中含有号，便能自动产生矩形波形。由于矩形波中含有高次谐波高次谐波故把矩形波振故把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。荡器叫做多谐振荡器。10.4.1 对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器图图10.4.1它它是由两个反相器是由两个反相器G1、G2经耦合电容经耦合电容C1、C2连接起连接起来的正反馈电路。来的正反馈电路。第第10章章 脉

7、冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形图图10.4.3第一个暂第一个暂稳态持续稳态持续时间时间若取若取RF1=RF2RF，C1C2=C，则振荡周期为则振荡周期为THEIKEEVVVVClnR2T21212FEFFOHBECCOHERRRRRRVVVVV/)(图图10.4.1第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形10.4.2 非对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器图图10.4.5 vo2其各处波形如图其各处波形如图10.4.6所示所示其振荡周期为其振荡周期为CR2 . 2TF其振荡频率为其振荡频率为CR2 . 21T1Ff图图10.4.6第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的

8、产生和整形10.5.1 55510.5.1 555定时器的电路结构与功能定时器的电路结构与功能555555定时器是一种多用途的数字模定时器是一种多用途的数字模拟混合的集成电路。它可以很方便拟混合的集成电路。它可以很方便地构成地构成多谐振荡器多谐振荡器、单稳态触发器单稳态触发器和和多谐振荡器多谐振荡器。555555定时器为定时器为双极型双极型产品，产品，75557555为为CMOSCMOS型型的产品，为了实际需求，又出现的产品，为了实际需求，又出现了双极型了双极型556556和和CMOSCMOS型型7556.7556.尽管厂家不同，但各种类型的尽管厂家不同，但各种类型的555555定时器的功定时

9、器的功能及外部引脚排列都是相同的。能及外部引脚排列都是相同的。一、电路结构一、电路结构 图图10.5.110.5.1为国产双极型定时器为国产双极型定时器CB555CB555的电路结构图的电路结构图. .它由它由电压比较器电压比较器（C1C1，C2C2）、）、触发器输出缓冲器触发器输出缓冲器（G3G3，G4G4）、）、OCOC输出的三极管输出的三极管（TDTD）组成）组成图图10.5.110.5.1第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形二二. .各管脚的名称和功能各管脚的名称和功能1 1接地端接地端2 2低电平触发端低电平触发端3 3输出端，输出电流输出端，输出电流可达可达200

10、mA200mA，直接驱动，直接驱动继电器、发光二极管、继电器、发光二极管、扬声器、指示灯等，输扬声器、指示灯等，输出电压约低于电源电压出电压约低于电源电压1 13V3V。第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形4 4复位端，若此端复位端，若此端输输 入入一负脉冲，而一负脉冲，而使使 触发器触发器直接复位直接复位。 不用不用时加以高时加以高电平电平5 5电压控制端，电压控制端，此端此端 可外加一电压以改可外加一电压以改 变比较器的参考电变比较器的参考电 压，压，不用时可悬空不用时可悬空 或通过或通过0.01F0.01F的的 电容接地。电容接地。第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲

11、波形的产生和整形8 8电源端，可在电源端，可在5 518V18V 范围内使用。范围内使用。6 6高电平触发端高电平触发端7 7放电端放电端，当触发器的，当触发器的 Q Q0 0时，时，TDTD导通，外导通，外 接电容接电容C C通过此管放电通过此管放电第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形图图10.5.110.5.1工作原理工作原理第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形图图10.5.110.5.1第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形图图10.5.110.5.1第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形10.5.2 用用555定时器接

12、成的施密特触发器定时器接成的施密特触发器电路如图电路如图10.5.310.5.3所示所示图图10.5.310.5.3第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形 其其电压传输特性如图电压传输特性如图10.5.410.5.4所示。由图可知，这是个典型所示。由图可知，这是个典型的反相输出的施密特触发器。的反相输出的施密特触发器。图图10.5.310.5.3第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形工作原理：工作原理：图图10.5.310.5.3(1)当当vI VCC/3，Q=1（voVOH），），Q =0； 当当vI增加时，增加时，VCC/3 vI 2VCC/3时，时， Q=

13、0 （voVOL），），Q =1。第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形图图10.5.310.5.3(2) 当当 vI2VCC/3时，时， Q=0 ，Q =1； 当当 vI减少时，减少时，2VCC/3 vI VCC/3，Q=0，Q =1，触发器保持原态；，触发器保持原态； 当当 vI减少到减少到vIVCC/3，Q=1（voVOH），），Q =0；第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形故其正向阈值电压为故其正向阈值电压为VT2VCC/3，负向阈值电压为，负向阈值电压为 VT-VCC/3，故电路的回差电压为，故电路的回差电压为VT VCC/3。若改变回差电压的大小，

14、。若改变回差电压的大小，则可通过则可通过5脚外接电压脚外接电压VCO来改变。来改变。图图10.5.310.5.3第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形10.5.3 用用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其电路如图其电路如图10.5.510.5.5所示所示图图10.5.510.5.5R R第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形波形如图波形如图10.5.610.5.6所示其工作过程如下所示其工作过程如下图图10.5.510.5.5图图10.5.610.5.6当当vI I处于高电平时，电路的稳定状态为处于高电平时，电路的稳定状态为vo o0.0.第

15、第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形当当vI脉冲下降沿到达时，脉冲下降沿到达时，Q1， Q 0，此时放电管，此时放电管TD截止，截止，VCC通过通过R给给C充电，充电，vC增加。增加。当当vC2VCC/3时，时， Q0 （v00 ），）， Q 1， C 通过通过TD放电。放电。vI变成高电平，此时变成高电平，此时vC1和和vC2输出均为高电平，电路保持输出均为高电平，电路保持v00 图图10.5.510.5.5图图10.5.610.5.6第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形其输出脉宽为其输出脉宽为RC1 . 1RCln3 Wt注：注：通常通常R的取值在几百欧姆

16、到几兆欧的取值在几百欧姆到几兆欧之间，电容的取值范围为几百皮法到几之间，电容的取值范围为几百皮法到几百微法，百微法，tW的范围为几微妙到几分钟。的范围为几微妙到几分钟。但但tW越大，其精度和稳定度也要下降。越大，其精度和稳定度也要下降。图图10.5.610.5.6第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形10.5.4 用用555定时器接成的多谐振荡器定时器接成的多谐振荡器其构成电路如图其构成电路如图10.5.710.5.7所示所示图图10.5.710.5.7第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形图图10.5.710.5.7对应的波形如图对应的波形如图10.5.810

17、.5.8所示所示电路的振荡周期为电路的振荡周期为图图10.5.810.5.8)2(69. 02ln)2(2121RRRRT第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形振荡频率为振荡频率为2004-11-29CRRTf)2(69. 01121上式标明，改变上式标明，改变R R和和C C就可改变振荡频率就可改变振荡频率。用。用CB555CB555组成的多谐振荡器最高频率组成的多谐振荡器最高频率为为500KHz500KHz，用，用CB7555CB7555组成的多谐振荡器组成的多谐振荡器最高频率可达最高频率可达1MHz1MHz。为了改变占空比，。为了改变占空比，可采用图可采用图10.5.91

18、0.5.9所示电路。所示电路。212RRRq第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形555555定时器应用电路的分析与计算的解题方法和步骤定时器应用电路的分析与计算的解题方法和步骤第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形例例10.5.1 10.5.1 图图10.5.1010.5.10为由为由555555定时器构成的简易触摸开关，试分析是什么电定时器构成的简易触摸开关，试分析是什么电路？二极管能亮多长时间？路？二极管能亮多长时间？解：此电路为单稳态触发器解：此电路为单稳态触发器二极管亮的时间为二极管亮的时间为s111050102001 . 11 . 163RCT第第10章章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形例例10.5.2 两相两相时钟发生器电路如图时钟发生器电路如图10.5.11所示已知所示已知R1510，R210K，C=0.1F。(1)说明说明555定时器组成何种电路？定时器组成何种电路？(2)画出画出vo、1和和2的波形的波形。(3) 计算计算1的周期的周期T和脉冲宽度。和脉冲宽度