单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 脉冲波形的产生和整形,Textmasterformate durch Klicken bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,数字电路全套课件,数字电路全套课件,9.2 555,定时器电路及其功能,9.3,施密特触发器,9.1,概述,9.4,单稳态触发器,9.5,多谐振荡器,第九章 脉冲波形的产生和整形,9.2 555定时器电路及其功能9.3 施密特触发器9.,一、基本概念,1,、,脉冲,：,从广义上说，凡是不具有连续正弦 形状的信号都可称为脉冲信号，如矩形波、三角波、锯齿波等。,2,、,脉冲电路：,就是用来产生、变换、整形脉冲信号的电路。,数字系统中除了组合逻辑电路和时序逻辑电路外，还有一种脉冲电路。脉冲电路主要的作用是产生脉冲信号和进行脉冲信号的变换，本章就是叙述这方面的内容。,9.1,概 述,一、基本概念1、脉冲：从广义上说，凡是不具有连续正弦 形状的,3,、属性,：模拟电路。,4,、脉冲单元电路的组成有三种形式：,5,、脉冲单元电路的主要形式为：,(3),由,专用集成电路,及,R,、,L,、,C,器件组成。,(2),由集成,逻辑门,及,R,、,L,、,C,器件组成。,（不讲）,(1),由,分立元件,（三极管、,R,、,L,、,C,器件）组成。,(,不讲）,(3),多谐振荡器,(2),单稳态触发器,(1),施密特触发器,3、属性：模拟电路。4、脉冲单元电路的组成有三种形式：5、,二、几种常见的脉冲波形,下面主要介绍：,4,、,多谐振荡器。,3,、,单稳态触发器及其应用,2,、,施密特触发器及其应用,1,、,555,定时器电路及其功能,二、几种常见的脉冲波形下面主要介绍：4、多谐振荡器。3、,三,.,脉冲波形参数,正弦信号可以用“三要素”完全描述：,幅度、频率、相位,脉冲信号无法被完全描述，只能用一些参数近似描述！,脉冲周期,T,：周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的,时间间隔。用频率,f=1/T,表示单位时间内脉冲重,复的次数。,脉冲幅度,V,m,：脉冲电压的最大变化幅度。,t,r,t,f,0.9V,m,0.5V,m,0.1V,m,V,m,T,w,T,图,6.1.2,描述矩形脉冲特性的主要参数,三.脉冲波形参数正弦信号可以用“三要素”完全描述：幅度、频,注意：,三个测量点：,0.1Vm,、,0.5Vm,、,0.9Vm,。,脉冲宽度,t,W,：从脉冲前沿（上升沿）到达,0.5 V,m,起，到脉冲后沿,（下降沿）到达,0.5 Vm,为止的一段时间。,t,r,t,f,0.9V,m,0.5V,m,0.1V,m,V,m,T,w,T,图,6.1.2,描述矩形脉冲特性的主要参数,上升时间,t,r,：脉冲上升沿从,0.1 V,m,上升到,0.9 V,m,所需要 的时间。,下降时间,t,f,：脉冲下降沿从,0.9 V,m,下降到,0.1 V,m,所需要 的时间。,占空比,q,：脉冲宽度与脉冲周期的比值，即,q=t,W,/T,。,注意：三个测量点：0.1Vm、0.5Vm、0.9Vm。脉冲宽,四、三要素公式,终止值,初始值,时间常数,1,、求,x,(0),：电容（电感）看成短（开）路,保留原有的电压,(,流,),值,2,、求,x,(),：电容（电感）看成开（短）路,3,、求时间常数：,公式使用条件：,1,、电路中仅有,1,个电抗元件；,2,、激励信号是阶跃信号，或分段区间是常数。,注意事项：,计算信号从某个,初始值,x,(0),变化到某个,特定值,x,(,t,),所需要的时间：,四、三要素公式终止值初始值时间常数1、求x(0)：电容（电感,9.2 555,定时器电路及其功能,555,定时器是一种常用的定时器集成电路芯片。它可以制作出多种多样的实用电路。本节我们研究其电路原理、功能及应用。,一、电路的组成,555,集成电路的输出级为推拉式结构，此外芯片内部还有一个集电极开路的放电晶体管,T,D,。,它有两个比较器,C1,和,C2,，每个比较器的一个输入端接到三个,R,电阻组成的分压器上，输出分别接,SR,触发器输入端。,输出缓冲器,9.2 555定时器电路及其功能 555定时,集成,555,电路的八个引脚的作用及名称为：,脚,1,接地端,GND,脚,2,触发器输入端,脚,3,输出端,OUT,脚,4,复位端,脚,5,控制端,V,CO,脚,6,阈值输入端,TH,脚,7,放电端,DIS,脚,8,电源端,Vcc,集成555电路的八个引脚的作用及名称为：脚1,二、功能,555,定时器的功能主要由上下两个比较器,C,1,、,C,2,的工作状况决定的。,则上比较器,C,1,的反相端“,”加上的参考电压,V,R1,=2,3Vcc,，下比较器,C,2,的同相端“,一,”加的参考电压,V,R2,=,1,3Vcc,。,若触发端,TR,的输入电压,(2,脚,),V,2,1,3Vcc,，下比较器,C,2,输出为“,0”,，否则为“,1”,。,1,、,比较器的参考电压由分压器提供，在电源与地端之间加上,Vcc,电压，且控制端,V,CO,悬空。,若阈值端,TH,的输入电压,(6,脚,),V,1,2,3Vcc,时,上比较器,C,1,输出为“,0”,，否则为“,1”,。,二、功能 555定时器的功能主要由上下两个比较,若复位端,R,D,加低电平或接地，可使电路强制复位，不管,555,电路原处于什么状态，均可使它的输出为“,0”,电平。,2,、,控制电压端,V,CO,(5,脚,),外加电压可改变两个比较器的参考电压，,V,R1,=V,CO,;,V,R2,=,1,2Vco,。,放电管,T,D,的输出端,DISC,为集电极开路输出，其集电极最大电流可达,50mA,，因此具有较大的带灌电流负载的能力。,若不用时，通常将它通过电容（,0.01uf,左右）接地。而不是悬空，以免引入干扰。,反相器是一个缓冲器，为提高带载能力。,若复位端RD加低电平或接地，可使电路强制复位，不管5,VCO,没接电压,若,7,脚经电阻与电源相接；则,V,o,为高电平，,V,o,也为高电平；,V,o,为低电平，,V,o,也为低电平。,Vo,VCO没接电压 若7脚经电阻与电源相接；则Vo为,一、施密特触发器特性,施密特触发器是一种脉冲信号的整形电路，它与一般触发器一样，有两个稳定的工作状态，但它与前面第几章介绍的触发器又有如下不同点：,1.,施密特触发器属于电平触发，缓慢变化的信号也可作为触发输入信号，当输入信号达到某一特定的阈值时，输出电平会发生突变，也就是说施密特触发器会从一个稳态翻转到另外一个稳态。,9.3,施密特触发器,2.,对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值电平,Vt+,和,Vt-,，也就是引起输出电平突变的输入电平不同，具有滞后电压传输特性，此特性又称,回差特性,。如下图所示：,一、施密特触发器特性 施密特触发器是一种脉冲信,施密特触发器非门和与门的逻辑符号分别为,:,施密特触发器非门特性,施密特触发器与门特性,施密特触发器的特点：,我们把,V,t+,和,V,t-,之差称为回差电压,V,d,=V,t+,-,V,t-,对于正向和负向增长的输入信号，电路具有不同的阈值电平。,施密特触发器非门和与门的逻辑符号分别为:施密特触发器非门特性,二、由,555,定时器构成的施密特触发器,将,555,定时器的,TH,（,6,）和,TR,（,2,）两个输入端连在一起作为信号输入端，如下图所示，即可得到施密特触发器。,二、由555定时器构成的施密特触发器 将555,由于比较器,C,1,和,C,2,的,参考电压不同,，,而输入电压相同,，因而基本,RS,触发器的置,0,信号（,R,0,）和置,1,信号（,S=0,）必然发生在输入信号,V,i,的不同电平。因此，输出电压,V,o,由高电平变为低电平和由低电平变为高电平所对应的,V,i,值也不相同，这样就形成了施密特触发特性。,为了提高比较器参考电压,V,R1,和,V,R2,的稳定性，通常在,V,CO,端接有,0.01uf,左右的滤波电容。,由于比较器C1和C2的参考电压不同，而输入电,1,、,首先我们来分析,V,i,从,0,逐渐升高的过程,:,(1),当,V,i,1,3Vcc,时，,R,=1,，,S,=0,，,Q=1,。故,Vo=V,OH,；,(2),当,1/3Vcc,V,i,2/3Vcc,时，,R,=,S,=1,，故,V,o,=V,OH,保持不变；,(3),当,V,i,2/3Vcc,以后，,R,=0,，,S,=1,，,Q=0,故,V,O,V,OL,。,因此，,V,t+,=2/3Vcc,。,1、首先我们来分析Vi从0逐渐升高的过程:(1)当Vi,2,、,我们来分析,V,i,从高于,2,3Vcc,开始下降的过程：,(2),当,1/3Vcc V,i,2/3Vcc,时，,R,=,S,=1,故,V,O,V,OL,不变；,(3),当,V,i,1/3Vcc,以后，,R,=1,，,S,=0,，,Q=1,故,V,O,=V,OH,因此，,V,t-,=1/3Vcc,。,由此得到电路的回差电压为,V,t,=V,t+,-V,t-,=1/3Vcc,(1),当,V,i,2/3Vcc,时，,R,=0,，,S,=1,，,Q=0,。故,V,O,=V,OL,2、我们来分析Vi从高于 23Vcc开始下降的过程：(,下图是该电路的电压传输特性，它是一个典型的反相输出施密特触发特性。,如果参考电压由外接的电压,Vco,供给，则不难看出这时,Vt+=Vco,，,Vt-=1/2Vco,，,Vt=1/2Vco,。通过改变,Vco,值，可以调节回差电压的大小。,下图是该电路的电压传输特性，它是一个典型的反,1,、用于波形变换,2,、用于脉冲整形,3,、用于脉冲鉴幅,三、施密特触发器的应用,可以将正弦波、三角波以及各种周期性的不规则的波形变换成规范的矩形波。常用作计数器的输入整形电路，作为计数器的时钟。,利用回差特性可以抑制叠加在输入信号上的干扰，使输出变成理想的矩形波。,为了选出有用信号，利用回差特性，使电路的上限触发电平,Vt+,等于规定的鉴幅电压。,1、用于波形变换 2、用于脉冲整形 3、用于脉冲鉴幅三、施,9.4,单稳态触发器,一、单稳态触发器特性,单稳态触发器,与一般的双稳态触发器及施密特触发器不同之处在于：它只有,一个稳态,，另外有,一个暂稳态,。,所谓,暂稳态,，是一个不能长久保持的状态，在暂稳态期间，电路中一些电压和电流会随着电容器的充电和放电发生变化。而稳态中，电路中电流及电压是不变的。,在单稳态触发器中，没有,外加触发,信号的作用，电路始终处于,稳态,；在外加触发信号的作用下，电路能从稳态翻转到暂稳态，经过一段时间后，又能,自动返回稳态,。,单稳态触发器处于暂稳态的时间通常取决于电容充电和放电的时间，这个时间等于单稳态触发器的输出脉冲的宽度。,9.4 单稳态触发器一、单稳态触发器特性 单稳,二、由,555,定时器构成的单稳态触发器,若以,555,定时器的,V,TR,端,(2,脚,),作为触发信号的输入端，并将由,T,D,和,组成的反相器输出电压,o,接至,TH,端,(6,脚,),，同时在,TH,对地接入电容，就构成了如图所示的单稳态触发器。,Vo,Vi,外加触发信号为输入脉冲的下降沿,(,负脉冲,),二、由555定时器构成的单稳态触发器 若以5,如果没有触发信号时，,i,处于高电平,。,(1),设,Q=0,的状态,1,、电路的稳态,则,T,D,导通,Vc 0,，故,R,=,S,=1,，,Q=0,及,V,o=,0,的状态将稳定地维持不变。,这时,T,D,一定截止，,Vcc,便经,R,向,C,充电。当充到,V,C,=2/3Vcc,时，,R,变为,0,，于是将触发器置,0,。同时，,T,D,导通，电容,C,经,T,