数电课件第7章 脉冲的产生与整形

第7章脉冲的产生与整形习题与思考题7.1概述7.2555定时器及其脉冲电路7.2.1555定时器及其工作原理7.2.2由555定时器构成的单稳态触发器7.2.3由555定时器构成的施密特触发器7.2.4由555定时器构成的多谐振荡器7.5.2石英晶体多谐振荡器7.1概述数字电路中常用具有一定宽度和幅值且边缘陡峭的矩形脉冲，本章只讨论矩形脉冲。2.矩形脉冲的主要参数：（5）脉冲周期T；（6）脉冲频率：f=1/T；（1）脉冲幅度VM；（2）脉冲宽度tW；（3）上升时间tr；（4）下降时间tf；（7）占空比q：

q=tw/T。

1．矩形脉冲7.1.1矩形脉冲及其基本特性3．数字电路对矩形脉冲的要求在数字电路中通常要求有效信号的脉冲宽度要满足tW

≥td

，也就是说只有在输入有效信号到达器件的输出端时，输入有效信号才能结束，以保证信号的正常传递。7.1.2矩形脉冲的产生和整形方法脉冲产生电路是数字系统不可缺少的组成部分。

图7-2失真的矩形脉冲失真的矩形脉冲需要进行整形，以期恢复原有信号的波形。例如时钟信号fmax≤1/tpdf≤fmax脉冲的产生和整形电路有三种：施密特触发器；单稳态触发器；

多谐振荡器。

每种电路都有三种构成方式：集成；用门电路构成；用555电路构成。本章只介绍用555电路构成的脉冲电路(7.2)。作业：【题7.5】

【题7.6】【题7.7】【题7.8】

【题7.10】本章重点1.掌握由555定时器组成施密特FF、单稳态FF、多谐振荡器的电路连线图。2.掌握555定时器够成施密特FF、单稳态FF、多谐振荡器电路的原理、分析方法、会画波形。3.掌握555定时器的比较电压VR1、VR2与VCO、VCC的关系；由给定的任意波形能画出施密特FF的输出波形；4.了解本章波形参数计算。7.2555定时器及其脉冲电路7.2.1555定时器及其工作原理

555定时器是一种多用途的数模混合集成电路，用途广泛。双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数码为7555，产品型号的最后3位数码都是555。（1）结构简单、使用灵活、用途广泛。（2）电源电压范围宽（3～18V），提供与TTL电路和CMOS

电路兼容的逻辑电平，能和其他数字电路直接连接。（3）输出电流大（100～200mA），能直接驱动继电器、

小电机、扬声器等负载。（4）精度高、工作速度快、可靠性高。1．555定时器电路特点

2．555定时器电路结构SR锁存器输出缓冲器晶体管开关Q'Q分压器比较器清零端控制电压阈值端、高触发端触发端、低触发端放电端3．555定时器工作原理2VCC/3VCC/3有两个阈值电压：VR1=2VCC/3VR2=VCC/3当在VCO端外接控制电压时，阈值电压将变化：VR1变为VCO;VR2变为VCO/2。表7-1555定时器功能表输入SR锁存器输

出RD'VI1(TH)

VI2(TR')S'R'VO

TD工作状态0××××0导通1100导通111保持原状态保持原状态1011截止Q'Q4．555定时器使用注意事项当不需要外部电压控制比较器的参考电压时，VCO端可外接0.01μF的去耦电容滤波，以消除干扰，保证比较器的参考电压稳定。当不需要电容放电时，放电端可以悬空或通过电阻接VCC，使之成为与输出同相的输出端。置零输入端通常接VCC，如需要也可以加入低电平有效的控制信号。国产型号国内常用型号国外常用型号TTL型CB5551555，FD555，FX555NE555，CA555，LM555，SE555CB5561556，FD556，FX556NE556，CA556，LM556，SE556CMOS型CB75557555，CH7555ICM7555，PD5555CB75567556，CH7556ICM7556,

PD55565．555定时器常用型号电路电路7.2.2由555定时器构成的单稳态触发器(Monostable

Multivibration)1．单稳态触发器电路特点tW由电路内部参数决定暂稳态稳态（1）输出有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。（2）在输入触发脉冲作用下，输出能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，输出自动返回稳态。（3）暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。（4）窄脉冲触发。（5）输入、输出信号频率相同，占空比不同。012．电路结构3．工作原理1）稳态（VO=0）SR锁存器处于保持状态，VO保持0状态不变。VI=1=VH，

VO=0TD工作在饱和状态，则:VC=02）触发VI=0SR锁存器置1，TD截止。3）暂稳态(VO=1)VCC电容C充电，随充电时间的延长，VC提高，在充电到

2/3VCC之前，电路将维持暂稳态。VC1(R')=VC2(S')=1VC2(S')=0,VC1(R')=1R'S'04）自动返回当充电到VC=2/3VCC

VC1(R')=0，SR锁存器置0，TD导通。电容C通过TD向地迅速放电，VC返回到0。+因窄脉冲触发，这时VI=1=VH，VC2(S')=1i放4．参数计算1）输出脉冲宽度tW输出脉冲宽度与电容C充电时间相同:

2）恢复时间tre:tre=(3~5)rCESCtre3）分辨时间分辨时间是指单稳态触发器正常工作输入信号的最小周期。

tWτ

=RCVC(0)=0VVC(∞)=VCC

=RCln3≈1.1RCVC(∞)–VC(t)VC(∞)–VC(0)tW=τ

lnVCC

–0=RCln23VCC–VCCVCO外接时,VCC–VCOVCCtW=RClntd=tW+tre5．应用1）延时t延迟=tW1+tW22）定时单稳态触发器能够产生一定脉冲宽度的矩形脉冲。nT测=1f测=nHz3）整形改变输入脉冲的占空比6．使用注意事项当输入信号不满足窄脉冲要求时，输出信号的脉冲宽度就会受输入信号的控制，与电路的参数无关。可在输入端加微分电路。其他类型的单稳态触发器用门电路可构成单稳态触发器；也有集成的单稳态触发器。既有TTL电路产品，也有CMOS电路产品。如74121是TTL集成单稳态触发器。7.2.3由555定时器构成的施密特触发器（SchmittTrigger）1．施密特触发器电路特点（4）输出与输入信号是同频率的脉冲。（1）有0和1两个稳定状态。（2）允许输入信号慢变化。（3）电平触发，输出从高电平跳变为低电平的触发电平与输出从低电平跳变为高电平的触发电平不同。2．电路结构555定时器的VI1和VI2接在一起，构成施密特触发器。R'S'3．工作原理4．电压传输特性及参数V

T+:正向阈值电压或上限阈值电压VT-:负向阈值电压或下限阈值电压回差电压：∆VT=VT+-VT-若改变VCO值VT+,VT-的值将改变。R'S'0111102VCC/3VCC/35．应用1）波形转换2）脉冲整形3）脉冲鉴幅4）构成多谐振荡器假设t=0时刻，输出为高电平，电容C通过电阻R充电。i充i放VI当VI=VT+时，触发器翻转为低电平。电容C开始通过电阻R放电。VI当VI=VT-时，触发器翻转为高电平。

VOH

–VT+VOH–VT–

t1=RClnVOL

–VT–VOL–VT+t2=RClnVCC

–VT+VCC–VT–T

=t1+t2=RCln+VT–VT+

RCln3当VT–=VCC，1

3

VT+=VCC2T

=t1+t2=RCln2+RCln2=2RCln2T

q

==50％

t1VOHVOL其他类型的施密特触发器用门电路也可构成施密特触发器；还有集成的施密特触发器。集成施密特触发器既有TTL型，也有CMOS型。

如74LS14是集成施密特触发六反相器；74LS132是施密特触发的四－2输入与非门。

如CC40106是集成施密特触发六反相器；CC4093是施密特触发的四－2输入与非门。占空比可调的多谐振荡器使用起来较不方便

i充i放T

q

==50％

t1T

=t1+t2=R2Cln2+R1Cln2=(R1+R2)Cln2T

q

==t1R1+R2

R27.2.4由555定时器构成的多谐振荡器(Astablemultivibrator)1．多谐振荡器电路特点（2）不需要外界触发信号，能自动产生一定频率的矩形脉冲，其频率由电路内部参数决定。2．电路结构先接成施密特触发器（1）有两个暂稳态，暂稳态1和暂稳态2，在两个暂稳态之间轮流转换。3．工作原理1）起始状态i放i充电路刚通电时，电容C来不及充电，C上无电荷，VC=0,VO=1,TD截止,电容充电。2）暂稳态1VCC0TD截止，VCC经电阻R1,R2向电容充电。到VT+改变状态。VC3）暂稳态2VO=0，TD导通，电容经电阻R2放电。VC到VT-改变状态。4．参数计算i放i充VCC01）电容C充电时间T12）电容C放电时间T2VCC

–VT+VCC–VT–T1=(R1+R2)Cln3当VT–=VCC，1

3

VT+=VCC23当VT–=VCC，1

3

VT+=VCC2T1=(R1+R2)Cln2≈0.7(R1+R2)C0–VT–0

–VT+T2=R2ClnT2=R2Cln2≈0.7R2C3）脉冲周期和频率4）占空比q上述电路占空比始终大于50%,且不可调。T

q

==T1(R1+2R2)Cln2(R1+R2)Cln2

=R1+2R2

R1+R2

T

f

=