1、第八章第八章 脉冲波形的产生与变换脉冲波形的产生与变换8.1 8.1 概述概述 8.2 8.2 555定时器定时器8.3 8.3 施密特触发器施密特触发器8.4 8.4 多谐振荡器多谐振荡器8.5 8.5 单稳态触发器单稳态触发器一、脉冲信号的定义一、脉冲信号的定义三角波：三角波：锯齿波：锯齿波：微分窄脉冲：微分窄脉冲：8.1 方波：方波：脉冲信号是指一种持续时间极短的电压或电流波形。脉冲信号是指一种持续时间极短的电压或电流波形。矩形波：矩形波：A0.9A0.5A0.1ATwtrtfT脉冲幅度脉冲幅度 A脉冲上升沿脉冲上升沿 tr 脉冲周期脉冲周期 T脉冲下降沿脉冲下降沿 tf 脉冲宽度脉冲宽
2、度Tw 占空比占空比q二、二、脉冲信号的参数脉冲信号的参数 8.2 555定时器定时器 555定时器是一种应用广泛的集成电路，它将定时器是一种应用广泛的集成电路，它将模拟和数字电路集成在同一片硅片上，用于脉冲信模拟和数字电路集成在同一片硅片上，用于脉冲信号的产生、波形的变换和整形，定时、检测、控制号的产生、波形的变换和整形，定时、检测、控制等领域。等领域。加上适当的阻容元件即可构成加上适当的阻容元件即可构成多谐振荡多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器器、施密特触发器和单稳态触发器等电路，完成等电路，完成脉脉冲信号的产生、定时和整形冲信号的产生、定时和整形等功能。等功能。常用集成定时器常用集成
3、定时器 555 有有 5G555(TTL)和和CC7555(CMOS)。一、电路结构与逻辑功能一、电路结构与逻辑功能1.电路组成电路组成 分压器、比较分压器、比较器、基本器、基本RS触触发器、放电三发器、放电三极管和输出缓极管和输出缓冲器组成。冲器组成。CC&1RSTG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2OOv,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入放电端QVR1VR22/3VCC1/3VCCn各引脚功能各引脚功能(1)1脚脚接地端接地端(2)2脚脚（VI2）-触发输入端，与触发输入端，与6脚（脚（VI1）阈值输入端共同控制比）阈值输入端共同
4、控制比较器较器C1和和C2的输出，从而控制的输出，从而控制RS锁存器，决定输出状态。锁存器，决定输出状态。12658437Ov,vI2I1vvICVCCvO555DR(3)3脚脚输出端输出端(4)4脚（脚（RD）-复位输入端，当复位输入端，当RD=0，RS锁存锁存器被复位，输出器被复位，输出vo为低电平。正常工作时，应将为低电平。正常工作时，应将其接高电平。其接高电平。(5)5脚（脚（VIC）电压控制端，当其悬空时，比电压控制端，当其悬空时，比较器较器C1和和C2的比较电压分别为的比较电压分别为2/3VCC 和和1/3VCC。(6)6脚脚阈值输入端阈值输入端(7)7脚脚放电端放电端(8)8脚脚
5、电源端电源端 12658437Ov,vI2I1vvICVCCvO555DRn工作原理工作原理1.当当RD=0时，时，Vo=0，T导通导通 2.当当RD=1时时0,1,31,32)1(21SRVVVVCCICCIQ=1，T截止，截止，Vo=1 1,031,32)2(21SRVVVVCCICCI，Q=0，T导通，导通，Vo=0 1,131,32)3(21RSVVVVCCICCI，Q、T保持，输出保持不变保持，输出保持不变+-C2S1/3VccvI2+-C1R2/3VccvI1 2.电路功能电路功能当当VIC无外接电源时，无外接电源时，CCRCCRVVVV31 ,32218.3 施密特触发器施密特触
6、发器特点：特点：（1）输出有两种状态（输出为数字信号）；）输出有两种状态（输出为数字信号）；（2）输入采用电平触发（输入为模拟信号）；）输入采用电平触发（输入为模拟信号）；（3）电路具有回差特性：对于正向增加和负向减小）电路具有回差特性：对于正向增加和负向减小的输入信号，电路有不同的阈值电平（的输入信号，电路有不同的阈值电平（VT+和和VT-）。）。什么是什么是施密特触发器施密特触发器？施密特触发器施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。是具有滞后特性的数字传输门。逻辑符号逻辑符号同相传输同相传输反相传输反相传输 施密特触发器的电压传输特性施密特触发器的电压传输特性 电路结构电路结构CC&1R
7、STG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2OOv,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入放电端QVR1VR22/3Vcc1/3VccvI0tvO0t（1）当）当vI1/3Vcc时，时，R=1，S=0，Q=1，vO=1；（2）当）当1/3Vcc vI2/3Vcc时，时，R=1，S=1，Q=1（保持），（保持），vO=1；（3）当）当 vI2/3Vcc时，时，R=0，S=1，Q=0，vO=0；（4）当）当1/3Vcc vI2/3Vcc时，时，R=1，S=1，Q=0（保持），（保持），vO=0；（5）当）当vI1/3Vcc时，时，R=1，S=0，Q
8、=1，vO=1；原理分析原理分析+-C2S1/3VccvI+-C1R2/3VccvI 0vIvO3CCV32CCVCCV 主要参数主要参数1.阈值电平阈值电平正向阈值电压正向阈值电压 VT+=2/3Vcc负向阈值电压负向阈值电压 VT-=1/3Vcc2.回差电压回差电压=VT+VT-=1/3Vcc1、用于波形变换、用于波形变换vot02.用于用于脉冲整形、抗干扰脉冲整形、抗干扰3.用于用于脉冲鉴幅脉冲鉴幅8.4 什么是什么是多谐振荡器多谐振荡器？多谐振荡器是一种多谐振荡器是一种自激自激振荡器，在接通电源振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号，能自动地产生矩形脉后，不需要外加触发信号，能自动地
9、产生矩形脉冲。由于输出的矩形波中含有很多谐波分量，故冲。由于输出的矩形波中含有很多谐波分量，故称它为称它为多谐振荡器多谐振荡器，又称，又称方波发生器方波发生器。电路结构电路结构 工作原理工作原理1.上电时，上电时，vC=0=0，得，得R=1，S=0，Q=1，T截止截止,vO O=1=1。3.当当vC 2/3Vcc时，时，R=0，S=1，基本，基本RS锁存器被置锁存器被置0，Q=0，T导通，导通，vO=0。2.当当Vcc通过通过R1、R2向向C充充电电，vC 逐渐上升逐渐上升;+-C2S1/3VccvI +-C1R2/3VccvI 5.当当vC下降到下降到vC 1/3Vcc时，时，R=1，S=0
10、，RS 锁存器置成锁存器置成1态，态，Q=1，T截止，截止，vO O=1=1。对电容对电容C充电又重新开始。充电又重新开始。4.电容电容C将通过将通过R2和和T放电放电，vC逐逐渐下降；渐下降；+-C2S1/3VccvI2+-C1R2/3VccvI1 T1T2 工作波形工作波形 2 2、振荡频率的估算、振荡频率的估算（1）电容充电时间）电容充电时间T1：（用三要素法计算）：（用三要素法计算）（2）电容放电时间电容放电时间T2（3）电容振荡周期）电容振荡周期 T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（4）电路振荡频率）电路振荡频率f（5）输出波形占空比）输出波形占空比q)()()0()(ln
11、111TvvvvTCCCCCRR)(7.021CCCCCCCCVVVV3231ln1CRT227.0CRRTf)2(43.1121212112RRRRTTq 占空比任意可调的占空比任意可调的 多谐振荡器多谐振荡器 利用半导体二极管的单利用半导体二极管的单向导电特性，把电容向导电特性，把电容C充电和放电回路隔离开充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器，来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的便可构成占空比可调的多谐振荡器。多谐振荡器。占空比可变的多谐振荡器参数占空比可变的多谐振荡器参数 CRT 117.0CRT 227.0CRRTTT )(7.02121211211RRRTTTTtqW 有两
12、种状态：有两种状态：0 0态和态和1 1态，但态，但只有一种状态能长只有一种状态能长久保持久保持，故名，故名单单稳态触发器。稳态触发器。单稳态触发器的特点：单稳态触发器的特点：（1 1）有稳态和暂稳态两种状态；）有稳态和暂稳态两种状态；（2 2）平时处于稳态，在外部触发脉冲作用下，由稳）平时处于稳态，在外部触发脉冲作用下，由稳态进入暂稳态；态进入暂稳态；（3 3）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态。）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态。8.5 n什么是什么是单稳态触发器？单稳态触发器？一一 用用555定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器 电路组成及工作原理电路组成及工作原理26VCCRDO
13、5553vI2I1v84v7RVCCC150.01FC1vCvICC&1RSTG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2OOv,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入放电端（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态）无触发信号输入时电路工作在稳定状态 当当vI=1时，时，电路工作在稳定状态，即电路工作在稳定状态，即vO=0。（2）vI下降沿触发下降沿触发 当当vI下降沿到达时，下降沿到达时，vO由由0跳变为跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。，电路由稳态转入暂稳态。（3）暂稳态的维持时间）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，三极管在暂稳态期间，三极管T截止，
14、截止，VCC经经R向向C充电。充电。时间常数时间常数=RC，vC由由0V开始增大，在开始增大，在vC上升到上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。之前，电路保持暂稳态不变。（4）自动返回（暂稳态结束）时间）自动返回（暂稳态结束）时间当当vC上升至上升至2/3VCC时，时，vO由由1跳变跳变0，三极管，三极管T由截止转为导通，由截止转为导通，电容电容C经经T迅速放电，电压迅速放电，电压vC迅速降至迅速降至0V，电路由暂稳态重新转入稳态。，电路由暂稳态重新转入稳态。（5）恢复过程）恢复过程当暂稳态结束后，电容当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的放电三极管通过饱和导通的放电三极管 T放电，时间常
15、放电，时间常数数=RC，经过（，经过（35）后，电容后，电容C放电完毕，恢复过程结束。放电完毕，恢复过程结束。+-C2S1/3VccvI+-C1R2/3Vccvc vI0tvC0tvO0tTW2/3Vcc 工作波形工作波形不可重复触发不可重复触发暂稳态期间，触发暂稳态期间，触发脉冲不再起作用脉冲不再起作用 主要参数估算主要参数估算(1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）用三要素法计算）RCRCTW1.13lnreWttTf11minmax单稳态触发器输出脉冲宽度单稳态触发器输出脉冲宽度TW仅决定于定时元件仅决定于定时元件R、C的取值。的取值。（2）恢复时间）恢复时间tre（3）最高工作频率）最高工作频率fmax vI周期的最小值：周期的最小值：Tmin=tWtre 因此，单稳态触发器的最高工作频率应为因此，单稳态触发器的最高工作频率应为:tre（35）RC 可重复触发可重复触发单稳态触发器单稳态触发器twtvO0tvI0tvC032CCV脉宽可调脉宽可调单稳态触发器单稳态触发器 用于整形用于整形 用于定时用于定时 vI O t vS O t tW vA O t vO O t 单稳态触发器 vO vA vB vI tW 与门(a)(b)
