第十二章 脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形

1、第十二章第十二章 脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形概述：概述： 在數(shù)字電路中，常常需要各種寬度和幅度、在數(shù)字電路中，常常需要各種寬度和幅度、且邊沿陡峭的脈沖信號(hào)。獲得脈沖信號(hào)的方法通常有且邊沿陡峭的脈沖信號(hào)。獲得脈沖信號(hào)的方法通常有兩種：一是由多諧振蕩器產(chǎn)生；二是將其它非脈沖信兩種：一是由多諧振蕩器產(chǎn)生；二是將其它非脈沖信號(hào)經(jīng)整形變成脈沖信號(hào)。本章只介紹由號(hào)經(jīng)整形變成脈沖信號(hào)。本章只介紹由555定時(shí)器構(gòu)定時(shí)器構(gòu)成的脈沖產(chǎn)生和整形電路。成的脈沖產(chǎn)生和整形電路。555集成定時(shí)器集成定時(shí)器一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)555定時(shí)器由定時(shí)器由5部分組成：部分組成：1.基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器2.比較

2、器比較器A1和和A23.分壓器有三個(gè)分壓器有三個(gè)5K 電阻串聯(lián)組成，使電阻串聯(lián)組成，使 U1 =2 VCC /3 U2 = VCC /34.開關(guān)管開關(guān)管T+_+_RSQQ5K 5K 5K R+VCCRCOTHTR1uOA1A25627384U2U11+G1T5.輸出緩沖器輸出緩沖器G1： 其作用就是提高其作用就是提高 定時(shí)器的帶負(fù)載定時(shí)器的帶負(fù)載 能力和隔離負(fù)載能力和隔離負(fù)載 對(duì)定時(shí)器的影響。對(duì)定時(shí)器的影響。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)+_+_RSQQ5K 5K 5K R+VCCRCOTHTR1uOA1A25627384U2U11+G1T555定時(shí)器定時(shí)器1 2 3 48 7 6 5+VCC TH COGND T

3、R OUT R（1）4腳為復(fù)位輸入端（腳為復(fù)位輸入端（ RD ），當(dāng)），當(dāng)RD為低電平時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)為低電平時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出如何，輸出uo為低電平。正常工作時(shí)，應(yīng)將其接高電平。為低電平。正常工作時(shí)，應(yīng)將其接高電平。（2 2）5腳為電壓控制端，當(dāng)其懸空時(shí)，比較器腳為電壓控制端，當(dāng)其懸空時(shí)，比較器C1和和C2的比較電壓分別為的比較電壓分別為2/3VCC 和和1/3VCC 。工作中不使用該端時(shí)，一般通過一個(gè)。工作中不使用該端時(shí)，一般通過一個(gè)0.01 F的電容接地，的電容接地，以旁路高頻干擾。以旁路高頻干擾。（3）2腳為觸發(fā)輸入端，腳為觸發(fā)輸入端，6腳為閾值輸入端，兩端的電

4、位高低控制比較器腳為閾值輸入端，兩端的電位高低控制比較器C1和和C2的輸出，從而控制的輸出，從而控制RS觸發(fā)器，決定輸出狀態(tài)。觸發(fā)器，決定輸出狀態(tài)。555工作原理工作原理+_+_RSQQ5K 5K 5K R+VCCRCOTHTR1uOA1A25627384U2U11+G1T(VH)(VR)(RD)(u0) 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器具有回差電壓特性，能將邊沿變具有回差電壓特性，能將邊沿變 化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖?；徛碾妷翰ㄐ握螢檫呇囟盖偷木匦蚊}沖。一一. 用用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1. 電路組成及工作原理電路組成及工

5、作原理1 12 26 65 5VCCRDO5555553 3Ov7 7vvI2I1vIC8 84 412IvCCVVCC2Rv+_+_RSQQ5K 5K 5K R+VCCRCOTHTR1uOA1A25627384U2U11+G1T(VH)(VR)(RD)(u0)1 12 26 65 5VCCRDO5555553 3Ov7 7vvI2I1vIC8 84 412IvCCVVCC2Rv2. 電壓滯回特性和主要參數(shù)電壓滯回特性和主要參數(shù)（1）電壓滯回特性）電壓滯回特性（a）上限閾值電壓上限閾值電壓VT+vI上升過程中，輸出電壓上升過程中，輸出電壓vO由高電平由高電平VOH跳變到低電平跳變到低電平VOL

6、時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。VT+=2/3VCC。（b）下限閾值電壓下限閾值電壓VT vI下降過程中，下降過程中，vO由低電平由低電平VOL跳變跳變到高電平到高電平VOH時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。VT=1 /3VCC。（3）回差電壓）回差電壓VT VT= VT+VT=1 /3VCC（2）主要靜態(tài)參數(shù)）主要靜態(tài)參數(shù)二二 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器1. TTL集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器74LS14 2. CMOS集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器CC4010612345671A1Y2A2Y3A3YGND8910111213144A4Y5A5Y6A

7、6YVCC(a)74LS1412345678910111213141A1Y2A2Y3A3Y4A4Y5A5Y6A6YVVDDSS(b)CC40106三三 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例1. 用作接口電路用作接口電路將緩慢將緩慢變化的輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)換成為變化的輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)換成為符合符合TTL系統(tǒng)要求的脈沖波系統(tǒng)要求的脈沖波形。形。2. 整形電路整形電路把不規(guī)則的輸入信號(hào)整形成為矩形脈沖。把不規(guī)則的輸入信號(hào)整形成為矩形脈沖。3. 脈沖鑒幅脈沖鑒幅從一系列幅度不同的脈沖信號(hào)中，選從一系列幅度不同的脈沖信號(hào)中，選 出那些幅度大于出那些幅度大于VT+的輸入脈沖。的輸入脈沖。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)

8、觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)；在觸有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)；在觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)狀態(tài)維發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時(shí)間后，自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。持一段時(shí)間后，自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。一一 用用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理2 26 6VCCRDO5555553 3vI2I1v8 84 4v7 7RVCCC1 15 50.01 FC1vCvI1）當(dāng)）當(dāng)vI=1時(shí)，時(shí)，電路工作在穩(wěn)定電路工作在穩(wěn)定 狀態(tài)，即狀態(tài)，即vO=0，vC=0。（2）vI下降沿觸發(fā)下降沿觸發(fā), 當(dāng)當(dāng)vI下降下降

9、沿到達(dá)時(shí)，沿到達(dá)時(shí)，vO由由0跳變?yōu)樘優(yōu)?， 電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。2 26 6VCCRDO5555553 3vI2I1v8 84 4v7 7RVCCC1 15 50.01 FC1vCvI2C3VCCvttOOttOvvOtIVCC01tW(VH)(VR)(RD)(u0)2 26 6VCCRDO5555553 3vI2I1v8 84 4v7 7RVCCC1 15 50.01 FC1vCvI2C3VCCvttOOttOvvOtIVCC01tW在暫穩(wěn)態(tài)期間，三極管在暫穩(wěn)態(tài)期間，三極管T截止，截止，VCC經(jīng)經(jīng)R向向C充電。時(shí)間常數(shù)充電。時(shí)間常數(shù)1=RC，vC由由0V開始增大，

10、在開始增大，在vC上升到上升到2/3VCC之前，電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變。之前，電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變。（4）自動(dòng)返回（暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束）時(shí)間）自動(dòng)返回（暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束）時(shí)間當(dāng)當(dāng)vC上升至上升至2/3VCC時(shí)，時(shí)，vO由由1跳變跳變0，三極管，三極管T由截止轉(zhuǎn)為飽和導(dǎo)通，由截止轉(zhuǎn)為飽和導(dǎo)通，電容電容C經(jīng)經(jīng)T迅速放電，電壓迅速放電，電壓vC迅速降至迅速降至0V，電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入，電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)。（3）暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間）暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間（5）恢復(fù)過程）恢復(fù)過程2 26 6VCCRDO5555553 3vI2I1v8 84 4v7 7RVCCC1 15 50.01 FC1vCvI2C3VCCvttO

11、OttOvvOtIVCC01tW 當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電容當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電容C通過飽和導(dǎo)通的放電三通過飽和導(dǎo)通的放電三極管極管 T放電，時(shí)間常數(shù)放電，時(shí)間常數(shù) 2=RCESC，經(jīng)過（，經(jīng)過（35）2后，后，電容電容C放電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。放電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。2. 主要參數(shù)估算主要參數(shù)估算(1) 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度Tw（用三要素法計(jì)算）（用三要素法計(jì)算）CRVVVtvvvvtCCCCCCWCCCCW1 . 1320ln)()()0 ()(ln11 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度tW僅決定于定時(shí)元件僅決定于定時(shí)元件R、C的取值，與輸入觸發(fā)信號(hào)和電源電壓無關(guān)，調(diào)的取值，與

12、輸入觸發(fā)信號(hào)和電源電壓無關(guān)，調(diào)節(jié)節(jié)R、C的取值，即可方便的調(diào)節(jié)的取值，即可方便的調(diào)節(jié)tW。（2）恢復(fù)時(shí)間）恢復(fù)時(shí)間tre tre=（35）2vI周期的最小值：周期的最小值： Tmin= tWtre單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最高工作頻率應(yīng)為高工作頻率應(yīng)為:reWttTf11minmax二二 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121AABvovoextCRintCextextRVCCGND10111491634512774121A1和和A2是兩個(gè)下降沿有效的觸發(fā)信號(hào)輸入端，是兩個(gè)下降沿有效的觸發(fā)信號(hào)輸入端，B是是上升沿有效的上升沿有效的 觸發(fā)信號(hào)輸入端。觸發(fā)信號(hào)輸入端。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單

13、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的外部元件連接方法的外部元件連接方法:（a）使用外部電阻）使用外部電阻Rext且電路為下降沿觸發(fā)的連接方式且電路為下降沿觸發(fā)的連接方式.（b）使用內(nèi)部電阻）使用內(nèi)部電阻Rint且電路為上升沿觸發(fā)的連接方式。且電路為上升沿觸發(fā)的連接方式。AABvovoextCRintCextextRVCCGND10111491634512774121viVCCCextAABvovoextCRintCextextRVCCGND10111491634512774121vi1VCCCextRext74121的主要參數(shù)的主要參數(shù)(1) 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tW 使用外接電阻：使用外接電阻： tW

14、 0.7RextC 使用內(nèi)部電阻：使用內(nèi)部電阻： tW 0.7RintC（2）輸入觸發(fā)脈沖最小周期）輸入觸發(fā)脈沖最小周期Tmin Tmin= tWtre tre是恢復(fù)時(shí)間。是恢復(fù)時(shí)間。（3）周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比）周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比q 定義：定義： q = tW/T 最大占空比：最大占空比： qmax= tW/ Tmin 74121內(nèi)部電阻內(nèi)部電阻=2k，外接電阻，外接電阻Rext可在可在1.440k之間選擇，之間選擇， 外接電容外接電容C可在可在10pF10F之間選擇，之間選擇， 所以，當(dāng)所以，當(dāng)R=2k時(shí)，時(shí)， 最大占空比最大占空比qmax為為67%； 當(dāng)當(dāng)R=40k時(shí)，最大占空比

15、時(shí)，最大占空比qmax可達(dá)可達(dá)90%。三三 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1. 延時(shí)與定時(shí)延時(shí)與定時(shí)（1）延時(shí)）延時(shí)1&vIOvvO單穩(wěn)單穩(wěn)與門與門vF圖中，圖中，v/O的下降沿比的下降沿比vI的下降沿滯后了時(shí)間的下降沿滯后了時(shí)間tW。（2）定時(shí)）定時(shí)tWvIvOvFOv當(dāng)當(dāng)v/O=1時(shí)，與門打開，時(shí)，與門打開，vO= vF。當(dāng)。當(dāng)v/O=0時(shí)，時(shí)，與門關(guān)閉，與門關(guān)閉，vO為低電平。為低電平。顯然與門打開的時(shí)間是顯然與門打開的時(shí)間是恒定不變的，就是單穩(wěn)恒定不變的，就是單穩(wěn)輸出脈沖輸出脈沖v/O的寬度的寬度tW。 2. 整形整形 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號(hào)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的

16、輸入信號(hào)vI，整形成為幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖整形成為幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖vO。 vO的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度低電平，寬度tW決定于暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。決定于暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。IvtWOv3. 觸摸定時(shí)控制開關(guān)觸摸定時(shí)控制開關(guān)84762153555+VCCRLR100kC100C10.01(+6V)P555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。只要用手觸摸一下金屬器。只要用手觸摸一下金屬片片P，由于人體感應(yīng)電壓相，由于人體感應(yīng)電壓相當(dāng)于在觸發(fā)輸入端（管腳當(dāng)于在觸發(fā)輸入端（管腳2）加入一個(gè)負(fù)脈沖，加入一個(gè)負(fù)脈沖，555輸出輸出端輸出高電

17、平，燈泡（端輸出高電平，燈泡（RL）發(fā)光，當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間（發(fā)光，當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間（tW）結(jié)束時(shí)，結(jié)束時(shí)，555輸出端恢復(fù)低輸出端恢復(fù)低電平，燈泡熄滅。電平，燈泡熄滅。該觸摸開關(guān)可用于夜間定時(shí)該觸摸開關(guān)可用于夜間定時(shí)照明，定時(shí)時(shí)間可由照明，定時(shí)時(shí)間可由RC參參數(shù)調(diào)節(jié)。數(shù)調(diào)節(jié)。多諧振蕩器多諧振蕩器能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。一一 用用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理2 26 6VCCRD5555553 38 84 47 7RRVCC1 12C1 15 50.01FC1Pui1ui2v0vc2 26 6VCCRD5

18、555553 38 84 47 7RRVCC1 12C1 15 50.01 FC1Pui1ui2v0vc+_+_RSQQ5K 5K 5K R+VCCRCOTHTR1uOA1A25627384U2U11+G1T(VH)(VR)(RD)(u0)2. 振蕩頻率的估算振蕩頻率的估算（1）電容充電時(shí)間）電容充電時(shí)間T1：（用三要素法計(jì)算）：（用三要素法計(jì)算）)()()0 ()(ln111TvvvvTCCCCCRR)( 7 . 021CCCCCCCCVVVV3231ln1（2） 電容放電時(shí)間電容放電時(shí)間T2（3）電路振蕩周期）電路振蕩周期T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)CCRT227 .0（4）

19、電路振蕩頻率）電路振蕩頻率fCRRTf)2(43. 1121（5）輸出波形占空比）輸出波形占空比q212112RRRRTTq二二 占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路2 26 6VCCRD5555553 38 84 47 7VCCC1 15 50.01 FC1DD121 1R2Rvi1vi2v0vC 可計(jì)算得：可計(jì)算得： T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比：占空比：21121121117.07.07.0RRRCRCRCRTTTTTq三三 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器1.石英晶體的選頻特性石英晶體的選頻特性有兩個(gè)諧振頻率。當(dāng)有兩個(gè)諧振頻率。當(dāng)f=fs時(shí)，為串聯(lián)諧振，石英晶體的時(shí)，為串聯(lián)諧振，石英晶體