第七章脉冲波形的产生与完整

VDD
t
VDD
o
t
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24
Communications
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。
TH
TR
>
2 3
u
<
2 3
u
c
c c
c不导截输Vu×输入10变通止出>>TO261133
u u
CC CC
u2
< 3 cc
u1
>3 CC
uo
低 低
低 高
TD状态
导通 导通
当在uCO端外接控 制电压时，阈值电
压将变化：
导通（不变） 截止（不变）
2 3
u CC
变为uCO;
1
u < 2 3
cc
1
< 3 u cc
CB555 是国产双极型电路； CH7555是CMOS型电路。
2021/1百度文库9
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一、555定时器的电路结构
清零端：0有效
U CO
u6
(TH )
u2
(TR )
放电端
U CC
RD
7
U R1 5 6
2 U R2
5k
＋ －
R2
1、构成 （用CMOS非门UI）R1
G1
G2
1 UO1 1
UO
2、工作原理
UI’
UI =0 UI上升 过程中
UI下降 过程中
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UI
0
<U+ =>U+ =U+ >U+ >U=>U=U<U-
UI’
UO1 UO
0
10
<VTH
1
0
=>VTH
1
0
=VTH
0
1
>VTH
0
1
>VTH
0
1
=>VTH
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Communications
2.工作原理
演示
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UI
TH TR
UO
0
<
2 3
VCC
<
1 3
VCC
1
≥
2 3
VCC
>
2 3
VCC
>
1 3
VCC
0
≤
1 3
VCC
<
2 3
VCC
<
1 3
VCC
1
电压波形
UI
1 3
VCC
2 3
VCC
t
UO
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7.3 施密特触发器
一、555定时器构成的施密特触发器
1.电路结构和逻辑符号
+VCC
48
7
UO
UI
6 555 3
2
5
1
0.01uF
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RS
u0
0 0 1(约束）
01
0
10
1
11
保持
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U CO
u6
(TH )
u2
(TR )
放电端
U CC
RD
8
4
U R1 5
6
5k
＋ －
C1
G1
R &Q
2 U R2
5k
＋ －
C2
&
S
Q
G2
&
G3
5k
VT
23
Communications
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。 UI （V）
例：
已知UI为半波，UI m= 9V， 电路的U+ =6V， U-=3V UOH =VDD，试画UO波形。
9 6 3 o
UO
1
o
UO
1
U+ U-
t
R1 R2
VDD
当VDD一定时，调R1、R2 ，可调ΔUT ， 即可调U+ U－，可调UO脉宽。
5、电压传输特性
UO
2 RR12VTH
∵ UI =0时，UO=UOL
∴ 是同相施密特特性
6、逻辑符号
1
1
U－ VTH U+ VDD UI
&
≥1
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t
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3.工作特性
施密特触发器是一种 常用的脉冲信号整形 电路。 工作特性：
UI
1 3
VCC
UO
2 3
VCC
t
t
1、电平触发：触发信号UI可以是变化缓慢的模拟信号， UI达 某一电平值时，输出电压U0突变。 U0为脉冲信号。 2、电压滞后传输：输入信号UI从低电平上升过程中，电路状 态转换时对应的输入电平，与UI 从高电平下降过程中电路状 态转换时对应的输入电平不同。
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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。
C
UC(t )
UC(t)
S
UT
R
U
UC(0+) tM
0
UC(∞ ) 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
从求UI ,入手求U+ ：
UI , = VTH =UR2 =
R2 R1+R2
U+
∴
U+ =
R1+R2 R2
VTH
=（1+
R1 R2
）VTH
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⑵、求U－
R2
在UI从最大值开始 下降时，UO=UOH。
高 截止
1 3
u
CC
变为uCO/2。
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表2 RD =1时的表1
TH
>
2 3
VCC
<
2 3
VCC
<
2 3
VCC
TR
>
1 3
VCC
<
1 3
VCC
>
1 3
VCC
u
0 1 保持
由表2可得如下口诀： 大于、大于、出0； 小于、小于、出1； 小于、大于、保持
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。
UI
R1
UI，G1 1
G2
1
UO
U－
VTH
UOL
UOH
在UI =>U+ ， UI , =>VTH ，G1、G2 门要翻转前的瞬间，
电路中电流流向和电位情况见图。
从求UI ,入手求U－ ：
UI , = UTH = UOH – UR2 = UOH –[（UOH – VT – ）RR1+2R2 ]
∴
U－
=
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4、计算回差电压 Δu
R2
⑴、求U+
UI
在UI从0开始上升时， UO=UOL。
U+
R1
，G1 UI 1
G2
1
UO
VTH
UOH
UOL
在UI =>U+ ， UI , =>VTH ，G1、G2 门要翻转前的瞬间，
电路中电流流向和电位情况见图。
0
1
=VTH
1
0
<VTH
1
0
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说明 同相施密特触发器
G1、G2门将要翻转 UO突变
G1、G2门将要翻转 UO突变
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3、举例
设UI为缓慢变化的三角波： UI
U+
U－
UO UOH
G1门的阈值电平 VTH t
UOL
t
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C1
5k
＋ －
C2
5k VT
7
1
4
G1
R &Q
&
S
Q
G2
电压比较器，
若u+>u-，则输出为 高电平，反之输出
为低电平。
基本触发器
&
1
3
G3
G4
地
u 2
uo
RD
uo
1
8
2
7
555
3
6
4
5
U CC 放电端
u6
U CO
电源电 最大负 压范围 载电流
输出缓冲器，起 整形和提高负载 的作用。
双极型 555电路 5—16V
第七章-脉冲波形的产生与完整
一、脉冲信号
7.1 概述
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
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R1+R2 R2
VTH
–
R1 R2
UOH
又： UOH = VDD； VTH =
1 2
VDD
故： U－ =（1 –
R1 R2
）VTH
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⑶、求回差电压ΔU
ΔU =U+ - U－ =
2
R1 R2
VTH
=
U CC
RD
U CO
u6
(TH )
u2
(TR)
放电端
8
4
U R1 5
6
5k
＋ －
C1
G1
R &Q
5k 2
&
&
U R2
＋ －
C2
S
Q
G2
G3
5k
VT
7
1
1
3
uo
G4
5脚不外接控制电压。
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5脚不接控制电压:
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U CC
RD
异步清零端
阈值输入端
U CO
u6
(TH)
u2
(TR)
触发输入端
放电端
8
4
U R1 5
6
5k ＋－C1
G1
R &Q
2 U R2
5k ＋－C2
&
S
Q
G2
&
G3
5k
VT
7
1
3
uo
G4
1
2.电压比较器
U+≥U-时，Ci＝1； U+＜U-时，Ci＝0。
3.基本RS触发器
VCC
t
t
uo
电
①输入信号上升时对应的转换电平U+
压
，称为正向阈值电压；
传
输
②输入信号下降时对应的转换电平U－
特
，称为负向阈值电压；
性
③差值ΔU＝U+－U-，称为回差电压。
0
U－
U+
uI
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二、 用门电路构成施密特触发器
&
G3
5k
VT
7
1
3
uo
G4
1
1.分压器
①5脚悬空时， UR1
2 3 UCC
，UR2
1 3 UCC
；
②5脚外接控制电压UCO时， UR1UCO, UR22 1UCO。
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。
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UCC
RD
2 UR1 3 UCC
UR2
1 3 UCC
UCO
随着TH端和TR端的电压不同，
u6
(TH)
其工作状态将发生变化：
u2
(TR)
555定时器功能表
放电端
8
4
UR1 5
6
5k ＋－C1
G1
R &Q
2 UR2
5k ＋－C2
&
S
Q
G2
&
G3
5k
VT
7
1 3 uo
G4
uCO
uCO 2
1
RD
0 1
1 1
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。
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UC(t ) UT
UC(∞ )
UC(0+) tW
0
t
③ 电路的时间常数τ=RC，τ决定了暂态时间的长短。根
利用上述两个特点，施密特触发器不仅能将边沿缓慢变化 的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，还可以将叠加在矩形脉 冲高、低电平上的噪声有效地清除。
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正向阈值电压U+
负向阈值电压
U－
UI
1 3
VCC
UO
2 3
7
1
1
3
uo
G4
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。
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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。
据三要素公式，可以得到电压随时间变化的方程为
u C ( t) U C ( ) [ U C ( 0 ) U C ( )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：
tWR1 CnUC U (C () )U C U (T 0)
CMOS型 555电路 3—18V
200mA 4mA
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电压控制端
U CC
RD
8
4
U CO
u6
(TH )
u2
(TR )
放电端
U R1 5
6
5k
＋ －
C1
G1
R &Q
2 U R2
5k
＋ －
C2
&
S
Q
G2
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7.2 555定时器
555电路又称为集成定时器。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。
1972年由Signetics公司推出。既有双极型产品，也有MOS 型产品。双极型产品型号的最后3位数码是555，单极型最 后数字是7555如：
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二、脉冲信号的参数
上升时间
下降时间
tr 0.9 Um 0.5 Um 0.1 Um
tf t W脉冲宽度
脉
Um
冲 幅
度
T
脉冲周期
矩形脉冲信号的主要参数
占空比q－－脉冲宽度与脉冲周期的比值，q＝tW/T 。