数字电路第七章 脉冲波形的产生与整形 ppt
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数字电路第七章脉冲波形产生与整形
t
t
vi
R
vI vCC
84 73 6 2 15
VCC
vO
0
vC
0.01uF 0
vo
由以上过程可以
看出 : 每来一次负
脉冲 , vo 便输出一 0
个正脉冲,其宽度 tW
tW
由 R C 决定 。
•数字电路第七章脉冲波形产生与整形
t
2/3VCC
t
t
⑶输出脉冲宽度tw
tw是Vc从0指数上升到2VCC/3时所需的时
或 t =τ ln vC ( ) - vC (0 +) vC ( ) - vC ( t )
•数字电路第七章脉冲波形产生与整形
本章讲授
§1 555定时器的原理和应用
学习要求
•数字电路第七章脉冲波形产生与整形
§1 555定时器的原理和应用
555定时器是将模拟电路和数字电路集
成于一体的电子器件。它使用方便,带负载
•数字电路第七章脉冲波形产生与整形
⒈ 单稳态触发器 单稳态触发器的特点
①电路有一个稳态和一个暂稳态。 ②在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。 ③暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电
路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关， 仅决定于电路本身的参数（主要为RC参数）。
→比较器C2＝0，触发器置1，
→Vo＝1
0
→T截止，C充电
vo
→电路进入暂稳态。
0
•数字电路第七章脉冲波形产生与整形
T 导通 保持 截止
t
2/3VCC
t
t
V6=VTH V2=VTR
Vo
VCC
>2/3 VCC >1/3 VCC 0 <2/3 VCC >1/3 VCC 保持
t
vi
R
vI vCC
84 73 6 2 15
VCC
vO
0
vC
0.01uF 0
vo
由以上过程可以
看出 : 每来一次负
脉冲 , vo 便输出一 0
个正脉冲,其宽度 tW
tW
由 R C 决定 。
•数字电路第七章脉冲波形产生与整形
t
2/3VCC
t
t
⑶输出脉冲宽度tw
tw是Vc从0指数上升到2VCC/3时所需的时
或 t =τ ln vC ( ) - vC (0 +) vC ( ) - vC ( t )
•数字电路第七章脉冲波形产生与整形
本章讲授
§1 555定时器的原理和应用
学习要求
•数字电路第七章脉冲波形产生与整形
§1 555定时器的原理和应用
555定时器是将模拟电路和数字电路集
成于一体的电子器件。它使用方便,带负载
•数字电路第七章脉冲波形产生与整形
⒈ 单稳态触发器 单稳态触发器的特点
①电路有一个稳态和一个暂稳态。 ②在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。 ③暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电
路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关， 仅决定于电路本身的参数（主要为RC参数）。
→比较器C2＝0，触发器置1，
→Vo＝1
0
→T截止，C充电
vo
→电路进入暂稳态。
0
•数字电路第七章脉冲波形产生与整形
T 导通 保持 截止
t
2/3VCC
t
t
V6=VTH V2=VTR
Vo
VCC
>2/3 VCC >1/3 VCC 0 <2/3 VCC >1/3 VCC 保持
第7章脉冲产生与整形电路ppt课件
集成单稳态触发器有非重复触发和可重复触发两类，由于其工作稳定 性好、脉冲宽度调节范围大、使用方便灵活等优点，是一种较为理想的脉 冲整形电路。单稳态触发器主要用于脉冲整形、定时、和展宽等。
学习交流PPT
23
多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。依靠电容的充电和放电， 使两个暂稳态相互自动交换。因此，多谐振荡器接通电源后便输出周期 性的矩形脉冲。改变电容充、放电回路中的 R、C值的大小，便可调节振 荡频率。
O
uO
t
这时放电管截止，VDD 经 R1、R2 向 C 充电，uC 上升。
当 uC 上升到 TH = TR = uC ≥ 2/3VDD 时，uO 跃变为低电平，电路进入暂稳态 Ⅱ。这时放电管 V 导通，C 经 R2 和 V 放 电，uC 下降。
UOH UOL
Ⅰ
Ⅱ
tWH
Ⅰ
tWL
Ⅱ
Ⅰ
O
t
学习交流PPT
14
在振荡频率稳定度要求很高的情况下，可采用石英晶体多谐振荡器。
多谐振荡器主要用作信号源。
学习交流PPT
24
555 定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器典型电路为
555 定时器构成的 施密特触发器
555 定时器构成的 555 定时器构成的
单稳态触发器
多谐振荡器
学习交流PPT
25
学习交流PPT
22
单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态，在没有触发脉冲作用时，电 路处于稳定状态。在输入触发脉冲作用下，电路进入暂稳态，经一段时间 后，自动返回到稳定状态，从而输出宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲。 输出脉冲宽度取决于定时元件 R、C 值的大小，与输入触发脉冲没有关系。 调节 R、C 值的大小，可改变输出脉冲的宽度。
数字电子技术课件 第7章_脉冲产生与整形
VT
R1 R2
VTH
VD
S门电路组成的施密特触发器
(1) 电路组成
(2) 工作原理
假定：VTH
VDD 2
R1< R2 VI为三角波
VI1
R2 R1 R2
VI
R1 R1 R2
VO
CMOS反相器组成的施密特触发器 1）VI上升过程
当VI= 0V时，VI1= 0V，G1门截止，V01=VOH≈VDD，G2门导通， V0=VOL≈0V。输入信号VI从0V电压逐渐增加，只要VI1＜VTH，电 路保持V0≈0V不变。当VI继续上升到VI1=VTH时，G1门进入其电压 传输特性转折区，此时VI1的增加在电路中产生如下正反馈过程：
74121的暂稳态脉宽由定时电阻和定时电容的数值决定。定时电容 Cext连接在引脚Cext（第10脚）和Rext/Cext（第11脚）之间。如果使用 有极性的电解电容，电容的正极应接在Cext（第10脚）。
对于定时电阻，有两种选择：
（1）采用内部定时电阻Rint（约为2kΩ），此时只需将Rint引脚（第9 脚) ）接至电源VCC。
0 VCC
t tw1
t
tw2 t
3.组成噪声消除电路
如用VI作为下降沿触发的计数器触发脉冲,干扰加入,就 会造成计数错误.
b)用TTL门电阻R的取值可以是任意的吗？
VO
VO1
≥1 G3
采用TTL与非门构成单稳电 路时，电阻R要小于0.7k。
vO
G1 ≥1 Cd
VI
Rd
1 G2
C
VD
R
VDD
7.3.2 集成单稳态触发器
不可重复触发 vI
没有被重复触发
vO
第七章脉冲波形的产生与整形电路.ppt
脉冲的原意被延伸出来即隔一段相同的时间发出的 波等机械形式，学术上把脉冲定义为在短时间内 突变，随后又迅速返回其初始值的物理量称之为 脉冲。
7.1.1 脉冲信号
脉冲信号现在一般指数字信号，它已经是一个周 期内有一半时间（甚至更长时间）有信号。
脉冲信号是一种离散信号，与普通模拟信号（如 正弦波）相比，波形之间在时间轴不连续（波形 与波形之间有明显的间隔）但具有一定的周期性 是它的特点。脉冲信号可以用来表示信息，也可 以用来作为载波，比如脉冲调制中的脉冲编码调 制（PCM），脉冲宽度调制（PWM）等等，还 可以作为各种数字电路、高性能芯片的时钟信号。
R2
R1
UI
UI G1
UO1
G2
UO
2. 工作原理
R2
R1
UI
UI G1
UO1
G2
UO
当输入UI为0V时，G1截止、G2导通，输出UO为0V，UI ≈0 。
当输入电压UI逐渐上升到 UI =VTH时，G1进入电压特性的转折 区，所以电路将发生如下正反馈： UI↑→UO1↓→UO↑ 使电路迅 速跳变到 UO=VOH ≈ VDD。
电源 VT+
VT+
VT-
VT- ΔVT ΔVT
单
电压 最小 最大 最小 最大 最小 最大 位
VDD
值
值
值
值
值
值
5
2.2 3.6 0.9 2.8 0.3 1.6
V
10 4.6 7.1 2.5 5.2 1.2 3.4 V
15 6.8 10.8 4
7.4 1.6
5
V
2. TTL集成施密特触发器
TTL施密特触发器具有以下特点：输入信号边沿 的变化即使非常缓慢，电路也能正常工作；对于 阈值电压和滞回电压均有温度补偿；带负载能力 和抗干扰能力都很强。TTL集成施密特触发器 74LS13、74LS14、74LS132的主要参数典型值如 表7-2所示。
7.1.1 脉冲信号
脉冲信号现在一般指数字信号，它已经是一个周 期内有一半时间（甚至更长时间）有信号。
脉冲信号是一种离散信号，与普通模拟信号（如 正弦波）相比，波形之间在时间轴不连续（波形 与波形之间有明显的间隔）但具有一定的周期性 是它的特点。脉冲信号可以用来表示信息，也可 以用来作为载波，比如脉冲调制中的脉冲编码调 制（PCM），脉冲宽度调制（PWM）等等，还 可以作为各种数字电路、高性能芯片的时钟信号。
R2
R1
UI
UI G1
UO1
G2
UO
2. 工作原理
R2
R1
UI
UI G1
UO1
G2
UO
当输入UI为0V时，G1截止、G2导通，输出UO为0V，UI ≈0 。
当输入电压UI逐渐上升到 UI =VTH时，G1进入电压特性的转折 区，所以电路将发生如下正反馈： UI↑→UO1↓→UO↑ 使电路迅 速跳变到 UO=VOH ≈ VDD。
电源 VT+
VT+
VT-
VT- ΔVT ΔVT
单
电压 最小 最大 最小 最大 最小 最大 位
VDD
值
值
值
值
值
值
5
2.2 3.6 0.9 2.8 0.3 1.6
V
10 4.6 7.1 2.5 5.2 1.2 3.4 V
15 6.8 10.8 4
7.4 1.6
5
V
2. TTL集成施密特触发器
TTL施密特触发器具有以下特点：输入信号边沿 的变化即使非常缓慢，电路也能正常工作；对于 阈值电压和滞回电压均有温度补偿；带负载能力 和抗干扰能力都很强。TTL集成施密特触发器 74LS13、74LS14、74LS132的主要参数典型值如 表7-2所示。
数字电子技术第7章脉冲波形的产生与变换简明教程PPT课件
v I' vO1 vO __________________ |
于是电路的状态迅速转换为 vO VOH VDD 。
' 由此可知，输入信号 v I 上升的过程中电路的状态发生转换是在 vI VTH 时，把此 时对应的输入电压值称为上限阈值电压，用 VT 表示。
1
使 v O1 迅速跳变为低电平。由于电容上的电压不能跃变，所以v I2 也同时跳变到低电平，并 使 vO 跳变为高电平，电路进入暂稳态。这时即使 vd 回到低电平， vO 的高电平仍将维持。 与此同时，电容C开始充电。
③暂稳态维持一段时间后自行回到稳态。随着充电过程的进行， v I2 逐渐上升，当上升到 略高于 VTH 时，又引发另外一个正反馈过程
根据以上分析，电路中各点电压波形如图所示。
(3) 主要参数计算
输出脉冲的宽度：
t W RC ln VDD 0 RC ln 2 0.69RC VDD VTH
输出脉冲的幅度：
Vm VOH VOL VDD
微分型单稳态触发器可以用窄脉冲触发。在 v I 的脉冲宽度大于输出脉冲宽度的情况 下，电路仍能正常工作，但是输出脉冲的下降沿较差。
根据以上分析，电路中各点电压的波形如图所示。
(3) 主要参数计算
输出脉冲的宽度：
t W ( R RO )C ln
VOH VOL VTH VOL
式中RO 为反相器 G 1 输出为低电平时的输出电阻。
输出脉冲的幅度：
Vm VOH VOL
积分型单稳态触发器的优点是抗干扰能力较强。它的缺点是输出波形的边沿比较差。 此外，积分型单稳态触发器必须在触发脉冲的宽度大于输出脉冲的宽度时才能正常工作。
脉冲波形的产生和整形电路PPT课件
知识点精讲
【解】先求电路的时间常数τ
= RC = 20 × 103 × 200 × 20−12 = 4 × 10−6 = 4
再求方波的脉宽 ，方波脉宽为周期的一半，即
1
1
= =
=
= 5 × 10−5 = 50
3
2 2 2 × 10 × 10
1
由计算可知， < 5 ，该题所示电路是微分电路。
试估算电路的振荡周期，画出 和0 的波形。
【分析】多谐振荡器又称为无稳态电路，它只有两个暂稳态，
没有稳态，两个暂稳态交替变化，输出连续的矩形脉冲信号。
【解】电路的振荡周期由下式计算:
= 0.7 1 + 22
= 0.7 × (4.7 × 103 + 2 × 4.7 × 103 ) × 0.1 × 10−6
知识点精讲
【知识点1】RC波形变换电路的分析与计算
【例1】图9-5所示电路中，R=20kΩ，C=200pF，若输入f=10kHz的连续方波，试分析此电路是否
满足RC微分电路的条件?
【分析】组成微分电路应满足两个条件:
（1）输出信号取自RC电路中电阻R的两端，即0 = ;
（2）电路时间常数τ应远小于输入的矩形波脉冲宽度 ，即τ≤15 。
知识清单
3.555定时器的应用
（1）用7555定时器构成单稳态电路，电路如图9-2所示:
输ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ脉冲宽度 ：
≈ 1.1
知识清单
（2）用555定时器构成多谐振荡器，电路如图9-3所示:
振荡频率：
=
1.44
1 + 22
知识清单
（3）用555定时器构成施密特触发器，电路如图9-4所示:
第7章脉冲波形的产生与变换PPT课件
5K UR1
5K UR2
5K
7.2 555定时电路
R S
图 7 –2 CC7555集成定时电路
第4页/共37页
集成555电路的八个 引脚的作用及名称为：
5 K
R
脚1 接地端
USS
UR
1
脚2 触发器输入端 TR
5
脚3 输出端
OUT
K UR
S
2
脚4 复位端 脚5 控制端
R
5
CO
K
脚6 阈值输入端 TH
uC
1 C
t
0 iCdt
I0 C
t
其中，I0为恒定电流。 UD D
线性增长
uI
84
Re
Rb 2
7
uI
2
6
V
uC
3
uO
uC
15
C
Rb 1
0 .0 1 F
uO
(a)
(b)
图 7 – 5 第线18性页/锯共3齿7页波电路
7.4 多 谐 振 荡 器
tw
Um
tr
tf
T
脉 冲 幅 度 Um：脉冲电压变化的最大值
第1页/共37页
（4）三要素公式
三要素即起始值x (0+)、趋向值x (∞)和时间常数τ，若三要素已知，则得方程
x(t )
x()
[x(0 )
t
x()]e
终止值 初始值
时间常数
计算信号从某个初始值 x (0+)变化到某个特定值 x (t) 所需 要的时间：
t ln x() x(0 )
x() x(t)
第25页/共37页
(二)工作原理、工作波形与周期估算
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分别为 2 Vc和c 。1 Vcc
3
3
-
11
工作状态：
在TH、TR、RD 端施CO
加不同电平的控制 TH 信号，得到555的几
种不同工作状态。 TR
需了解C1、C2、T、
Q、Q、Vo 的工作情 D
况。
+Vcc
RD 0
8
R
5
C1
+
6
R
4 ＆
2
+ -
＆
C2
R
7
T
Rb
1
Q1 Q
30
1
vo
①R＝ D 0时 ：Q ＝ 1， V0,oT ＝ 导通
-
12
CO TH
＞2/3VCC
TR
＞1/3 VCC
D
+Vcc
RD 1
8
4
R
5
C1
+ 0＆
-
6
R
Q1
2
+ 1 ＆ Q0
-
C2
R
7
Rb
1
0
3 1
vo
①R＝ D 0时 ：Q ＝ 1， V0,oT ＝ 导通
②R＝ D1， VTH 3 2V CC , VTR 1 3V CC 时 ：
C 1=0、 C＝ 2 1、 Q ＝ 1、 Q＝ 0、 V＝ o0, T导。 通
2
单稳态电路（单稳态触发器） 脉冲电路分类： 多谐振荡（无稳态）电路
施密特电路（施密特触发器）
脉冲电路作用：脉冲波形的产生和整形。
脉冲电路构成：开关电路 + RC电路
破坏电路的稳态， 产生暂态。
控制暂稳态时 间的长短。
脉冲电路与数字电路的比较： ★脉冲电路侧重波形，数字电路侧重逻辑关系。
★数字电路的信号波形也是一种脉冲波形。
路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关， 仅决定于电路本身的参数（主要为RC参数）。
由外界触发
暂稳态
自动返回
稳定状态
稳定状态
学习的重点:为什么会自动返回?需多少时间?
-
18
⑴单稳态触发器电路：
R
外 接 RC vI
C
+Vcc
RD
8
4
R
5
C1
+
6-
Q ＆
R
2
+ -
C2
R
7
T
＆Q Rb
1
3 ＆
555定时器的内部电路包括以下几部分 :
①两个电压比较器: C1、C2 ; ②一个基本RS 触发器;
③一个晶体管T； ④由三个相等电阻组成的分压器; ⑤一个反相器等。
-
7
两个电压比较器: C1、C2 一个基本RS 触发器
+Vc
RD
c
8
4
R
CO
5
C1
+
Q
＆
TH
-
6
R
TR
2
+ -
＆Q
C2
R
D
7
T
Rb
1
第七章 脉冲波形的产生与整形
主要内容 ★555定时器的工作原理、逻辑功能
及由555构成的脉冲电路。 ★由门电路构成的脉冲电路。
1
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。
-
C1=1、 C＝ 20、 Q=1、 Q=- 0;Vo=1, T截止。 15
综合以上的分析结果,便可得到 555的功能表:
阈值端
RD TH
0
触发端
TR
vo
晶体管
T
0 导通
1 大于 / 2VCC 3 大于 / VCC 3 0 1 小于 / 2VCC 3 大于 / VCC 3 保持
导通 保持
1 小于 / 2VCC 3 小于 / VCC 3 1 截止
-
13
CO TH
＜2VCC/3
TR
＞VCC/3
D
+Vcc
RD
8
4
R
5
+ C1 1 ＆
-
6
R
2
+ -
1＆
C2
R
7
Rb
1
Q1 Q0
30
1
vo
③R＝ D1，VTH 3 2VCC , VTR 1 3VCC 时：
C1=1、C＝ 21、Q、 Q不变 ;V不 o 变 , T状态不变
-
14
CO TH
＜2VCC/3
TR
<VCC/3
D
+Vcc
RD
8
4
R
5
+ C1 1 ＆
-
6
R
2
+ -
0＆
C2
R
7
Rb
1
Q0 Q1
×
31
1
Vo
③R＝ D1，VTH 3 2VCC , VTR 1 3VCC 时：
C1=1、C＝ 21、Q、 Q不变 ;V不 o 变 , T状态不变。
④R＝ D1， VTH 3 2VCC , VTR 1 3VCC 时 ：
vo
-
19
⑵工作原理：
V6=VTH V2=VTR
Vo
T
>2/3 VCC >1/3 VCC 0
导通
上电过程（VI＝1） ①假设Vo＝0
<2/3 VCC >1/3 VCC 保持 <2/3 VCC <1/3 VCC 1
-
3
电容充放电知识复习：
(1) 电容两端的电压不能突变，Vc（0＋）＝ Vc（0－），
电容充放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与
τ＝RC有关,工程上取3τ；
（2）开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小，相当短路； 充放电结束，电路处于稳态，C支路电流为0，阻抗很大， 相当开路；
（3）简单RC电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；
电 放 阈 电控 源 电 值 压制
VCC D TH CO
876 5
555
12 3 4
GND TR Vo RD
地 触输复 发出位
-
10
2.基本工作状态
+Vcc
RD
CO
TH
2 Vcc
3
TR
1 Vcc
3
D
8
4
R
5
C1
+
6
R
＆Q
2
+ -
C2
R
7
T
1
＆Q
Rb
3 1
vo
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三个电阻构成的分压器给两个比较器提供基准电压:
555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电 子器件。它使用方便,带负载能力较强, 目前得到了非常 广泛的应用。
单定时器 单双极极型型— —— —最最后后43位位数数555
型号：
7555
双定时器 双极型——最后3位数556 单极型——最后4位数7556
-
6
一、 555定时器的电路结构和基本功能 1.电路结构
一个反相器
3 1
v
o
由三个相等电阻组成的分压器 -一个晶体管T
8
4.5～18V
电压 控制端
CO TH
阈值 输入端
TR
触发 输入端
D
放电端
+Vc
RD
c
8
4
R
5
C1
+
＆
-
6
R
2
+ -
＆
C2
R
7
T
Rb
1
地 -
复位端 低电平有效
Q
3
Q
1
输出端
v
o
9
555定时器的管脚图
电源电压范围: 4.5V ~ 18V
-
16
二、555定时器的基本应用
555定时器应用范围非常广泛，可构成多种电路 形式，但最基本的电路为：单稳态触发器、多谐振荡 器和施密特触发器。其它电路基本是这3种电路的变 形。
1. 单稳态触发器
2. 多谐振荡器
3. 施密特触发器
-
17
⒈ 单稳态触发器 单稳态触发器的特点
①电路有一个稳态和一个暂稳态。 ②在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。 ③暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电
（4）在简单RC电路中
t
vC ( t ) = vC ( ) ＋ ［vC (0 +) - vC ( )］e τ
或 t =τ ln vC ( ) - vC (0 +)
vC ( ) - vC ( t )
-
4
本章讲授
§1 555定时器的原理和应用 §2 集成门构成的脉冲电路
学习要求
-
5
§1 555定时器的原理和应用