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,*,脉冲波形的产生与整形,1,概述,2,555,定时器,3,单稳态触发器,4,施密特触发器,5,多谐振荡器,1,概述,一、脉冲信号,脉冲是,脉动,和,短促,的意思，凡是具有,不连续波形,的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种,非正弦信号,都是脉冲信号。,(a),矩形波,(b),方波,(c),尖脉冲,(d),锯齿波,1,概述,在数字系统中常常需要用到,各种幅度、宽度以及具有陡峭边沿的矩形脉冲信号,，如触发器的时钟脉冲（,CP,）。,获取这些脉冲信号的方法通常有两种：,脉冲产生电路直接产生；,利用已有的周期信号整形、变换得到。,脉冲整形、变换电路,单稳态触发器,施密特触发器,；,脉冲产生电路,多谐振荡器；,多用途的定时电路,555,定时器,。,1,概述,二、脉冲信号的参数,t,r,t,f,t,W,T,0.9,U,m,0.5,U,m,0.1,U,m,U,m,矩形脉冲信号的主要参数,脉冲幅度,脉冲周期,脉冲宽度,上升时间,下降时间,占空比,D,脉冲宽度与脉冲周期的比值，,D,t,W,/T,。,1,概述,三、脉冲产生电路的暂态分析,脉冲波形产生与整形电路多是由,RC,充放电电路,构成的。,开关闭合的一瞬间，电容器上电压不能突变，满足开关定理,U,C,(0,+,)=,U,C,(0,-,),。,充电暂态过程结束后，流过电容器的电流,i,C,(),为,0,，即,电容器相当于开路,。,t,M,U,(,t,),U,T,t,U,(,),0,U,(,0,+,),C,C,C,U,C,(,t,),S,U,C,R,令,u,C,(t,W,)=U,T,，则从暂态过程的起始值,U,C,(0,+,),变到,U,T,所经历的时间,t,W,（脉冲宽度）可用下式计算：,电路的时间常数,=,RC,，,决定了暂态时间的长短。根据,三要素公式,，可以得到电压随时间变化的方程为,1,概述,t,W,U,(,t,),U,T,t,U,(,),0,U,(,0,+,),C,C,C,一、,555,定时器的电路结构,2 555,定时器,555,定时器是一种多用途的,数字,模拟混合集成电路,，可以方便地构成,单稳态触发器，施密特触发器和多谐振荡器,。,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,。其功能和外部引脚排列完全相同。,TR,C,1,U,R1,5k,5k,C,2,5k,U,R2,&,&,&,1,4,G,1,/R,Q,Q,G,2,/S,G,3,G,4,3,VT,8,U,CC,U,CO,u,6,(,TH,),5,(,),6,2,1,7,o,R,D,2,放电端,u,u,1,2,3,4,8,7,6,5,地,2,o,R,D,U,CC,放电端,6,U,CO,555,u,u,u,2 555,定时器,TR,C,1,U,R1,5k,5k,C,2,5k,U,R2,&,&,&,1,4,G,1,/R,Q,Q,G,2,/S,G,3,G,4,3,VT,8,U,CC,U,CO,u,6,(,TH,),5,(,),6,2,1,7,o,R,D,2,放电端,u,u,1.,分压器,电压控制端,5,脚悬空时，；,5,脚外接控制电压,U,CO,时，。,注：,当,5,脚不加控制电压时，通常经过一个,0.01,F,的电容接地,，以抑制干扰。,2 555,定时器,TR,C,1,U,R1,5k,5k,C,2,5k,U,R2,&,&,&,1,4,G,1,/R,Q,Q,G,2,/S,G,3,G,4,3,VT,8,U,CC,U,CO,u,6,(,TH,),5,(,),6,2,1,7,o,R,D,2,放电端,u,u,2.,电压比较器,U,+,U,-,时，,C,i,1,；,U,+,U,-,时，,C,i,0,。,阈值输入端,触发输入端,3.,基本,RS,触发器,/R /S,Q,n+1,0 0,不定,0 1,0,1 0,1,1 1,Q,n,异步清零端,2 555,定时器,TR,C,1,U,R1,5k,5k,C,2,5k,U,R2,&,&,&,1,4,G,1,/R,Q,Q,G,2,/S,G,3,G,4,3,VT,8,U,CC,U,CO,u,6,(,TH,),5,(,),6,2,1,7,o,R,D,2,放电端,u,u,4.,放电三极管,VT,是一个,集电极开路,的放电三极管。,当,u,O,0,时，,VT,导通；,当,u,O,1,时，,VT,截止。,二、,555,定时器的功能,2 555,定时器,TR,C,1,U,R1,5k,5k,C,2,5k,U,R2,&,&,&,1,4,G,1,/R,Q,Q,G,2,/S,G,3,G,4,3,VT,8,U,CC,U,CO,u,6,(,TH,),5,(,),6,2,1,7,o,R,D,2,放电端,u,u,5,脚不外接控制电压。,定时器的主要功能取决于两个比较器输出对,RS,触发器和放电管,VT,状态的控制。,2 555,定时器,不变,不变,1,导通,0,1,截止,1,1,导通,0,0,VT,u,O,u,2,u,6,输出,输入,555,定时器功能表,5,脚不接控制电压,，则 ，。,3,单稳态触发器,单稳态触发器是一种常用的,脉冲整形电路,，简称单稳。,由外界触发,自动返回,稳定状态,稳定状态,暂稳态,恢复期,工作特性：,它有,稳态,和,暂稳态,两个不同的工作状态；,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以后，电路能,自动返回稳态,；,暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参数，与外界触发脉冲无关。,3,单稳态触发器,一、门电路构成的单稳态触发器,1,1,V,DD,C,d,R,d,R,C,v,d,v,o1,v,o,v,i2,3,单稳态触发器,二、,555,定时器构成的单稳态触发器,4,8,7,6,2,3,1,5,u,C,C,u,o,u,I,R,U,CC,0.01F,555,5,脚经过,0.01,F,电容接地，则 ，。,3,单稳态触发器,1.,工作原理,稳态：,无触发信号时，,u,I,为高电平。电容先充电后放电，,当,u,C,0,时，电路进入稳态：,u,O,0,。,暂稳态：,u,2,触发脉冲下降沿到达时（），电路进入暂稳态，,u,O,1,。当 时，,u,O,0,，暂稳态结束。,3,单稳态触发器,1.,工作原理,恢复期：,VT,导通，电容,C,迅速放电，直到使,u,C,0,，电路又恢复到稳态。,3,单稳态触发器,1.,工作原理,3,单稳态触发器,T,u,I,1,3,U,CC,0,u,o,0,t,W,T,W,u,C,0,2,3,U,CC,t,t,t,U,CC,4,8,7,6,2,3,1,5,u,C,C,u,o,u,I,R,U,CC,0.01F,555,波形图,电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求，它,必须小于,t,W,。若输入触发脉冲宽度大于,t,W,时，应在,u,2,输入端加入,微分电路,。,因此可得,3,单稳态触发器,2.,输出脉冲宽度,t,W,输出脉冲宽度,t,W,是,暂稳态,的停留时间，即电容,C,的电压从,0,充电到,所需的时间。根据电容,C,的充电过程可知：,上式说明：单稳态触发器输出脉冲宽度,t,W,仅决定于定时元件,R,、,C,的取值，且成正比关系，而与输入触发信号和电源电压无关，因此调节,R,、,C,的大小，即可方便地改变,t,W,。,矩形脉冲的周期与输入的触发信号周期相同。,3,单稳态触发器,三、单稳态触发器的应用,1.,脉冲整形,I,u,t,W,O,u,单稳态触发器能够把输入的,不规则,脉冲信号,u,I,，整形为具有一定幅度和一定宽度的标准,矩形脉冲,u,O,。,u,O,的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度,t,W,决定于定时元件,R,和,C,。,单稳态触发器的整形波形,3,单稳态触发器,2.,脉冲延时,脉冲延时电路一般要用,两个,单稳态触发器完成。,延时时间为,t,W1,，它决定于第一级单稳态触发器的定时元件,R,和,C,。,1,1,u,I,u,0,（,t,W1,）,（,t,W2,）,单稳态触发器的延时波形,3,单稳态触发器,3.,定时,由于,单稳触发器可产生宽度为,t,W,的矩形脉冲,，利用这个矩形脉冲去控制某电路使它在,t,W,的时间内动作或不动作，这就是单稳态触发器的,定时作用,。定时时间为,t,W,，可通过调节定时元件,R,和,C,来调节定时时间。,1,&,u,I,O,u,u,O,单稳,与门,u,F,t,W,u,I,u,O,u,F,O,u,单稳态触发器的定时波形,4,施密特触发器,施密特触发器是又一种常用的,脉冲信号整形电路,。,工作特性：,具有,两个稳态,；,属于,电平触发,，缓慢变化的信号也可以作为输入信号，当输入信号达到某一特定值时，输出电平就发生突变；,输入信号从低电平,上升时,，电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平,下降时,对应的,输入转换电平不同,。,u,o,0,U,U,+,u,I,电压传输特性,输入信号,上升,时对应的转换电平,U,+,，称为,正向,阈值电压；,输入信号,下降,时对应的转换电平,U,，称为,负向,阈值电压；,差值,U,U,+,U,-,，称为回差电压。,4,施密特触发器,一、门电路构成的施密特触发器,1,R,1,v,o,1,v,i1,v,i,R,2,v,o1,v,i,v,o1,v,o,v,OH,v,OL,v,OL,v,OH,v,+,v,-,反向输出施密特触发器,4,施密特触发器,二、,555,定时器构成的施密特触发器,1.,电路结构和逻辑符号,8,4,6,2,1,0.01,F,3,U,CC,u,I,u,o,555,5,u,o,t,0,0,u,I,1,3,U,CC,2,3,U,CC,t,U,-,U,+,u,OH,u,OL,2.,工作原理,4,施密特触发器,5,脚经过,0.01,F,电容接地，则 ，。,u,o,t,0,0,u,I,1,3,U,CC,2,3,U,CC,t,U,-,U,+,u,OH,u,OL,2.,工作原理,4,施密特触发器,(1),上升过程：,时，,u,O,1,；,时，,u,O,保持不变；,时，输出,翻转,u,O,0,。,u,o,t,0,0,u,I,1,3,U,CC,2,3,U,CC,t,U,-,U,+,u,OH,u,OL,2.,工作原理,4,施密特触发器,(2),下降过程：,时，,u,O,0,；,时，,u,O,保持不变；,时，输出,翻转,u,O,1,。,综之：,当,5,脚不接控制电压时，,当,5,脚接控制电压,U,CO,时，比较电压变为,U,CO,和（,1/2,）,U,CO,，,u,o,t,0,0,u,I,1,3,U,CC,2,3,U,CC,t,U,-,U,+,u,OH,u,OL,2.,工作原理,4,施密特触发器,4,施密特触发器,三、施密特触发器的应用,1.,波形变换,施密特触发器可以将,边沿变化缓慢,的周期性信号变换成边沿陡峭的,矩形脉冲,信号。,4,施密特触发器,2.,波形整形,施密特触发器可以将,不规则的波形整形为矩形波,。若适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。,回差电压是由,5,脚接入的控制电压,U,CO,来控制的。,u,o,t,0,u,o,t,0,u,I,t,0,U,+,U,U,(,a,),(,b,),(,c,),从一系列幅度不同的脉冲信号中,选出幅度大于正向阈值电压,U,+,的输入脉冲,，即对幅度进行鉴别。,4,施密特触发器,3.,幅度鉴别,u,I,U,+,U,-,t,0,u,o,0,t,同向输出施密特触发器,4,施密特触发器,4.,构成多谐振荡器,工作原理：,电容上初始电压为零，即,u,I,0,，则,u,O,1,，并经,R,向,C,充电，当充至,u,I,U,+,时，输出翻转,u,O,0,。电容,C,又经,R,进行放电，当放电至,u,I,U,-,时，输出翻转,u,O,1,。,5,多谐振荡器,多谐振荡器是一种常用的,脉冲信号产生电路,。,工作特性：,无稳态,，具有两个暂稳态；,自激振荡器,在接通电源后，不需外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲；,矩