数电：脉冲波形的产生与整形

第七章脉冲波形的产生与整形1、什么是脉冲波形？2、为什么要产生脉冲？4、如何产生脉冲以及对其进行整形？3、为什么要对脉冲波形进行整形？1、什么是脉冲？脉冲：电压(V)或电流(A)的波形像心电图上的脉搏跳动的波形。

在短时间内突变，随后又迅速返回其初始值的物理量称之为脉冲。

2、为什么要产生脉冲？

数字电路经常用到各种宽度和幅值的边沿陡峭的脉冲信号：时钟信号、定时信号。最常用的脉冲信号是方波或矩形波。3、为什么要对脉冲波形进行整形？vItvOtVT+VT-VT+VT-vItvOtvItvOtVT+VT-脉冲有各式各样的形状，有矩形、三角形、锯齿形、钟形、阶梯形和尖顶形的等等。描述矩形脉冲特性的主要参数1、脉冲幅度Vm 2、脉冲宽度tw3、上升时间tr 4、下降时间tf5、周期T

6、占空比q4、如何产生脉冲以及对其进行整形？利用多谐振荡器产生脉冲。

如何利用555定时器产生脉冲以及对不理想的脉冲整形，是本章讨论的重点。利用单稳态触发器和施密特触发器对脉冲进行整形。脉冲电路分类：脉冲电路作用：脉冲波形的产生和整形。脉冲电路构成：开关电路+RC电路破坏电路的稳态，产生暂态。控制暂稳态时间的长短。脉冲电路与数字电路的比较：单稳态电路（单稳态触发器）无稳态电路（多谐振荡器）双稳态电路（施密特触发器）★数字电路的信号波形也是一种脉冲波形。★脉冲电路侧重波形，数字电路侧重逻辑关系。电容充放电知识复习：(1)电容两端的电压不能突变，Vc（0＋）＝Vc（0－），

电容充放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与τ＝RC有关,工程上取3τ；（2）开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小，相当短路；

充放电结束，电路处于稳态，C支路电流为0，阻抗很大，相当开路；（3）简单RC电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；（4）在简单RC电路中)(tvC＋=)(vC∞-)(vC∞)0(vC+［］eτt)()()0()(lntvvvvτtCCCC--∞=+∞或τ＝RC第七章脉冲波形的产生与整形

主要内容★555定时器的工作原理、逻辑功能及由555构成的脉冲电路。学习要求§1555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。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定时器的优点：（1）定时的精度、工作的速度和可靠性都比较高；（2）使用的电源电压范围宽，从4.5V-18V，能和数字电路直接连接；（3）有一定的输出功率，可以驱动微电机、指示灯、扬声器等等；（4）结构简单，使用灵活，用途广泛。1.管脚分布以及逻辑功能2VCC/3VCC/3大于小于保持保持1大于2VCC/3VCC/3大于10导通00导通2VCC/3VCC/3小于小于11截止阈值端触发端TH/TRRD晶体管TVo电压制控12345678555VCCDTHCOGNDTRVo/RD电源阈值地触发输出复位放电一、555定时器的电路结构和基本功能

555定时器的内部电路包括以下几部分:①两个电压比较器:C1、C2;②一个基本RS触发器;③一个晶体管T；④由三个相等电阻组成的分压器;⑤一个反相器等。2.电路结构由三个相等电阻组成的分压器一个基本RS触发器一个晶体管T一个反相器两个电压比较器:C1、C2vo++--84562713＆＆1RRRRbDQQ+VccRDC1C2T电压制控12345678555VCCDTHCOGNDTRVo/RD电源阈值地触发输出复位放电低电平触发端高电平触发端电压控制端复位端低电平有效放电端4.5～18V输出端地vo++--84562713＆＆1RRRRbDQQ+VccRDC1C2T电压制控12345678555VCCDTHCOGNDTRVo/RD电源阈值地触发输出复位放电2.基本功能vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T

三个电阻构成的分压器给两个比较器提供基准电压:当电压控制端5CO不外接电源：当电压控制端5CO接外置电源Ecc：VR1VR2VR1=

EccVR2=

Ecc/2VR1=VR2=电压制控12345678555VCCDTHCOGNDTRVo/RD电源阈值地触发输出复位放电vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T0010vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T＞2/3VCC＞1/3VCC00011vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T＜2VCC/3＞VCC/311010＜2VCC/3<VCC/310110×vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T2VCC/3VCC/3大于小于保持保持1大于2VCC/3VCC/3大于10导通00导通2VCC/3VCC/3小于小于11截止阈值端触发端THTRRD晶体管Tvo综合以上的分析结果,便可得到555的功能表(要求记住，会分析)12345678555VCCDTHCOGNDTRVo/RD电源阈值地触发输出复位放电555定时器应用范围非常广泛，可构成多种电路形式，但最基本的电路为：单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器。其它电路基本是这3种电路的变形。二、555定时器的基本应用1.单稳态触发器2.多谐振荡器3.施密特触发器1、555定时器做施密特触发器+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2vIVcc1

vo1Rvi8467

555251vo1+VCC+VCC1vovCO3Rvi8467

555251vo1+VCC+VCC1vovCO3施密特触发器的特点：（1）双稳态触发器，有两个稳定的状态；（2）电平触发——电压达到某个值时电路状态翻转；（3）具有滞后电压传输特性——回差特性（两次翻转输入电平不同）；Rvi8467

555251vo1+VCC+VCC1vovCO3

⑴电路：2，6端连在一起作为信号输入端+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2vIVcc1

vo1VI<1/3VCC时，C1＝1，C2＝0，VO=1VI>2/3VCC时，C1＝0，C2＝1，VO=0构成集电极开路型输出端。Rvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压调节回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3⑵工作原理：（a）当Vi＝0时，由于比较器C1=1、C2=0，触发器置1，即Q＝1、0=Q，。升高时，在未到达2Vcc/3以前，的状态不会改变。VO＝1ViVO＝1V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0导通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止UTHUTRVi＝0，满足，故VO＝1。12330<Vi<

1/3VCC，满足，故VO＝1。31/3VCC

<Vi<

2/3VCC，满足，故VO保持1。2Rvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压调节回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3（b）vi升高到2VCC/3时，比较器C1输出为0、C2输出为1，触发器置0，即Q＝0、1=Q，vo=0。此后，vi上升到VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3以前，vo＝0的状态不会改变。V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0导通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止123⑵工作原理：Vi＝2/3VCC，满足，故VO＝0。2/3VCC

<Vi<

VCC，满足，故VO＝0。1/3VCC

<Vi<

2/3VCC，满足，故VO保持0。211Rvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压调节回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3（c）vi下降到VCC/3时，比较器C1输出为1、C2输出为0，触发器置1，即Q＝1、0=Q，vo=1。此后，vi继续下降到0，但vo＝1的状态不会改变。V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0导通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止123Vi＝1/3VCC，满足，故VO＝1。30<Vi<

1/3VCC，满足，故VO＝1。3下限阈值电压vovi(b)逻辑符号(a)传输特性VT－VT+上限阈值电压回差电压（滞后电压）：VT+=2/3VCC;VT-=1/3VCCΔVT＝VT＋－VT－=1/3VCCvIvOvivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3思考：如何来改变回差电压？②在7脚外接一电阻，并与VCC1相连，

vO=1时，vO1=VCC1;vO=0时，vO1=0，

可以实现电平移动。①在5脚上加控制电压VCO可以改变VT+,VT-，以调节回差电压的大小Rvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压调节回差说明：⑶施密特触发器的应用：①波形变换——三角波、正弦波变换成方波vItvOtVT+VT-VT+VT-vItvOt正弦波→方波三角波→方波调节VT+,VT-可以改变宽度②波形整形——消除噪声干扰vItvOtVT+VT-vItvOtVT+VT-回差电压比较小回差电压比较大③幅度鉴别vItvOtVT+VT-可以调节VT+作为鉴别门限④构成多谐振荡器1vCvOvC0ttvoVCC/32VCC/32.555定时器做单稳态触发器RC+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2vITb单稳态触发器简称“单稳电路”单稳态触发器工作特性有以下三个特点：（1）有1个稳定的状态（稳态），1个暂时稳定状态（暂稳态）；（2）脉冲触发—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RC参数，与触发脉冲无关+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvI⑵工作原理：VTHVCbTV6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0导通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止Vo＝0，T导通，Vc＝0，C1＝C2＝1电路处于稳定状态。★上电过程（VI＝1，C2＝1）①假设Vo＝01101+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvI⑵工作原理：VTHVCbTV6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0导通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止T截止，C充电，Vc上升。充电到2VCC/3时:→比较器C1=0，将触发器置0，→Vo＝0。→T导通,C放电,

Vc≈0→比较器C1=C2=1,

→电路状态不变。→电路进入稳态。结论：上电后输出处于稳定状态，Vo＝0，T导通，Vc＝0。上电过程（VI＝1，C2＝1）②假设Vo＝110010111+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvI⑵工作原理（续1）：可以在5脚外接控制电压，以改变放电阀值。VTHVCbTT截止时，对C充电，电路进入暂态，直到Vc>2/3VCC。充电时间决定于RC的大小。V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0导通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止触发:VI＝0→Vo＝1，→T截止。★触发翻转（VI＝0，C2＝0）结论：Vi＝0触发后，电路进入暂态，Vo＝1，T截止，Vc→逐渐上升。1->010+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvIT导通时，C放电。⑵工作原理（续2）：VTHVCbTVC>2/3VCC时，Vo＝0，T导通，C放电。V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0导通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止VI＝1★自动返回（VI＝1，C2＝1）结论：Vc充电到2/3VCC后，电路返回到Vo＝0，T导通，Vc开始放电。1->0->11->0101+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvIT导通，C放电。⑵工作原理（续2）：VTHVCbTV6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0导通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止VI＝1★恢复过程（VI＝1，C2＝1）结论：当电容C放电到Vc＝0是恢复过程。0->10->11012/3VCCtvi00vCt0vot①上电后进入稳态（VI＝1，Vc=0，Vo=0）vIvOVCCRCvC0.01uF12348765V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0导通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止工作波形：2/3VCCvIvOVCCRCvC0.01uF12348765

②外触发:ViVi＜1/3VCC，→比较器C2＝0，触发器置1，→Vo＝1→T截止，C充电→电路进入暂稳态。tvi00vCt0votV6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0导通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止V2V61233T截止，C充电，当vc上升到2/3VCC时:→比较器C1=0，触发器置0，→Vo＝0→T导通，C放电,vc≈0电路→电路返回稳态。vIvOVCCRCvC0.01uF12348765V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0导通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止2/3VCCtvi00vCt0vot

③自动返回（VI＝1）:12331由以上过程可以看出:每来一次负脉冲,vo便输出一个正脉冲,其宽度tW

由RC决定。vIvOVCCRCvC0.01uF123487652/3VCCtvi00vC0votttW

⑶输出脉冲宽度twtw是Vc从0指数上升到2VCC/3时所需的时间注意:tw宽度的增加，将降低定时精度和稳度。

tw的范围为几秒到几分钟。2/3VCCtvi00vC0votttWtw＝1.1RC⑸单稳态触发器的应用一般用于定时（产生一定宽度的矩形波）整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）延时（把输入信号延迟一定时间后输出）1)定时3)整形单稳态微分限幅twtwtwacbd2)延时3、555定时器做多谐振荡器+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRbQQC1C2TR1CR2外接R1,R2,C多谐振荡器的特点：（1）不需外触发的自激振荡器；（2）无稳定状态，均为暂稳态；（3）矩形波中含有丰富的高次谐波，习惯称多谐振荡器。vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2

1、Vcc通过R1、R2向C充电,在电容充电VC：0v--VCC/3之间,Vo

输出1。vC0t0tvoVCC/32VCC/3t1⑵原理V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0导通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止1232、Vcc通过R1、R2继续向C充电,在电容充电VC:VCC/3--2VCC/3之间,Vo

保持

1不变。32vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2vC0t0tvoVCC/32VCC/3t1⑵原理V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0导通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止1233、

当VC＝2VCC/3时→Vo由1翻转为0。→T导通→电容C经R2、T放电。14、电容通过R2和三极管T继续放电,在电容放电VC:VCC2/3--VCC/3之间,Vo

保持

0不变。T102vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2vC0t0tvoVCC/32VCC/3t1⑵原理V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0导通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止123T01③当Vc降至VCC

/3时，使得→Vo回到1

→T截止

→电容C再充电，

进入循环...3t2t3vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2vC0t0tvoVCC/32VCC/3t1t2t3⑵原理)()()0()(lntvvvvτtCCCC--∞=+∞VCC/32VCC/3vOtW2tW1vcτ＝RCvOVCCR1CvC0.01uF12348