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1、数字电子技术第六章 脉冲产生与整形电路第1页，本讲稿共29页第六章第六章 概述概述一、矩形脉冲的基本特性一、矩形脉冲的基本特性1.矩形脉冲的二值性矩形脉冲的二值性矩形脉冲矩形脉冲二进制数字信号二进制数字信号高、低电平高、低电平1、02.矩形脉冲的特性参数矩形脉冲的特性参数TT 脉冲周期脉冲周期UmUm 脉冲幅度脉冲幅度0.5UmtWtW 脉冲宽度脉冲宽度0.1Um0.9Umtrtr 上升时间上升时间tftf 下降时间下降时间第2页，本讲稿共29页3.获得脉冲的方法：获得脉冲的方法：1）自激振荡电路直接产生矩形脉冲。自激振荡电路直接产生矩形脉冲。由由多谐振荡器多谐振荡器来实现来实现 555 定时
2、器定时器是构成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触是构成多谐振荡器、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。发器的既经济又简单实用的器件。2）将已有波形将已有波形（正弦波、锯齿波正弦波、锯齿波等等）整形为矩形脉冲。整形为矩形脉冲。由由施密特触发器施密特触发器和和单稳态触发器单稳态触发器来实现来实现第3页，本讲稿共29页二、二、555 定时器定时器1.电路组成电路组成分压器分压器分压器分压器 比较器比较器比较器比较器RS RS 触发器触发器触发器触发器输出输出缓冲缓冲晶体管晶体管晶体管晶体管开关开关开关开关+VCCuOTD5 k 5 k 5 k 8 83 31 16 65 57 72
3、24 4&1uD控制电压输入端控制电压输入端CO高触发端高触发端TH电源端电源端直接置直接置0端端输出端输出端放电端放电端DIS低触发端低触发端TR接地端接地端GND第4页，本讲稿共29页2.基本功能基本功能+VCCuOTD5 k 5 k 5 k 8 83 31 16 65 57 72 24 4&1uDCOCOTHTHTRTR 0UOL饱和导通饱和导通2VCC/3 111UOLVCC/3 饱和导通饱和导通VCC/3 不变不变不变不变2VCC/3 1/3 VCC)。当当 uC 2/3 VCC 时，满足时，满足TR=uI 1/3 VCC，TH=uI 2/3 VCC,因此因此 uO 为低为低电平，电
4、平，V 导通，电容导通，电容 C 经放电管经放电管 V 迅速放电完毕，迅速放电完毕，uC 0 V。这时这时TR=UIH 1/3 VCC，TH=uC 0 2/3 VCC，uO 保持低电平不变。因此，保持低电平不变。因此，稳稳态时态时 uC 0 V，uO 为低电平。为低电平。充电充电导通导通放电放电VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH第15页，本讲稿共29页 2.触发进入暂稳态触发进入暂稳态 二、工作原理、工作波形与参数估算二、工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC当输入当输入 uI 由高电平跃变为低电平
5、由高电平跃变为低电平(应应 1/3 VCC)时，使时，使 TR=UIL1/3 VCC而而TH=uC 0 V 2/3 VCC，因此，因此 uO 跃变为高电平，进入暂稳态跃变为高电平，进入暂稳态，这，这时放电管时放电管 V截止，截止，VCC 又经又经 R 向向 C 充电，充电，uC 上升上升。UILUOH充电充电第16页，本讲稿共29页 3.自动返回稳定状态自动返回稳定状态 (二二)工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC 2.触发进入暂稳态触发进入暂稳态 UIHUOL TH2/3 VCC放电放电V当输入当输入 uI 由
6、高电平跃变为低电平由高电平跃变为低电平(应应 1/3 VCC)时，使时，使 TR=UIL1/3 VCC 而而TH=uC 0 V 1/3 VCC)，因此，因此 uO 重新跃变为低电平。重新跃变为低电平。同时，放电管导通，同时，放电管导通，C 经经 V 迅速放电迅速放电 uC 0 V，放电完毕后，电路返放电完毕后，电路返回稳态。回稳态。该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽 tWI 小小于输出脉宽于输出脉宽 tWO。第17页，本讲稿共29页 例例 用上述单稳态电路输出定时时间为用上述单稳态电路输出定时时间为1 s 的的正正脉冲，脉冲，R=27
7、k，试确定定时元件，试确定定时元件 C 的取值。的取值。(二二)工作原理、工作波形与参数估算工作原理、工作波形与参数估算 uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC输出脉冲宽度输出脉冲宽度 tW 即为暂稳态维持时间，主要取决于充放即为暂稳态维持时间，主要取决于充放电元件电元件 R、C。解：解：因为因为 tWO 1.1 RC故故可取标称值可取标称值 33 F。估算公式估算公式 tWO 1.1 RC第18页，本讲稿共29页6.2.3 6.2.3 单稳态触发器应用举例单稳态触发器应用举例单稳态触发器应用举例单稳态触发器应用举例一、延时与定时一、延时与定时1.延时延时1uIu O&u
8、OuFuIu OtW2.定时选通定时选通uFuO二、整形二、整形uIuO第19页，本讲稿共29页6.2.3 6.2.3 单稳态触发器应用举例单稳态触发器应用举例单稳态触发器应用举例单稳态触发器应用举例走廊定时灯走廊定时灯第20页，本讲稿共29页6.3 多谐振荡器多谐振荡器 Astable Multivibrator6.3.1 555 定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器+VCCuO8 83 31 16 65 57 72 24 4&1TDR1R2CuC uCtUOH uOtUOL一、电路组成和工作原理一、电路组成和工作原理 62784153555R1C1+R2C2+VCC第21页，本讲稿
9、共29页二、振荡频率的估算和占空比可调电路二、振荡频率的估算和占空比可调电路62784153555R1C+R2C2+VCC(1)C 充电时间充电时间 tw1uC（0）=VCC/3,uC（）=VCC充电时间常数充电时间常数 1=（R1+R2）C(2)C 放电时间放电时间 tw2放电时间常数放电时间常数 2=R2C1.振荡频率的估算振荡频率的估算uC（0）=2VCC/3,uC（）=0第22页，本讲稿共29页(3)振荡频率振荡频率 f uCtUOH uOtUOLtw1tw2Ttw1=0.7(R1+R2)Ctw2=0.7R2CT=0.7（R1+2R2）C振荡周期：振荡周期：振荡频率：振荡频率：占空比：
10、占空比：第23页，本讲稿共29页2.占空比可调电路占空比可调电路62784153555R1C+R2C2+VCCD1D2uOtw1=0.7R1Ctw2=0.7R2C频率频率固定固定第24页，本讲稿共29页模拟声响电路模拟声响电路uO2uo1uo26.1.3 多谐振荡器应用举例多谐振荡器应用举例10 F26784153NE555ICICR1C1B21+26784153NE55510k 100k 10k 150k 10k 8 R2R3R4R5C2C3C5+5V0.01 F0.01 F100 FuO1C40.01 F+第25页，本讲稿共29页第六章第六章 小小 结结一、一、555 定时器定时器 是一种
11、多用途的集成电路。只需外接少量阻容元件便可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，如构成各种脉冲产生、整形电路，如施密特触发器施密特触发器、单稳态触单稳态触发器发器和和多谐振荡器多谐振荡器等。等。55512348765双极型双极型 (TTL)电源电源:4.5 16 V单极型单极型 (CMOS)电源电源:3 18 V带负载能力强带负载能力强第26页，本讲稿共29页二、施密特触发器二、施密特触发器 是一种是一种脉冲整形电路脉冲整形电路，虽然不能自动产生矩形脉冲，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却可将输入的周期性信号整形成所要求
12、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。和多谐振荡器等。62784153555+VCCuO2uIUCOuO1+VDDR 施密特触发器施密特触发器有两个稳定状态，有两个不同的触发电平，有两个稳定状态，有两个不同的触发电平，因此具有因此具有回差特性回差特性。它的两个稳定状态是靠两个不同。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。出脉冲
13、的宽度。外接电压调节外接电压调节回差回差 施密特触发器施密特触发器可由可由 555 定时器构成，也可用专门的定时器构成，也可用专门的集成电路实现。集成电路实现。第27页，本讲稿共29页三、单稳态触发器三、单稳态触发器 也属于也属于脉冲整形电路脉冲整形电路，可将输入的触发脉冲变换为，可将输入的触发脉冲变换为宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，还常用于脉冲宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，还常用于脉冲的定时、整形、展宽（延时）等。的定时、整形、展宽（延时）等。62784153555RC+C1+VCCuO0.01 FuI 单稳态触发器单稳态触发器有一个稳定有一个稳定状态和一个暂稳态。其输出脉状态和一个暂稳
14、态。其输出脉冲的宽度只取决于电路本身冲的宽度只取决于电路本身 R、C 定时元件的数值，与输入信定时元件的数值，与输入信号无关。输入信号只起到触发号无关。输入信号只起到触发电路进入暂稳态的作用。电路进入暂稳态的作用。改变改变 R、C 定时元件的数定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度。值可调节输出脉冲的宽度。单稳态触发器单稳态触发器可由可由 555 定时器构成，也可用集成的单稳态触发器实现。定时器构成，也可用集成的单稳态触发器实现。第28页，本讲稿共29页62784153555R1C+R2C1+VCCuO四、多谐振荡器四、多谐振荡器 是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。以自动地产生出矩形脉冲。多谐振荡器多谐振荡器没有稳定状态，没有稳定状态，只有两个暂稳态。暂稳态间的相只有两个暂稳态。暂稳态间的相互转换完全靠电路本身电容的充互转换完全靠电路本身电容的充电和放电自动完成。电和放电自动完成。改变改变 R、C 定时元件数值的定时元件数值的大小，可调节振荡频率。大小，可调节振荡频率。在振荡频率稳定度要求很高的情况下，可采用在振荡频率稳定度要求很高的情况下，可采用石英晶体振荡器石英晶体振荡器。第29页，本讲稿共29页