数字电子技术 06A第六章 脉冲产生与整形电路.ppt

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1、第六章第六章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路v内容提要内容提要 本章首先介绍本章首先介绍555555定时器，然后以此为基础介绍获得矩定时器，然后以此为基础介绍获得矩形脉冲的两种方法和一些具体电路。一种是将已有波形整形形脉冲的两种方法和一些具体电路。一种是将已有波形整形成为矩形脉冲，其具体电路是施密特触发器和单稳态触发器；成为矩形脉冲，其具体电路是施密特触发器和单稳态触发器；一种是利用自激振荡电路直接产生矩形脉冲，其具体电路是一种是利用自激振荡电路直接产生矩形脉冲，其具体电路是多谐振荡器。多谐振荡器。v概述概述 多谐振荡器多谐振荡器-用于产生脉冲用于产生脉冲 凡是能将不符合数字电路要求的非

2、脉冲信号变成具有一定幅凡是能将不符合数字电路要求的非脉冲信号变成具有一定幅度和宽度的脉冲信号输出（变换）；或者由振荡直接产生一定规格度和宽度的脉冲信号输出（变换）；或者由振荡直接产生一定规格的脉冲波形的电路，都属于本章研究范围。这类电路形式有很多，的脉冲波形的电路，都属于本章研究范围。这类电路形式有很多，但基本可以归纳为三类：但基本可以归纳为三类：单稳态触发器单稳态触发器-用于脉冲波形的变换和定时用于脉冲波形的变换和定时施密特触发器施密特触发器-用于脉冲波形的变换，尤其是将模用于脉冲波形的变换，尤其是将模 拟量转换成数字波形拟量转换成数字波形v预备知识预备知识（电容充放电）（电容充放电）(1)

3、(1)电容两端的电压不能突变，电容两端的电压不能突变，V VC C(0(0+)V VC C(0(0-)，电容充放电需要时间，电容充放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与有过渡过程，其时间长短只与 RCRC有关有关,工程上取工程上取33；（2 2）开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小，相当短路；充放电结束，）开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小，相当短路；充放电结束，电路处于稳态，电路处于稳态，C C支路电流为支路电流为0 0，阻抗很大，相当开路；，阻抗很大，相当开路；（3 3）简单）简单RCRC电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；（4 4）在简单）在简单R

4、CRC电路中电路中或或v555555定时器定时器 555555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便使用方便,带负载能力较强带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。目前得到了非常广泛的应用。一、一、555555定时器的电路结构和工作原理定时器的电路结构和工作原理单定时器单定时器双极型双极型最后最后3 3位数位数555555单极型单极型最后最后4 4位数位数75557555双定时器双定时器双极型双极型最后最后3 3位数位数556556单极型单极型最后最后4 4位数位数75567556型号：型号：电压控制端电压控制端高电平

5、触发端高电平触发端低电平触发端低电平触发端放电端放电端直接清直接清0端端地地4.518V电阻分压器电阻分压器电压电压比较器比较器输出输出反相器反相器集电极开集电极开路三极管路三极管基本基本RS触发器触发器输出端输出端1.1.电路结构电路结构可改变参考可改变参考电压，平时不电压，平时不用，接用，接0.01F0.01F到地，旁路高到地，旁路高频干扰频干扰提高带负提高带负载能力，载能力，隔离负载隔离负载对定时器对定时器影响影响电源电压范围电源电压范围:4.5V 18V4.5V 18V1 12 23 34 45 56 67 78 8555555V VCCCCu uD DTHTHCOCOGNDGNDTR

6、TRV Vo oR R电电源源放放电电阈阈值值电控电控压制压制地地触触发发输输出出复复位位2.2.管脚图管脚图3.3.工作原理工作原理三个电阻构成的分压器给两个比较器提供三个电阻构成的分压器给两个比较器提供基准电压基准电压，分别为分别为和和3.3.工作原理工作原理010T T导通导通u uO O=0=0(1)(1)当当R=0R=0时时Q=1Q=13.3.工作原理工作原理010(2)(2)当当R=1R=1时时若若则则11u uO O=1=1T T截止截止C1C1输出为输出为1 1C2C2输出为输出为0 0Q=0Q=03.3.工作原理工作原理11(3)(3)当当R=1R=1时时若若则则1u uO

7、O不变不变T T不变不变C1C1输出为输出为1 1C2C2输出为输出为1 1QQ不变不变不变不变不变不变3.3.工作原理工作原理111(4)(4)当当R=1R=1时时若若则则00u uO O=0=0T T导通导通C1C1输出为输出为0 0C2C2输出为输出为1 1Q=1Q=13.3.工作原理工作原理01(5)(5)当当R=1R=1时时若若则则0出现禁用态出现禁用态555555定时器功能表定时器功能表R RTHTHTRTRu uO OT TD D0 00 0导通导通1 12/3V2/3VCCCC1/3V1/3VCCCC1 1截止截止1 1 2/3V 1/3V 1/3VCCCC保持保持保持保持1

8、1 2/3V 2/3VCCCC 1/3V 1/3VCCCC0 0导通导通1 1 2/3V 2/3VCCCC 1/3V 1/3VCCCC综合以上的分析结果综合以上的分析结果,便可得到便可得到 555555的功能表的功能表:6.1 6.1 施密特触发器施密特触发器 施密特触发器的一个最重要的特点就是能把变化非常缓慢的输入施密特触发器的一个最重要的特点就是能把变化非常缓慢的输入脉冲波形，整形称为适合数字电路需要的矩形脉冲，而且由于其滞回脉冲波形，整形称为适合数字电路需要的矩形脉冲，而且由于其滞回特性，所以抗干扰能力也很求。施密特触发器在脉冲的产生和整形电特性，所以抗干扰能力也很求。施密特触发器在脉冲

9、的产生和整形电路中应用很广泛。路中应用很广泛。施密特触发器施密特触发器的特点：的特点：（1 1）电平触发）电平触发电压达到某个值时电路状态翻转；电压达到某个值时电路状态翻转；（2 2）具有滞后电压传输特性）具有滞后电压传输特性回差特性回差特性 （两次翻转输入电平不同）；（两次翻转输入电平不同）；6.1.1 6.1.1 用用555555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器一、电路结构一、电路结构u uI I+V+VCCCC+V+VCC1CC1u uO1O1u uI I1/3V2/3V2/3VCCCC时时 C C1 1输出低电平输出低电平1 1，C C2 2输出高电平输出高电平0 0，

10、u uOO=0=0(1)(1)引脚引脚2 2和和6 6连接一起作为输入端连接一起作为输入端(2)(2)引脚引脚4 4和和8 8连接一起作为电源端连接一起作为电源端(3)(3)引脚引脚7 7接上拉电阻并附加电源接上拉电阻并附加电源 +V+VCC1CC11/3V1/3VCCCC u uI I2/3V2/3V2/3VCCCC时，时，u uO O0 0，T T导通，导通，C C放电。放电。可以在可以在5 5脚外接控制电压，以改变放电阀值。脚外接控制电压，以改变放电阀值。S SR R二、工作原理二、工作原理t tu uI It tu uC Ct tu uO O2/3V2/3VCCCC(1)(1)稳态稳态

11、（u uI I1 1，u uO O=0=0）S S当接通电源后，已知当接通电源后，已知u uI I=u=uIHIH1/3V1/3VCCCCu uC2C2=1=1，即，即 1 1若：若：QQn n=0=0 QQn n=1=1 u uO O=u uOLOL，TDTD导通导通,则则V VCCCCR RTDTD地地TH=02/3VTH=02/3VCCCCR R故故u uC1C1=1=1即即 1 1 所以触发器保持原态不变，即所以触发器保持原态不变，即u uO O=u uOLOL二、工作原理二、工作原理t tu uI It tu uC Ct tu uO O2/3V2/3VCCCCQQn n=1=1 QQ

12、n n=0=0 u uO O=u uOHOH，TDTD截止截止,则则V VCCCC必然通过必然通过R R对对C C充电充电故故TDTD导通，导通，u uO O=u=uOLOL经过一段时间后，经过一段时间后，u uC C上升到上升到2/3V2/3VCCCC，则，则u uC1C1=0=0，即，即R=0,R=0,又因又因S=1S=1故故Q=1 Q=1 即即 Q Q 0 0TDTD导通之后，导通之后，C C通过通过T T迅速放电，使迅速放电，使u uC C00，从而电路自动的返回稳定状态，从而电路自动的返回稳定状态综合综合，在，在u uI I下降沿未到来之前，电路必工作在稳态：下降沿未到来之前，电路必

13、工作在稳态：TDTD导通，导通，u uO O=u=uOLOL二、工作原理二、工作原理THTHTRTRu uO OT TD D2/3V2/3VCCCC1/3V1/3VCCCC1 1截止截止 2/3V 1/3V 1/3VCCCC保持保持保持保持 2/3V 2/3VCCCC 1/3V 1/3VCCCC0 0导通导通 2/3V 2/3VCCCC 1/3V 1/3VCCCCt tu uI It tu uC Ct tu uO O2/3V2/3VCCCC(2)(2)u uI I下降沿到来时下降沿到来时由稳态翻转到暂稳态，由稳态翻转到暂稳态，u uI I1/3V1/3VCCCC触发器置位，触发器置位，u uO

14、 O=u uOHOH，TDTD截止截止二、工作原理二、工作原理THTHTRTRu uO OT TD D2/3V2/3VCCCC1/3V1/3VCCCC1 1截止截止 2/3V 1/3V 1/3VCCCC保持保持保持保持 2/3V 2/3VCCCC 1/3V 1/3VCCCC0 0导通导通 2/3V 2/3VCCCC 1/3V 1/3VCCCCt tu uI It tu uC Ct tu uO O2/3V2/3VCCCC(3)(3)暂暂稳态维持时间稳态维持时间在暂稳态期间，电路中有一个定在暂稳态期间，电路中有一个定时电容时电容C C充电的渐变过程，充电充电的渐变过程，充电回路回路V VCCCCR

15、 C R C 地，时间常地，时间常数为数为RCRC，在电容电压上升到，在电容电压上升到2/3V2/3VCCCC之前，电路维持暂稳态之前，电路维持暂稳态不变。不变。二、工作原理二、工作原理THTHTRTRu uO OT TD D2/3V2/3VCCCC1/3V1/3VCCCC1 1截止截止 2/3V 1/3V 1/3VCCCC保持保持保持保持 2/3V 2/3VCCCC 1/3V 1/3VCCCC0 0导通导通 2/3V 2/3VCCCC 1/3V 1/3VCCCCt tu uI It tu uC Ct tu uO O2/3V2/3VCCCC(4)(4)自动返回自动返回(暂暂稳态结束稳态结束)当

16、当u uC C上升到上升到2/3V2/3VCCCC时，时，u uC1C1=0=0，u uO O=u=uOLOL，TDTD导通，回到导通，回到0 0状状态，电路暂稳态结束。态，电路暂稳态结束。二、工作原理二、工作原理THTHTRTRu uO OT TD D2/3V2/3VCCCC1/3V1/3VCCCC1 1截止截止 2/3V 1/3V 1/3VCCCC保持保持保持保持 2/3V 2/3VCCCC 1/3V 1/3VCCCC0 0导通导通 2/3V 2/3VCCCC 1/3VTt tWW+t+trere因因t tWWttI I时，则当时，则当u uC C充电到充电到2/3V2/3VCCCC，有，

17、有R=0R=0；而此时而此时2 2号引脚号引脚TRTR仍为低电平，有仍为低电平，有S=0,S=0,故会出现禁用态。故会出现禁用态。此时，可在输入负触发脉冲和触发此时，可在输入负触发脉冲和触发器输入端之间接一个器输入端之间接一个RCRC微分电路。微分电路。因此因此u uI I周期有最小值为周期有最小值为t tWW+t+trere单稳态触发器最高工作频率为：单稳态触发器最高工作频率为：6.2.2 6.2.2 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用 单稳态触发器每触发一次，电路就会输出一个宽度一定，幅度一单稳态触发器每触发一次，电路就会输出一个宽度一定，幅度一定的矩形波。该电路在数字系统中，一般用于定

18、时、延时和整形。定的矩形波。该电路在数字系统中，一般用于定时、延时和整形。(2)(2)定时定时产生一定宽度的方波产生一定宽度的方波(1)(1)延时延时把输入信号延迟一定时间后输出把输入信号延迟一定时间后输出观察观察u uI I和和u uO O下降沿的关系下降沿的关系u uO O作用，与门打开的时间是恒定不变的作用，与门打开的时间是恒定不变的(3)(3)整形整形把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形单稳态触发器能够把不规则的输入信号整形称为宽度幅单稳态触发器能够把不规则的输入信号整形称为宽度幅度都相同的度都相同的“干净干净”的矩形脉冲。因为输出波形的

19、幅度的矩形脉冲。因为输出波形的幅度仅取决于单稳电路输出的高低电平，其宽度仅取决于单稳电路输出的高低电平，其宽度t tWW只和只和R R、C C有关。有关。6.3 6.3 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器的特点：多谐振荡器的特点：（1 1）不需外触发的自激振荡器；）不需外触发的自激振荡器；（2 2）无稳定状态，均为暂稳态；）无稳定状态，均为暂稳态；（3 3）矩形波中含有丰富的高次谐波。）矩形波中含有丰富的高次谐波。多谐振荡器是一种自激振荡电路，当电路连接好之后，只要接多谐振荡器是一种自激振荡电路，当电路连接好之后，只要接通电源，在其输出端便可获得矩形脉冲，由于矩形脉冲中除基波外通电源，在其输出端便

20、可获得矩形脉冲，由于矩形脉冲中除基波外还含有很多高次谐波，所以该电路被称为多谐振荡器。还含有很多高次谐波，所以该电路被称为多谐振荡器。6.3.1 6.3.1 用用555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器一、电路结构一、电路结构(1)(1)旁路电容旁路电容C C1 1(2)(2)引脚引脚2 2、6 6连一起连一起(3)(3)引脚引脚4 4、8 8连一起连一起(4)(4)附加附加RCRC定时元件定时元件二、工作原理二、工作原理u uO OtW2tW1u uC Ct tt t V VCCCC通过通过R R1 1、R R2 2向向C C充电充电,在在 u uC C 没有充电到没有充电到

21、 2V2VCCCC/3/3 之之 前前,V,Vo o 保持保持 1 1 不变。不变。当当V VC C2V2VCCCC/3/3时时 V Vo o由由1 1翻转为翻转为 0 0 。T T 导通导通 电容电容C C 经经R R2 2、T T放电。放电。当当VcVc降至降至V VCCCC/3/3时，使得时，使得 V Vo o回到回到 1 1 TT截止截止 电容电容C C 再充电，再充电，进入循环进入循环 .u uOOtW2tW1u uC Ct tt t2/3V2/3VCCCC1/3V1/3VCCCC（1 1）第一个暂稳态的脉冲宽度）第一个暂稳态的脉冲宽度t tW1W1，即，即u uC C从从1/3V1

22、/3VCCCC充电上升到充电上升到2/3V2/3VCCCC所用时间所用时间（2 2）第二个暂稳态的脉冲宽度）第二个暂稳态的脉冲宽度t tW2W2，即，即u uC C从从2/3V2/3VCCCC放电下降到放电下降到2/3V2/3VCCCC所用时间所用时间u uOOtW2tW1u uC Ct tt t2/3V2/3VCCCC1/3V1/3VCCCC振荡周期：振荡周期：振荡频率：振荡频率：占空比：占空比：三、占空比可调电路三、占空比可调电路由前占空比公式由前占空比公式可知，其波形不可能对称且其占空比不易调节。可知，其波形不可能对称且其占空比不易调节。下面给出一占空比可调电路并对其进行分析：下面给出一

23、占空比可调电路并对其进行分析：uOVCCR1C0.01uF12348765R2R3RARB充电路径：充电路径：t tw1w1=R=RA ACln2Cln2放电路径：放电路径：t tw2w2=R=RB BCln2Cln2占空比：占空比：q=t q=tw1w1/(t/(tw1w1+t+tw2w2)=R)=RA A/(R/(RA A+R+RB B)通过调节通过调节R R2 2来调节占空比，与前相比，其特点是将充电和放电回路分开来调节占空比，与前相比，其特点是将充电和放电回路分开以下为课件所用以下为课件所用素材素材u uO O+-1 15k5kR Rb bTHTHCOCOTRTRu uD DQQQQ+

24、V+VCCCCR RC C1 1C C2 2T TD D5k5k5k5ku uI I8 46 7555 3 2 5 1u uOOu uCOCOu uO1O1+V+VCCCC+V+VCC1CC1u uI Iu uO O+V+VCCCCRC Cu uC C0.01uF12348765二、工作原理二、工作原理二、工作原理二、工作原理THTHTRTRu uO OT TD D2/3V2/3VCCCC1/3V1/3VCCCC1 1截止截止 2/3V 1/3V 1/3VCCCC保持保持保持保持 2/3V 2/3VCCCC 1/3V 1/3VCCCC0 0导通导通 2/3V 2/3VCCCC 1/3V 1/3VCCCCt tu uI It tu uC Ct tu uO O2/3V2/3VCCCC6.3.1 6.3.1 用用555555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器一、电路结构及工作特点一、电路结构及工作特点+V+VCCCCR R1 1C CR R2 2C C1 10.01F0.01F