脈沖產生與整形電路專家講座

6.1概述一、脈沖信號脈沖是脈動和短促意思，凡是含有不連續(xù)波形信號均可稱為脈沖信號。廣義講，各種非正弦信號都是脈沖信號。(a)矩形波(b)方波(c)尖脈沖(d)鋸齒波脈沖產生與整形電路專家講座第1頁6.1概述在數(shù)字系統(tǒng)中經常需要用到各種幅度、寬度以及含有陡峭邊緣矩形脈沖信號，如觸發(fā)器時鐘脈沖（CP）。獲取這些脈沖信號方法通常有兩種：①脈沖產生電路直接產生；②利用已經有周期信號整形、變換得到。脈沖整形、變換電路——單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器；脈沖產生電路——多諧振蕩器；多用途定時電路——555定時器。脈沖產生與整形電路專家講座第2頁6.1概述二、脈沖信號參數(shù)trtftWT0.9Um0.5Um0.1UmUm矩形脈沖信號主要參數(shù)脈沖幅度脈沖周期脈沖寬度上升時間下降時間占空比D－－脈沖寬度與脈沖周期比值，D＝tW/T。脈沖產生與整形電路專家講座第3頁6.1概述三、脈沖產生電路暫態(tài)分析脈沖波形產生與整形電路多是由RC充放電電路組成。①開關閉合一瞬間，電容器上電壓不能突變，滿足開關定理UC(0+)=UC(0-)。②充電暫態(tài)過程結束后，流過電容器電流iC(∞)為0，即電容器相當于開路。tMU(t)UTtU(∞)0U(0+)CCCUC(t)SUCR脈沖產生與整形電路專家講座第4頁④令uC(tW)=UT，則從暫態(tài)過程起始值UC(0+)變到UT所經歷時間tW（脈沖寬度）可用下式計算：③電路時間常數(shù)τ=RC，τ決定了暫態(tài)時間長短。依據三要素公式，能夠得到電壓隨時間改變方程為6.1概述tWU(t)UTtU(∞)0U(0+)CCC脈沖產生與整形電路專家講座第5頁一、555定時器電路結構6.2555定時器555定時器是一個多用途數(shù)字—模擬混合集成電路，能夠方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器。

雙極型產品型號最終數(shù)碼為555，CMOS型產品型號最終數(shù)碼為7555。其功效和外部引腳排列完全相同。TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu12348765地2oRDUCC放電端6UCO555uuu脈沖產生與整形電路專家講座第6頁6.2555定時器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu1.分壓器電壓控制端①5腳懸空時，，；②5腳外接控制電壓UCO時，。注：當5腳不加控制電壓時，通常經過一個0.01μF電容接地，以抑制干擾。脈沖產生與整形電路專家講座第7頁6.2555定時器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu2.電壓比較器U+≥U-時，Ci＝1；U+＜U-時，Ci＝0。

閾值輸入端觸發(fā)輸入端3.基本RS觸發(fā)器RSQn+100不定01010111Qn異步清零端脈沖產生與整形電路專家講座第8頁6.2555定時器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu4.放電三極管VT是一個集電極開路放電三極管。當uO＝0時，VT導通；當uO＝1時，VT截止。

脈沖產生與整形電路專家講座第9頁二、555定時器功效6.2555定時器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu5腳不外接控制電壓。定時器主要功效取決于兩個比較器輸出對RS觸發(fā)器和放電管VT狀態(tài)控制。脈沖產生與整形電路專家講座第10頁6.2555定時器不變不變1導通01截止11導通0××0VTuOu2u6輸出輸入555定時器功效表5腳不接控制電壓，則，。脈沖產生與整形電路專家講座第11頁6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一個慣用脈沖整形電路，簡稱單穩(wěn)。由外界觸發(fā)自動返回穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)恢復期工作特征：①它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不一樣工作狀態(tài)；②在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后，電路能自動返回穩(wěn)態(tài)；③暫穩(wěn)態(tài)不能長久保持，其維持時間長短取決于電路本身參數(shù)，與外界觸發(fā)脈沖無關。脈沖產生與整形電路專家講座第12頁6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、門電路組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器≥11VDDCdRdRCvdvo1vovi2脈沖產生與整形電路專家講座第13頁6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器二、555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器48762315uCCuouIRUCC0.01μF5555腳經過0.01μF電容接地，則，。脈沖產生與整形電路專家講座第14頁6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.工作原理①穩(wěn)態(tài)：

無觸發(fā)信號時，uI為高電平。電容先充電后放電，當uC＝0時，電路進入穩(wěn)態(tài)：uO＝0。脈沖產生與整形電路專家講座第15頁②暫穩(wěn)態(tài)：u2觸發(fā)脈沖下降沿抵達時（），電路進入暫穩(wěn)態(tài)，uO＝1。當時，uO＝0，暫穩(wěn)態(tài)結束。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.工作原理脈沖產生與整形電路專家講座第16頁③恢復期：

VT導通，電容C快速放電，直到使uC≈0，電路又恢復到穩(wěn)態(tài)。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.工作原理脈沖產生與整形電路專家講座第17頁6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器TuI13UCC0uo0tWTWuC023UCCtttUCC48762315uCCuouIRUCC0.01μF555波形圖電路對輸入觸發(fā)脈沖寬度有一定要求，它必須小于tW。若輸入觸發(fā)脈沖寬度大于tW時，應在u2輸入端加入微分電路。脈沖產生與整形電路專家講座第18頁所以可得6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2.輸出脈沖寬度tW

輸出脈沖寬度tW是暫穩(wěn)態(tài)停留時間，即電容C電壓從0充電到所需時間。依據電容C充電過程可知：上式說明：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度tW僅決定于定時元件R、C取值，且成正比關系，而與輸入觸發(fā)信號和電源電壓無關，所以調整R、C大小，即可方便地改變tW。矩形脈沖周期與輸入觸發(fā)信號周期相同。脈沖產生與整形電路專家講座第19頁6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應用1.脈沖整形IutWOu單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把輸入不規(guī)則脈沖信號uI，整形為含有一定幅度和一定寬度標準矩形脈沖uO。uO幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出高、低電平，寬度tW決定于定時元件R和C。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器整形波形脈沖產生與整形電路專家講座第20頁6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2.脈沖延時脈沖延時電路普通要用兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器完成。延時時間為tW1，它決定于第一級單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時元件R和C。11uIu0（tW1）（tW2）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器延時波形脈沖產生與整形電路專家講座第21頁6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3.定時因為單穩(wěn)觸發(fā)器可產生寬度為tW矩形脈沖，利用這個矩形脈沖去控制某電路使它在tW時間內動作或不動作，這就是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時作用。定時時間為tW，可經過調整定時元件R和C來調整定時時間。1&uIOuuO單穩(wěn)與門uFtWuIuOuFOu單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時波形脈沖產生與整形電路專家講座第22頁6.4施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是又一個慣用脈沖信號整形電路。工作特征：①含有兩個穩(wěn)態(tài)；②屬于電平觸發(fā)，遲緩改變信號也能夠作為輸入信號，當輸入信號到達某一特定值時，輸出電平就發(fā)生突變；③輸入信號從低電平上升時，電路狀態(tài)轉換時對應輸入電平，與輸入信號從高電平下降時對應輸入轉換電平不一樣。uo0U－U+uI電壓傳輸特征①輸入信號上升時對應轉換電平U+

，稱為正向閾值電壓；②輸入信號下降時對應轉換電平U－

，稱為負向閾值電壓；③差值ΔU＝U+－U-，稱為回差電壓。脈沖產生與整形電路專家講座第23頁6.4施密特觸發(fā)器一、門電路組成施密特觸發(fā)器1R1vo1vi1viR2vo1vivo1vovOHvOLvOLvOHv+v-脈沖產生與整形電路專家講座第24頁反向輸出施密特觸發(fā)器6.4施密特觸發(fā)器二、555定時器組成施密特觸發(fā)器1.電路結構和邏輯符號846210.01μF3UCCuIuo5555脈沖產生與整形電路專家講座第25頁uot00uI13UCC23UCCtU--U+uOHuOL2.工作原理6.4施密特觸發(fā)器5腳經過0.01μF電容接地，則，。脈沖產生與整形電路專家講座第26頁uot00uI13UCC23UCCtU--U+uOHuOL2.工作原理6.4施密特觸發(fā)器(1)上升過程：①時，uO＝1；②時，uO保持不變；③時，輸出翻轉uO＝0。脈沖產生與整形電路專家講座第27頁uot00uI13UCC23UCCtU--U+uOHuOL2.工作原理6.4施密特觸發(fā)器(2)下降過程：①時，uO＝0；②時，uO保持不變；③時，輸出翻轉uO＝1。脈沖產生與整形電路專家講座第28頁綜之：①當5腳不接控制電壓時，②當5腳接控制電壓UCO時，比較電壓變?yōu)閁CO和（1/2）UCO，

uot00uI13UCC23UCCtU--U+uOHuOL2.工作原理6.4施密特觸發(fā)器脈沖產生與整形電路專家講座第29頁6.4施密特觸發(fā)器三、施密特觸發(fā)器應用1.波形變換施密特觸發(fā)器能夠將邊緣改變遲緩周期性信號變換成邊緣陡峭矩形脈沖信號。脈沖產生與整形電路專家講座第30頁6.4施密特觸發(fā)器2.波形整形施密特觸發(fā)器能夠將不規(guī)則波形整形為矩形波。若適當增大回差電壓，可提升電路抗干擾能力。回差電壓是由5腳接入控制電壓UCO來控制。uot0uot0uIt0U+U－U－'(a)(b)(c)脈沖產生與整形電路專家講座第31頁從一系列幅度不一樣脈沖信號中選出幅度大于正向閾值電壓U+輸入脈沖，即對幅度進行判別。6.4施密特觸發(fā)器3.幅度判別uIU+U-t0uo0t同向輸出施密特觸發(fā)器脈沖產生與整形電路專家講座第32頁6.4施密特觸發(fā)器4.組成多諧振蕩器工作原理：電容上初始電壓為零，即uI＝0，則uO＝1，并經R向C充電，當充至uI＝U+時，輸出翻轉uO＝0。電容C又經R進行放電，當放電至uI＝U-時，輸出翻轉uO＝1。脈沖產生與整形電路專家講座第33頁6.5多諧振蕩器多諧振蕩器是一個慣用脈沖信號產生電路。工作特征：①無穩(wěn)態(tài)，含有兩個暫穩(wěn)態(tài)；②自激振蕩器－－在接通電源后，不需外加觸發(fā)信號，便能自動產生矩形脈沖；③矩形波中除基波外，還含有豐富高次諧波－－故稱為多諧振蕩器。自動觸發(fā)自動返回暫穩(wěn)態(tài)0暫穩(wěn)態(tài)1暫穩(wěn)態(tài)0脈沖產生與整形電路專家講座第34頁6.5多諧振蕩器一、門電路組成多諧振蕩器1vo1RCvivo1脈沖產生與整形電路專家講座第35頁6.5多諧振蕩器二、555定時器組成多諧振蕩器1.電路結構48762315CUCCR1R2555uo0.01μFuC脈沖產生與整形電路專家講座第36頁6.5多諧振蕩器uC13UCCuo0T123UCCttUCCT202.工作原理接通電源后，電容C來不及充電，uc＝0，則uO＝1(第一個暫穩(wěn)態(tài))，VT截止。這時Ucc經R1和R2向C充電，當充至uc＝2/3Ucc時，輸出翻轉uO＝0(第二個暫穩(wěn)態(tài))，VT導通；這時電容C經R2和VT放電，當降至uc＝1/3Ucc時，輸出翻轉uO＝1。脈沖產生與整形電路專家講座第37頁6.5多諧振蕩器3.參數(shù)估算①電容充電時間T1：②電容放電時間T2：③電路振蕩周期T：uC13UCCuo0T123UCCttUCCT20T脈沖產生與整形電路專家講座第38頁④電路振蕩頻率f：經過改變R、C參數(shù)可改變振蕩周期和振蕩頻率。⑤輸出波形占空比D：6.5多諧振蕩器若R2>>R1，則D≈1/2，即輸出為對稱方波。（D≥50％）脈沖產生與整形電路專家講座第39頁6.5多諧振蕩器4.改進電路－－占空比可調多諧振蕩器利用二極管單向導電性，把電容C充電和放電回路隔離開來，再加上一個可調電位器RW，便可組成占空比可調多諧振蕩器。①電容充電時間T1：

T1＝0.7R1C②電容放電時間T2：

T2＝0.7R2C④輸出波形占空比D：③電路振蕩周期T：

T＝T1+T2＝0.7(R1+R2)C若R1=R2，則D=50%。847623UCCR1R2555RWuo0.01μFCVD2VD151脈沖產生與整形電路專家講座第40頁6.5多諧振蕩器5.555定時器組成振蕩器應用實例－－模擬聲響發(fā)生器將振蕩器A輸出電壓uo1，接到振蕩器B中555定時器復位端（4腳）。當uo1為高電平時振蕩器B振蕩，當uo1為低電平時555定時器復位，振蕩器B停頓振蕩。這么，揚聲器便發(fā)出“嗚…嗚”間歇聲響。84762351555A0.01μFCR1AR2A847623155550.01μFCR1BR2BRduo18Ωuo2