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1、第15章 脉冲波形的产生与整形,本章内容,15.1 555定时器15.2施密特触发器15.3 单稳态触发器15.4 多谐振荡器,概述,数字电路区别于模拟电路的主要特点之 一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波(矩形波)。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。,脉冲信号：指突然变化的电压或电流。脉冲电路的研究重点：波形分析。数字电路的研究重点：逻辑功能。,获得脉冲波形的方法主要有两种：1利用脉冲振荡电路产生；2是通过整形电路对已有的波形进行整形、变换，使之符合系统的要求。,矩形波及其参数,非周期性和周期性矩形波(a)非周期性(b)周期性,数字电路中用得最多
2、的是矩形波。矩形波有周期性与非周期性两种。,矩形波的主要参数,周期性矩形波的周期用T表示，有时也用频率f表示（f=1/T）。矩形波的另外几个主要参数：,（1）脉冲幅度Um（2）脉冲宽度tw（3）上升时间tr（4）下降时间tf（5）占空比q=t w/T。通常q用百分比表示，如果q=50%，则称为对称方波。,555定时器为数字模拟混合集成电路。是一种多用途的集成电路。只要其外部配接少量阻容元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器这样的脉冲整形电路。可产生精确的时间延迟和振荡，内部有3个5K的电阻分压器，故称555。在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用
3、。,15.1555定时器及其应用,各公司生产的555定时器的逻辑功能与外引线排列都完全相同。,一.集成555定时器,电压比较器的功能：v+v-，vO=1 v+v-，vO=0,由以下几部分组成：（1）三个5k电阻组成的分压器。,（2）两个模拟电压比较器C1和C2。,（3）基本RS触发器，（4）放电三极管T及缓冲器G。,Q,Q,低电平触发端,高电平触发端,复位端低电平有效,放电端,缓冲器,4.516V,电压控制端,555定时器管脚图,每个管脚名字,（1）电阻分压器 由3个5k的电阻R串联组成（555也因此得名），为电压比较器C1和C2提供基准电压。,（2）电压比较器C1和C2。当UU时，UC输出高
4、电平，反之则输出低电平。,UC1,UC2,（3）基本RS触发器 其置0和置1端为低电平有效触发。是低电平有效的复位输入端。正常工作时，必须使 处于高电平。,（4）放电管T T是集电极开路的三极管。相当于一个受控电子开关。其状态受 控制，当 为零时截止，为1时导通。,（5）缓冲器 输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3,其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。,2.工作原理,TH接至反相输入端，当THUR1时，UC1输出低电平，使触发器置0，故称为高触发端（有效时置0）；,表6-2 555定时器的功能表,15.2 施密特触发器,主要用途：把变化缓慢的信号波形变换为边沿陡峭的矩形波。
5、,特点：电路有两种稳定状态。两种稳定状态的维持和转换完全取决于外加触发信号。触发方式：电平触发。电压传输特性特殊，电路有两个转换电平（上限触发转换电平UT+和下限触发转换电平UT）。状态翻转时有正反馈过程，从而输出边沿陡峭的矩形脉冲。（也可以说具有上述功能的电路就叫做施密特触发器）,返回,（2）工作波形与电压传输特性,施密特触发器将三角波uI变换成矩形波uO。,施密特触发器的工作波形及电压传输特性（a）工作波形（b）电压传输特性,图b是施密特触发器的输出电压UO与输入电压UI关系曲线，它是电路滞回特性形象而直观的反映。虽然当UI 由0V上升到VT+时，UO由UOL跳变到UOH,但是UI由VCC
6、下降到VT+时，UO=UOH却不改变，只有当UI由VCC下降到VT-时，UO才会由UOH跳变为VCC.,VT-,VT+,3.主要静态参数,1.上限阈值电压UT+:使施密特触发器翻转,输出电压UO由高电平UOH跳变到低电平UOL时,所对应的输入电压的值.,2.下限阈值电压UT-:使施密特触发器翻转,输出电压UO由高电平UOL跳变到低电平UOH时,所对应的输入电压的值.,3.回差电压UT=UT+-UT-,用门电路构成的施密特触发器已很少使用，这里介绍简单。,集成施密特触发器既有TTL型，也有CMOS型。,如74LS14是集成施密特触发六反相器；74LS132是施密特触发的四2输入与非门。,如CC4
7、0106是集成施密特触发六反相器；CC4093是施密特触发的四2输入与非门。,施密特触发器电路组成：1.由门电路实现 2.由555定时器实现 3.集成施密特触发器,（2）工作波形与电压传输特性,施密特触发器将三角波uI变换成矩形波uO。,施密特触发器的工作波形及电压传输特性（a）工作波形（b）电压传输特性,3.重要参数,上限触发转换电平UT+,下限触发转换电平UT,回差UT=UT+UT（通常UT+UT）改变R1和R2的大小可以改变回差UT,二、由555定时器构成的施密特触发器,由555定时器构成的施密特触发器1.上限阈值电压:UT+=2VCC/3.2.下限阈值电压UT-=1VCC/3.3.回差
8、电压UT=UT+-UT-=1VCC/3,1.波形变换,将变化缓慢的波形变换成矩形波（如将三角波或正弦波变换成同周期的矩形波）。,波形变换,三、施密特触发器的应用,2.脉冲整形,在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变，或者边沿产生振荡等。通过施密特触发器整形，可以获得比较理想的矩形脉冲波形。,脉冲整形,波形畸变,边沿振荡,3脉冲鉴幅,将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端，只有那些幅度大于UT+的脉冲才会在输出端产生输出信号。可见，施密特触发器具有脉冲鉴幅能力。,脉冲鉴幅,工作特点：第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；第二，在外加脉冲作用下，触发器能从稳态翻转到暂稳态；
9、第三，在暂稳态维持一段时间后，将自动返回稳态，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与外加触发信号无关。例：楼道的声控灯。,15.2 单稳态触发器,单稳态触发器的组成：1.可由门电路组成；2.可由555定时器组成；3.集成单稳态触发器。,2.由555定时器构成单稳态触发器,思路：外触发自动返回,由555定时器构成的单稳态触发器,可见，输出脉冲的宽度等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电阻R和电容C的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节R,C即可改变tw.,三、单稳态触发器的应用,1.脉冲延时,单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时。,单稳电路的延时作用,如果需要延迟脉冲
10、的触发时间，可利用单稳电路来实现。,uO的下降沿比uI的下降沿延迟了tw的时间。,2.脉冲定时,单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在tw时间内动作(或者不动作)。,脉冲定时,1多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。2通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交 替，从而产生自激振荡，无需外触发。（由门电路组成）3输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的谐波分量，故称作多谐振荡器。,15.3 多谐振荡器,多谐振荡器是一种自激荡器，在接通电源以后，不需要外加触发信号便能自动地产生矩形脉冲。,特点:,构成多谐振荡器：1.由门电路组成；2由555定时器组成；
11、3.集成多谐振荡器。,2.由555定时器构成多谐振荡器,本章介绍了各种产生和变换矩形脉冲的电路。施密特触发器有两种稳态，但状态的维持与翻转受输入信号电平的控制，所以输出脉冲的宽度是由输入信号决定的。单稳态触发器只有一个稳态，在外加触发脉冲作用下，能够从稳态翻转为暂稳态。但暂稳态的持续时间取决于电路内部的元件参数，与输入信号无关。因此，单稳态触发器可以用于产生脉宽固定的矩形脉冲波形。,本模块小结,多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。两个暂稳态之间的转换，是由电路内部电容的充、放电作用自动进行的，所以它不需要外加触发信号，只要接通电源就能自动产生矩形脉冲信号。,555定时器是一种用途很广的集成电路，除了能构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成各种应用电路。同学们可参阅有关书籍自行设计出所需的电路。,
