清华大学数电脉冲电路课件

第十章脉冲波形的产生和整形第一节概述本章只讨论矩形脉冲。矩形脉冲的主要参数：脉冲周期T；脉冲频率：脉冲幅度VM；脉冲宽度tW；上升时间tr；下降时间tf；本章讨论三种脉冲电路：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。f=1/T占空比q：q=tw/T.【题10.1】【10.20】1第二节555定时器及其应用一、555定时器的电路结构与功能555电路又称为集成定时器。1972年由Signetics公司推出。既有双极型产品，也有MOS型产品。它们产品型号的最后3位数码都是555.如：CB555是国产双极型电路；CH7555是CMOS型电路。清零端控制电压阈值端、高触发端触发端、低触发端放电端CB555电路结构图双极型555电路CMOS型555电路电源电压范围最大负载电流5—16V3—18V200mA4mA2低导通1>>低导通1导通<<低（不变）高截止11<>>高截止（不变）VCOVCO2电路的功能：当在VCO端外接控制电压时，阈值电压将变化：变为VCO;变为VCO/2。有两个阈值电压：VR1=2VCC/3VR2=VCC/3随着TH端和TR’端的电压不同，其工作状态将发生变化：<2VCC/3VCC/30R’DTHTR’TD状态注意修改表10.5.1及前面的论述3二、构成施密特触发器（SchmittTrigger）（一）施密特触发器的特点：1.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电平不同。2.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很陡。见457页（二）工作原理：分析输入电压由0V上升到VCC和由VCC下降到0V时，电路状态如何变化。将TH端和TR’端并联作输入端，接输入电压40t0tVCCVCC/32VCC/3VT+: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V=VT+-VT-：回差电压传输特性若改变VCO值VT+,VT-的值将改变。VOH0.01特点：由于有比较器，允许输入信号慢变化；由于有触发器，输出端边沿好。VT+VT-υIυO请记录458页5（三）施密特触发器的应用（见464页）1.波形变换2.脉冲整形3.脉冲鉴幅波形变换脉冲整形脉冲鉴幅6（四）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。用门电路构成的施密特触发器已很少使用，这里不作介绍。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。7三、构成单稳态触发器(MonostableMultivibration)（一）单稳态触发器的特点1.有两个状态——稳态、暂稳态；2.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后，再自动返回；3.暂稳态维持时间长短取决于电路本身参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。单稳态触发器tWtW由电路内部参数决定暂稳态稳态8（二）工作原理1.稳态=VH,设TD工作在饱和状态，则：VC=VTH=0V,555电路处于保持状态，且一定是VO=VL，这是因为若假设TD截止，则不合理。2.触发555电路状态翻转为VO=VH此时TD截止，VC保持0V不变。3.暂稳态电容C充电=VIL充其三要素为：(0)=0V,()=VCC，=RCVCC+下页RC9充+RC当=2/3VCC时，555电路翻转为输出VL,而保持不变。5.恢复由于TD导通，电容C向TD放电，使迅速下降为0V。4.自动返回上页VCC放用三要素法描述过渡过程:10（三）参数计算（以脉冲宽度为主）VCCtW1.脉冲宽度tW得到公式：tWVCC0V2.恢复时间tre:tre=(3~5)rcec3.分辨时间td:td=tw+tretre*该电路特点：窄脉冲触发。触发脉冲的最小周期触发脉冲宽度要小于输出脉冲宽度RC2/3VCC11t0VCC若条件不满足可在输入端加微分电路（供参考）2uRC12（四）应用（请记录）1.整形——改变输入脉冲的占空比。2.定时（延时）控制脉冲被测脉冲例1：数字频率计。例2：延时触发ttt000tW2tW1能输出固定宽度的脉冲。宽度为1秒的正脉冲延迟时间为tW1，输出脉宽为Tw2.单稳计数器CP输出频率值单稳一单稳二13（五）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。1.集成单稳态触发器既有TTL电路产品，也有CMOS电路产品。介绍74121。只介绍如何使用。（见471页）有三个输入端：A1,A2为下降沿触发输入端；B为上升沿触发输入端。有两个互补的输出端VO、V’O。电容需外接；电阻可选择内部的，也可外接。接法如图。可用功能表或波形图说明其工作原理。使用内部电阻14保持A端触发B端触发1015工作江波形扮：输出俗脉宽同的计毛算：从器苹件手掠册可轻查到缺计算师公式汽。74摇12烂1的公忌式如胜下：tW0.69RextCextRext的取值在2K到30K之间；Cext的取值在10pF到10F之间。tW的范誓围在20缴nS到20羡0m摧S之间珠。也可使用内部电阻Rint代替外接电阻Rext。Rint约为2K。74怀12吃1是不白可重尝复触象发的唤。而74弹12蓝2是可爱重复冷触发俊的。箱见图亡示。16RD2.应CM箭OS微分堂型单疏稳态镰触发终器（1）工船作原挤理输入端微分电路提取的上升沿。稳态稳：=VDD，=0，=0。触发客：暂稳提态：=0，=VDD，=VDD。i充C充电VDD三要幼素为厌：(0)=0，()=VDD，=RC。自动奶返回奴：条件：＝VTH。+17VDD=0，=VDD，VDD。恢复婆过程凤：电容C放电饿至起风始状诊态。厨所用煌时间蓄为：Tre=(竟3~种5)鹅CRON（2）计晓算脉晶宽tW等于由0V上升到VTH所用的时间：门G1的输划出电泪阻0.互5VDD取消西输入膨微分廊电路模会使垦输出伪后沿凶变坏律。RDi充+18不需鞋输入就信号扛即可衬产生能矩形外脉冲观。四、粮构成粥多谐触振荡便器(As露ta磁bl捞emu故lt扭iv载ib植ra蚊to源r)t2（一别）多答谐振北荡器犬的特彼点（二说）电蠢路的冈原理刚接烦通电帝源：=0V,TD截止熔。此时梢为暂稳妖态1：i充C充电VCC三要汗素为加：(0)=0V[1/臣3VCC]()=VCC充=(R1+R2)C在t1时刻=2/3VCC，555电路翻转。t1C放电0i放=VH，进入暂稳态2—=VL，TD导通。+先接贪成施翅密特茂触发诱器19三要低素为肆：(0)=2/3VCC，()=0V，放=R2C在t2时刻=1/3VCC，555电路翻转。（三温）计珍算周盲期—T渔=T1+T2i充i放充1/非3vcc2/嘴3vcc占空督比：+f逢=及1倍/TVCCt10t2VCCt10t2给施辉密特痕触发盈器输咐入锯柿齿波做可产思生矩健形波20（四呀）改贷进电史路占空挠比可守调的早多谐料振荡与器T1=R1Cl达n2T2=R2Cl吸n2q=T=趣(R1+R2)C芝ln沉2解：可选VCC=5劳V由q公式谱，且q=赴2/税3可求赔出：R1=R2由于T=降(R1+2疼R2)C径ln激2R1=4看8K选C=10F代入上式求出R2=R1=48K上述笛电路趟占空朱比始还终大沈于50赞%,且不煎可调殃。例：用CB555设计多谐振荡器。要求T=1s,3v<vM<5v,占空比q=2/3。C选择唉原则:过大丹则漏接电流热大过小林则电买阻太馋大二者心均可孔使周梅期不认准21（五姑）用级门电税路构脸成的祸多谐芳振荡扩器1.非对黑称式摩多谐羞振荡刮器(1牲)工作感原理采用CM搬OS门；RF使门1工作凯在转迟折区速。因此贿门2也工刮作在只转折肿区，昼电容C引入争正反墓馈，蔑使电群路振渔荡。设t1时刻G1输出拨低电舌平、G2输出公高电嚼平。妻定为脉暂稳图态2。当＝VTH时，产生连锁反应：随之枯电路棒进入设暂稳梁态1。见裁下页腐图。C充电VDD0i充＋－＋－22C放电=VDD，=0，=VTH－VDD。在t2时刻堤：在暂姻稳态1：t1t2i放三要素为：放=RFC。t3在t3时刻＝VTH，又发生连锁反应，进入暂稳态2：(0)=VTH＋VDD，在暂述稳态2，C充电耍的三书要素圾为：(0局)=房诚VTH－VDD，()=VDD，充＝RFC()=0VDD0＋＋－－回前犬页23(2援)周期郊计算薄：T=肉T1+T2RFC1.1=ttWIIIIW)()()0()(ln1111-¥-¥=uuuut将前闷面的裁三要蔑素代苦入下坚面的后公式殿，即问可求晋出T1和T2：V00－VTH－VDDRFCTHln-=T2RFC1.1=VVDDVDD－VTH+VDDRFCTHln-=T1T=首2.即2RFC思考始：若聪将RP短路偿，会沾发生愤什么占情况分？用TT渴L门构逃成这泡种多臂谐电难路也凯可，辱但分睬析较闷复杂无。(0