武汉大学数电课件第六章 脉冲波形的产生和整形

电子技术数字电路部分第十章脉冲波形的产生和整形1第十章脉冲波形的产生和整形§10.1概述

§10.3连续矩形脉冲波的产生§10.2单脉冲的产生§10.4单稳态触发器§10.5555定时器的原理和应用2§10.1概述数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波(矩形波)。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。3基本知识脉冲电路：用来产生各种脉冲波形的电路分类：脉冲波形产生电路脉冲波形变换电路脉冲波形1：凡是非正弦变化的在时间上不连续的电压或电流波形。2：以下是正常的脉冲波形。4常见波形5§10.2单脉冲的产生+VCCFS按钮按放一次，便产生一个单脉冲。

但是，由于按钮S机械动作经常伴有抖动现象，使得输出的方波很不理想，毛刺很大。这样的方波用到数字系统中很容易引起误动作。因此，这个电路没有实用价值。6单稳态触发器单稳态触发器简称单稳。它的突出特点是:输出端只有一个稳定状态,另一个状态则是暂稳态.加入触发信号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是,经过一定时间以后,它又会自动返回原来的稳定状态。稳定状态稳定状态暂稳态由外界触发自动返回学习的重点:为什么会自动返回?需多少时间?7§10.3多谐振荡器多谐振荡器又称矩形波发生器。它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成，本节只讨论后一种电路。多谐振荡器:是一种自激式振荡器，也就是在接通电源后，不需要外加触发信号，能自动地产生矩形脉冲。由于在矩形脉冲中含有丰富的高次谐波，所以习惯称为多谐振荡器。810.3.1电容正反馈多谐振荡器1．电路结构：两级TTL与非门。由电容构成的正反馈RabdC9电容正反馈多谐振荡器过程分析：在多谐振荡器工作的过程中，主要依靠电容C的充．放电，引起d点电位的变化，当vd达到TTL门的阈值电压时，引起与非门的工作状态的改变P3941010.3.2环形振荡器利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器:&&&uo3uo2uo111&&&321uo3uo2uo1设uo3

的初始状态为0:010101用波形图来表示,则为:0tuo3优点:电路结构简单,所用元件少。缺点:频率太高,并且不可调整。12123RRS100CAuo1uouo2321uo3uo2uo1在原电路的基础上添加RC延时电路,便可以克服上图的不足:下面将结合它的工作波形说明其工作原理:130tuo0tuo20tuo10tuAUT假设：开始时uo=0电容上的电流，uA下降uA>UT时，uo不反转。123RRS100CAuo1uouo2010140tuo0tuo20tuo10tuAUT当uA=UT时，uo反转，uo1、uo2也一起反转。123RRS100CAuo1uouo2150tuo0tuo20tuo10tuAUT由于电容电压不能突变,当uo1

发生下跳时,uA有一突变。U123RRS100CAuo1uouo2U160tuo0tuo20tuo10tuAUTUt1

后，uo2>uo1，电容反向充电,uA上升。只要uA<UT，uo就不反转。t1123RRS100CAuo1uouo2170tuo0tuo20tuo10tuAUTU当uA=UT时(t2)，uo、uo1、uo2再次反转。t2123RRS100CAuo1uouo2180tuo0tuo20tuo10tuAUTU由于uo1上跳，电容电压不能突变，所以uA上跳，然后uA开始下降电流方向123RRS100CAuo1uouo219T0tuo0tuo20tuo10tuAUTU输出信号的周期近似为:T=2.2RC123RRS100CAuo1uouo22012R1R2C1C2uo石英晶体石英晶体振荡器常用作数字系统的基准信号.为获得稳定的振荡频率,可在振荡电路中串接石英晶体,组成石英晶体振荡器,如图(c)所示.10.3.3晶体稳频的多谐振荡器2110.3.2由施密特触发器构成的多谐振荡器要求：由输入波形，画输出波形见书P39922§10.4单稳态触发器单稳态触发器简称单稳。它的突出特点是:输出端只有一个稳定状态,另一个状态则是暂稳态.加入触发信号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是,经过一定时间以后,它又会自动返回原来的稳定状态。稳定状态稳定状态暂稳态由外界触发自动返回学习的重点:为什么会自动返回?需多少时间?2310.4.1积分型单稳态触发器的工作原理uo1uo2RC12uiA0tuiuo1uAuo20t0t0tt1当ui

发生正跳变后,uo1跟着负跳变;但uA不能突变，uo2立即下跳。在ui正脉冲到来以前，uo1是高电平，uo2是高电平。240tuiuo1uAuo20t0t0tt1uo1下跳后，C放电，uA下降。UTuA=UT时，uo2上跳。之后uA继续下降。uo1uo2RC12uiAUi正脉冲过后，uo2随后恢复高电平。250tuiuo1uAuo20t0t0tt1UTuo1uo2RC12uiAW在ui合理的配合下，单稳态触发器输出脉冲（uo2）的宽度W，取决于电容的放电速度。即R、C参数的大小。26uA0tUTuo20t0tuiuo10tt1t3

回答:有!…...讨论:对

uA

的放电快慢有无约束?t2若的C放电速度太慢，在t1

~t3

期间,uA>UT

,则uo2

低电平宽度不再受RC的控制。必须改进电路!0111uo1uo2RC12uiA27(a)uo1uo2RC12uiA&ui,34uo4(b)具体原理请参见有关教材。uo1uo2RC12uiA2810.4.2集成单稳组件介绍它的管脚图和功能表见下页:集成化单稳组件的类型很多,以下以74LS123为例,作为介绍对象。74LS123包括两个独立的单稳,各管脚以字头1、2相区别。单稳输出脉冲的宽度，主要由外接的定时电阻(RT

)和定时电容(CT

)决定。单稳的翻转时刻决定于A、B、CLR三个输入相与的结果，具体参见它的功能表。2991615141312111024365781CLRCLRQQQQ2B2A1B1A2Q1Q1Q2Q1CLR2CLR1CT2CTVCCGND2RT/CT1RT/CT74LS123管脚图30CLRABQQ说明000000011111111稳态触发74LS123功能表3174LS123输出脉冲的宽度有三种控制方法:1.基本脉冲宽度由外接电阻(RT

)、电容(CT

)决定，当CT

>1000PF时，脉宽tW

应为：tW

=0.45RT

CT

2.在清零端(CLR

)加清0负脉冲,可提前终止输出脉冲,如下图所示:tWCLRQ单位：RT:k、CT:Pf、tW:nS323.通过在A端或B端加再触发脉冲,可使输出脉冲的宽度加宽:tWtWBQ由于这种单稳可以通过加再触发脉冲增大输出脉冲的宽度,所以,它被称为可再触发式单稳。336.4.3单稳态触发器的应用单稳的应用多种多样,如:整形、延时控制、定时顺序控制等等。例如“延时控制”利用单稳可以取得延时作用,延长的时间可以通过R、C调节。请看下例:34QAQCQBQDCPCLRRS0S1QAQCQBQDCPCLRRABCDEFGH74LS194(1)74LS194(2)R2C2AQ2R1C1AQ1B+5V移位输入DW1DW2时钟S1S035CPABCDEFGHQ1Q2t0t1t2t3用波形图表示如下:36CPABCDEFGHQ1Q2t0t1t2t3用波形图表示如下:移位寄存器清零H灯上升沿触发Q1Q1的下降沿触发Q2移位寄存器串行输入为1循环重新开始37§10.5555定时器的原理和应用

555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。利用它，可以非常方便地构成施密特触发器．单稳态触发器．多谐振荡器。它使用方便,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。

555定时器的内部电路包括以下几部分:一个由三个相等电阻组成的分压器;两个电压比较器:C1、C2

;一个RS触发器;一个反相器和一个晶体管T等。具体的结构见后图。38RSQQ++--C1C2VCCTH(Vi1)VcoTR(Vi2)DTvoRD87645321RRR3912345678555VCCDTHCOGNDTRUoRD电源放电阈值电控压制地触发输出复位电源电压范围:4.5V~18V管脚图40三个电阻构成的分压器给两个比较器提供基准电压:C1

的为2VCC

/3

,C2

的为VCC

/3

。首先讨论上图中部分的电路的工作原理。41000101阈值端触发端vi1vi2RS2VCC

/3小于2VCC

/3大于VCC

/3小于VCC

/3小于VCC

/3大于大于2VCC

/3c1c2Vco1112VCC

/3VCC

/342晶体管TRSQuo100100保持0110保持保持导通截止RSQ1001000101保持保持Q11禁止禁止RS触发器功能表附录:43分析结果,得到555的功能表:阈值端触发端THTR2VCC

/3VCC

/3大于大于2VCC/32VCC/3VCC

/3VCC/3小于小于小于大于保持保持RD晶体管Tuo0111001导通导通截止446.5.2555定时器的应用555定时器应用范围非常广泛，可以做单稳、双稳、多谐震荡器、施密特触发器等。下面举例说明：施密特触发器48162357uouiVCCRRTDTHTRSvivi2vi1VcoVccRD456.5.2555定时器的应用(1)双稳态触发器:微电机起动停车控制电路。4816235S2S1RRCVCCTHTRuoM微电机555S1:起动按钮S2:停车按钮464816235S2S1RRCVCCTHTRM微电机555uo阈值端触发端THTR大于大于小于小于小于大于保持保持RD晶体管Tuo0111001导通导通截止VCC

/32VCC

/3VCC

/32VCC

/32VCC

/3VCC

/3仅按下起动按钮

S1

,则TR

<VCC/3;未按S2,

当然TH

<2VCC

/3,故uo

=1,电机转动。即使放开S1

,TR>VCC

/3,TH

<2VCC

/3,uo

保持为1,电机继续转动。

如果仅按下按钮

S2

,TH

>2VCC

/3,未按S1,当然TR

>VCC

/3,这时uo

=0,电机停止运行。

如果松开S2,电机仍不转动。47(2)单稳态触发器:洗相曝光定时器48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS若S打开,则ui

=1;若S合上,则ui

=0。0t0t0tuiuCTuo2VCC

/3TW48若S打开,则ui

=1;若S合上,则ui

=0。接通电源后，设按钮S处于打开状态,电容已充电至稳态。则：依前分析可知：此时uo

=0,555内的晶体管T导通,电容CT被短路,TH<2VCC/3、TR>VCC/3。Uo保持0状态。48162357uouiVCCRRTCTDTHTRSTR>VCC

/3TR>VCC/3。49若S打开,则ui

=1;若S合上,则ui

=0。0tuiuo=0,555内的管T导通,电容CT被短路。0tuCT2VCC/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS500tuiS按下时,TR

<VCC

/3,已有TH

<2VCC

/3,故uo

=1。此时555内的晶体管T截止,CT

将充电。只要uCT

未充至2VCC

/3,uo=1

的状态不会改变。0tuo0tuCT2VCC/348162357uouiVCCRRTCTDTHTRS51一旦uCT>2VCC/3,且按钮已松开，TR>VCC

/3,则uo=0;555内的晶体管T也由截止变成导通,电容CT迅速放电而变成0V。0tui0tuCT2VCC

/30tuo48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS520tui0tuCT2VCC/30tuo由以上过程可以看出:按钮每按动一次,uo便输出一个正脉冲,其宽度TW

由RTCT决定。TW48162357uouiVCCRRTCTDTHTRS5348162357uouiVCCRRTCTDTHTRSJJ~红白D1D2按一次按钮

S未按uo0J的线圈不通电J的结点不动作红灯白灯亮灭1通电闭合亮灭红灯亮的时间即为曝光时间TWTW=1.1RT

CT54(3)多谐振荡器:简易电子琴电路48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCuC0tVCC

/32VCC

/3首先说明如何用555定时器构成多谐振荡器:0tuo输出波形55设电容C原先未充电,故TH=TR<VCC/3,此时uo

=1,555内的晶体管T截止,电源通过R1

和R2

对电容C充电。uC0tVCC

/32V