数字电子技术第六章 脉冲产生与整形电路

数字电子技术第六章脉冲产生与整形电路第一页，共二十九页，编辑于2023年，星期三第六章概述一、矩形脉冲的基本特性1.矩形脉冲的二值性矩形脉冲二进制数字信号高、低电平1、02.矩形脉冲的特性参数TT—

脉冲周期UmUm—

脉冲幅度0.5UmtWtW

—

脉冲宽度0.1Um0.9Umtrtr

—

上升时间tftf

—

下降时间第二页，共二十九页，编辑于2023年，星期三3.获得脉冲的方法：

1）自激振荡电路直接产生矩形脉冲。由多谐振荡器来实现

555定时器是构成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器的既经济又简单实用的器件。

2）将已有波形（正弦波、锯齿波等）整形为矩形脉冲。由施密特触发器和单稳态触发器来实现第三页，共二十九页，编辑于2023年，星期三二、555

定时器1.电路组成分压器比较器RS触发器输出缓冲晶体管开关+VCCuOTD5

k5

k5

k83165724&&1uD控制电压输入端CO高触发端TH电源端直接置0端输出端放电端DIS低触发端TR接地端GND第四页，共二十九页，编辑于2023年，星期三2.基本功能+VCCuOTD5

k5

k5

k83165724&&1uDCOTHTR0UOL饱和导通>2VCC/3

111UOL>VCC/3

饱和导通<2VCC/3

>VCC/3

不变不变<2VCC/3<VCC/3

UOH截止0

1

1

0UTHuoTD的状态UR第五页，共二十九页，编辑于2023年，星期三3.555定时器的外引脚和性能55512348765电源电压输出高电平带拉/灌电流负载能力双极型（TTL）4.516V≥90%VCC200mA单极型（CMOS）318V≥95%VDD拉电流1mA灌电流3.2mA第六页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6.1施密特触发器（SchmittTrigger）6.1.1用555定时器构成的施密特触发器一、普通反相器和施密特反相器的比较AY1普通反相器uAUTHuY?TTL：1.4VCMOS施密特反相器AYuAUT+UT–上限阈值电压下限阈值电压uY回差电压：第七页，共二十九页，编辑于2023年，星期三二、电路组成及工作原理+VCCuO1TD83165724&&1uI工作原理011010UCO外加UCO时,可改变阈值和回差电压+VDDuO2uI上升时与2VCC/3比uI下降时与VCC/3比OuIuOUOHUOL第八页，共二十九页，编辑于2023年，星期三三、滞回特性及主要参数1.滞回特性UT–OuIuOUOHUOLUT+uI增大时与上限阈值比特点:uI减小时与下限阈值比上限阈值电压2.主要静态参数回差电压下限阈值电压回差电压UT=UT+–UT–第九页，共二十九页，编辑于2023年，星期三OuO/Vt[例]试对应输入波形画出下图中输出波形。184355557+12V0.01FuIuO260uI/Vt246810THTRuIuO+12VUT+UT-abcdefUOH解：UT+=2/3VCC=8VUT-

=1/3VCC=4V因此可画出输出波形为电路构成反相输出的施密特触发器第十页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6.1.3施密特触发器的应用举例一、接口与整形1.接口MOS或CMOS1把缓变输入信号转换为TTL系统要求的脉冲正弦波振荡器12.整形输入输出UT+UT–第十一页，共二十九页，编辑于2023年，星期三二、阈值探测、脉冲展宽1.阈值探测输入UT–UT+输出2.脉冲展宽CAuOuIuAuIuAuOUT+UT–第十二页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6.2单稳态触发器特点:1.只有两种状态:稳态和暂稳态；2.外来触发（窄）脉冲使:稳态暂稳态稳态；3.暂稳态持续时间仅取决于电路参数,

与触发脉冲无关。用途；定时：产生一定宽度的方波。延时：将输入信号延迟一定时间后输出。整形：把不规则波形变为宽度、幅度都相等的脉冲。第十三页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6.2.1用555定时器构成的单稳态触发器一、电路组成+VCCuO83165724&&1TDQRCuIuCuI与

VCC/3比较uC与

2VCC/3比较62784153555RC++VCC0.01FuI+uC–uIVCC0uC02VCC/3VCCuOtw第十四页，共二十九页，编辑于2023年，星期三二、工作原理、工作波形与参数估算

1.稳定状态

接通电源后VCC经R向C充电，使uC

上升。uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC该电路触发信号为负脉冲，不加触发信号时，uI=

UIH(应

>

1/3

VCC)。

当uC

≥2/3VCC时，满足TR=uI>1/3VCC，TH=uI≥2/3VCC,因此uO为低电平，V导通，电容C经放电管V迅速放电完毕，uC

0V。这时TR=UIH>1/3VCC，TH=uC

0<2/3VCC，uO保持低电平不变。因此，稳态时

uC

0V，uO为低电平。充电工作原理

导通放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH第十五页，共二十九页，编辑于2023年，星期三

2.触发进入暂稳态

二、工作原理、工作波形与参数估算uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC

当输入uI由高电平跃变为低电平

(应<1/3VCC)时，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，因此uO跃变为高电平，进入暂稳态，这时放电管V截止，VCC又经R向C充电，uC

上升。UILUOH充电第十六页，共二十九页，编辑于2023年，星期三

3.自动返回稳定状态

(二)工作原理、工作波形与参数估算uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC

2.触发进入暂稳态

UIHUOL

TH≥2/3VCC放电V

当输入uI由高电平跃变为低电平

(应<1/3VCC)时，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，因此uO跃变

为高电平，进入暂稳态，这时放电管V截止，VCC又经R向C充电，uC

上升。这时uI必须已恢复为高电平

当uC

上升到uC

≥2/3VCC时，

TH

=

uC

≥2/3

VCC，而TR=uI=

UIH(>1/3VCC)，因此uO重新跃变为低电平。同时，放电管导通，C

经V迅速放电uC

0V，放电完毕后，电路返回稳态。该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽tWI小于输出脉宽tWO。第十七页，共二十九页，编辑于2023年，星期三[例]用上述单稳态电路输出定时时间为1s的正脉冲，R=27k，试确定定时元件

C的取值。

(二)工作原理、工作波形与参数估算uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC输出脉冲宽度tW即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件R、C。解：因为

tWO

1.1RC故可取标称值

33F。估算公式tWO1.1RC第十八页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6.2.3单稳态触发器应用举例一、延时与定时1.延时1uIuO&uOuFuIuOtW2.定时选通uFuO二、整形uIuO第十九页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6.2.3单稳态触发器应用举例走廊定时灯第二十页，共二十九页，编辑于2023年，星期三6.3多谐振荡器AstableMultivibrator6.3.1555定时器构成的多谐振荡器+VCCuO83165724&&1TDR1R2CuC

uCtUOH

uOtUOL一、电路组成和工作原理62784153555R1C1+R2C2+VCC第二十一页，共二十九页，编辑于2023年，星期三二、振荡频率的估算和占空比可调电路62784153555R1C+R2C2+VCC(1)C充电时间tw1uC（0）=VCC

/

3,uC（）

=

VCC充电时间常数1=（R1+R2）C(2)C放电时间tw2放电时间常数2=R2C1.振荡频率的估算uC（0）=2VCC

/

3,uC（）

=

0第二十二页，共二十九页，编辑于2023年，星期三(3)

振荡频率f

uCtUOH

uOtUOLtw1tw2Ttw1=0.7(R1+R2)Ctw2=0.7R2CT=0.7（R1+2R2）C振荡周期：振荡频率：占空比：第二十三页，共二十九页，编辑于2023年，星期三2.占空比可调电路62784153555R1C+R2C2+VCCD1D2uOtw1=0.7R1Ctw2=0.7R2C频率固定第二十四页，共二十九页，编辑于2023年，星期三模拟声响电路uO2uo1uo26.1.3多谐振荡器应用举例10F26784153NE555ICICR1C1B21++26784153NE55510k100k10k150k10k8R2R3R4R5C2C3C5+5V0.01F0.01F100FuO1C40.01F+第二十五页，共二十九页，编辑于2023年，星期三第六章

小结一、555定时器是一种多用途的集成电路。只需外接少量阻容元件便可构成各种脉冲产生、整形电路，如施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等。55512348765双极型(TTL)电源:4.516V单极型(CMOS)电源:318V带负载能力强第二十六页，共二十九页，编辑于2023年，星期三二、施密特触发器是一种脉冲整形电路，虽然不能自动产生矩形脉冲，却可将输入的周期性信号整形成所要求的同周期的矩形脉冲输出，还可用来进行幅度鉴别、构成单稳态触发器和多谐振荡器等。62784153555+VCCuO2uIUCOuO1+VDDR施密特触发器有两个稳定状态，有两个不同的触发电平，因此具有回差特性。它的两个稳定状态是靠两个不同的电平来维持的，输出脉冲的宽度由输入信号的波形决定。此外，调节回差电压的大小，也可改变输出脉冲的宽度。外