數(shù)電：脈沖波形的產(chǎn)生與整形

第七章脈沖波形的產(chǎn)生與整形1、什么是脈沖波形？2、為什么要產(chǎn)生脈沖？4、如何產(chǎn)生脈沖以及對(duì)其進(jìn)行整形？3、為什么要對(duì)脈沖波形進(jìn)行整形？1、什么是脈沖？脈沖：電壓(V)或電流(A)的波形像心電圖上的脈搏跳動(dòng)的波形。

在短時(shí)間內(nèi)突變，隨后又迅速返回其初始值的物理量稱之為脈沖。

2、為什么要產(chǎn)生脈沖？

數(shù)字電路經(jīng)常用到各種寬度和幅值的邊沿陡峭的脈沖信號(hào)：時(shí)鐘信號(hào)、定時(shí)信號(hào)。最常用的脈沖信號(hào)是方波或矩形波。3、為什么要對(duì)脈沖波形進(jìn)行整形？vItvOtVT+VT-VT+VT-vItvOtvItvOtVT+VT-脈沖有各式各樣的形狀，有矩形、三角形、鋸齒形、鐘形、階梯形和尖頂形的等等。描述矩形脈沖特性的主要參數(shù)1、脈沖幅度Vm 2、脈沖寬度tw3、上升時(shí)間tr 4、下降時(shí)間tf5、周期T

6、占空比q4、如何產(chǎn)生脈沖以及對(duì)其進(jìn)行整形？利用多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖。

如何利用555定時(shí)器產(chǎn)生脈沖以及對(duì)不理想的脈沖整形，是本章討論的重點(diǎn)。利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器對(duì)脈沖進(jìn)行整形。脈沖電路分類：脈沖電路作用：脈沖波形的產(chǎn)生和整形。脈沖電路構(gòu)成：開關(guān)電路+RC電路破壞電路的穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生暫態(tài)?？刂茣悍€(wěn)態(tài)時(shí)間的長短。脈沖電路與數(shù)字電路的比較：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)電路（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）無穩(wěn)態(tài)電路（多諧振蕩器）雙穩(wěn)態(tài)電路（施密特觸發(fā)器）★數(shù)字電路的信號(hào)波形也是一種脈沖波形?！锩}沖電路側(cè)重波形，數(shù)字電路側(cè)重邏輯關(guān)系。電容充放電知識(shí)復(fù)習(xí)：(1)電容兩端的電壓不能突變，Vc（0＋）＝Vc（0－），

電容充放電需要時(shí)間，有過渡過程，其時(shí)間長短只與τ＝RC有關(guān),工程上取3τ；（2）開始充放電（換路）瞬間，阻抗很小，相當(dāng)短路；

充放電結(jié)束，電路處于穩(wěn)態(tài)，C支路電流為0，阻抗很大，相當(dāng)開路；（3）簡(jiǎn)單RC電路中，各處電壓、電流均按指數(shù)規(guī)律變化；（4）在簡(jiǎn)單RC電路中)(tvC＋=)(vC∞-)(vC∞)0(vC+［］eτt)()()0()(lntvvvvτtCCCC--∞=+∞或τ＝RC第七章脈沖波形的產(chǎn)生與整形

主要內(nèi)容★555定時(shí)器的工作原理、邏輯功能及由555構(gòu)成的脈沖電路。學(xué)習(xí)要求§1555定時(shí)器的原理和應(yīng)用

555定時(shí)器是將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子器件。它使用方便,帶負(fù)載能力較強(qiáng),目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。555定時(shí)器的優(yōu)點(diǎn)：（1）定時(shí)的精度、工作的速度和可靠性都比較高；（2）使用的電源電壓范圍寬，從4.5V-18V，能和數(shù)字電路直接連接；（3）有一定的輸出功率，可以驅(qū)動(dòng)微電機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等等；（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活，用途廣泛。1.管腳分布以及邏輯功能2VCC/3VCC/3大于小于保持保持1大于2VCC/3VCC/3大于10導(dǎo)通00導(dǎo)通2VCC/3VCC/3小于小于11截止閾值端觸發(fā)端TH/TRRD晶體管TVo電壓制控12345678555VCCDTHCOGNDTRVo/RD電源閾值地觸發(fā)輸出復(fù)位放電一、555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)和基本功能

555定時(shí)器的內(nèi)部電路包括以下幾部分:①兩個(gè)電壓比較器:C1、C2;②一個(gè)基本RS觸發(fā)器;③一個(gè)晶體管T；④由三個(gè)相等電阻組成的分壓器;⑤一個(gè)反相器等。2.電路結(jié)構(gòu)由三個(gè)相等電阻組成的分壓器一個(gè)基本RS觸發(fā)器一個(gè)晶體管T一個(gè)反相器兩個(gè)電壓比較器:C1、C2vo++--84562713＆＆1RRRRbDQQ+VccRDC1C2T電壓制控12345678555VCCDTHCOGNDTRVo/RD電源閾值地觸發(fā)輸出復(fù)位放電低電平觸發(fā)端高電平觸發(fā)端電壓控制端復(fù)位端低電平有效放電端4.5～18V輸出端地vo++--84562713＆＆1RRRRbDQQ+VccRDC1C2T電壓制控12345678555VCCDTHCOGNDTRVo/RD電源閾值地觸發(fā)輸出復(fù)位放電2.基本功能vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T

三個(gè)電阻構(gòu)成的分壓器給兩個(gè)比較器提供基準(zhǔn)電壓:當(dāng)電壓控制端5CO不外接電源：當(dāng)電壓控制端5CO接外置電源Ecc：VR1VR2VR1=

EccVR2=

Ecc/2VR1=VR2=電壓制控12345678555VCCDTHCOGNDTRVo/RD電源閾值地觸發(fā)輸出復(fù)位放電vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T0010vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T＞2/3VCC＞1/3VCC00011vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T＜2VCC/3＞VCC/311010＜2VCC/3<VCC/310110×vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T2VCC/3VCC/3大于小于保持保持1大于2VCC/3VCC/3大于10導(dǎo)通00導(dǎo)通2VCC/3VCC/3小于小于11截止閾值端觸發(fā)端THTRRD晶體管Tvo綜合以上的分析結(jié)果,便可得到555的功能表(要求記住，會(huì)分析)12345678555VCCDTHCOGNDTRVo/RD電源閾值地觸發(fā)輸出復(fù)位放電555定時(shí)器應(yīng)用范圍非常廣泛，可構(gòu)成多種電路形式，但最基本的電路為：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器。其它電路基本是這3種電路的變形。二、555定時(shí)器的基本應(yīng)用1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2.多諧振蕩器3.施密特觸發(fā)器1、555定時(shí)器做施密特觸發(fā)器+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2vIVcc1

vo1Rvi8467

555251vo1+VCC+VCC1vovCO3Rvi8467

555251vo1+VCC+VCC1vovCO3施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)：（1）雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)；（2）電平觸發(fā)——電壓達(dá)到某個(gè)值時(shí)電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；（3）具有滯后電壓傳輸特性——回差特性（兩次翻轉(zhuǎn)輸入電平不同）；Rvi8467

555251vo1+VCC+VCC1vovCO3

⑴電路：2，6端連在一起作為信號(hào)輸入端+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2vIVcc1

vo1VI<1/3VCC時(shí)，C1＝1，C2＝0，VO=1VI>2/3VCC時(shí)，C1＝0，C2＝1，VO=0構(gòu)成集電極開路型輸出端。Rvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓調(diào)節(jié)回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3⑵工作原理：（a）當(dāng)Vi＝0時(shí)，由于比較器C1=1、C2=0，觸發(fā)器置1，即Q＝1、0=Q，。升高時(shí)，在未到達(dá)2Vcc/3以前，的狀態(tài)不會(huì)改變。VO＝1ViVO＝1V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止UTHUTRVi＝0，滿足，故VO＝1。12330<Vi<

1/3VCC，滿足，故VO＝1。31/3VCC

<Vi<

2/3VCC，滿足，故VO保持1。2Rvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓調(diào)節(jié)回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3（b）vi升高到2VCC/3時(shí)，比較器C1輸出為0、C2輸出為1，觸發(fā)器置0，即Q＝0、1=Q，vo=0。此后，vi上升到VCC，然后再降低，但在未到達(dá)VCC/3以前，vo＝0的狀態(tài)不會(huì)改變。V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止123⑵工作原理：Vi＝2/3VCC，滿足，故VO＝0。2/3VCC

<Vi<

VCC，滿足，故VO＝0。1/3VCC

<Vi<

2/3VCC，滿足，故VO保持0。211Rvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓調(diào)節(jié)回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3（c）vi下降到VCC/3時(shí)，比較器C1輸出為1、C2輸出為0，觸發(fā)器置1，即Q＝1、0=Q，vo=1。此后，vi繼續(xù)下降到0，但vo＝1的狀態(tài)不會(huì)改變。V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止123Vi＝1/3VCC，滿足，故VO＝1。30<Vi<

1/3VCC，滿足，故VO＝1。3下限閾值電壓vovi(b)邏輯符號(hào)(a)傳輸特性VT－VT+上限閾值電壓回差電壓（滯后電壓）：VT+=2/3VCC;VT-=1/3VCCΔVT＝VT＋－VT－=1/3VCCvIvOvivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3思考：如何來改變回差電壓？②在7腳外接一電阻，并與VCC1相連，

vO=1時(shí)，vO1=VCC1;vO=0時(shí)，vO1=0，

可以實(shí)現(xiàn)電平移動(dòng)。①在5腳上加控制電壓VCO可以改變VT+,VT-，以調(diào)節(jié)回差電壓的大小Rvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓調(diào)節(jié)回差說明：⑶施密特觸發(fā)器的應(yīng)用：①波形變換——三角波、正弦波變換成方波vItvOtVT+VT-VT+VT-vItvOt正弦波→方波三角波→方波調(diào)節(jié)VT+,VT-可以改變寬度②波形整形——消除噪聲干擾vItvOtVT+VT-vItvOtVT+VT-回差電壓比較小回差電壓比較大③幅度鑒別vItvOtVT+VT-可以調(diào)節(jié)VT+作為鑒別門限④構(gòu)成多諧振蕩器1vCvOvC0ttvoVCC/32VCC/32.555定時(shí)器做單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器RC+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2vITb單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡(jiǎn)稱“單穩(wěn)電路”單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作特性有以下三個(gè)特點(diǎn)：（1）有1個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)（穩(wěn)態(tài)），1個(gè)暫時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)（暫穩(wěn)態(tài)）；（2）脈沖觸發(fā)—在外界觸發(fā)脈沖的作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，再自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)；（3）暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長短取決于電路本身的RC參數(shù)，與觸發(fā)脈沖無關(guān)+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvI⑵工作原理：VTHVCbTV6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止Vo＝0，T導(dǎo)通，Vc＝0，C1＝C2＝1電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。★上電過程（VI＝1，C2＝1）①假設(shè)Vo＝01101+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvI⑵工作原理：VTHVCbTV6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止T截止，C充電，Vc上升。充電到2VCC/3時(shí):→比較器C1=0，將觸發(fā)器置0，→Vo＝0?！鶷導(dǎo)通,C放電,

Vc≈0→比較器C1=C2=1,

→電路狀態(tài)不變。→電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。結(jié)論：上電后輸出處于穩(wěn)定狀態(tài)，Vo＝0，T導(dǎo)通，Vc＝0。上電過程（VI＝1，C2＝1）②假設(shè)Vo＝110010111+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvI⑵工作原理（續(xù)1）：可以在5腳外接控制電壓，以改變放電閥值。VTHVCbTT截止時(shí)，對(duì)C充電，電路進(jìn)入暫態(tài)，直到Vc>2/3VCC。充電時(shí)間決定于RC的大小。V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止觸發(fā):VI＝0→Vo＝1，→T截止?！镉|發(fā)翻轉(zhuǎn)（VI＝0，C2＝0）結(jié)論：Vi＝0觸發(fā)后，電路進(jìn)入暫態(tài)，Vo＝1，T截止，Vc→逐漸上升。1->010+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvIT導(dǎo)通時(shí)，C放電。⑵工作原理（續(xù)2）：VTHVCbTVC>2/3VCC時(shí)，Vo＝0，T導(dǎo)通，C放電。V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止VI＝1★自動(dòng)返回（VI＝1，C2＝1）結(jié)論：Vc充電到2/3VCC后，電路返回到Vo＝0，T導(dǎo)通，Vc開始放電。1->0->11->0101+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvIT導(dǎo)通，C放電。⑵工作原理（續(xù)2）：VTHVCbTV6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止VI＝1★恢復(fù)過程（VI＝1，C2＝1）結(jié)論：當(dāng)電容C放電到Vc＝0是恢復(fù)過程。0->10->11012/3VCCtvi00vCt0vot①上電后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)（VI＝1，Vc=0，Vo=0）vIvOVCCRCvC0.01uF12348765V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止工作波形：2/3VCCvIvOVCCRCvC0.01uF12348765

②外觸發(fā):ViVi＜1/3VCC，→比較器C2＝0，觸發(fā)器置1，→Vo＝1→T截止，C充電→電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。tvi00vCt0votV6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止V2V61233T截止，C充電，當(dāng)vc上升到2/3VCC時(shí):→比較器C1=0，觸發(fā)器置0，→Vo＝0→T導(dǎo)通，C放電,vc≈0電路→電路返回穩(wěn)態(tài)。vIvOVCCRCvC0.01uF12348765V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止2/3VCCtvi00vCt0vot

③自動(dòng)返回（VI＝1）:12331由以上過程可以看出:每來一次負(fù)脈沖,vo便輸出一個(gè)正脈沖,其寬度tW

由RC決定。vIvOVCCRCvC0.01uF123487652/3VCCtvi00vC0votttW

⑶輸出脈沖寬度twtw是Vc從0指數(shù)上升到2VCC/3時(shí)所需的時(shí)間注意:tw寬度的增加，將降低定時(shí)精度和穩(wěn)度。

tw的范圍為幾秒到幾分鐘。2/3VCCtvi00vC0votttWtw＝1.1RC⑸單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用一般用于定時(shí)（產(chǎn)生一定寬度的矩形波）整形（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、幅度都相等的波形）延時(shí)（把輸入信號(hào)延遲一定時(shí)間后輸出）1)定時(shí)3)整形單穩(wěn)態(tài)微分限幅twtwtwacbd2)延時(shí)3、555定時(shí)器做多諧振蕩器+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRbQQC1C2TR1CR2外接R1,R2,C多諧振蕩器的特點(diǎn)：（1）不需外觸發(fā)的自激振蕩器；（2）無穩(wěn)定狀態(tài)，均為暫穩(wěn)態(tài)；（3）矩形波中含有豐富的高次諧波，習(xí)慣稱多諧振蕩器。vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2

1、Vcc通過R1、R2向C充電,在電容充電VC：0v--VCC/3之間,Vo

輸出1。vC0t0tvoVCC/32VCC/3t1⑵原理V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止1232、Vcc通過R1、R2繼續(xù)向C充電,在電容充電VC:VCC/3--2VCC/3之間,Vo

保持

1不變。32vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2vC0t0tvoVCC/32VCC/3t1⑵原理V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止1233、

當(dāng)VC＝2VCC/3時(shí)→Vo由1翻轉(zhuǎn)為0?！鶷導(dǎo)通→電容C經(jīng)R2、T放電。14、電容通過R2和三極管T繼續(xù)放電,在電容放電VC:VCC2/3--VCC/3之間,Vo

保持

0不變。T102vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2vC0t0tvoVCC/32VCC/3t1⑵原理V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止123T01③當(dāng)Vc降至VCC

/3時(shí)，使得→Vo回到1

→T截止

→電容C再充電，

進(jìn)入循環(huán)...3t2t3vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2vC0t0tvoVCC/32VCC/3t1t2t3⑵原理)()()0()(lntvvvvτtCCCC--∞=+∞VCC/32VCC/3vOtW2tW1vcτ＝RCvOVCCR1CvC0.01uF12348