脉冲产生与整形电路

1 ②5脚外接控制电压UCO时， U R 1 U CO , U R 2 U CO 。 2 注：当5脚不加控制电压时，通常经过一个0.01µF的电容接地， 以抑制干扰。
6.2 555定时器
U CC RD 4 5k U CO U R1 5 6 5k 2 U R2 ＋C 2 － S G1 ＋C 1 － R
uo uOH
u OL 0 t
5脚经过0.01µF电容接地，则 U R 1
2 1 U CC ， R 2 U CC 。 U 3 3
6.4 施密特触发器
2.工作原理
uI U+ U-0 2 3 UCC 1 3 UCC t
uo uOH
u OL 0 t
(1)上升过程： ① uI U CC 时，uO＝1；
③ 电路的时间常数τ =RC ，τ 决定了暂态时间的长短。根 据三要素公式，可以得到电压随时间变化的方程为
uC (t ) UC () [UC (0 ) UC ()]e t /
④令uC(tW)=UT，则从暂态过程的起始值UC(0+)变到UT所经历
的时间tW（脉冲宽度）可用下式计算：
2 1 U CC ， R 2 U CC 。 U 3 3
6.3 单稳态触发器
1.工作原理
①稳态： 无触发信号时，uI为高电平。电容先充电后放电， 当uC＝0时，电路进入稳态：uO＝0。
6.3 单稳态触发器
1.工作原理
②暂稳态：
1 uI U CC ），电路进入暂 u2触发脉冲下降沿到达时（ 3 2 稳态，uO＝1。当 uC U CC 时，uO＝0，暂稳态结束。 3
6.3 单稳态触发器
三、单稳态触发器的应用
1.脉冲整形
单稳态触发器能够把输入的不规则脉冲信号uI，整 形为具有一定幅度和一定宽度的标准矩形脉冲uO。uO的 幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW决定 于定时元件R和C。
uI
uO
tW
单稳态触发器的整形波形
6.3 单稳态触发器
2.脉冲延时 脉冲延时电路一般要用两个单稳态触发器完成。延 时时间为tW1，它决定于第一级单稳态触发器的定时元件 R和C。 uI u0
1
u
1
（tW1）
uI u uO
←t W1 →
（tW2）
←t W1 →
→ 延迟t W1
t W2
←
单稳态触发器的延时波形
6.3 单稳态触发器
3.定时 由于单稳触发器可产生宽度为tW的矩形脉冲，利用 这个矩形脉冲去控制某电路使它在tW的时间内动作或不 动作，这就是单稳态触发器的定时作用。定时时间为tW， 可通过调节定时元件R和C来调节定时时间。
2 1 1 U CC ， U CC ，U U U U CC U 3 3 3
6.4 施密特触发器
三、施密特触发器的应用
1.波形变换
施密特触发器可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换 成边沿陡峭的矩形脉冲信号。
6.4 施密特触发器
2.波形整形 施密特触发器可以将不规则的波形整形为矩形波。若 适当增大回差电压，可提高电路的抗干扰能力。回差电压 是由5脚接入的控制电压UCO来控制的。
6.1 概述
在数字系统中常常需要用到各种幅度、宽度以及具有 陡峭边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（CP）。 获取这些脉冲信号的方法通常有两种： ①脉冲产生电路直接产生； ②利用已有的周期信号整形、变换得到。
脉冲整形、变换电路——单稳态触发器 施密特触发器； 脉冲产生电路——多谐振荡器；
多用途的定时电路——555定时器。
t
电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求，它必须小于 tW 。若
输入触发脉冲宽度大于tW时，应在u2输入端加入微分电路。
6.3 单稳态触发器
2.输出脉冲宽度tW 输出脉冲宽度tW是暂稳态的停留时间，即电容C的电压 2 从0充电到 U CC 所需的时间。根据电容C的充电过程可知： 3 2 U C (0 ) 0 , U C ( ) U CC , UT uC ( tW ) U CC , RC , 3 因此可得 U C ( ) U C (0 ) tW RC 1n RC 1n3 1.1 RC U C ( ) U T 上式说明：单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定 时元件R、C的取值，且成正比关系，而与输入触发信号和 电源电压无关，因此调节R、C的大小，即可方便地改变tW。 矩形脉冲的周期与输入的触发信号周期相同。
uI
1
uI
单稳
uO
&
uO
uF
uO
与门
tW
uF uO
单稳态触发器的定时波形
6.4 施密特触发器
施密特触发器是又一种常用的脉冲信号整形电路。 工作特性： ① 具有两个稳态； ② 属于电平触发，缓慢变化的信号也可以作为输入信号， 当输入信号达到某一特定值时，输出电平就发生突变； ③ 输入信号从低电平上升时，电路状态转换时对应的输入 电平，与输入信号从高电平下降时对应的输入转换电平不同。
6.3 单稳态触发器
1.工作原理
③恢复期： VT导通，电容C迅速放电，直到使uC≈0，电路又恢复 到稳态。
6.3 单稳态触发器
波形图
uI T UCC R 8 4
1 U 3 CC
0 uo t
uC
uI C
7 6 555 3 2
uo tW TW t UCC
1
5 0.01μ F
0 uC 2 U 3 CC 0
2
RD 4 G1 ＋C －
1
u6
(TH )
R
&
Q
u2
( TR )
&
Q
G2
&
G3
1
3
uo
G4
5脚不外接控制电压。
6.2 555定时器
5脚不接控制电压，则 U R 1
2 1 U CC ， U R 2 U CC。 3 3
555定时器功能表 输入
RD
输出 u2 ×
1 U CC 3 1 U CC 3
第6章 脉冲波形的 产生与整形
6.1 概述 6.2 555定时器 6.3 单稳态触发器 6.4 施密特触发器 6.5 多谐振荡器
6.1 概述
一、脉冲信号
脉冲是脉动和短促的意思，凡是具有不连续波形的信 号均可称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦信号都是脉冲 信号。
(a)矩形波
(b)方波
(c)尖脉冲
(d)锯齿波
6.1 概述
二、脉冲信号的参数
上升时间 下降时间
0.9 Um 0.5 Um 0.1 Um
tr
tf
脉 Um 冲 幅 度
t W脉冲来自百度文库度
脉冲周期
T
矩形脉冲信号的主要参数
占空比D－－脉冲宽度与脉冲周期的比值，D＝tW/T 。
6.1 概述
三、脉冲产生电路的暂态分析
脉冲波形产生与整形电路多是由RC充放电电路构成的。
u6 ×
2 U CC 3
uO 0 1 0 不变
VT 导通 截止 导通 不变
0 1 1 1


2 U CC 3
2 U CC 3

1 U CC 3
6.3 单稳态触发器
单稳态触发器是一种常用的脉冲整形电路，简称单稳。
工作特性：
① 它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态； ② 在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在 暂稳态维持一段时间以后，电路能自动返回稳态； ③ 暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路 自身参数，与外界触发脉冲无关。
1 2 U CC uI U CC 时，uO保持不变； 3 3 ③ uC 2 U CC 时，输出翻转uO＝0。 3
1 3
②
6.4 施密特触发器
2.工作原理
uI U+ U-0 2 3 UCC 1 3 UCC t
uo uOH
u OL 0 t
(2)下降过程： ① uI ②
1 2 U CC uI U CC 时，uO保持不变； 3 3 1 ③ uC U CC 时，输出翻转uO＝1。 3
tW RC 1n
U C ( ) U C (0 ) U C ( ) U T
6.2 555定时器
555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路，可 以方便地构成单稳态触发器，施密特触发器和多谐振荡器。 双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数 码为7555。其功能和外部引脚排列完全相同。
由外界触发 稳定状态
暂稳态
恢复期
自动返回
稳定状态
6.3 单稳态触发器
一、门电路构成的单稳态触发器
vo1 ≥1 Cd vd Rd VDD 1
vo
C
vi2 R
6.3 单稳态触发器
二、555定时器构成的单稳态触发器
UCC R 8 4
uC
uI C
7 6 555 3 2
uo
1
5 0.01μ F
5脚经过0.01µF电容接地，则 U R 1
2 U CC 时，uO＝0； 3
6.4 施密特触发器
2.工作原理
uI U+ U-0 2 3 UCC 1 3 UCC t
uo uOH
综之：
u OL 0
t
①当5脚不接控制电压时，
U
②当5脚接控制电压UCO时，比较电压变为UCO和（1/2）UCO，
U Uco ， U 1 1 Uco ， U Uco 2 2
u
I
(a)
U+ U－ ' U－
0 u
o
t
(b) 0 u
o
t
(c) 0 t
6.4 施密特触发器
3.幅度鉴别 从一系列幅度不同的脉冲信号中选出幅度大于正向 阈值电压U+的输入脉冲， 即对幅度进行鉴别。
uI
U+ U0 uo t
同向输出施密特触发器
0
t
6.4 施密特触发器
4.构成多谐振荡器
工作原理： 电容上初始电压为零，即uI＝0，则uO＝1，并经R向 C充电，当充至uI＝U+时，输出翻转uO＝0。电容C又经R 进行放电，当放电至uI＝U-时，输出翻转uO＝1。
6.5 多谐振荡器
多谐振荡器是一种常用的脉冲信号产生电路。 工作特性： ① 无稳态，具有两个暂稳态； ② 自激振荡器－－在接通电源后，不需外加触发信号， 便能自动产生矩形脉冲； ③ 矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波－－故 称为多谐振荡器。
VT 7 1
6.2 555定时器
U CC RD 4
电压控制端
U CO U R1 5
8
5k
G1 ＋C 1 － R
u6
(TH )
&
Q
6
5k 2 U R2 5k
u2
(TR )
＋C 2 － VT
S
&
Q G2
&
G3
1
3 G4
uo
放电端
7 1
1.分压器
①5脚悬空时， U R 1
2 1 U CC ，U R 2 U CC ； 3 3
uo
电 压 传 输 特 性
0 U－ U+ u
I
①输入信号上升时对应的转换电平 U+ ，称为正向阈值电压； ②输入信号下降时对应的转换电平U － ，称为负向阈值电压； ③差值Δ U＝U+－U-，称为回差电压。
6.4 施密特触发器
一、门电路构成的施密特触发器
R2 R1 1 1 v+ vvo vOH vo1 vOL vo vOH vo1 vi
C UC(t) S U R
UC(0+) 0 UT
UC(t ) UC(∞ ) tM t
① 开关闭合的一瞬间，电容器上电压不能突变，满足开关 定理UC(0+)=UC(0-)。
② 充电暂态过程结束后，流过电容器的电流 iC(∞)为0，即 电容器相当于开路。
6.1 概述
UC(t ) UT UC(0+) 0 tW t UC(∞ )
u6
(TH )
&
Q
u2
(TR )
＋C 2 －
S
&
Q G2
&
G3
1
3 G4
uo
4.放电三极管 VT是一个集电极开路的放电三极管。
当uO＝0时，VT导通； 当uO＝1时，VT截止。
6.2 555定时器
二、555定时器的功能
定时器的主要功能取决于两个比较器输出对RS触发器和放 电管VT状态的控制。
U CC 8 5k U CO U R1 5 6 5k 2 U R2 5k 放电端 VT 7 1 ＋C － S
一、555定时器的电路结构
U CC 8 5k U CO U R1 5 6 5k 2 U R2 ＋C 2 － S RD 4 G1 ＋C 1 － R 地 1 2 555 3 4 6 5 8 7 U CC 放电端
u2 uo
Q RD
u6
U CO
u6
(TH )
&
u2
(TR )
&
Q G2
&
G3
1
3
uo
G4
5k 放电端
异步清零端
阈值输入端
u6
(TH)
8
&
Q
u2
(TR)
&
Q G2
&
G3
1
3
uo
G4
触发输入端
放电端
7 1
5k
VT
3.基本RS触发器 2.电压比较器
U+≥U-时，Ci＝1； U+＜U-时，Ci＝0。
R 0 0 1 1 S 0 1 0 1 Qn+1 不定 0 1 Qn
6.2 555定时器
U CC 8 5k U CO U R1 5 6 5k 2 U R2 5k 放电端 VT 7 1 RD 4 G1 ＋C 1 － R
vi
vi1
R2 R1 vi1 vi vo R1 R2 R1 R2
vOL
6.4 施密特触发器
二、555定时器构成的施密特触发器
1.电路结构和逻辑符号
UCC
8 uI 6 555 2 1
4 uo
3
5 0.01µ F
反向输出施密特触发器
6.4 施密特触发器
2.工作原理
uI U+ U-0 2 3 UCC 1 3 UCC t