脉冲波形的产生与整形电路

第8章脉冲波形的变换与产生（一）§8.1概述§8.2555定时器§8.3施密特触发器§8.4多谐振荡器§8.5单稳态触发器一、脉冲信号的定义三角波：锯齿波：微分窄脉冲：§8.1概述方波：脉冲信号是指一种持续时间极短的电压或电流波形。矩形波：A0.9A0.5A0.1ATwtrtfT实际的矩形波脉冲幅度A脉冲上升沿tr脉冲周期T脉冲下降沿tf脉冲宽度Tw占空比q二、脉冲信号的参数§8.2555定时器555定时器是一种应用广泛的集成电路，它将模拟和数字电路集成在同一片硅片上，用于脉冲信号的产生、波形的变换和整形，定时、检测、控制等领域。555定时器加上适当的阻容元件即可构成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器等电路，完成脉冲信号的产生、定时和整形等功能。常用集成定时器555有5G555(TTL)和CC7555(CMOS)。一、电路结构与逻辑功能1.电路组成分压器、比较器、基本RS触发器、放电三极管和输出缓冲器组成。CC&&&1RSTG5kΩ5kΩ5kΩ12VRvvvCCDICI1I2OOv,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入放电端QVR1VR22/3VCC1/3VCC各引脚功能(1)1脚—接地端(2)2脚（VI2）----触发输入端，与6脚（VI1）阈值输入端共同控制比较器C1和C2的输出，从而控制RS锁存器，决定输出状态。12658437Ov,vI2I1vvICVCCvO555DR(3)3脚—输出端(4)4脚（RD）----复位输入端，当RD=0，RS锁存器被复位，输出vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。(5)5脚（VIC）——电压控制端，当其悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3VCC和1/3VCC。(6)6脚—阈值输入端(7)7脚—放电端(8)8脚—电源端12658437Ov,vI2I1vvICVCCvO555DR工作原理1.当RD=0时，Vo=0，T导通2.当RD=1时0,1,31,32)1(21SRVVVVCCICCIQ=1，T截止，Vo=11,031,32)2(21SRVVVVCCICCI，Q=0，T导通，Vo=01,131,32)3(21RSVVVVCCICCI，Q、T保持，输出保持不变+-C2S1/3VccvI2②+-C1R2/3VccvI1⑥2.电路功能输入比较器输出输出THvTRvDR)(1CR)(2CSOUT三极管TVR1VR2VR1VR1VR2VR2dd0111d110d011010不变导通导通不变截止5G555功能表当VIC无外接电源时，CCRCCRVVVV31,3221§8.3施密特触发器施密特触发器特点：（1）输出有两种状态（输出为数字信号）；（2）输入采用电平触发（输入为模拟信号）；（3）电路具有回差特性：对于正向增加和负向减小的输入信号，电路有不同的阈值电平（VT+和VT-）。什么是施密特触发器？施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。逻辑符号1OvIv同相传输反相传输施密特触发器的电压传输特性0OvIvOHVOLVTVTV0OvIvOHVOLVTVTV1OvIv用555构成的施密特触发器电路结构1OvIvμF010.48762vIVDDvI2vI1VCO15vO3555DRCC&&&1RSTG5kΩ5kΩ5kΩ12VRvvvCCDICI1I2OOv,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入放电端QVR1VR2μF010.48762vIVDDvI2vI1VCO15vO3555DR2/3Vcc1/3VccvI0tvO0t（1）当vI＜1/3Vcc时，R=1，S=0，Q=1，vO=1；（2）当1/3Vcc＜vI＜2/3Vcc时，R=1，S=1，Q=1，vO=1；（3）当vI＞2/3Vcc时，R=0，S=1，Q=0，vO=0；（4）当1/3Vcc＜vI＜2/3Vcc时，R=1，S=1，Q=0，vO=0；（5）当vI＜1/3Vcc时，R=1，S=0，Q=1，vO=1；原理分析+-C2S1/3VccvI②+-C1R2/3VccvI⑥0vIvO3CCV32CCVCCV主要参数1.阈值电平正向阈值电压VT+=2/3Vcc负向阈值电压VT-=1/3Vcc2.回差电压=VT+－VT-=1/3Vcc1、用于波形变换施密特触发器应用举例t0IvTVTVvot02.用于脉冲整形、抗干扰tt00vOVT+VT-vItt00vOVT+VT-vI1vIvOt0VT+VT-t0vIvO3.用于脉冲鉴幅1vIvOt0VT+VT-vIt0vO§8.4多谐振荡器什么是多谐振荡器？多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号，能自动地产生矩形脉冲。由于输出的矩形波中含有很多谐波分量，故称它为多谐振荡器，又称方波发生器。用555构成的多谐振荡器电路结构μF01.0R148762CvCVDD15vO3555R2DRvI1vI2DISCμF01.0R148762CvCVDD15vO3555R2DRvI1vI2DISC工作原理1.上电时，vC=0，得R=1，S=0，Q=1，T截止,vO=1。3.当vC＞2/3Vcc时，R=0，S=1，基本RS锁存器被置0，Q=0，T导通，vO=0。2.当Vcc通过R1、R2向C充电，vC逐渐上升;+-C2S1/3VccvI②+-C1R2/3VccvI⑥μF01.0R148762CvCVDD15vO3555R2DRvI1vI2DISC5.当vC下降到vC＜1/3Vcc时，R=1，S=0，RS锁存器置成1态，Q=1，T截止，vO=1。对电容C充电又重新开始。4.电容C将通过R2和T放电，vC逐渐下降；+-C2S1/3VccvI2②+-C1R2/3VccvI1⑥工作波形T1T2tt00OvCv3V10/3V5/2、振荡频率的估算（1）电容充电时间T1：（用三要素法计算）（2）电容放电时间T2（3）电容振荡周期TT=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（4）电路振荡频率f（5）输出波形占空比q)()()0()(ln111TvvvvTCCCCCRR)(7.021CCCCCCCCVVVV3231ln1CRT227.0CRRTf)2(43.1121212112RRRRTTqμF01.0VDDvoR148762CVD1VD2153555R2vC占空比任意可调的多谐振荡器利用半导体二极管的单向导电特性，把电容C充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。占空比可变的多谐振荡器参数CRT117.0CRT227.0CRRTTT)(7.02121211211RRRTTTTtqW有两种状态：0态和1态，但只有一种状态能长久保持，故名单稳态触发器。单稳态触发器的特点：（1）有稳态和暂稳态两种状态；（2）平时处于稳态，在外部触发脉冲作用下，由稳态进入暂稳态；（3）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态。§8.5单稳态触发器什么是单稳态触发器？一．用555定时器组成单稳态触发器电路组成及工作原理26VCCRDO5553vI2I1v84v7RVCCC150.01μFC1vCvICC&&&1RSTG5kΩ5kΩ5kΩ12VRvvvCCDICI1I2OOv,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入放电端（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态当vI=1时，电路工作在稳定状态，即vO=0。（2）vI下降沿触发当vI下降沿到达时，vO由0跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。（3）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，三极管T截止，VCC经R向C充电。时间常数τ=RC，vC由0V开始增大，在vC上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。（4）自动返回（暂稳态结束）时间当vC上升至2/3VCC时，vO由1跳变0，三极管T由截止转为导通，电容C经T迅速放电，电压vC迅速降至0V，电路由暂稳态重新转入稳态。（5）恢复过程当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的放电三极管T放电，时间常数τ=RC，经过（3～5）τ后，电容C放电完毕，恢复过程结束。+-C2S1/3VccvI②+-C1R2/3Vccvc⑥vI0tvC0tvO0tTW2/3Vcc工作波形R48762CvI15vO3555VDD0.01μF不可重复触发暂稳态期间，触发脉冲不再起作用主要参数估算(1)输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）reWttTf11minmax单稳态触发器输出脉冲宽度TW仅决定于定时元件R、C的取值。（2）恢复时间tre（3）最高工作频率fmaxvI周期的最小值：Tmin=tW＋tre因此，单稳态触发器的最高工作频率应为:RCRCTW1.13lntre≈（3～5）RC可重复触发单稳态触发器R48762C15vO3555VDD0.01μF+vItwtvO0tvI0tvC032CCV脉宽可调单稳态触发器R48762C15vO3555VDD+vIvICtvICtvItvO单稳态触发器应用用于整形tt00vOvI用于定时vIOtvSOttWvAOtvOOt单稳态触发器vOvAvBvItW与门(a)(b)