脉冲波形的产生与变换

(a)5G555时基电路简化原理图表 (b) 5G555时基电路外引线排列图 图5—5 5G555时基电路
555定时器含有两个电压比较器A和B、一 个由“与非”门组成的基本RS触发器、一个放 电晶体管VT以及由三个R=5kΩ的电阻组成的 分压器。比较器A的参考电压为Vcc，加在同 相输入端；B的参考电压为Vcc，加在反相输入 端。两者均由分压器上取得。各外引线端的功 能是： 1脚为接地端。 2脚为低电平触发端，由此输入触发脉冲。 当2脚的输入电压高于Vcc时，B的输出为“1”； 当输入电压低于Vcc时，B的输出为“0”，使基 本RS触发器置“1”。 3脚为输出端，输出电流可达200mA，因 此可直接驱动继电器、发光二极管、扬声器、 指示灯等。输出高电压比电源电压Vcc约低1～ 3V。
5.1.2矩形脉冲波形参数
由于脉冲波形是各种各样的，所以， 用以描述各种不同脉冲波形特征的参数 申不一样。例如用描述矩形脉冲的参数 就和锯齿波的参数不一样。所以，我们 仅以矩形脉冲为例，介绍脉冲波形的参 数。 图5—2所示，为实际的矩形脉冲波 形，用以下几个主要参数表示.

图5—2 矩形脉冲的主要参数
555集成定时器产生于70年代初，它是一 种中规模定时器，又称时基（Time base）电 路。它广泛应用于波形的产生与变换、测量与 控制、家用电器及电子玩具等各领域。我国先 后生产了双极性定时器、CMOS定时器。两者 电路结构基本相同，功能一致。下面以5G555 （双极性定时器）为例简要介绍其组成及功能。 5G555时基电路简化原理图及外引线排列 图分别如图5—5（a）、（b）所示。
第五章 脉冲波形的产生与变换
5.1 概 述 5.2 集成555定时器 5.3 单稳态触发器 5.4 多谐振荡器 5.5 施密特触发器
5． 1 概

述
在数字系统中，经常需要用到有一定宽度 和幅度的各种不同频率的时钟脉冲信号，且该 时钟脉冲信号的上升沿、下降沿越陡峭越好， 即脉冲信号越理想越好。获得矩形脉冲的方法 通常有两种：一种是由脉冲振荡器直接产生； 另一种是利用整形电路，将一个已有的不符合 要求的波形通过整形变换成为矩形脉冲。 脉冲振荡器常用电路有多谐振荡器等；脉 冲整形电路主要有单稳态触发器及施密特触发 器。

(a) 电路原理图 图5—3微分电路
(b) 工作波形图
组成微分电路的条件是：电路的时间常数， 形脉冲宽度细小得多。即必须满足RC＜＜tw。 在实际电路中，一般取RC＜tw则，输出电压 即电路的输出电压与输入电压近似成微分关系， 所以称之为微分电路。图5—3(b)是微分电路的 工作波形图。 值得提出的是：当RC>>tw时，输出电压 v0与输入电压vI的波形近似相同，此时的RC电 路是耦合电路，而不是微分电路。
(b) 工作波形图
图5—4积分电路
1 v 0 v c C i cdt
1 vR dt C R
1 1 dt dt v v R I RC RC

电路输出电压v0与输入电压vi近似成积 分关系，因此，这种RC电路称为积分电路。 图5—4(b)是积分电路的工作波形图。
5.2 集成555定时器
5.1.3最简单的脉冲波形变换电路—— 微分电路和积分电路 1．微分电路
微分电路可以将输入矩形脉冲的跳变部分 选择出来，形成一对正负尖脉冲。因此，微分 电路是——个最简单的波形变换电路，它可将 矩形脉冲变换为一对正负尖脉冲。 微分电路的形式就是一个RC串联电路， 输出电压为电阻R两端的电压。如图5—3(a)所 示。

2．积分电路
积分电路可以将输入的矩形脉冲变换为锯 齿波。所以，积分电路也是—个最简单的波形 变换电路。 图5—4(a)所示为积分电路。与微分电路相 比较，只是R和C的位置对调了，输出电压为 电容两端的电压。 积分电路必须满足RC>>tw。当电路满足 条件RC>>tw时有
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(a) 电路原理图



1．脉冲幅度Vm——脉冲电压的最大变化幅度。 2．脉冲宽度twm—一脉冲波形前、后沿0.5Vm 处的时间间隔 3．上升时间tr—一脉冲前沿0．1Vm上升到 0.9Vm所需要的时间。 4. 下降时间tf——脉冲后沿从0．9Vm下降到 0.1Vm所需要的时间。 5．脉冲周期T——在周期性连续脉冲中，两个 相邻脉冲间的时间间隔。有时也用重复频率 f=1/T表示单位时间内脉冲重复的次数。
5.3 单稳态触发器
5.3.1 TTL微分型单稳态电路 5.3.2 TTL积分型单稳态路 5.3.3 555定时器构成的单稳态触发器

一、电路组成

由两个或非门和RC电路组成，如图5—6(a) 所示。
(a) 电路原理图 (b) 工作波形图 图5—6 TTL微分型单稳态电路
二、工作原理
1．当vi=0时，由于此时vi2为高电平（等于 Vcc），所以门2输出vo2为低电平（等于0）； 门1的输入全为低电平，门1输出为高电平，即 门1截止、门2导通，vo1=1、vo2=0。这是电路 的稳定状态。 2．当vi从0跳变为Vcc时，电路产生如下正反馈 过程：
5.1.1常见的几种脉冲信号波形
一切具有突变部分的周期性或非周期性的 电流或电压波形统称为脉冲。脉冲是指在短暂 的时间内作用于电路的电压或电流，即电压脉 冲或电流脉冲。从广义来说，我们把各种非正 弦信号统称为脉冲信号。 常见的脉冲信号波形，如图5—1所示

图5—1常见的脉冲信号波形
(a) 矩形脉冲 (b)钟形波 (c)方波 (d)锯齿波 (e)尖脉冲 (f)阶梯波




4脚为复位端，由此输入负脉冲而使触发器 直接置“0”复位。 5脚为电压控制端，在此端可外加一电压以 改变比较器的参考电压。不用时，经0.01μF的 电容接“地”，以防止干扰的引入。 6脚为高电平触发端，由此输入触发脉冲。 当输入电压低于Vcc时，A的输出为“1”，当 输入电压高于Vcc时，A的输出为“0”使基本 RS触发器置“0”。 7脚为放电端，当触发器的端为“1”时，放 电晶体管T导通，外接电容元件通过T放电。 8脚为电源端，可在5～18V范围内使用。