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1、第第7章脉冲章脉冲产生以及整形合生以及整形合理使用理使用电路路主要要求：主要要求： 了解脉冲信号了解脉冲信号产生与整形的方法。生与整形的方法。 了解脉冲波形的主要参数。了解脉冲波形的主要参数。 7.1 概概 述述Umtrtf TtW 脉脉 冲冲 幅幅 度度 Um： 脉冲上升脉冲上升时间 tr：脉冲下降脉冲下降时间 tf：脉脉 冲冲 宽 度度 tW ：脉脉 冲冲 周周 期期 T ：脉脉 冲冲 频 率率 f ： 占占 空空 比比 q ：脉冲脉冲电压变化的最大化的最大值 脉冲波形从脉冲波形从 0.1Um 上升到上升到 0.9Um 所需的所需的时间 脉冲上升沿脉冲上升沿 0.5Um 到下降沿到下降沿
2、0.5Um 所需的所需的时间 脉冲波形从脉冲波形从 0.9Um 下降到下降到 0.1Um 所需的所需的时间 周期脉冲中相周期脉冲中相邻两个波形重复出两个波形重复出现所需的所需的时间 1 秒内脉冲出秒内脉冲出现的次数的次数 f = 1/T 脉冲脉冲宽度度 tw 与脉冲周期与脉冲周期 T 的比的比值 q = tw/T 一、脉冲波形的主要参数一、脉冲波形的主要参数 主要用以将主要用以将缓慢慢变化或快速化或快速变化的化的非矩形脉冲非矩形脉冲变换成陡峭的矩形脉冲。成陡峭的矩形脉冲。 常用的有施密特触常用的有施密特触发器和器和单稳态触触发器。器。 获取脉冲信号取脉冲信号的方法的方法 脉冲信号脉冲信号产生与
3、生与整形整形电路的路的实现是一种多用途集成是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施路，只要外接少量阻容元件就可构成施密特触密特触发器、器、单稳态触触发器和多器和多谐振振荡器等，使用方便、灵活，器等，使用方便、灵活，应用广泛。用广泛。 用多用多谐振振荡器直接器直接产生。生。 用整形用整形电路路对已有波形已有波形进行整形、行整形、变换。 施密特触施密特触发器器单稳态触触发器器 主要用以将主要用以将宽度不符合要求的脉度不符合要求的脉冲冲变换成符合要求的矩形脉冲。成符合要求的矩形脉冲。用用门电路构成。路构成。 用用专用的集成用的集成电路。路。 用用 555 定定时器构成。器构成。 二、脉冲
4、信号二、脉冲信号产生与整形的方法生与整形的方法 主要要求：主要要求： 了解了解 555 定定时器的器的电路路结构，掌握其符号和功能。构，掌握其符号和功能。7.2 555 定定时器的器的电路路结构及其构及其逻辑功能功能 了解了解 555 定定时器的器的电路路结构，掌握其符号和功能。构，掌握其符号和功能。555 定定时器器简介介 555 定定时器器是是一一种种电路路结构构简单、使使用用方方便便灵灵活活、用用途途广广泛泛的的多多功功能能电路路。它它的的电源源电压范范围宽( (TTL 555 定定时器器为 5 16 V，CMOS 555 定定时器器为 3 18 V) )，可可提提供供与与 TTL 及及
5、 CMOS 数数字字电路路兼兼容容的的接接口口电平平，还可可输出出一定功率，一定功率，驱动微微电机、指示灯、机、指示灯、扬声器等。声器等。TTL 单定定时器器型型号号的的最最后后 3 位位数数字字为 555，双双定定时器器的的为 556；CMOS 单定定时器器的的最最后后 4 位位数数为 7555，双双定定时器器的的为 7556。它它们的的逻辑功功能能和和外外部部引引线排排列列完完全全相同。相同。 7.2.1 555 定定时器的器的电路路结构构C1C2G3QQG1G2RSVRRRUR1UR2G4555 定定时器的器的电路路结构与符号构与符号 UR1UR2 构成构成电阻分阻分压器，器，为比比较器
6、器 C1、C2 提供两个基准提供两个基准电压: UR1 =( (2/3) )VDD， UR2 =( (1/3) )VDD。 输出出缓冲器冲器构成基本构成基本 RS 触触发器，决定器，决定电路路输出。出。MOS 开关管开关管构成构成电压比比较器，比器，比较 TH 与与 UR1 和和TR 与与 UR2 的大小。的大小。555 定定时器的器的电路路结构与符号构与符号 C1C2G3QQG1G2RSVRRRUR1UR2G4GNDVDDRDOUTCO555THTRDIS电路符号路符号627153843OUT输出端出端 8VDD电源端源端 4RD直接置直接置0 0端端 DIS 7放放电端端 TH 6阈值输入
7、端入端 TR 2触触发输入端入端 CO 5控制控制电压输入端入端 GND1接地端接地端 定定时器器 CC7555 的工作原理的工作原理 7.2.2 555 定定时器的器的逻辑功能功能当当 TH 端端电压大于大于UR1= VDD，TR 端端电压大于大于UR2= V DD时，电压比比较器器 C1 和和C2 分分别输出出 R=1 1、S=0 0，基本基本 RS 触触发器置器置 0 0，Q =0 0、Q = 1 1， 输出出 uO =0 ，这时 MOS 管管 V 导通。通。1323当当 TH 端端电压小于小于UR1= VDD，TR 端端电压小于小于UR2= V DD时，电压比比较器器 C1 和和C2
8、输出出 R= 0 0、S=1 1，基本，基本 RS 触触发器置器置 1 1，Q =1 1、Q = 0 0， 输出出 uO =1 ，这时 MOS 管管 V 截止。截止。1323当当 TH 端端电压小于小于UR1= VDD，TR 端端电压大于大于UR2= V DD时，电压比比较器器 C1 和和C2 分分别 R= 0 0、S=0 0，基本，基本 RS触触发器置保持原状器置保持原状态不不变。输出出 uO 保持不保持不变。1323定定时器器 CC7555 的功能表的功能表 不不变不不变1 1截止截止1 11 1导通通0 01 1导通通0 00 0V 状状态OUT (uO) )RDTRTH输 出出 输 入
9、入7.2.2 555 定定时器的器的逻辑功能功能7.5 多多谐振振荡器器主要要求：主要要求： 了解用了解用 555 定定时器构成多器构成多谐振振荡器的方法。器的方法。理解石英晶体多理解石英晶体多谐振振荡器的工作原理。器的工作原理。 即即矩矩形形脉脉冲冲产生生电路路，由由于于矩矩形形脉脉冲冲含含有丰富的有丰富的谐波分量，故常称多波分量，故常称多谐振振荡器。器。 ( (1) )不需不需输入信号。入信号。( (2) )无无稳定状定状态，只有两个，只有两个暂稳态。 通通过电容的充容的充电和放和放电，使两个，使两个暂稳态相互交替，相互交替，从而从而产生自激振生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。出周期性
10、的矩形脉冲信号。 工作特点工作特点Astable MultivibratorGuO逻辑符号符号多多谐振振荡器器 GNDVDDRDOUTCO555THTRDISVDD0.01 FR1CuOuC- -+R27.5.1 用用 555 定定时器器组成多成多谐振振荡器器 一、一、电路路组成成 DISVDDR1CuC- -+R2THTRGNDVDDRDCO0.01 FOUTuOuCOtOuOtUOLUOHtWHtWL 二、工作原理二、工作原理 充充电UOHTH = TR = uC 很小很小接通接通 VDD 后，开始后，开始时 TH = TR = uC 0 0，uO 为高高电平，平，电路路处于于暂稳态。 这
11、时放放电管截止，管截止，VDD 经 R1、R2 向向 C 充充电，uC 上升。上升。uCOtOuOtUOLUOHtWHtWL 二、工作原理二、工作原理 UOLTH = TR 2/3 VCC当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3VDD 时，uO 跃变为低低电平，平，电路路进入入暂稳态 。这时放放电管管 V 导通，通，C 经 R2 和和 V 放放电，uC 下降。下降。接通接通 VDD后，开始后，开始时TH = TR = uC 0，uO 为高高电平，平，电路路处于于暂稳态。这时放放电管截止，管截止，VDD经 R1、R2 向向 C 充充电，uC 上升。上升。放放电uCOtOuOtU
12、OLUOHtWHtWL当当 uC 下降到下降到 TH = TR = uC 1/3VDD 时， uO 重新重新跃变为高高电平，同平，同时放放电管管 V 截止，截止，电路返回到路返回到暂稳态。 二、工作原理二、工作原理TH=TR1/3VCC接通接通 VDD 后，开始后，开始时 TH = TR = uC 0 0，uO 为高高电平，平，电路路处于于暂稳态。这时放放电管截止，管截止，VDD 经 R1、R2 向向 C 充充电，uC 上升。上升。当当 uC 上升到上升到 TH = TR = uC 2/3VDD 时，uO 跃变为低低电平，平，电路路进入入暂稳态 。这时放放电管管 V 导通，通，C 经 R2 和
13、和 V 放放电，uC 下降。下降。 二、工作原理二、工作原理电容容 C 如此循如此循环充充电和放和放电，使，使电路路产生振生振荡，输出矩形脉冲。出矩形脉冲。周期估算周期估算tW1 0.7 (R1 + R2)C tW2 0.7 R2CT = tW1 + tW2 0.7 (R1 + 2R2)CuCOtOuOtUOLUOHtWHtWL 三、占空比可三、占空比可调的多的多谐振振荡器器 充充电回路回路为 VDD 经R1、VD1 对 C 充充电，时间常数常数为 R1C。 放放电回路回路为 C 经VD2、 R2和放和放电管管 V 放放电，时间常数常数为R2C 。GNDVDDRDOUTCO555THTRDIS
14、VDD0.01 FR1CuOVD2R2RPVD1R1R2VDDCVD2RPVD1占空比占空比估算估算tW1 0.7 R1C tW2 0.7 R2C 三、占空比可三、占空比可调的的谐振振荡器器 555定定时器器组成的防盗成的防盗报警警电路路当当导线 ab 连通通时，直接置，直接置 0 端端 RD 为低低电平，平，电路不振路不振荡，扬声器不声器不发出声响，出声响，电容容 C4 上上电压为 0，三极管，三极管 V 工作工作在在导通状通状态。 三、占空比可三、占空比可调的的谐振振荡器器 当当 ab 导线被人拉断被人拉断时，电源源 VCC 经 R3、V 将将 C4 迅速充迅速充电到高到高电平，使平，使
15、RD 端端为高高电平，多平，多谐振振荡电路开始振路开始振荡，其振，其振荡频率率 f 1/0.7(R1+2 R2) C 1kHz，于是，于是，扬声器声器发出出1kHz 的的报警声响。警声响。555定定时器器组成的防盗成的防盗报警警电路路本章小结555 定定时器器是是一一种种用用途途很很广广的的多多功功能能电路路，只只需需外外接接少少量量的的阻阻容容元元件件就就可可很很方方便便地地组成成施施密密特特触触发器器、单稳态触触发器器和和多多谐振振荡器器等等，使使用用方方便便灵灵活活，有有较强的的驱动负载的的能能力力，获得了广泛的得了广泛的应用。用。施施密密特特触触发器器有有两两个个稳态状状态，而而每每个
16、个稳定定状状态都都是是依依靠靠输入入电平平来来维持持的的。当当输入入电压大大于于正正向向阈值电压UT+时，输出出状状态转换到到另另一一个个稳定定状状态；而而当当输入入电压小小于于负向向阈值电压UT-时，输出出状状态又又返返回回到到原原来来的的稳定定状状态。利利用用这个个特特性性可可将将输入入的的任任意意电压波波形形变换成成边沿沿陡陡峭峭的的矩矩形形脉脉冲冲输出出，特特别是是可可将将边沿沿变化化缓慢慢的的信信号号变换成成边沿沿陡陡峭峭的的矩形脉冲。矩形脉冲。在在数数字字集集成成电路路中中有有TTL和和CMOS施施密密特特触触发器器。性性能能优越越，其其正正向向阈值电压和和负向向阈值电压稳定，有很
17、定，有很强的抗干的抗干扰能力。能力。 施密特触施密特触发器具有回差特性，器具有回差特性，调节回差回差电压的大小，可改的大小，可改变电路的抗干路的抗干扰能力。回差能力。回差电压越大，抗干越大，抗干扰能力越能力越强。施密特触施密特触发器主要用于波形器主要用于波形变换成、脉冲成、脉冲整形、幅度整形、幅度鉴别等。等。在振在振荡频率率稳定度要求很高的情况下，可定度要求很高的情况下，可采用石英晶体多采用石英晶体多谐振振荡器。器。 多多谐振振荡器没有器没有稳定状定状态，只有两个，只有两个暂稳态。依靠依靠电容的充容的充电和放和放电，使两个，使两个暂稳态相互自相互自动交交换。因此，多。因此，多谐振振荡器接通器接通电源后便源后便输出出周期性的矩形脉冲。改周期性的矩形脉冲。改变电容充、放容充、放电回路中回路中的的 R、C值的大小，便可的大小，便可调节振振荡频率。率。 多多谐振振荡器主要用作信号源。器主要用作信号源。 555 定定时器构成的施密特触器构成的施密特触发器、器、单稳态触触发器和多器和多谐振振荡器典型器典型电路路为 555 定定时器构成的器构成的施密特触施密特触发器器555 定定时器构成的器构成的单稳态触触发器器555 定定时器构成的器构成的多多谐振振荡器器
