第七章脈沖波形的產生與整形1、什么是脈沖波形？2、為什么要產生脈沖？4、如何產生脈沖以及對其進行整形？3、為什么要對脈沖波形進行整形？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的波形。

在短時間內突變，隨后又迅速返回其初始值的物理量稱之為脈沖。

2、為什么要產生脈沖？

數字電路經常用到各種寬度和幅值的邊沿陡峭的脈沖信號：時鐘信號、定時信號。最常用的脈沖信號是方波或矩形波。3、為什么要對脈沖波形進行整形？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1、脈沖幅度Vm 2、脈沖寬度tw3、上升時間tr 4、下降時間tf5、周期T

6、占空比q4、如何產生脈沖以及對其進行整形？利用多諧振蕩器產生脈沖。

如何利用555定時器產生脈沖以及對不理想的脈沖整形，是本章討論的重點。利用單穩態觸發器和施密特觸發器對脈沖進行整形。脈沖電路分類：脈沖電路作用：脈沖波形的產生和整形。脈沖電路構成：開關電路+RC電路破壞電路的穩態，產生暫態?？刂茣悍€態時間的長短。脈沖電路與數字電路的比較：單穩態電路（單穩態觸發器）無穩態電路（多諧振蕩器）雙穩態電路（施密特觸發器）★數字電路的信號波形也是一種脈沖波形?！锩}沖電路側重波形，數字電路側重邏輯關系。電容充放電知識復習：(1)電容兩端的電壓不能突變，Vc（0＋）＝Vc（0－），

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

充放電結束，電路處于穩態，C支路電流為0，阻抗很大，相當開路；（3）簡單RC電路中，各處電壓、電流均按指數規律變化；（4）在簡單RC電路中)(tvC＋=)(vC∞-)(vC∞)0(vC+［］eτt)()()0()(lntvvvvτtCCCC--∞=+∞或τ＝RC第七章脈沖波形的產生與整形

主要內容★555定時器的工作原理、邏輯功能及由555構成的脈沖電路。學習要求§1555定時器的原理和應用

555定時器是將模擬電路和數字電路集成于一體的電子器件。它使用方便,帶負載能力較強,目前得到了非常廣泛的應用。555定時器的優點：（1）定時的精度、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，能和數字電路直接連接；（3）有一定的輸出功率，可以驅動微電機、指示燈、揚聲器等等；（4）結構簡單，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導通00導通2VCC/3VCC/3小于小于11截止閾值端觸發端TH/TRRD晶體管TVo電壓制控12345678555VCCDTHCOGNDTRVo/RD電源閾值地觸發輸出復位放電一、555定時器的電路結構和基本功能

555定時器的內部電路包括以下幾部分:①兩個電壓比較器:C1、C2;②一個基本RS觸發器;③一個晶體管T；④由三個相等電阻組成的分壓器;⑤一個反相器等。2.電路結構由三個相等電阻組成的分壓器一個基本RS觸發器一個晶體管T一個反相器兩個電壓比較器:C1、C2vo++--84562713＆＆1RRRRbDQQ+VccRDC1C2T電壓制控12345678555VCCDTHCOGNDTRVo/RD電源閾值地觸發輸出復位放電低電平觸發端高電平觸發端電壓控制端復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電源閾值地觸發輸出復位放電2.基本功能vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T

三個電阻構成的分壓器給兩個比較器提供基準電壓:當電壓控制端5CO不外接電源：當電壓控制端5CO接外置電源Ecc：VR1VR2VR1=

EccVR2=

Ecc/2VR1=VR2=電壓制控12345678555VCCDTHCOGNDTRVo/RD電源閾值地觸發輸出復位放電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導通00導通2VCC/3VCC/3小于小于11截止閾值端觸發端THTRRD晶體管Tvo綜合以上的分析結果,便可得到555的功能表(要求記住，會分析)12345678555VCCDTHCOGNDTRVo/RD電源閾值地觸發輸出復位放電555定時器應用范圍非常廣泛，可構成多種電路形式，但最基本的電路為：單穩態觸發器、多諧振蕩器和施密特觸發器。其它電路基本是這3種電路的變形。二、555定時器的基本應用1.單穩態觸發器2.多諧振蕩器3.施密特觸發器1、555定時器做施密特觸發器+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2vIVcc1

vo1Rvi8467

555251vo1+VCC+VCC1vovCO3Rvi8467

555251vo1+VCC+VCC1vovCO3施密特觸發器的特點：（1）雙穩態觸發器，有兩個穩定的狀態；（2）電平觸發——電壓達到某個值時電路狀態翻轉；（3）具有滯后電壓傳輸特性——回差特性（兩次翻轉輸入電平不同）；Rvi8467

555251vo1+VCC+VCC1vovCO3

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

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

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓調節回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3⑵工作原理：（a）當Vi＝0時，由于比較器C1=1、C2=0，觸發器置1，即Q＝1、0=Q，。升高時，在未到達2Vcc/3以前，的狀態不會改變。VO＝1ViVO＝1V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導通<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控制電壓調節回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3（b）vi升高到2VCC/3時，比較器C1輸出為0、C2輸出為1，觸發器置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VCC/3以前，vo＝0的狀態不會改變。V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導通<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控制電壓調節回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3（c）vi下降到VCC/3時，比較器C1輸出為1、C2輸出為0，觸發器置1，即Q＝1、0=Q，vo=1。此后，vi繼續下降到0，但vo＝1的狀態不會改變。V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導通<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(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，vO1=VCC1;vO=0時，vO1=0，

可以實現電平移動。①在5腳上加控制電壓VCO可以改變VT+,VT-，以調節回差電壓的大小Rvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓調節回差說明：⑶施密特觸發器的應用：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→方波調節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-可以調節VT+作為鑒別門限④構成多諧振蕩器1vCvOvC0ttvoVCC/32VCC/32.555定時器做單穩態觸發器RC+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2vITb單穩態觸發器簡稱“單穩電路”單穩態觸發器工作特性有以下三個特點：（1）有1個穩定的狀態（穩態），1個暫時穩定狀態（暫穩態）；（2）脈沖觸發—在外界觸發脈沖的作用下，能從穩態翻轉到暫穩態，在暫穩態維持一段時間后，再自動返回穩態；（3）暫穩態維持時間的長短取決于電路本身的RC參數，與觸發脈沖無關+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvI⑵工作原理：VTHVCbTV6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止Vo＝0，T導通，Vc＝0，C1＝C2＝1電路處于穩定狀態?！锷想娺^程（VI＝1，C2＝1）①假設Vo＝01101+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvI⑵工作原理：VTHVCbTV6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導通<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:→比較器C1=0，將觸發器置0，→Vo＝0。→T導通,C放電,

Vc≈0→比較器C1=C2=1,

→電路狀態不變?！娐愤M入穩態。結論：上電后輸出處于穩定狀態，Vo＝0，T導通，Vc＝0。上電過程（VI＝1，C2＝1）②假設Vo＝110010111+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvI⑵工作原理（續1）：可以在5腳外接控制電壓，以改變放電閥值。VTHVCbTT截止時，對C充電，電路進入暫態，直到Vc>2/3VCC。充電時間決定于RC的大小。V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止觸發:VI＝0→Vo＝1，→T截止?！镉|發翻轉（VI＝0，C2＝0）結論：Vi＝0觸發后，電路進入暫態，Vo＝1，T截止，Vc→逐漸上升。1->010+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvIT導通時，C放電。⑵工作原理（續2）：VTHVCbTVC>2/3VCC時，Vo＝0，T導通，C放電。V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止VI＝1★自動返回（VI＝1，C2＝1）結論：Vc充電到2/3VCC后，電路返回到Vo＝0，T導通，Vc開始放電。1->0->11->0101+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvIT導通，C放電。⑵工作原理（續2）：VTHVCbTV6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止VI＝1★恢復過程（VI＝1，C2＝1）結論：當電容C放電到Vc＝0是恢復過程。0->10->11012/3VCCtvi00vCt0vot①上電后進入穩態（VI＝1，Vc=0，Vo=0）vIvOVCCRCvC0.01uF12348765V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導通<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:ViVi＜1/3VCC，→比較器C2＝0，觸發器置1，→Vo＝1→T截止，C充電→電路進入暫穩態。tvi00vCt0votV6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止V2V61233T截止，C充電，當vc上升到2/3VCC時:→比較器C1=0，觸發器置0，→Vo＝0→T導通，C放電,vc≈0電路→電路返回穩態。vIvOVCCRCvC0.01uF12348765V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止2/3VCCtvi00vCt0vot

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

由RC決定。vIvOVCCRCvC0.01uF123487652/3VCCtvi00vC0votttW

⑶輸出脈沖寬度twtw是Vc從0指數上升到2VCC/3時所需的時間注意:tw寬度的增加，將降低定時精度和穩度。

tw的范圍為幾秒到幾分鐘。2/3VCCtvi00vC0votttWtw＝1.1RC⑸單穩態觸發器的應用一般用于定時（產生一定寬度的矩形波）整形（把不規則的波形轉換成寬度、幅度都相等的波形）延時（把輸入信號延遲一定時間后輸出）1)定時3)整形單穩態微分限幅twtwtwacbd2)延時3、555定時器做多諧振蕩器+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRbQQC1C2TR1CR2外接R1,R2,C多諧振蕩器的特點：（1）不需外觸發的自激振蕩器；（2）無穩定狀態，均為暫穩態；（3）矩形波中含有豐富的高次諧波，習慣稱多諧振蕩器。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導通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止1232、Vcc通過R1、R2繼續向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導通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止1233、

當VC＝2VCC/3時→Vo由1翻轉為0?！鶷導通→電容C經R2、T放電。14、電容通過R2和三極管T繼續放電,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導通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止123T01③當Vc降至VCC

/3時，使得→Vo回到1

→T截止

→電容C再充電，

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