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1、第第8章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路概述概述施密特触发器施密特触发器单稳态触发器单稳态触发器多谐振荡器多谐振荡器概概 述述矩形脉冲的基本特性矩形脉冲的基本特性数字电路中的信号只有数字电路中的信号只有0、1两种，用波形图表示就是矩两种，用波形图表示就是矩形脉冲。形脉冲。脉冲宽度脉冲宽度tw脉冲幅度脉冲幅度Um下降时间下降时间tf上升时间上升时间tr周期性矩形波的周期用周期性矩形波的周期用T表示表示 第六章第六章 脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形 8.1 555定时器定时器 555555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成定时器是一种将模拟电路和数字电路集成定时器是一种将模拟电
2、路和数字电路集成定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。用它可以构成单稳态触发器、于一体的电子器件。用它可以构成单稳态触发器、于一体的电子器件。用它可以构成单稳态触发器、于一体的电子器件。用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。555555定定定定时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。泛应用。泛应用。泛应用。5555
3、55定时器的结构定时器的结构定时器的结构定时器的结构1.1.分压器：分压器：分压器：分压器：由三个等值电阻构成由三个等值电阻构成由三个等值电阻构成由三个等值电阻构成2.2.比较器：比较器：比较器：比较器：由电压比较器由电压比较器由电压比较器由电压比较器C1C1和和和和C2C2构成构成构成构成3.3.R-SR-S触发器触发器触发器触发器4.4.放电开关管放电开关管放电开关管放电开关管T T555定时器定时器低低低低电平触发端高高高高电平触发端电压控制端复位端低低低低电平有效放电端4.516V（1）电路组成）电路组成VAVB输出端输出端输出端输出端 电压电压电压电压控制端控制端控制端控制端 高电平
4、高电平高电平高电平触发端触发端触发端触发端低电平低电平低电平低电平触发端触发端触发端触发端放电端放电端放电端放电端复位端复位端复位端复位端UCC分压器分压器分压器分压器比较器比较器比较器比较器R R-S S触发器触发器触发器触发器放电管放电管放电管放电管地地+C1+C2QQRDSD5K5K5KT2 24 456 67 78 83 31 12/3 UCC2/3 UCC1/3 UCC011/3 UCC112/3 UCC1/3 UCC00RDSDV6V2比较结果比较结果比较结果比较结果1/3 UCC不允许不允许2/3 UCC+C1+C2.5K5K5KVAVBUCCRDSD562555555定时器的工
5、作原理定时器的工作原理定时器的工作原理定时器的工作原理低电平触发端低电平触发端低电平触发端低电平触发端高电平触发端高电平触发端高电平触发端高电平触发端 电压控制端电压控制端电压控制端电压控制端 QQRDSDT输出输出输出输出R RD DS SD D1 10 01 10 01 11 1Q QT T1 10 0保持保持保持保持导通导通导通导通截止截止截止截止保持保持保持保持V V6 6V V2 22/3 2/3 U UCCCC1/3 2/3 2/3 U UCCCC1/3 1/3 U UCCCC2/3 1/3 1/3 U UCCCCQ QT T1 10 0保持保持保持保持导通导通导通导通截止截止截止
6、截止保持保持保持保持555定时器的定时器的定时器的定时器的功能表：功能表：功能表：功能表：施密特触发器施密特触发器 施密待触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。施密待触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。它在性能上有两个重要的特点：它在性能上有两个重要的特点：第一，输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换第一，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转换电平不同。输入转换电平不同。第二，在电路状态转换时通过电路内部的正反馈过程第二，在电路状态转换时通过电路内部的正反馈过程使输
7、出电压波形的边沿变得很陡。使输出电压波形的边沿变得很陡。利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。的噪声有效地清除。用用555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器1、工作原理、工作原理（1）当）当ui0时，由于比时，由于比较器较器C1=1、C2=0，触发器，触发器置置1，即，即Q1，Q=0uo1uo1。ui升高时，升高时，在未到达在未到达2VCC/3以前，以前，uo1uo1的状态不会改变。的状态不会改变。
8、（2）ui升高到升高到2 VCC/3时，比较器时，比较器C1输出为输出为0、C2输出为输出为1，触发器置触发器置0，即，即Q0、Q=1，uo1=uo=0。此后，。此后，ui上升到上升到VCC，然后再降低，但在未到达然后再降低，但在未到达VCC/3以前，以前，uo1uo0的状态的状态不会改变。不会改变。（3）ui下降到下降到2VCC/3时，比较器时，比较器C1输出为输出为1、C2输出为输出为0，触发器置触发器置1，即，即Q1、Q=0，uo1=uo=1。此后，。此后，ui继续下降到继续下降到0，但但uo1uo1的状态不会改变。的状态不会改变。2、滞回特性及主要参数、滞回特性及主要参数施密特触发器将
9、三角波施密特触发器将三角波uI变换成矩形波变换成矩形波uO。上上限限触触发发转转换换电平电平UT+下下限限触触发发转转换换电平电平UT 回差回差UT=UT+UT（通常（通常UT+UT）改变改变R1和和R2的大小可以改变回差的大小可以改变回差UT 集成施密特触发器的集成施密特触发器的UT+和和UT的具体数值可从集成电路的具体数值可从集成电路手册中查到。手册中查到。如如CT74132的的UT+1.7 V、UT0.9 V，所以，所以，UTUT+UT1.7 V0.9 V0.8 V。TTL的的74LS14和和CMOS的的CC40106均为六施密特触发的均为六施密特触发的反相器。反相器。集成施密特触发器集
10、成施密特触发器施密特触发器的应用举例施密特触发器的应用举例（1）波形转换）波形转换将变化缓慢的波形变换成矩形波（如将三角波或正弦波将变化缓慢的波形变换成矩形波（如将三角波或正弦波变换成同周期的矩形波）。变换成同周期的矩形波）。（2）脉冲整形）脉冲整形 在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变波形畸变，或者或者边沿产生振荡边沿产生振荡等。通过施密特触发器整形，可以获得比等。通过施密特触发器整形，可以获得比较理想的矩形脉冲波形。较理想的矩形脉冲波形。波形波形畸变畸变边沿边沿振荡振荡（3）脉冲鉴幅）脉冲鉴幅 将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入
11、将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端，只有那些端，只有那些幅度大于幅度大于UT+的脉冲才会在输出端产生输出信的脉冲才会在输出端产生输出信号。可见，施密特触发器具有脉冲鉴幅能力。号。可见，施密特触发器具有脉冲鉴幅能力。用用555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器6.2 单稳态触发器单稳态触发器提高基准电压稳定性的提高基准电压稳定性的滤波电容滤波电容 1、工作原理、工作原理稳态为稳态为0 低触发有低触发有效置效置1 T截止，截止，C充电充电 自动高触自动高触发返发返0 ui到到来来时时，因因为为uiVCC/3，使使C20，触触发发器器置置1，uo又又由由0变变为为1，电
12、电路路进进入入暂暂稳稳态态。由由于于此此时时Q=0，放放电电管管T截截止止，VCC经经R对对C充充电电。虽虽然然此此时时触触发发脉脉冲冲已已消消失失，比比较较器器C2的的输输出出变变为为1，但但充充电电继继续续进进行行，直直到到uc上上升升到到2VCC/3时时，比比较较器器C1输输出出为为0，将将触触发发器器置置0，电电路路输输出出uo0，T导导通通，C放放电电，电路恢复到稳定状态。电路恢复到稳定状态。接通接通VCC后瞬间，后瞬间，VCC通过通过R对对C充电，当充电，当uc上升到上升到2VCC/3时，时，比较器比较器C1输出为输出为0，将触发器置，将触发器置0，uo0。这时。这时Q=1，放电管
13、，放电管T导通，导通，C通过通过T放电，电路进入稳态。放电，电路进入稳态。2、主要参数的估算、主要参数的估算（1）输出脉冲宽度）输出脉冲宽度tw 输输出出脉脉冲冲宽宽度度tw，就就是是暂暂稳稳态态的的维维持持时时间间。根根据据uI2的的波形可以计算出波形可以计算出：tw 1.1RC（2）恢复时间恢复时间tre 暂稳态结束后，电路需要一段时间恢复到初始状态。一暂稳态结束后，电路需要一段时间恢复到初始状态。一般，恢复时间般，恢复时间tre为为35倍放电时间常数。倍放电时间常数。设设触触发发信信号号的的时时间间间间隔隔为为T，为为了了使使单单稳稳态态触触发发器器能能够够正正常常工工作作，应应当当满满
14、足足Ttw+tre的的条条件件，即即Tmin=tw+tre。因因此此，单稳态触发器的最高工作频率为单稳态触发器的最高工作频率为 fmax=1/Tmin=1/（tw+tre）（3）最高工作频率）最高工作频率fmax（或最小工作周期（或最小工作周期Tmin）集成单稳态触发器集成单稳态触发器可重可重触发触发非重非重触发触发单稳态触发器应用举例单稳态触发器应用举例1、延时、延时如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳电路来如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳电路来实现。实现。uO的下降沿比的下降沿比uI的下降沿的下降沿延迟了延迟了tw 2 2、定时、定时 单稳态触发器能够产生一定宽度单稳态触发器能够产
15、生一定宽度tw的矩形脉冲，利用这的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在个脉冲去控制某一电路，则可使它在tw时间内动作时间内动作(或者不动或者不动作作)。用用555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器6.3 多谐振荡器多谐振荡器T1、工作原理、工作原理暂稳态暂稳态时间时间tw1=0.7(R1+R2)C 暂稳态暂稳态时间时间tw2=0.7R2C 接接 通通 VCC后后，VCC经经 R1和和 R2对对 C充充 电电。当当 uc上上 升升 到到2VCC/3时时，uo=0，T导导通通，C通通过过R2和和T放放电电，uc下下降降。当当uc下下降降到到VCC/3时时，uo又又由由0变变为
16、为1，T截截止止，VCC又又经经R1和和R2对对C充充电电。如如此此重重复复上上述述过过程程，在在输输出出端端uo产产生生了了连连续续的的矩矩形形脉冲。脉冲。振荡器输出脉冲振荡器输出脉冲uO的工作周期为：的工作周期为：T=0.7(R1+2R2)C 振荡频率振荡频率ff=1/T=1/0.7(R1+2R2)C 占空比占空比qq=(R1+2R2)/(R1+2R2)石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器1、石英晶体的选频特性、石英晶体的选频特性石英晶体具有很好的石英晶体具有很好的选选频特性频特性。当振荡信号的频率。当振荡信号的频率和石英晶体的和石英晶体的固有谐振频率固有谐振频率f fo o相同时，石英晶
17、体呈现很相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，低的阻抗，信号很容易通过，而其它频率的信号则被衰减而其它频率的信号则被衰减掉。掉。2、石英晶体多谐振荡器、石英晶体多谐振荡器将石英晶体串接在多谐振荡器的回路中就可组成石英晶将石英晶体串接在多谐振荡器的回路中就可组成石英晶体振荡器，这时，振荡频率只取决于石英晶体的固有谐振频体振荡器，这时，振荡频率只取决于石英晶体的固有谐振频率率fo，而与，而与RC无关。无关。在对称式多谐振荡器的基础上，在对称式多谐振荡器的基础上，串接一块石英晶体串接一块石英晶体，就，就可以构成一个石英晶体振荡器电路。该电路将产生稳定度极可以构成一个石英晶体振荡器电路。该电路将产生稳定度极高的矩形脉冲，其高的矩形脉冲，其振荡频率由石英晶体的串联谐振频率振荡频率由石英晶体的串联谐振频率fo决决定定。