第八章脉冲波形的变换与产生D讲义资料

第八章脉冲波形的变换与产生数字电路中，常需要各种脉冲波形。这些波形的获取，有两种方法：通过波形变换获得；由产生电路直接得到。555定时器是一种集模拟、数字一体的中规模集成电路。其应用极为广泛。不仅广泛应用于信号的产生（产生多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器）和变换,还常用于控制和检测电路中。有双极型和CMOS两种类型的产品。前者驱动能力强（最大负载电流达200mA）；后者电源电压范围宽（3～18V）、功耗低、输入阻抗高。电源Vcc(8)＆1C2阈值输入ui1(6)Q控制电压uiC(5)复位(4)放电端(7)RR5KΩ

UO(3)

由分压器(三个5KΩ电阻)对电源电压分压，C1同相输入端对地电位为2／3VCC，C2反相输入端对地电位为1／3VCC。接地(1)ST

G1和G2组成基本SR锁存器；三极管T为放电管，当T饱和时C、E极间电阻很小，C极通过E极对地放电；G3为具有缓冲作用的与非门，无复位信号时就是一反相器，UO=Q。-+R5KΩ

R5KΩ

+C1-＆＆触发输入ui2(2)

C1和C2为电压比较器，当u+＞u-时输出为1；u+＜u-时输出为0。G1RG2G3电源Vcc(8)＆1C2阈值输入ui1(6)Q控制电压uiC(5)复位(4)放电端(7)RR5KΩ

UO(3)接地(1)ST

电路有八个端口，复位端除复位时为0，其余均为1；控制电压端uiC(5)

，外接其它电源可以改变比较器的基准电压。不使用时，为防止干扰，需0.01µF电容接地。

-+R5KΩ

R5KΩ

+C1-＆＆触发输入ui2(2)G1RG2G3VCC地ui21

555定时器端口图放电UOR2384765ui1uiC一、用555定时器组成施密特触发器（双稳态电路）12384765555ui0.01µFUoVCC工作原理：2)Ui继续升高，一旦超过2∕3VCC时，定时器中C1输出“0”，C2输出“1”，使SR锁存器置0（Q=0,UO=0,放电管T饱和），Ui开始下降，在未达到1∕3VCC以前，电路的这种状态也不会改变。该状态为稳态Ⅱ（0态）。6脚与2脚相接1)当ui＜1∕3VCC时，定时器C1

输出“1”，

C2输出“0”，使SR锁存器置1（Q=1,UO=1,放电管T截止）ui升高，在未达到2∕3VCC以前，电路的这种状态不会改变。该状态为稳态Ⅰ（1态）；

3)Ui继续升降低，一旦低于1∕3VCC时，定时器中C2输出“0”，使SR锁存器置1（Q=1,UO=1,放电管T截止）。又回到稳态Ⅰ（1态）。

电路有两个稳定的工作状态，称为“双稳态”触发器。电路的工作归结为两个稳定的工作状态和两个稳态之间的转换过程

。状态转换完全由输入电平控制（触发）。电路将三角波变换为矩形波，电路是一种波形变换电路。t0uoui0t电路亦可将正弦波、锯齿波等非矩形波变换为矩形波。

电压传输特性:指输出电压随输入电压变化的特性。施密特触发器的传输特性具有“迟滞”现象：当输入电压由零开始增大时，达到时，不产生负跳变，直至增大到时，才产生负跳变；uoLuoHuo0ui同样当输入电压由较大值开始减小时，达到时，不产生正跳变，直至减小到时，才产生正跳变。均有“迟滞”，曲线类似铁磁材料的“磁滞回线”。uiuo1电路符号两次翻转的电压（阈值电压）之差，称之为“回差”。△UT

=VT+-VT-

=1/3VCC。回差愈大，抗干扰能力愈强。施密特触发器应用：1.波形变换将缓慢变化的三角波、锯齿波、正弦波（P405）等非矩形波变换为矩形波。12384765555VCC1uiVCC2RVCOUo1Uo2

增加了两个电源VCC2、VCO和一个输出端UO2。当UO为1时，T截止，R上无电压降，UO2=VCC2，若VCC2＞VCC1，提高了输出的幅度；VCO的引入改变了两个比较器的比较电位，使回差调节更加方便。△UT

=1/2VCO。2.整形（改善脉冲波形的上升下降沿）与抗干扰消除顶部振荡。3.幅度鉴别

如果将输入信号视为干扰信号，并以UT+作为能够容忍的干扰幅度，可以鉴别出超过容忍幅度的干扰信号，接入计数器后可统计出干扰信号的数量。

UT+UT-4.组成多谐振荡器（P411）

二、用555定时器组成单稳态触发器

单稳态:电路只有一个稳定的工作状态和一个不稳定的“暂态”。其工作原理主要是讨论触发翻转后，电路自动返回的过渡过程。12384675555-+uCuiCRVCCUo0.01µF电路只有一个电阻R和电容C作为定时元件。工作原理：1、稳态（0态）无触发信号时，ui为高电平(＞)，电路若为0态，T导通，电容C通过T放电，使uC=0

，定时器内部比较器C1.

C2输出均为1，电路保持为0态；电路若为1态，T截止，电源VCC通过R对C充电，当uC

＞时，比较器C1输出为0，仍使电路输出为0态。1284675555-+RVCCUoui3C0.01µFuC2.触发翻转

0态→1态在触发脉冲（负脉冲下降沿）的作用下，电路被触发。当触发电位低于时，定时器内部比较器C2输出为0，使电路输出为1。此时T截止，电路开始定时。

3.暂稳态：上述状态是不稳定的，T截止后，VCC即通过R对C充电，uC指数升高，直至uC=前夕。4.自动返回：uC一旦超过，定时器中C1输出0，置0，暂稳态结束。

5.恢复阶段：电路置0后，电容C将通过饱和导通的放电管T放电，经过3～

5τ放的时间，C放电完毕，uC=0，电路重新回到稳态，单稳态电路又可接收新的触发信号。

uiU0tWuCtW应注意的问题：输入触发脉冲的宽度必须小于电路输出脉冲的宽度tW。为此输入端常增加一个RC微分电路。工作波形τ充=RC，τ放=rCES·CR＞＞rCES

，τ充＞＞τ放重要参数(输出脉冲宽度)：tW=R·C·ln3=1.1RC单稳态触发器的应用1.定时＆uAuiuOuBtWuOuAuBui0tttt0002.延时单稳态电路的输出波形的下降沿比输入波形的下降沿延迟了tW时间，且延迟时间完全由单稳态电路的定时元件R、C调节。tWuCuiu03.整形、消除噪声（噪声宽度＜

tW

＜信号脉宽）（控制通过与门的脉冲数）

三、用555定时器组成多谐振荡器123847655550.01µFuCR1VCCUoCR2-+电路有两个电阻R1

.R2和电容C作为定时元件，定时器2、6端口相连。工作原理：1.起始状态

接通电源前电容C上无电荷，接通电源瞬间，C来不及充电，uC=0。定时器中比较器C1输出为1，C2输出为0，电路为1态。放电管T截止。

2.暂稳态Ⅰ(1态)：VCC通过R1.R2对C充电，直至uC=2/3VCC前夕。123847655550.01µFuCR1VCCUoCR2-+3.自动翻转Ⅰ（1态→0态）uC电位一旦超过2/3VCC，比较器C1=0，C2=1，电路为0态。放电管T饱和导通。

4.暂稳态Ⅱ（“0”态）放电管导通，电容C通过R2→T的c.e极对地放电，直至uC降至1/3VCC前夕。5.自动翻转Ⅱ（0态→1态）uC电位一旦低于1/3VCC，比较器C1输出为1，C2输出为0，电路又回到暂稳态Ⅰ(1态)

。C又将被充电…

电路有两个暂稳态，而无“稳态”，不断地由暂稳态Ⅰ到暂稳态Ⅱ，再由暂稳态Ⅱ到暂稳态Ⅰ，周而复始，无限循环。这种现象电路理论中称为“振荡”。傅里叶级数展开有丰富的谐波（基波频率整数倍的正弦波）分量，故称为“多谐振荡器”。

tWH1∕3VCC0uCu0tWL2∕3VCCVCCT（理想放电值）（理想充电值）tWH=0.7(R1+R2)CtWL=0.7R2CT=tWH+tWL

=0.7(R1+2R2)C占空比：振荡频率f=1/T123847655