脈沖產(chǎn)生與整形電路-課件

第6章脈沖波形的產(chǎn)生與整形6.1概述6.2555定時器6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.4施密特觸發(fā)器6.5多諧振蕩器2020/11/2416.1概述一、脈沖信號脈沖是脈動和短促的意思，凡是具有不連續(xù)波形的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2020/11/242精品資料3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結一節(jié)課的重點的難點，你是否會認為老師的教學方法需要改進？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學問無顏見爹娘……”“太陽當空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”46.1概述在數(shù)字系統(tǒng)中常常需要用到各種幅度、寬度以及具有陡峭邊沿的矩形脈沖信號，如觸發(fā)器的時鐘脈沖（CP）。獲取這些脈沖信號的方法通常有兩種：①脈沖產(chǎn)生電路直接產(chǎn)生；②利用已有的周期信號整形、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(chǎn)生電路——多諧振蕩器；多用途的定時電路——555定時器。2020/11/2456.1概述二、脈沖信號的參數(shù)trtftWT0.9Um0.5Um0.1UmUm矩形脈沖信號的主要參數(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的比值，D＝tW/T。2020/11/2466.1概述三、脈沖產(chǎn)生電路的暫態(tài)分析脈沖波形產(chǎn)生與整形電路多是由RC充放電電路構成的。①開關閉合的一瞬間，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，流過電容器的電流iC(∞)為0，即電容器相當于開路。tMU(t)UTtU(∞)0U(0+)CCCUC(t)SUCR2020/11/247④令uC(tW)=UT，則從暫態(tài)過程的起始值UC(0+)變到UT所經(jīng)歷的時間tW（脈沖寬度）可用下式計算：③電路的時間常數(shù)τ=RC，τ決定了暫態(tài)時間的長短。根據(jù)三要素公式，可以得到電壓隨時間變化的方程為6.1概述tWU(t)UTtU(∞)0U(0+)CCC2020/11/248一、555定時器的電路結構6.2555定時器555定時器是一種多用途的數(shù)字—模擬混合集成電路，可以方便地構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器。

雙極型產(chǎn)品型號最后數(shù)碼為555，CMOS型產(chǎn)品型號最后數(shù)碼為7555。其功能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6UCO555uuu2020/11/2496.2555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(jīng)過一個0.01μF的電容接地，以抑制干擾。2020/11/24106.2555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2020/11/24116.2555定時器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu4.放電三極管VT是一個集電極開路的放電三極管。當uO＝0時，VT導通；當uO＝1時，VT截止。

2020/11/2412二、555定時器的功能6.2555定時器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu5腳不外接控制電壓。定時器的主要功能取決于兩個比較器輸出對RS觸發(fā)器和放電管VT狀態(tài)的控制。2020/11/24136.2555定時器不變不變1導通01截止11導通0××0VTuOu2u6輸出輸入555定時器功能表5腳不接控制電壓，則，。2020/11/24146.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種常用的脈沖整形電路，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)恢復期工作特性：①它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(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，其維持時間的長短取決于電路自身參數(shù)，與外界觸發(fā)脈沖無關。2020/11/24156.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、門電路構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器≥11VDDCdRdRCvdvo1vovi22020/11/24166.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器二、555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器48762315uCCuouIRUCC0.01μF5555腳經(jīng)過0.01μF電容接地，則，。2020/11/24176.3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。2020/11/2418②暫穩(wěn)態(tài)：u2觸發(fā)脈沖下降沿到達時（），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2020/11/2419③恢復期：

VT導通，電容C迅速放電，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2020/11/24206.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器TuI13UCC0uo0tWTWuC023UCCtttUCC48762315uCCuouIRUCC0.01μF555波形圖電路對輸入觸發(fā)脈沖的寬度有一定要求，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。2020/11/2421因此可得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)的停留時間，即電容C的電壓從0充電到所需的時間。根據(jù)電容C的充電過程可知：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的取值，且成正比關系，而與輸入觸發(fā)信號和電源電壓無關，因此調(diào)節(jié)R、C的大小，即可方便地改變tW。矩形脈沖的周期與輸入的觸發(fā)信號周期相同。2020/11/24226.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用1.脈沖整形IutWOu單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把輸入的不規(guī)則脈沖信號uI，整形為具有一定幅度和一定寬度的標準矩形脈沖uO。uO的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度tW決定于定時元件R和C。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的整形波形2020/11/24236.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2.脈沖延時脈沖延時電路一般要用兩個單穩(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)器的定時元件R和C。11uIu0（tW1）（tW2）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的延時波形2020/11/24246.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3.定時由于單穩(wěn)觸發(fā)器可產(chǎn)生寬度為tW的矩形脈沖，利用這個矩形脈沖去控制某電路使它在tW的時間內(nèi)動作或不動作，這就是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時作用。定時時間為tW，可通過調(diào)節(jié)定時元件R和C來調(diào)節(jié)定時時間。1&uIOuuO單穩(wěn)與門uFtWuIuOuFOu單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時波形2020/11/24256.4施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是又一種常用的脈沖信號整形電路。工作特性：①具有兩個穩(wěn)態(tài)；②屬于電平觸發(fā)，緩慢變化的信號也可以作為輸入信號，當輸入信號達到某一特定值時，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)轉換時對應的輸入電平，與輸入信號從高電平下降時對應的輸入轉換電平不同。uo0U－U+uI電壓傳輸特性①輸入信號上升時對應的轉換電平U+

，稱為正向閾值電壓；②輸入信號下降時對應的轉換電平U－

，稱為負向閾值電壓；③差值ΔU＝U+－U-，稱為回差電壓。2020/11/24266.4施密特觸發(fā)器一、門電路構成的施密特觸發(fā)器1R1vo1vi1viR2vo1vivo1vovOHvOLvOLvOHv+v-2020/11/2427反向輸出施密特觸發(fā)器6.4施密特觸發(fā)器二、555定時器構成的施密特觸發(fā)器1.電路結構和邏輯符號846210.01μF3UCCuIuo55552020/11/2428uot00uI13UCC23UCCtU--U+uOHuOL2.工作原理6.4施密特觸發(fā)器5腳經(jīng)過0.01μF電容接地，則，。2020/11/2429uot00uI13UCC23UCCtU--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。2020/11/2430uot00uI13UCC23UCCtU--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。2020/11/2431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2020/11/24326.4施密特觸發(fā)器三、施密特觸發(fā)器的應用1.波形變換施密特觸發(fā)器可以將邊沿變化緩慢的周期性信號變換成邊沿陡峭的矩形脈沖信號。2020/11/24336.4施密特觸發(fā)器2.波形整形施密特觸發(fā)器可以將不規(guī)則的波形整形為矩形波。若適當增大回差電壓，可提高電路的抗干擾能力。回差電壓是由5腳接入的控制電壓UCO來控制的。uot0uot0uIt0U+U－U－'(a)(b)(c)2020/11/2434從一系列幅度不同的脈沖信號中選出幅度大于正向閾值電壓U+的輸入脈沖，即對幅度進行鑒別。6.4施密特觸發(fā)器3.幅度鑒別uIU+U-t0uo0t同向輸出施密特觸發(fā)器2020/11/24356.4施密特觸發(fā)器4.構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(jīng)R向C充電，當充至uI＝U+時，輸出翻轉uO＝0。電容C又經(jīng)R進行放電，當放電至uI＝U-時，輸出翻轉uO＝1。2020/11/24366.5多諧振蕩器多諧振蕩器是一種常用的脈沖信號產(chǎn)生電路。工作特性：①無穩(wěn)態(tài)，具有兩個暫穩(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(chǎn)生矩形脈沖；③矩形波中除基波外，還含有豐富的高次諧波－－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)02020/11/24376.5多諧振蕩器一、門電路構成的多諧振蕩器1vo1RCvivo12020/11/24386.5多諧振蕩器二、555定時器構成的多諧振蕩器1.電路結構48762315CUCCR1R2555uo0.01μFuC2020/11/24396.5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(jīng)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(jīng)R2和VT放電，當降至uc＝1/3Ucc時，輸出翻轉uO＝1。2020/11/24406.5多諧振蕩器3.參數(shù)的估算①電容充電時間T1：②電容放電時間T2：③電路振蕩周期T：uC13UCCuo0T123UCCttUCCT20T2020/11/2441④電路振蕩頻率f：通過改變R、C的參數(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％）2020/11/24426.5多諧振蕩器4.改進電路－－占空比可調(diào)的多諧振蕩器利用二極管的單向?qū)щ娦裕央娙軨充電和放電回路隔離開來，再加上一個可調(diào)電位器RW，便可構成占空比可調(diào)的多諧振蕩器。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%。847623UCCR1R2555RWuo0.01μFCVD2VD1512020/11/24436.5多諧振蕩器5.555定時器構成的振蕩器應用實例－－模擬聲響發(fā)生器將振蕩器A的輸出電壓uo1，接到振蕩器B中555定時器的復位端（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停止振蕩。這樣，揚聲器便發(fā)出“嗚…嗚”的間歇聲響。84762351555A0.01μFCR1AR2A847623155550.01μFCR1BR2B