脉冲波形的产生和整形

3、555定时器的应用：
单稳——单稳态触发器 双稳——施密特触发器 无稳——多谐振荡器
脉冲波形的整形 脉冲波形的产生
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第17讲 脉冲波形的产生和整形
结
束
作业：P504 题10.25
27
“回差特性 ” V= V - V
T+
T-
VOL
VTVT+
施密特触发器的电压传输特性
VI
8
2、555定时器构成施密特触发器
2 V 3 1 V 3
vI
CC
CC
0 vo 0
t
t
工作波形图
vo
0
1 V 3
CC
2 V 3
CC
vI
如果5脚外接控制电压vCO ， 则改变vCO的大小，就可以 调节回差电压的范围。
（3）用于脉冲幅度鉴别
例如，输入信号为幅度不等的一串脉冲，需要消除 幅度较小的脉冲，而保留幅度大于Vth的脉冲。 只要将施密特触发器的正向阈值电压VT+调到规定的 Vth，便可实现：
VI Vth VT+ VT-
Vo -Vo t
t
t
12
小结 施密特触发器是一种能够把输入波形整 形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电 路。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能 力也很强。 施密特触发器可以由分立元件构成，也 可以由门电路及555定时器构成。 施密特触发器在脉冲的产生和整形电路 中应用很广。
C
CC
C
V 当vC上升到 2 3 CC 时， 定时器状态翻转为0，内部放电 管TD导通； 1 电容C通过R2,TD放电，vC下降，降至 3 V 时，vO又从0翻 23 转到1，内部放电管TD截止。
CC
3
振荡频率的计算：
tPH =(R1+R2)Cln2≈0.7(R1+R2)C
1)矩形波高电平时间tPH，即充电时间: vOo
暂稳态
自动返回
稳定状态 稳定状态 1.为什么电路可以自动返回稳态 ? 着重 理解 : 2.在“暂稳态”上停留的时间有多 14 长 ? 该时间由什么决定 ?
单稳态触发器的电路形式:
单稳态触发器可以由分立元件 构成、门电路构成、还有专门的单稳集 成电路以及由555电路构成等等。
下面介绍555电路构成的单稳态触发器：
18
vi 2）从单稳态 触发器的工作波形可看 出，输出端vo1的上升沿 相对于输入信号vi 的上 升沿延迟了tW时间。 这种延迟作用 常应用于时序控制。
vo1
vR
0
t1
t
tW
0
t
t
Vth
0
vo 2
0
19
t
（3）噪声消除电路 利用单稳电路，将输出脉宽调节到大于 噪声宽度而小于信号宽度，即可消除噪声。
1、脉冲周期T; 2、脉冲幅度Vm 3、脉冲宽度tw 4、上升时间tr
5、下降时间tf
6、占空比q q= tw / T
2
10.5
555定时器及其应用
555定时器是一种多用途的数字-模拟混合 集成电路， 利用它能极方便地构成单稳态触发 器、多谐振荡器和施密特触发器及其它实用电路。 由于使用灵活、方便，555定时器在波形 的产生与变换、信号的测量与控制、家用电器、 电子玩具等许多领域中都得到广泛的应用。 555定时器有双极型和CMOS两种类型，其型 号分别有555（556双555）和7555(7556)等。 双极型555定时器电源电压范围为5 ~ 16v， 最大负载电流可达200mA；CMOS555定时器电源 电压范围为3 ~18v，最大负载电流在4mA以下。 3
1 GND
vo
0
晶体管
TD
导通
截止
1
1
0
小于 2VCC / 3 大于 VCC / 3 保持
保持
导通
7
X
X
0
10. 5. 2 用555定时器构成的施密特触发器
1、施密特触发器的特点：
（1） 属于电平触发,当输入信号达到一定电压值时,输出 电压会发生突变，输入信号增加和减少时，电路有不同 的阈值电平。 （2）在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程， 使输出电压波形的边沿变得很陡。 VO VOH
10.5.1 555定时器的结构及工作原理
(1) 电路结构：
控制电压 阈值输入
触发输入 放电端
3个阻值为5K 的电阻组成的分压器；两个模拟 电压比较器 C1、C2 ； 一个基本 R－S 触发器 ； 4 一个放电三极管TD 和缓冲器G4。
(2) 555定时器的工作原理：
VCC 8
RD 4
5k
5脚悬空时， 比较器C1、
tw=RCln3≈1.1RC
16
3 、单稳态触发器的应用 单稳的应用多种多样，如 ：整形、延时控 制、定时顺序控制等等。
（1）定时 利用单稳电路产生脉宽为tW的矩形输
出脉冲作为定时信号，去控制某电路，使
其在tW时间内动作（或不动作）。
17
单稳触
与门
tW
发器
（2）延时
1）如延时开关：当按一下开关时路灯 就亮了，但当手松开后灯并没有立即灭 掉，而是经过一段时间后才灭掉，这里 就是单稳态电路的延时应用。
3 3 比较器C1输出低电平，
CO
VCC 8 5k
RD 4
vI1 6 vI2 2 7
5k
-
+C1
R
& Q
G
比较器C2输出低电平， 输出端v0为高电平， 放电三极管TD截止。
+
- C2
T
&
&
1
3
5k
S
Q
wk.baidu.com
v0
555的功能表 阈值端 触发端 RD vI2 vI1 1 大于 2VCC / 3 大于 VCC / 3 1 小于 2VCC / 3 小于 VCC / 3
3 3 比较器C2输出高电平， 基本RS触发器被置0，放电三极 管TD导通，输出端v0为低电平。
5
VCC 8
5k
RD 4 + C1 R & Q & S Q &
控制电压vCO 5 阈值输入vI1 6 触发输入vI2 2
VR1
VR2 - C2
5k
-
G4 1
3
+
v0
vo 7
’
5k
TD
1 GND
2) 当vI1< 2 VCC, vI2< 1 VCC时，比较器C1输出高电平，
第17讲 脉冲波形的产生和整形
10.1 概 述
获得矩形脉冲波形的两种方法 ：
1）利用各种形式的多谐振荡器电路， 直接产生矩形脉冲；
2）通过整形电路把已有的周期性变化 的波形变换为矩形脉冲。实现这一变换功能 的过程，称作“整形”。
常用的整形电路 有单稳态触发器和施密 特触发器 。
1
图10.1.1 描述矩形脉冲特性的主要参数
13
10. 5. 3 用555定时器构成的单稳态触发器
1、单稳态触发器具有以下特点：
1）电路有一个稳态、一个暂稳态； 2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态转到暂稳态； 暂稳态维持一段时间后，电路会自动返回稳态。 3）暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与 触发脉冲的宽度和幅度无关。
由外界触发
C2 的比较电压 分别为：
2 1 V 和 V 3 3
CC CC
控制电压vCO 5
阈值输入vI1 6 触发输入vI2 2
VR1 + C1
5k
VR2
-
R
& Q
& & Q G4 1
+
- C2
TD
3
S
v0
vo 7
’
5k
1 GND
1) 当vI1> 2 VCC, vI2> 1 VCC时，比较器C1输出低电平，
21
10. 5. 4 由555定时器构成多谐振荡器
多谐振荡器也叫矩形波振荡器，是一种自激振 荡电路，在接通电源后，不需要外加触发信号，就 能产生一定频率和幅值的矩形脉冲。是无稳态电路。
22
1、由555定时器构成多谐振荡器
2 V 3 1 V 3
CC CC
vc
O
vo
O tPH tPL
t
t
当电源接通时，电容C上初始电压为0，电源VCC通过 1 R1和R2对电容C充电，vC上升，在v < 3 V 时，由于2端、 6端相连，定时器处于置1状态，内部放电管TD截止； 2 1 VCC 电路状态保持， vo仍为1； 当vC上升到：3 VCC <v <
C
R
VCC
VCC Cext Rext A1 单稳态触发器 VO1 Q 74121 A2
VIV
B
1D C1 R
Q
VO
I
VI VO1 VO
tW tW tW
噪声
20
小结
单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成 的单稳态触发器和基本RS触发器在结构上也极为 相似，只有用于反馈的耦合网络不同。 单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由 555定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳 态过渡到稳态，其“触发”信号也是由电路内部 电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉 冲宽度也由电路的阻容元件决定。 单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但 却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，用途 很广。
3 3 比较器C2输出低电平， 基本RS触发器被置1，放电三极 管TD截止，输出端v0为高电平。 3 3 比较器C2输出高电平， 基本RS触发器状态不变，v0和 TD的状态保持。
3) 当vI1< 2 VCC, vI2> 1 VCC时，比较器C1输出高电平，
6
4) 当vI1> 2 VCC, vI2< 1 VCC时， v 5
9
电压传输特性
3、施密特触发器的应用
利用施密特触发器的回差特性，可以用 于对信号进行整形、波形变换、幅度限幅等 。 （1）用于波形变换
VT+ VTVT-’ 0 VO 0
V’O
VI
t t
0
t
10
（2）用于脉冲整形
(a)当传输线上电 容较大时，波形的 上升沿和下降沿将 明显变坏。 (b)当传输线较长而 且接收端的阻抗与 传输线的阻抗不匹 配时，在波形的上 升沿和下降沿将产 生振荡现象。 (c)当其他脉冲信 号叠加到矩形脉冲 信号时，信号上将 11 出现附加的噪声。 图6.2.9 用施密特触发器对脉冲整形
15
2、 用555定时器构成的单稳态触发器
VCC R
5k
VR1
vI
+ C1 R & Q
0
vC
vI
C
5k
VR2
-
vC
&
t
+
5k
- C2
TD
& S
Q
G 1
(3)
2V 3 CC
v0
0
v0
0 tw
t
(1)GND
（1）电源接通瞬间，电路进入稳定状态；
t
（2）加入触发信号，电路进入暂稳态；
vC(0+)=0, vC()=VCC, =RC
PH 1 2 PH PL 1
R1
7 R2 6
8
4 3 555 1
vo
0.01F
24
2
vc
2
C
5
占空比可调的多谐振荡器
f 1 1.43 t t ( R R )C
PH PL 1 2
R q 100 ℅ R R
1 1 2
充 电
放电
25
本章小结
1、施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工 作特点和主要用途； 2、555定时器的结构和工作原理；
2 V 3 1 V 3
vc
CC CC
t tPH
tPL
2)矩形波低电平时间tPL，即放电时间:
tPL =R2Cln2≈0.7R2C 1 1.43 f t t ( R 2 R )C
PH PL 1 2
O
t
Vcc
占空比q :脉冲高电平时间与 周期的百分比。
t R R q t t R 2R