脈沖產(chǎn)生與整形電路演示文稿當(dāng)前1頁，總共45頁。脈沖產(chǎn)生與整形電路當(dāng)前2頁，總共45頁。6.1概述一、脈沖信號(hào)脈沖是脈動(dòng)和短促的意思，凡是具有不連續(xù)波形的信號(hào)均可稱為脈沖信號(hào)。廣義講，各種非正弦信號(hào)都是脈沖信號(hào)。(a)矩形波(b)方波(c)尖脈沖(d)鋸齒波當(dāng)前3頁，總共45頁。6.1概述在數(shù)字系統(tǒng)中常常需要用到各種幅度、寬度以及具有陡峭邊沿的矩形脈沖信號(hào)，如觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖（CP）。獲取這些脈沖信號(hào)的方法通常有兩種：①脈沖產(chǎn)生電路直接產(chǎn)生；②利用已有的周期信號(hào)整形、變換得到。脈沖整形、變換電路——單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器施密特觸發(fā)器；脈沖產(chǎn)生電路——多諧振蕩器；多用途的定時(shí)電路——555定時(shí)器。當(dāng)前4頁，總共45頁。6.1概述二、脈沖信號(hào)的參數(shù)trtftWT0.9Um0.5Um0.1UmUm矩形脈沖信號(hào)的主要參數(shù)脈沖幅度脈沖周期脈沖寬度上升時(shí)間下降時(shí)間占空比D－－脈沖寬度與脈沖周期的比值，D＝tW/T。當(dāng)前5頁，總共45頁。6.1概述三、脈沖產(chǎn)生電路的暫態(tài)分析脈沖波形產(chǎn)生與整形電路多是由RC充放電電路構(gòu)成的。①開關(guān)閉合的一瞬間，電容器上電壓不能突變，滿足開關(guān)定理UC(0+)=UC(0-)。②充電暫態(tài)過程結(jié)束后，流過電容器的電流iC(∞)為0，即電容器相當(dāng)于開路。tMU(t)UTtU(∞)0U(0+)CCCUC(t)SUCR當(dāng)前6頁，總共45頁。④令uC(tW)=UT，則從暫態(tài)過程的起始值UC(0+)變到UT所經(jīng)歷的時(shí)間tW（脈沖寬度）可用下式計(jì)算：③電路的時(shí)間常數(shù)τ=RC，τ決定了暫態(tài)時(shí)間的長(zhǎng)短。根據(jù)三要素公式，可以得到電壓隨時(shí)間變化的方程為6.1概述tWU(t)UTtU(∞)0U(0+)CCC當(dāng)前7頁，總共45頁。一、555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)6.2555定時(shí)器555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字—模擬混合集成電路，可以方便地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器。

雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后數(shù)碼為555，CMOS型產(chǎn)品型號(hào)最后數(shù)碼為7555。其功能和外部引腳排列完全相同。TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu12348765地2oRDUCC放電端6UCO555uuu當(dāng)前8頁，總共45頁。6.2555定時(shí)器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu1.分壓器電壓控制端①5腳懸空時(shí)，，；②5腳外接控制電壓UCO時(shí)，。注：當(dāng)5腳不加控制電壓時(shí)，通常經(jīng)過一個(gè)0.01μF的電容接地，以抑制干擾。當(dāng)前9頁，總共45頁。6.2555定時(shí)器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu2.電壓比較器U+≥U-時(shí)，Ci＝1；U+＜U-時(shí)，Ci＝0。

閾值輸入端觸發(fā)輸入端3.基本RS觸發(fā)器RSQn+100不定01010111Qn異步清零端當(dāng)前10頁，總共45頁。6.2555定時(shí)器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu4.放電三極管VT是一個(gè)集電極開路的放電三極管。當(dāng)uO＝0時(shí)，VT導(dǎo)通；當(dāng)uO＝1時(shí)，VT截止。

當(dāng)前11頁，總共45頁。二、555定時(shí)器的功能6.2555定時(shí)器TR＋－C1UR15k5k＋－C25kUR2&&&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放電端uu5腳不外接控制電壓。定時(shí)器的主要功能取決于兩個(gè)比較器輸出對(duì)RS觸發(fā)器和放電管VT狀態(tài)的控制。當(dāng)前12頁，總共45頁。6.2555定時(shí)器不變不變1導(dǎo)通01截止11導(dǎo)通0××0VTuOu2u6輸出輸入555定時(shí)器功能表5腳不接控制電壓，則，。當(dāng)前13頁，總共45頁。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種常用的脈沖整形電路，簡(jiǎn)稱單穩(wěn)。由外界觸發(fā)自動(dòng)返回穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)恢復(fù)期工作特性：①它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)；②在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間以后，電路能自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)；③暫穩(wěn)態(tài)不能長(zhǎng)久保持，其維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路自身參數(shù)，與外界觸發(fā)脈沖無關(guān)。當(dāng)前14頁，總共45頁。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器≥11VDDCdRdRCvdvo1vovi2當(dāng)前15頁，總共45頁。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器二、555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器48762315uCCuouIRUCC0.01μF5555腳經(jīng)過0.01μF電容接地，則，。當(dāng)前16頁，總共45頁。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.工作原理①穩(wěn)態(tài)：

無觸發(fā)信號(hào)時(shí)，uI為高電平。電容先充電后放電，當(dāng)uC＝0時(shí)，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)：uO＝0。當(dāng)前17頁，總共45頁。②暫穩(wěn)態(tài)：u2觸發(fā)脈沖下降沿到達(dá)時(shí)（），電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，uO＝1。當(dāng)時(shí)，uO＝0，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.工作原理當(dāng)前18頁，總共45頁。③恢復(fù)期：

VT導(dǎo)通，電容C迅速放電，直到使uC≈0，電路又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.工作原理當(dāng)前19頁，總共45頁。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器TuI13UCC0uo0tWTWuC023UCCtttUCC48762315uCCuouIRUCC0.01μF555波形圖電路對(duì)輸入觸發(fā)脈沖的寬度有一定要求，它必須小于tW。若輸入觸發(fā)脈沖寬度大于tW時(shí)，應(yīng)在u2輸入端加入微分電路。當(dāng)前20頁，總共45頁。因此可得6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2.輸出脈沖寬度tW

輸出脈沖寬度tW是暫穩(wěn)態(tài)的停留時(shí)間，即電容C的電壓從0充電到所需的時(shí)間。根據(jù)電容C的充電過程可知：上式說明：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度tW僅決定于定時(shí)元件R、C的取值，且成正比關(guān)系，而與輸入觸發(fā)信號(hào)和電源電壓無關(guān)，因此調(diào)節(jié)R、C的大小，即可方便地改變tW。矩形脈沖的周期與輸入的觸發(fā)信號(hào)周期相同。當(dāng)前21頁，總共45頁。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1.脈沖整形IutWOu單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把輸入的不規(guī)則脈沖信號(hào)uI，整形為具有一定幅度和一定寬度的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖uO。uO的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度tW決定于定時(shí)元件R和C。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的整形波形當(dāng)前22頁，總共45頁。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2.脈沖延時(shí)脈沖延時(shí)電路一般要用兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器完成。延時(shí)時(shí)間為tW1，它決定于第一級(jí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時(shí)元件R和C。11uIu0（tW1）（tW2）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的延時(shí)波形當(dāng)前23頁，總共45頁。6.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3.定時(shí)由于單穩(wěn)觸發(fā)器可產(chǎn)生寬度為tW的矩形脈沖，利用這個(gè)矩形脈沖去控制某電路使它在tW的時(shí)間內(nèi)動(dòng)作或不動(dòng)作，這就是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時(shí)作用。定時(shí)時(shí)間為tW，可通過調(diào)節(jié)定時(shí)元件R和C來調(diào)節(jié)定時(shí)時(shí)間。1&uIOuuO單穩(wěn)與門uFtWuIuOuFOu單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時(shí)波形當(dāng)前24頁，總共45頁。6.4施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是又一種常用的脈沖信號(hào)整形電路。工作特性：①具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)；②屬于電平觸發(fā)，緩慢變化的信號(hào)也可以作為輸入信號(hào)，當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到某一特定值時(shí)，輸出電平就發(fā)生突變；③輸入信號(hào)從低電平上升時(shí)，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電平，與輸入信號(hào)從高電平下降時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同。uo0U－U+uI電壓傳輸特性①輸入信號(hào)上升時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換電平U+

，稱為正向閾值電壓；②輸入信號(hào)下降時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換電平U－

，稱為負(fù)向閾值電壓；③差值ΔU＝U+－U-，稱為回差電壓。當(dāng)前25頁，總共45頁。6.4施密特觸發(fā)器一、門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1R1vo1vi1viR2vo1vivo1vovOHvOLvOLvOHv+v-當(dāng)前26頁，總共45頁。反向輸出施密特觸發(fā)器6.4施密特觸發(fā)器二、555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號(hào)846210.01μF3UCCuIuo5555當(dāng)前27頁，總共45頁。uot00uI13UCC23UCCtU--U+uOHuOL2.工作原理6.4施密特觸發(fā)器5腳經(jīng)過0.01μF電容接地，則，。當(dāng)前28頁，總共45頁。uot00uI13UCC23UCCtU--U+uOHuOL2.工作原理6.4施密特觸發(fā)器(1)上升過程：①時(shí)，uO＝1；②時(shí)，uO保持不變；③時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝0。當(dāng)前29頁，總共45頁。uot00uI13UCC23UCCtU--U+uOHuOL2.工作原理6.4施密特觸發(fā)器(2)下降過程：①時(shí)，uO＝0；②時(shí)，uO保持不變；③時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝1。當(dāng)前30頁，總共45頁。綜之：①當(dāng)5腳不接控制電壓時(shí)，②當(dāng)5腳接控制電壓UCO時(shí)，比較電壓變?yōu)閁CO和（1/2）UCO，

uot00uI13UCC23UCCtU--U+uOHuOL2.工作原理6.4施密特觸發(fā)器當(dāng)前31頁，總共45頁。6.4施密特觸發(fā)器三、施密特觸發(fā)器的應(yīng)用1.波形變換施密特觸發(fā)器可以將邊沿變化緩慢的周期性信號(hào)變換成邊沿陡峭的矩形脈沖信號(hào)。當(dāng)前32頁，總共45頁。6.4施密特觸發(fā)器2.波形整形施密特觸發(fā)器可以將不規(guī)則的波形整形為矩形波。若適當(dāng)增大回差電壓，可提高電路的抗干擾能力?；夭铍妷菏怯?腳接入的控制電壓UCO來控制的。uot0uot0uIt0U+U－U－'(a)(b)(c)當(dāng)前33頁，總共45頁。從一系列幅度不同的脈沖信號(hào)中選出幅度大于正向閾值電壓U+的輸入脈沖，即對(duì)幅度進(jìn)行鑒別。6.4施密特觸發(fā)器3.幅度鑒別uIU+U-t0uo0t同向輸出施密特觸發(fā)器當(dāng)前34頁，總共45頁。6.4施密特觸發(fā)器4.構(gòu)成多諧振蕩器工作原理：電容上初始電壓為零，即uI＝0，則uO＝1，并經(jīng)R向C充電，當(dāng)充至uI＝U+時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝0。電容C又經(jīng)R進(jìn)行放電，當(dāng)放電至uI＝U-時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝1。當(dāng)前35頁，總共45頁。6.5多諧振蕩器多諧振蕩器是一種常用的脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路。工作特性：①無穩(wěn)態(tài)，具有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)；②自激振蕩器－－在接通電源后，不需外加觸發(fā)信號(hào)，便能自動(dòng)產(chǎn)生矩形脈沖；③矩形波中除基波外，還含有豐富的高次諧波－－故稱為多諧振蕩器。自動(dòng)觸發(fā)自動(dòng)返回暫穩(wěn)態(tài)0暫穩(wěn)態(tài)1暫穩(wěn)態(tài)0當(dāng)前36頁，總共45頁。6.5多諧振蕩器一、門電路構(gòu)成的多諧振蕩器1vo1RCvivo1當(dāng)前37頁，總共45頁。6.5多諧振蕩器二、555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器1.電路結(jié)構(gòu)48762315CUCCR1R2555uo0.01μFuC當(dāng)前38頁，總共45頁。6.5多諧振蕩器uC13UCCuo0T123UCCttUCCT202.工作原理接通電源后，電容C來不及充電，uc＝0，則uO＝1(第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài))，VT截止。這時(shí)Ucc經(jīng)R1和R2向C充電，當(dāng)充至uc＝2/3Ucc時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝0(第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài))，VT導(dǎo)通；這時(shí)電容C經(jīng)R2和VT放電，當(dāng)降至uc＝1/3Ucc時(shí)，輸出翻轉(zhuǎn)uO＝1。當(dāng)前39頁，總共45頁。6.5多諧振蕩器3.參數(shù)的估算①電容充電時(shí)間T1：②電容放電時(shí)間T2：③電路振蕩周期T：uC13UCCuo0T123UCCttUCCT20T當(dāng)前40頁，總共45頁。④電路振蕩頻率f：通過改變R、C的參數(shù)可改變振蕩周期和振蕩頻率。⑤輸出波形占空比D：6.5多諧振蕩器若R2>>R1，則D≈1/2，即輸出為對(duì)稱方波。（D≥50％）當(dāng)前41頁，總共45頁。6.5多諧振蕩器4.改進(jìn)電路－－占空比可調(diào)的多諧振蕩器利用二極管的單向?qū)щ娦?，把電容C充電和放電回路隔離開來，再加上一個(gè)可調(diào)電位器RW，便可構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器。①電容充電時(shí)間T1：T1＝0.7R1C②電容放電時(shí)間T2：

T2＝0.7R2C④輸出波形占空比D：③電路振蕩周期T：

T＝T1+T2＝0.7(R1+R2)C若R1=R2，則D=50%。847623UCCR1R2555RWuo0.01μFCVD2VD151當(dāng)前42頁，總共45頁。6.5多諧振蕩器5.555定時(shí)器構(gòu)成的振蕩器應(yīng)用實(shí)例－－模擬聲響發(fā)生器將振蕩器A的輸出電壓uo1