第10章脈沖波形的產(chǎn)生與變換

10.1概述10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器10.4多諧振蕩器10.2施密特觸發(fā)器10.5555定時器返回結束放映2/2/2023110.1概述矩形脈沖信號的獲取方法有兩種：產(chǎn)生:不用信號源，加上電源自激振蕩，直接產(chǎn)生波形。整形:輸入信號源進行整形.脈沖產(chǎn)生電路:多諧振蕩器脈沖整形（變換）電路:施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2/2/20232脈沖周期T脈沖幅度Vm脈沖寬度上升時間tr下降時間tf占空比：2/2/20233施密特觸發(fā)器是一種能夠把輸入波形整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖的電路。10.2施密特觸發(fā)器2/2/20234§10.2.1用門電路組成的施密特觸發(fā)器設G1、G2閾值電壓VTH≈VDD/2，

R1<R2（否則電路進入自鎖狀態(tài),不能正常工作）0102/2/20235正向閾值電壓負向閾值電壓回差電壓：ΔVT＝VT＋－VT－滯回電壓傳輸特性，即輸入電壓的上升過程和下降過程的閾值電平不同。這是施密特觸發(fā)器固有的特性。

同相輸出的施密特觸發(fā)器反相輸出的施密特觸發(fā)器2/2/20236§10.2.3施密特觸發(fā)器的應用1.用于波形變換：2/2/202372.用于脈沖整形：2/2/202383.用于脈沖鑒幅：施密特觸發(fā)器能將幅度大于VT+的脈沖選出。2/2/202394.用于構成多諧振蕩器：2/2/20231010.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作特點：1、電路中有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)兩個工作狀態(tài)；2、在外界觸發(fā)脈沖作用下，電路能從穩(wěn)態(tài)翻轉至暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，再自動翻轉至穩(wěn)態(tài)；3、暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)與觸發(fā)脈沖無關。2/2/202311§10.3.1用門電路組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器因為電路具有一個穩(wěn)定狀態(tài)而得名。它由兩個門電路、一個RC電路組成。它的暫穩(wěn)態(tài)通常都是靠RC電路的充、放電過程來維持的，根據(jù)RC電路的不同接法，分為微分型和積分型。2/2/202312010101

穩(wěn)態(tài)沒有觸發(fā)器電平時，vI為低電平，vO為低電平，vO1為高電平。

微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2/2/202313

穩(wěn)態(tài)至暫穩(wěn)態(tài)當vI正跳變時，vO1由高到低，vI2為低電平。于是vO為高電平。即使vI

觸發(fā)器信號撤除，由于vO的作用，vO1仍可為低電平。110102/2/202314

暫穩(wěn)態(tài)至穩(wěn)態(tài)

暫穩(wěn)態(tài)期間，電源經(jīng)電阻R和門G1對電容C充電，vI2升高，當vI2=VTH時，vO下降，vO1上升，但使vI2再次升高，最終vO1=1，vO=0。00101脈沖寬度要窄tW=0.69RC2/2/202315當vI的脈沖寬度很寬時，在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端加一個RC微分電路，否則，在電路由暫穩(wěn)態(tài)返回到穩(wěn)態(tài)時，由于門G1被vI封住了，會使vo的下降沿變緩。2/2/202316積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2/2/202317§10.3.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器tW=0.69RextCext2/2/202318圖10.3.102/2/202319外接電阻（下降沿觸發(fā)）內(nèi)部電阻（上升沿觸發(fā)）2/2/202320目前使用的集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有不可重復觸發(fā)型和可重復觸發(fā)型兩種。不可重復觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)后，再加入觸發(fā)脈沖不會影響電路的工作過程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結束后，才接受下一個觸發(fā)脈沖而轉入暫穩(wěn)態(tài)?？芍貜陀|發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進入暫穩(wěn)態(tài)后，如果再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，使輸出脈沖再繼續(xù)維持一個tW寬度。不可重復觸發(fā)型可重復觸發(fā)型2/2/202321§10.3.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用1、定時只有在脈沖寬度tpo內(nèi)的信號才能通過。2/2/2023222、延時與整形可將脈沖寬度不等的矩形脈沖整形成脈沖寬度相等的矩形波。2/2/202323通常噪聲多表現(xiàn)為尖脈沖，寬度較窄，而有用的信號都具有一定的寬度。因此，利用單穩(wěn)態(tài)電路，將輸出脈寬調(diào)節(jié)到大于噪聲寬度而小于信號寬度即可消除噪聲。3、消除噪聲2/2/20232410.4多諧振蕩器多諧振蕩器又稱無穩(wěn)電路，主要用于產(chǎn)生各種方波或時間脈沖信號。它是一種自激振蕩器，在接通電源之后，不需要外加觸發(fā)信號，便能自動地產(chǎn)生矩形脈沖波。由于矩形脈沖波中含有豐富的高次諧波分量，所以習慣上又把矩形波振蕩器稱為多諧振蕩器。

性能特點：

①沒有穩(wěn)態(tài)，有兩個暫穩(wěn)態(tài)。②工作不需要外加信號源，只需要電源。2/2/202325§10.4.1對稱式多諧振蕩器T≈1.3RFC2/2/202326§10.4.2非對稱式多諧振蕩器T≈2.2RFC2/2/202327§10.4.3環(huán)形振蕩器利用延遲負反饋產(chǎn)生振蕩。將任何大于、等于3的奇數(shù)個反相器首尾相連接成環(huán)形電路，都能產(chǎn)生自激振蕩。電路簡單，但不實用。101010101010T=2ntpd2/2/202328§10.4.4施密特觸發(fā)器構成的多諧振蕩器2/2/202329§10.4.5石英晶體多諧振蕩器在許多應用場合下都對多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴格的要求。前面幾種電路頻率穩(wěn)定性不是很高。在對頻率穩(wěn)定性有較高要求時，應采用石英晶體多諧振蕩器。電路的振蕩頻率取決于石英晶體的固有振蕩頻率。2/2/20233010.5555定時器及其應用

555定時器是一種多用途的數(shù)字－模擬混合集成電路。該電路功能靈活、適用范圍廣，只要外圍電路稍作配置，即可構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器或施密特觸發(fā)器，因而可應用于定時、檢測、控制、報警等方面。2/2/202331

集成555定時器因為其內(nèi)部有3個精密的5KΩ電阻而得名。后來國內(nèi)外許多公司和廠家都相繼生產(chǎn)出雙極型和CMOS型555集成電路。雖然CMOS型3個分壓電阻不再是5KΩ,但仍然延用555名稱。目前一些廠家在同一基片上集成2個555單元，型號后加556，同一基片上集成4個555單元，型號后加558。2/2/202332集成555定時器具體元件簡介

555定時器的封裝一般有兩種：八腳圓形封裝八腳雙列直插式封裝。

2/2/202333§10.5.1555定時器的電路結構與功能放電三極管精密電阻比較器SR鎖存器2/2/202334控制電壓觸發(fā)輸入

復位端輸出放電端閾值輸入

電源5~16V2/2/202335注意：工作中不使用VCO時，一般都通過一個0.01μF的電容接地(交流接地），以旁路高頻干擾。

當VCO懸空時，VR1=2/3Vcc,VR2=1/3Vcc比較器C1輸出vC1=0,比較器C2輸出vC2=1，SR鎖存器置0，TD導通，同時vO為低電平。01010比較器C1輸出vC1=1,比較器C2輸出vC2=1，SR鎖存發(fā)器狀態(tài)保持不變，TD和vO均保持不變。11比較器C1輸出vC1=1,比較器C2輸出vC2=0，SR鎖存器置1，TD截止，同時vO為高電平。10101比較器C1輸出vC1=0,比較器C2輸出vC2=0，SR鎖存器違反約束條件，輸出為1，TD截止。00101★2/2/202336由電路框圖和功能表可以得出如下結論：1．555定時器有兩個閾值電壓，分別是和。2．輸出端3腳和放電端7腳的狀態(tài)一致，輸出低電平對應放電管飽和，在7腳外接有上拉電阻時，7腳為低電平。輸出高電平對應放電管截止，在有上拉電阻時，7腳為高電平。

3.輸出端狀態(tài)的改變有滯回現(xiàn)象，回差電壓為。

2/2/202337§10.5.2555定時器接成施密特觸發(fā)器二六搭一2/2/2023388462153Vcc交流接地VT-VT+回差電壓:2/2/2023392/2/202340VT+=VCOVT-=1/2VCO回差電壓:★2/2/202341§10.5.3555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器七六搭一，上R下C

2/2/202342vI下降沿到達,vO輸出高電平，TD截止，VCC經(jīng)R向C充電，當vC=2/3VCC時，觸發(fā)器翻轉，vO輸出低電平，TD導通，電容C經(jīng)TD迅速放電。vI下一個下降沿到達,重復上述過程。0011000102/2/202343特性：這個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負脈沖觸發(fā)的。穩(wěn)態(tài)時，這個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出低電平。暫穩(wěn)態(tài)時，這個觸發(fā)器輸出高電平。該電路輸出脈沖寬度為tw＝1.1RC

。2/2/202344§10.5.4555定時器接成多諧振蕩器充電時間：放電時間：振蕩周期：T=0.69(R1+2