第7章脉冲产生与整形电路

第第7 7章脉冲产生与整形电章脉冲产生与整形电路路第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页主要要求：主要要求：了解脉冲信号产生与整形的方法。了解脉冲信号产生与整形的方法。了解脉冲波形的主要参数。了解脉冲波形的主要参数。7.1 概概 述述第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页Umtrtf TtW 脉脉 冲冲 幅幅 度度 Um：脉冲上升时间脉冲上升时间 tr：脉冲下降时间脉冲下降时间 tf：脉脉 冲冲 宽宽 度度 tW ：脉脉 冲冲 周周 期期 T ：脉脉 冲冲 频频 率率 f ：占占 空空 比比 q ：脉冲电压变化的最大值脉冲电压变化的最大值 脉冲波形从脉冲波形从 0.1Um 上升到上升到 0.9Um 所需的时间所需的时间 脉冲上升沿脉冲上升沿 0.5Um 到下降沿到下降沿 0.5Um 所需的时间所需的时间 脉冲波形从脉冲波形从 0.9Um 下降到下降到 0.1Um 所需的时间所需的时间 周期脉冲中相邻两个波形重复出现所需的时间周期脉冲中相邻两个波形重复出现所需的时间 1 秒内脉冲出现的次数秒内脉冲出现的次数 f=1/T 脉冲宽度脉冲宽度 tw 与脉冲周期与脉冲周期 T 的比值的比值 q=tw/T 一、脉冲波形的主要参数一、脉冲波形的主要参数 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页主要用以主要用以将缓慢变化将缓慢变化或快速变化的或快速变化的非矩形脉冲变换非矩形脉冲变换成陡峭的矩形脉冲。成陡峭的矩形脉冲。常用的有施密特触发器和单稳态触发器。常用的有施密特触发器和单稳态触发器。获取脉冲信号获取脉冲信号的方法的方法 脉冲信号产生与脉冲信号产生与整形电路整形电路的实现的实现是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，使用方便、灵活，密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。应用广泛。用多谐振荡器直接产生。用多谐振荡器直接产生。用用整形电路整形电路对已有波形进行整形、变换。对已有波形进行整形、变换。施密特触发器施密特触发器单稳态触发器单稳态触发器 主要用以将宽度不符合要求的脉主要用以将宽度不符合要求的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。冲变换成符合要求的矩形脉冲。用门电路构成。用门电路构成。用专用的集成电路。用专用的集成电路。用用 555 定时器定时器构成。构成。二、脉冲信号产生与整形的方法二、脉冲信号产生与整形的方法 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页主要要求：主要要求：了解了解 555 定时器的电路结构，定时器的电路结构，掌握其符号和功能。掌握其符号和功能。7.2 555 定时器的电路结构及其逻辑功能定时器的电路结构及其逻辑功能 了解了解 555 定时器的电路结构，定时器的电路结构，掌握其符号和功能。掌握其符号和功能。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页555 定时器简介定时器简介 555 定定时时器器是是一一种种电电路路结结构构简简单单、使使用用方方便便灵灵活活、用用途途广广泛泛的的多多功功能能电电路路。它它的的电电源源电电压压范范围围宽宽(TTL 555 定定时时器器为为 5 16 V，CMOS 555 定定时时器器为为 3 18 V)，可可提提供供与与 TTL 及及 CMOS 数数字字电电路路兼兼容容的的接接口口电电平平，还还可可输输出出一定功率一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。，驱动微电机、指示灯、扬声器等。TTL 单单定定时时器器型型号号的的最最后后 3 位位数数字字为为 555，双双定定时时器器的的为为 556；CMOS 单单定定时时器器的的最最后后 4 位位数数为为 7555，双双定定时时器器的的为为 7556。它它们们的的逻逻辑辑功功能能和和外外部部引引线线排排列列完完全全相同。相同。7.2.1 555 定时器的电路结构定时器的电路结构第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页C1C2G3QQG1G2RSVRRRUR1UR2G4555 定时器的电路结构与符号定时器的电路结构与符号 UR1UR2 构成构成电阻分压电阻分压器器，为比较器，为比较器 C1、C2 提供两个基准电提供两个基准电压压:UR1=(2/3)VDD，UR2=(1/3)VDD。输出输出缓冲器缓冲器构成构成基本基本 RS 触发触发器器，决定电路输出。，决定电路输出。MOS 开关管开关管构成构成电压比电压比较器较器，比较，比较 TH 与与 UR1 和和TR 与与 UR2 的大小。的大小。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页555 定时器的电路结构与符号定时器的电路结构与符号 C1C2G3QQG1G2RSVRRRUR1UR2G4GNDVDDRDOUTCO555THTRDIS电路符号电路符号627153843OUT输出端输出端 8VDD电源端电源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放电端放电端 TH 6阈值输入端阈值输入端 TR 2触发输入端触发输入端 CO 5控制电压输入端控制电压输入端 GND1接地端接地端 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页定时器定时器 CC7555 的的工作原理工作原理 7.2.2 555 定时器的逻辑功能定时器的逻辑功能当当 TH 端电压大于端电压大于UR1=VDD，TR 端电压大于端电压大于UR2=V DD时，电压时，电压比较器比较器 C1 和和C2 分别输出分别输出 R=1 1、S=0 0，基本基本 RS 触发器置触发器置 0 0，Q=0 0、Q=1 1，输出输出 uO=0，这时，这时 MOS 管管 V 导通。导通。1323当当 TH 端电压小于端电压小于UR1=VDD，TR 端电压小于端电压小于UR2=V DD时，电压时，电压比较器比较器 C1 和和C2 输出输出 R=0 0、S=1 1，基本，基本 RS 触发器置触发器置 1 1，Q=1 1、Q=0 0，输出输出 uO=1，这时，这时 MOS 管管 V 截止。截止。1323当当 TH 端电压小于端电压小于UR1=VDD，TR 端电压大于端电压大于UR2=V DD时，电压时，电压比较器比较器 C1 和和C2 分别分别 R=0 0、S=0 0，基本，基本 RS触发器置保持原状态不变。输出触发器置保持原状态不变。输出 uO 保持不变。保持不变。1323第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页定时器定时器 CC7555 的的功能表功能表 不变不变不变不变1 1截止截止1 11 1导通导通0 01 1导通导通0 00 0V 状态状态OUT(uO)RDTRTH输输 出出 输输 入入7.2.2 555 定时器的逻辑功能定时器的逻辑功能第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页7.5 多谐振荡器多谐振荡器主要要求：主要要求：了解用了解用 555 定时器构成多谐振荡器的方法。定时器构成多谐振荡器的方法。理解石英晶体多谐振荡器的工作原理。理解石英晶体多谐振荡器的工作原理。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页即即矩矩形形脉脉冲冲产产生生电电路路，由由于于矩矩形形脉脉冲冲含含有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。有丰富的谐波分量，故常称多谐振荡器。(1)不需输入信号。不需输入信号。(2)无稳定状态，只有两个无稳定状态，只有两个暂稳态暂稳态。通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。工作特点工作特点Astable MultivibratorGuO逻辑符号逻辑符号多谐振荡器多谐振荡器 第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页GNDVDDRDOUTCO555THTRDISVDD0.01 FR1CuOuC-+R27.5.1 用用 555 定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器 一、一、电路组成电路组成 DISVDDR1CuC-+R2THTRGNDVDDRDCO0.01 FOUTuO第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL 二、工作原理二、工作原理 充电充电UOHTH=TR=uC 很小很小接通接通 VDD 后后，开始时，开始时 TH=TR=uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，电路电路处于暂稳态处于暂稳态。这时这时放电管截止，放电管截止，VDD 经经 R1、R2 向向 C 充充电，电，uC 上升。上升。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL 二、工作原理二、工作原理 UOLTH=TR 2/3 VCC当当 uC 上升到上升到 TH=TR=uC 2/3VDD 时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，电路进入电路进入暂稳态暂稳态。这时放电管。这时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放放电，电，uC 下降。下降。接通接通 VDD后后，开始时，开始时TH=TR=uC 0，uO 为高电平，为高电平，电路电路处于暂稳态处于暂稳态。这时放电管截止，这时放电管截止，VDD经经 R1、R2 向向 C 充电，充电，uC 上升上升。放电放电第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL当当 uC 下降到下降到 TH=TR=uC 1/3VDD 时，时，uO 重新跃变为高电平重新跃变为高电平，同时放电管，同时放电管 V 截止，电路截止，电路返回到暂稳态返回到暂稳态。二、工作原理二、工作原理TH=TR1/3VCC接通接通 VDD 后后，开始时，开始时 TH=TR=uC 0 0，uO 为高电平，为高电平，电路电路处于暂稳态处于暂稳态。这时放电管截止，这时放电管截止，VDD 经经 R1、R2 向向 C 充充电，电，uC 上升上升。当当 uC 上升到上升到 TH=TR=uC 2/3VDD 时，时，uO 跃变为低电平，跃变为低电平，电路进入电路进入暂稳态暂稳态。这时放电管。这时放电管 V 导通，导通，C 经经 R2 和和 V 放放电，电，uC 下降。下降。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页 二、工作原理二、工作原理电容电容 C 如此循环充电和放电，使如此循环充电和放电，使电路产生振荡，输出矩形脉冲。电路产生振荡，输出矩形脉冲。周期估算周期估算tW1 0.7(R1+R2)C tW2 0.7 R2CT=tW1+tW2 0.7(R1+2R2)CuCOtOuOtUOLUOHtWHtWL第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页 三、占空比可调的多谐振荡器三、占空比可调的多谐振荡器 充电回路为充电回路为 VDD 经经R1、VD1 对对 C 充电，时充电，时间常数为间常数为 R1C。放电回路为放电回路为 C 经经VD2、R2和放电管和放电管 V 放放电，时间常数为电，时间常数为R2C。GNDVDDRDOUTCO555THTRDISVDD0.01 FR1CuOVD2R2RPVD1R1R2VDDCVD2RPVD1占空比占空比估算估算tW1 0.7 R1C tW2 0.7 R2C第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页 三、占空比可调的谐振荡器三、占空比可调的谐振荡器 555定时器组成的防盗报警电路定时器组成的防盗报警电路当导线当导线 ab 连通时，直接置连通时，直接置 0 端端 RD 为低电平，电路不振为低电平，电路不振荡，扬声器不发出声响，电容荡，扬声器不发出声响，电容 C4 上电压为上电压为 0，三极管，三极管 V 工作工作在导通状态。在导通状态。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页 三、占空比可调的谐振荡器三、占空比可调的谐振荡器 当当 ab 导线被人拉断时，电源导线被人拉断时，电源 VCC 经经 R3、V 将将 C4 迅速充电到高迅速充电到高电平，使电平，使 RD 端为高电平，多谐振荡电路开始振荡，其振荡频率端为高电平，多谐振荡电路开始振荡，其振荡频率 f 1/0.7(R1+2 R2)C 1kHz，于是，扬声器发出，于是，扬声器发出1kHz 的报警声响。的报警声响。555定时器组成的防盗报警电路定时器组成的防盗报警电路第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页本章小结555 定定时时器器是是一一种种用用途途很很广广的的多多功功能能电电路路，只只需需外外接接少少量量的的阻阻容容元元件件就就可可很很方方便便地地组组成成施施密密特特触触发发器器、单单稳稳态态触触发发器器和和多多谐谐振振荡荡器器等等，使使用用方方便便灵灵活活，有有较较强强的的驱驱动动负负载载的的能能力力，获得了广泛的应用。获得了广泛的应用。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页施施密密特特触触发发器器有有两两个个稳稳态态状状态态，而而每每个个稳稳定定状状态态都都是是依依靠靠输输入入电电平平来来维维持持的的。当当输输入入电电压压大大于于正正向向阈阈值值电电压压UT+时时，输输出出状状态态转转换换到到另另一一个个稳稳定定状状态态；而而当当输输入入电电压压小小于于负负向向阈阈值值电电压压UT-时时，输输出出状状态态又又返返回回到到原原来来的的稳稳定定状状态态。利利用用这这个个特特性性可可将将输输入入的的任任意意电电压压波波形形变变换换成成边边沿沿陡陡峭峭的的矩矩形形脉脉冲冲输输出出，特特别别是是可可将将边边沿沿变变化化缓缓慢慢的的信信号号变变换换成成边边沿沿陡陡峭峭的的矩形脉冲。矩形脉冲。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页在在数数字字集集成成电电路路中中有有TTL和和CMOS施施密密特特触触发发器器。性性能能优优越越，其其正正向向阈阈值值电电压压和和负负向阈值电压稳定，有很强的抗干扰能力。向阈值电压稳定，有很强的抗干扰能力。施密特触发器具有回差特性，调节回差电施密特触发器具有回差特性，调节回差电压的大小，可改变电路的抗干扰能力。回差电压的大小，可改变电路的抗干扰能力。回差电压越大，抗干扰能力越强。压越大，抗干扰能力越强。施密特触发器主要用于波形变换成、脉冲施密特触发器主要用于波形变换成、脉冲整形、幅度鉴别等。整形、幅度鉴别等。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态，单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态，在没有触发脉冲作用时，电路处于稳定状态。在没有触发脉冲作用时，电路处于稳定状态。在输入触发脉冲作用下，电路进入暂稳态，经在输入触发脉冲作用下，电路进入暂稳态，经一段时间后，自动返回到稳定状态，从而输出一段时间后，自动返回到稳定状态，从而输出宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲。输出脉冲宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲。输出脉冲宽度取决于定时元件宽度取决于定时元件 R、C 值的大小，与输入值的大小，与输入触发脉冲没有关系。调节触发脉冲没有关系。调节 R、C 值的大小，可值的大小，可改变输出脉冲的宽度改变输出脉冲的宽度。集集成成单单稳稳态态触触发发器器有有非非重重复复触触发发和和可可重重复复触触发发两两类类，由由于于其其工工作作稳稳定定性性好好、脉脉冲冲宽宽度度调调节节范范围围大大、使使用用方方便便灵灵活活等等优优点点，是是一一种种较较为为理理想想的的脉脉冲冲整整形形电电路路。单单稳稳态态触触发发器器主主要要用用于于脉冲整形、定时、和展宽等。脉冲整形、定时、和展宽等。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页在振荡频率稳定度要求很高的情况下，可在振荡频率稳定度要求很高的情况下，可采用石英晶体多谐振荡器。采用石英晶体多谐振荡器。多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。依靠电容的充电和放电，使两个暂稳态相互自依靠电容的充电和放电，使两个暂稳态相互自动交换。因此，多谐振荡器接通电源后便输出动交换。因此，多谐振荡器接通电源后便输出周期性的矩形脉冲。周期性的矩形脉冲。改变电容充、放电回路中改变电容充、放电回路中的的 R、C值的大小，便可调节振荡频率。值的大小，便可调节振荡频率。多谐振荡器主要用作信号源。多谐振荡器主要用作信号源。第第 7 章章 脉冲产生与整形电路脉冲产生与整形电路返回首页555 定时器构成的施密特触发器、单稳态触发定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器典型电路为器和多谐振荡器典型电路为 555 定时器构成的定时器构成的施密特触发器施密特触发器555 定时器构成的定时器构成的单稳态触发器单稳态触发器555 定时器构成的定时器构成的多谐振荡器多谐振荡器结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！27