第第7章章 脉冲波形的产生与整形脉冲波形的产生与整形7-1 7-2 1，2，37-3 1，2 7-5作业作业第7章 脉冲波形的产生与整形1目目 录录7.1 概述概述7.2 矩形脉冲的产生矩形脉冲的产生7.3 集成集成555定时器定时器7.4 应用电路实例应用电路实例7.5 脉冲产生与整形电路的系统应用脉冲产生与整形电路的系统应用第7章 脉冲波形的产生与整形2 矩形脉冲作为矩形脉冲作为时钟信号时钟信号控制和协调着整个数字控制和协调着整个数字系统的工作。系统的工作。理想的时钟信号理想的时钟信号 标准的矩形波，上升和下标准的矩形波，上升和下降时间为降时间为0 0。7.1 概概 述述标准的矩形波标准的矩形波第7章 脉冲波形的产生与整形3实际的时钟信号实际的时钟信号 存在上升时间和下降时间存在上升时间和下降时间 周期周期脉宽脉宽上升上升时间时间下降下降时间时间脉冲脉冲幅度幅度第7章 脉冲波形的产生与整形47.2 矩形脉冲的产生矩形脉冲的产生 方法一：通过矩形波振荡电路产生（方法一：通过矩形波振荡电路产生（无输入信号无输入信号）方法二：通过波形变换产生（方法二：通过波形变换产生（需外加输入信号需外加输入信号）第7章 脉冲波形的产生与整形57.3 集成集成555定时器定时器 集成集成555定时器是一种将模拟和数字电路结合的、定时器是一种将模拟和数字电路结合的、多用途的单片集成电路，如在其外部配上少许多用途的单片集成电路，如在其外部配上少许阻容元件，便能构成多种用途的振荡、整形及阻容元件，便能构成多种用途的振荡、整形及定时等多种应用电路。定时等多种应用电路。 555定时器由定时器由电阻分压器电阻分压器、两个、两个比较器比较器、RS锁锁存器存器、开关三极管开关三极管和和输出缓冲器输出缓冲器五个基本单元五个基本单元组成。组成。第7章 脉冲波形的产生与整形6组成：组成：电阻分压器电阻分压器比较器比较器RS锁存器锁存器开关三极管开关三极管输出缓冲器输出缓冲器第7章 脉冲波形的产生与整形77.3.1 555定时器的电路结构定时器的电路结构电阻分压器电阻分压器 无外加电压无外加电压VCO时，时， 外加电压外加电压VCO时，时，第7章 脉冲波形的产生与整形8电压比较器电压比较器C1、C2为集成为集成运算放大器运算放大器7.3.1 555定时器的电路结构定时器的电路结构第7章 脉冲波形的产生与整形9集成运算放大器集成运算放大器 集成运算放大器为多用于模拟信号运算（如比集成运算放大器为多用于模拟信号运算（如比例、求和、积分、乘除等）的集成放大电路，例、求和、积分、乘除等）的集成放大电路，简称为集成运放。简称为集成运放。 集成运放的逻辑符号及其电压传输特性集成运放的逻辑符号及其电压传输特性如下图如下图第7章 脉冲波形的产生与整形10理想集成运放的主要参数为：理想集成运放的主要参数为：1）开环增益为无穷大，）开环增益为无穷大，Aod= ；2）输入电阻无穷大，）输入电阻无穷大，Rid= ；3）输出电阻为零，）输出电阻为零，Ro=0。第7章 脉冲波形的产生与整形11开环时，集成运放作为电压比较器使用。开环时，集成运放作为电压比较器使用。当当V+V- -时，输出为时，输出为+VOM当当V+V- -时，输出为时，输出为- -VOM第7章 脉冲波形的产生与整形12 7.3.1 555定时器的电路结构定时器的电路结构 电压比较器电压比较器C1、C2 将两个触发端将两个触发端 与与VR1、 VR2的的 比较结果作为比较结果作为 锁存器的输入。锁存器的输入。第7章 脉冲波形的产生与整形13 SR锁存器锁存器 由电压比较器的由电压比较器的输出输出vO1、vO2作为其触作为其触发信号发信号R、S，决定了，决定了触发器输出端触发器输出端 Q 的状的状态。态。 第7章 脉冲波形的产生与整形14 开关三极管开关三极管 用来构成放电开用来构成放电开关，当关，当Q = 1时，时， G3 输出为低电平，输出为低电平， V 截止；当截止；当 Q = 0 时，时， G3 输出为高电输出为高电平，平，V导通。导通。输出缓冲器输出缓冲器G4 第7章 脉冲波形的产生与整形157.3.2 工作原理工作原理 两个触发端加不同的信号与两个触发端加不同的信号与VR1、 VR2比较，使比较，使比较器的输出控制比较器的输出控制RS锁存器，使其分别工作在锁存器，使其分别工作在置置0、置、置1和和保持保持状态。如状态。如VCO悬空，功能表为：悬空，功能表为：导通导通导通导通保持保持截止截止 L (低电平低电平)L (低电平低电平)原状态原状态H (高电平高电平) L (低电平低电平)H (高电平高电平)H (高电平高电平)H (高电平高电平) (VCC)/3(VCC)/3(VCC)/3 (2VCC)/3(2VCC)/3 VvO UTH 第7章 脉冲波形的产生与整形16导通导通导通导通保持保持截止截止 L (低电平低电平)L (低电平低电平)原状态原状态H (高电平高电平) L (低电平低电平)H (高电平高电平)H (高电平高电平)H (高电平高电平) (VCC)/3(VCC)/3(VCC)/3 (2VCC)/3(2VCC)/3 VvO U TH 10010第7章 脉冲波形的产生与整形17导通导通导通导通保持保持截止截止 L (低电平低电平)L (低电平低电平)原状态原状态H (高电平高电平) L (低电平低电平)H (高电平高电平)H (高电平高电平)H (高电平高电平) (VCC)/3(VCC)/3(VCC)/3 (2VCC)/3(2VCC)/3 VvO U TH 11第7章 脉冲波形的产生与整形18导通导通导通导通保持保持截止截止 L (低电平低电平)L (低电平低电平)原状态原状态H (高电平高电平) L (低电平低电平)H (高电平高电平)H (高电平高电平)H (高电平高电平) (VCC)/3(VCC)/3(VCC)/3 (2VCC)/3(2VCC)/3 VvO U TH 0101第7章 脉冲波形的产生与整形19低触发端低触发端高触发端高触发端控制电压控制电压放电端放电端输出端输出端复位端复位端导通导通导通导通保持保持截止截止 L (低电平低电平)L (低电平低电平)原状态原状态H (高电平高电平) L (低电平低电平)H (高电平高电平)H (高电平高电平)H (高电平高电平) (VCC)/3(VCC)/3(VCC)/3 (2VCC)/3(2VCC)/3 VvO U TH 第7章 脉冲波形的产生与整形207.4 应用电路实例应用电路实例1、概述、概述 施密特触发器是脉冲变换电路。其特点：施密特触发器是脉冲变换电路。其特点：1)有两个稳定状态，有两个稳定状态，状态的维持和转换均与输入状态的维持和转换均与输入电压有关，且电压有关，且有两个阈值电压：有两个阈值电压：VT+ 和和VT- -，且，且VT+ VT- -。其传输特性具有滞回特性。其传输特性具有滞回特性。2)输出波形边沿陡峭输出波形边沿陡峭，具有整形功能。，具有整形功能。7.4.1 施密特触发器施密特触发器第7章 脉冲波形的产生与整形21施密特触发器的符号和传输特性施密特触发器的符号和传输特性 反相型施密特触发器，反相型施密特触发器，VT+ 和和VT- -分别为两个阈值。分别为两个阈值。符号符号传输特性传输特性第7章 脉冲波形的产生与整形222、用、用555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器将两个触发端将两个触发端连接作为输入。连接作为输入。第7章 脉冲波形的产生与整形23工作原理工作原理 当当vi VR2时，时， 输出输出vO 为高电平，为高电平， vi 上升到上升到VR1和和 VR2 之间时，输出之间时，输出vO仍保持高电平，直到仍保持高电平，直到vi VR1后，后， vO才降为低电平。才降为低电平。vi 上升到最大值后开始下降，当上升到最大值后开始下降，当vi 下降到下降到VR1和和 VR2 之间时，之间时， 输出输出vO仍保持低电平，直到仍保持低电平，直到vi VR2后，后，vO 又恢复为高电平。又恢复为高电平。第7章 脉冲波形的产生与整形24电压传输特性曲线（输出电压与输入电压之间电压传输特性曲线（输出电压与输入电压之间的关系曲线的关系曲线第7章 脉冲波形的产生与整形25V R1 和和VR2分别为上、下阈值电压，两电压之差分别为上、下阈值电压，两电压之差为回差电压。为回差电压。第7章 脉冲波形的产生与整形263. 施密特触发器的应用施密特触发器的应用1）波形变换）波形变换输入图示正弦波输入图示正弦波555无外加控制电压，无外加控制电压，电源电压为电源电压为15V.其上升到上阈值其上升到上阈值（10V）时输出下降；）时输出下降；输入下降到下阈值输入下降到下阈值（5V）时输出上升。）时输出上升。将正弦波变换为矩形波。将正弦波变换为矩形波。第7章 脉冲波形的产生与整形272）整形整形 输入矩形波输入矩形波有波形畸变，通有波形畸变，通过施密特触发器过施密特触发器整形，只要畸变整形，只要畸变部分不超过阈值部分不超过阈值电压，就可以得电压，就可以得到比较理想的矩到比较理想的矩形波形波 波形畸变波形畸变第7章 脉冲波形的产生与整形283）鉴幅鉴幅 将高于将高于10V（VT+）的脉冲选）的脉冲选出，其他脉冲去出，其他脉冲去掉，称为鉴幅功掉，称为鉴幅功能。能。第7章 脉冲波形的产生与整形297.4.2 单稳态触发器单稳态触发器1、概述、概述 单稳态电路有一个稳态，单稳态电路有一个稳态， 在外加触发脉冲的在外加触发脉冲的作用下，电路进入暂稳态，经过（作用下，电路进入暂稳态，经过（tW）时间后，）时间后， 能自动返回稳态。其中暂稳态维持的时间仅取决能自动返回稳态。其中暂稳态维持的时间仅取决于电路本身元件的参数，与触发脉冲的宽度无关。于电路本身元件的参数，与触发脉冲的宽度无关。通过触发脉冲产生矩形波通过触发脉冲产生矩形波。 第7章 脉冲波形的产生与整形302、用、用555定时器构成单稳态触发器定时器构成单稳态触发器 充电充电放电放电触发脉冲触发脉冲输出输出第7章 脉冲波形的产生与整形31工作原理工作原理 负触发脉冲到来前，低触发端处于高电平，输负触发脉冲到来前，低触发端处于高电平，输出状态保持低电平（出状态保持低电平（稳态稳态）。）。 当加入触发负脉冲后，电路的输出当加入触发负脉冲后，电路的输出uO由低电平由低电平跳变为高电平，三极管跳变为高电平，三极管V截止，截止，VCC通过通过R 向向C 充电。充电。uC 按指数规律增加，电路处于按指数规律增加，电路处于暂稳态暂稳态。 uC充电到充电到VR1时，时， 三极管导通，三极管导通，C放电，放电，uo返回低电平。返回低电平。第7章 脉冲波形的产生与整形32工作波形工作波形各点波形各点波形充、放电充、放电第7章 脉冲波形的产生与整形33脉冲宽度的计算脉冲宽度的计算 脉冲宽度（脉冲宽度（tW）为电容充电时从）为电容充电时从0到上阈值所需到上阈值所需的时间，如果上阈值为的时间，如果上阈值为2VCC/3，根据三要素法，根据三要素法，计算如下：计算如下：第7章 脉冲波形的产生与整形343、集成单稳态触发器及应用、集成单稳态触发器及应用 74121 TTL集成单稳态触发器，其中，集成单稳态触发器，其中，A1、A2和和B为触发脉冲输入端，可以选择上升沿触发或为触发脉冲输入端，可以选择上升沿触发或下降沿触发，下降沿触发， 为输出。外接为输出。外接Rext、Cext 充、放电元充、放电元件，也可选用内部电阻（件，也可选用内部电阻（2k左右）。左右）。 输出脉冲的宽度为：输出脉冲的宽度为： 第7章 脉冲波形的产生与整形35使用内部使用内部R使用外接使用外接R、C输出输出输入输入第7章 脉冲波形的产生与整形36集成单稳态触发器集成单稳态触发器74121的功能表的功能表 0011111101110010101010uOuOBA2A1输输 出出输输 入入第7章 脉冲波形的产生与整形377.4.3 多谐振荡器多谐振荡器1、概述、概述 多谐振荡器有两个暂稳态，不需要外加输入多谐振荡器有两个暂稳态，不需要外加输入（或触发）信号，就能在两个暂稳态之间连续交或触发）信号，就能在两个暂稳态之间连续交替转换，产生矩形脉冲信号。替转换，产生矩形脉冲信号。多谐多谐振荡器振荡器无输入无输入信号信号暂暂态态暂暂态态第7章 脉冲波形的产生与整形382、用、用555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器 特点：将高、低特点：将高、低触发端连接（施密触发端连接（施密特触发器）再外接特触发器）再外接R、C第7章 脉冲波形的产生与整形39（1）工作原理）工作原理无稳定状态，电源接通时输出应为随机状态。无稳定状态，电源接通时输出应为随机状态。输出高电平时，内部三极管截止，电源通过输出高电平时，内部三极管截止，电源通过R1、R2向向C 充电。充电。uC指数规律增加。当指数规律增加。当uCVR1时，时，输出为低电平，三极管导通。输出为低电平，三极管导通。C通过通过R2放电，放电， uC指数规律下降。当指数规律下降。当uCVR2时，时，输出再次为高电平输出再次为高电平 形成矩形波。形成矩形波。第7章 脉冲波形的产生与整形40（2）工作波形工作波形电容充放电容充放电波形电波形输出波形输出波形第7章 脉冲波形的产生与整形41（3）参数计算）参数计算 T1 uC从从VR2到到VR1的充电时间的充电时间 充充 =（ R1 + R2）C、 uC（0）=VR2、 uC（）=VCC 如：如：VR1=2VCC/3、 VR2=VCC/3，则：，则：第7章 脉冲波形的产生与整形42T2 uC从从VR1到到VR2的放电时间的放电时间 放放 = R2C、uC（0）=VR1、 uC（）= 0 如：如：VR1=2VCC/3、 VR2=VCC/3，则：，则：第7章 脉冲波形的产生与整形43频率与占空比频率与占空比 输出脉冲的周期、频率输出脉冲的周期、频率输出脉冲的占空比（输出脉冲的占空比（1/21/2）第7章 脉冲波形的产生与整形44（4）占空比可调的多谐振荡器占空比可调的多谐振荡器 充电充电放电放电第7章 脉冲波形的产生与整形45 利用利用RP调节调节R1和和R2的比值，可以达到调的比值，可以达到调节占空比的作用。节占空比的作用。 充电回路为：充电回路为：VCCR1VD1C地地（三极管截止）（三极管截止） 放电回路为：放电回路为：CVD2R2V（三极（三极管导通）管导通）地。地。因为：因为： 充充 = R1C 放放 = R2C 所以：所以：T1 = R1Cln2、T2 = R2Cln2。 T = T1 + T2 =（R1 + R2）C ln2第7章 脉冲波形的产生与整形463、石英晶体振荡器构成的多谐振荡器、石英晶体振荡器构成的多谐振荡器1）石英晶体的特点：）石英晶体的特点： 当外加信号的频率当外加信号的频率 f 等于等于石英晶体的固有频率石英晶体的固有频率f0时，时， 其其等效阻抗最小且为纯电阻，信等效阻抗最小且为纯电阻，信号最容易通过号最容易通过。利用石英晶体。利用石英晶体的这个特点，将其接入多谐振的这个特点，将其接入多谐振荡器中，使多谐振荡器的振荡荡器中，使多谐振荡器的振荡频率仅由石英晶体的固有频率频率仅由石英晶体的固有频率f 0决定。决定。 f f 0f = f 0时为纯电时为纯电阻，阻抗最小阻，阻抗最小第7章 脉冲波形的产生与整形472）TTL非门与石英晶体构成的多谐振荡器非门与石英晶体构成的多谐振荡器 非门与电容非门与电容构成构成正反馈正反馈第7章 脉冲波形的产生与整形48工作原理工作原理 调节调节 R 使使TTL非门工作在电压传输特性的非门工作在电压传输特性的转折区（转折区（1.4V左右），使其具有较高的放大能左右），使其具有较高的放大能力。当振荡频率等于石英晶体的固有频率力。当振荡频率等于石英晶体的固有频率 f0时，时，因为石英晶体等效阻抗呈现两个特征：一是阻因为石英晶体等效阻抗呈现两个特征：一是阻抗最小，信号最容易通过；二是为纯电阻，附抗最小，信号最容易通过；二是为纯电阻，附加相移加相移= 0，满足振荡的相位条件。所以，满足振荡的相位条件。所以，该电路的振荡频率为石英晶体的固有频率该电路的振荡频率为石英晶体的固有频率f0。而与外接电阻和电容的参数无关。而与外接电阻和电容的参数无关。第7章 脉冲波形的产生与整形493）改进）改进 可控石英晶体振荡器可控石英晶体振荡器正反馈正反馈 S断开时工作，输出频率为断开时工作，输出频率为f0的矩形的矩形波信号；波信号；S闭合时闭合时G1被封锁，振荡停止。被封锁，振荡停止。优点是起振容易且起、停振可以控制。优点是起振容易且起、停振可以控制。 第7章 脉冲波形的产生与整形507.5 脉冲产生与整形电路的系统应用脉冲产生与整形电路的系统应用 利用石英晶体振荡器产生利用石英晶体振荡器产生32768Hz稳定的稳定的矩形波信号，通过分频电路（矩形波信号，通过分频电路（CC4046）和）和D触触发器，得到发器，得到1Hz（秒脉冲）时钟脉冲信号。广（秒脉冲）时钟脉冲信号。广泛用于计时电路中。泛用于计时电路中。第7章 脉冲波形的产生与整形51本章小结本章小结本章介绍了产生时钟信号的部分电路及本章介绍了产生时钟信号的部分电路及555定时定时器及应用器及应用组成施密特触发器、单稳态触发器组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。和多谐振荡器。时钟脉冲的产生的方法：一是波形变换或整形时钟脉冲的产生的方法：一是波形变换或整形电路，包括施密特触发器和单稳态触发器，前电路，包括施密特触发器和单稳态触发器，前者可以将其他周期性信号转换为矩形波信号。者可以将其他周期性信号转换为矩形波信号。二是通过自激振荡产生脉冲信号。多谐振荡器二是通过自激振荡产生脉冲信号。多谐振荡器属于自激振荡电路，无需外加信号，自动产生属于自激振荡电路，无需外加信号，自动产生矩形波脉冲信号。矩形波脉冲信号。第7章 脉冲波形的产生与整形52多谐振荡器分为两种：一种是通过闭合回路的多谐振荡器分为两种：一种是通过闭合回路的正反馈产生振荡，如石英晶体振荡器；另一种正反馈产生振荡，如石英晶体振荡器；另一种是通过闭合回路的延迟反馈，如施密特触发器是通过闭合回路的延迟反馈，如施密特触发器构成的多谐振荡器。构成的多谐振荡器。第7章 脉冲波形的产生与整形53