信息與通信第9章脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形0.1A0.9AtrtfT/2A0.5Atw脈沖幅度A脈沖上升沿tr脈沖下降沿tf脈沖寬度tw脈沖周期Tf一、脈沖信號(hào)脈沖是一種躍變信號(hào)，并且持續(xù)時(shí)間短暫。最常用的是矩形波。參數(shù)：負(fù)脈沖：占空比q=tw/T

數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點(diǎn)之一是：它的工作信號(hào)是離散的脈沖信號(hào)。最常用的脈沖信號(hào)是方波(矩形波)。如何產(chǎn)生方波以及對(duì)不理想的方波如何整形，是本章討論的重點(diǎn)。§9.1概述二、獲取脈沖的方法1.直接產(chǎn)生——脈沖的產(chǎn)生電路2.利用已有信號(hào)變換獲得——整形電路三、各種電路介紹1.多諧振蕩器——能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。特點(diǎn)：電路沒(méi)有穩(wěn)定狀，但它有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間自動(dòng)地來(lái)回跳變，輸出矩形波。0tuo2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器——有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)；在觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時(shí)間后，自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)3.施密特觸發(fā)器——具有回差電壓特性，能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。當(dāng)輸入電壓由大到小和由小到大時(shí)，輸出電壓發(fā)生躍變所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值VT+和VT-不同，稱(chēng)為滯回特性。uOui傳輸曲線VT-VT+VT+-VT-稱(chēng)為回差1uiuO施密特觸發(fā)器的邏輯符號(hào)：特點(diǎn)：有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)ui>VT+時(shí)，輸出為一穩(wěn)定值ui<VT-時(shí)，輸出為另一穩(wěn)定值回差電壓：ΔU=VT+-VT-555定時(shí)器（時(shí)基電路）是一種用途廣泛的模擬數(shù)字混合集成電路。1972年由西格尼蒂克斯公司（Signetics）研制；設(shè)計(jì)新穎、構(gòu)思奇巧，備受電子專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員和電子愛(ài)好者青睞；它可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和壓控振蕩器等多種應(yīng)用電路?！?.5

集成555定時(shí)器兩大類(lèi)：雙極型：555CMOS：7555

典型的雙列直插式封裝一、555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成：（2）兩個(gè)電壓比較器C1和C2。（3）基本RS觸發(fā)器，（4）放電三極管T(5)輸出緩沖器（非門(mén)）（1）三個(gè)5k電阻組成的分壓器。RSQQ--++C1C2THCOTRDTuoRD87645321RRR1R48162357555電路符號(hào)二、各管腳的作用低電平觸發(fā)端高電平觸發(fā)端電壓控制端復(fù)位端低電平有效放電端電源端4.5～16V輸出端接地端001RD=0時(shí)，Q=0，uo=0，T導(dǎo)通。正常工作時(shí)，應(yīng)將其接高電平。當(dāng)其懸空時(shí)，比較器C1和C2的比較電壓分別為2/3VCC

和1/3VCC2腳，6腳為輸入端，兩端的電位高低控制比較器C1和C2的輸出，從而控制RS觸發(fā)器，決定輸出狀態(tài)。RSQQ--++C1C2THCOTRDTuoRD87645321RRR1RVCCUR1UR2UTH>2/3VCC,R=0UTR>1/3VCC,S=1Q=0,Uo為低電平,T導(dǎo)通。參考電壓：

UR1=U+1=2/3VCCUR2=U–2=1/3VCC＞VCC/3＞2VCC/300110RSQQ--++C1C2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR1RUR1UR2參考電壓：

UR1=U+1=2/3VCCUR2=U–2=1/3VCC

UTH<2/3VCC,R=1

UTR>1/3VCC,S=1

Uo保持原狀態(tài)，T保持原狀態(tài)。＜2VCC/3＞VCC/310110101RSQQ--++C1C2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR1RUR1UR2＜2VCC/3＜VCC/311001參考電壓：

UR1=U+1=2/3VCCUR2=U–2=1/3VCCUTH<2/3VCC,R=1UTR<1/3VCC,S=0Q=1,Uo為高電平,T截止。RSQQ--++C1C2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR1R48162357555DTHTR電路符號(hào)RSQQ--++C1C2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR1R

48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC1.

電路組成外接電阻R1,R2,C

設(shè)電容C原先未充電,故TH=TR<VCC/3,此時(shí)uo

=1,555內(nèi)的晶體管T截止,電源通過(guò)R1

和R2

對(duì)電容C

充電。

在uC

沒(méi)有充電到2VCC/3之前,uo

保持

1

不變。2.工作原理uC一旦充至2VCC/3，則TH=TR=2VCC

/3、uo由1翻轉(zhuǎn)為

0

。同時(shí)555內(nèi)的晶體管T導(dǎo)通,電容C經(jīng)R2

、T放電,一直至VCC

/3，使得uo

回到1,三、用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器RSQQ--++C1C2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR1R進(jìn)入循環(huán)

...0uctuo0t2/3VCC1/3VCC3.輸出波形48162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC4.

振蕩頻率的估算（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TT=t1+t2=0.7(R1+2R2)C（5）輸出波形占空比q（4）電路振蕩頻率fTt1t20uctuo0t2/3VCC1/3VCC調(diào)解R1，R2，C可輸出多種頻率的矩形脈沖48162357R1C555uoVCCR21R28S8S1簡(jiǎn)易電子琴電路圖

簡(jiǎn)易電子琴就是通過(guò)改變R2

的阻值來(lái)改變輸出方波的周期,使外接的喇叭發(fā)出不同的音調(diào)。5.應(yīng)用C1R1uo184736555Ⅰ2510.01μFuo1VCCR2(a)

電路(b)工作波形C2R3uo284736555Ⅱ2510.01μFuo2R4C模擬聲響電路將振蕩器Ⅰ的輸出電壓uo1，接到振蕩器Ⅱ中555定時(shí)器的復(fù)位端（4腳），當(dāng)uo1為高電平時(shí)振蕩器Ⅱ振蕩，為低電平時(shí)555定時(shí)器復(fù)位，振蕩器Ⅱ停止震蕩。（1）當(dāng)ui高電平時(shí)，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即uO=0，uC=0。

--------無(wú)觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí)電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)48162357uouiVCCRCDTHTR1.電路組成（2）當(dāng)ui下降沿到達(dá)時(shí)，uO由0跳變?yōu)?，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。2.工作原理RSQQ--++C1C2VCCTHCOTRDTuoRD87645321RRR1R四．用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器------ui下降沿觸發(fā)（3）暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間在暫穩(wěn)態(tài)期間，三極管T截止，VCC經(jīng)R向C充電。uC由0V開(kāi)始增大，在uC上升到2/3VCC之前，電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變。2Ou3CCOtVOtCuOitu（4）自動(dòng)返回時(shí)間——當(dāng)uC上升至2/3VCC時(shí)，uO變0，電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。（5）恢復(fù)過(guò)程——當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，C通過(guò)飽和導(dǎo)通的T放電，時(shí)間常數(shù)τ2=RCESC，由于RCES很小，所以放電很快。C放電完畢，恢復(fù)過(guò)程結(jié)束。48162357uouiVCCRCDTHTR3.輸出脈沖寬度twTtW小結(jié)48162357555DTHTRuoR1R2CuCVCC振蕩頻率多諧振蕩器輸出波形0uctuo0t2/3VCC1/3VCC（1）電容充電時(shí)間：（2）電容放電時(shí)間:48162357uouiVCCRCDTHTR輸出脈沖寬度tw單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器TtW輸出波形4．單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用(1).整形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號(hào)vI，整形成為幅度和寬度都相同的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖vO。vO的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度tW決定于暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。(2).觸摸定時(shí)控制開(kāi)關(guān)555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。只要用手觸摸一下金屬片P，由于人體感應(yīng)電壓相當(dāng)于在觸發(fā)輸入端（管腳2）加入一個(gè)負(fù)脈沖，555輸出端輸出高電平，燈泡（RL）發(fā)光，當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間（tW）結(jié)束時(shí)，555輸出端恢復(fù)低電平，燈泡熄滅。84762153555+VCCRLR100kC100μC10.01μ(+6V)P該觸摸開(kāi)關(guān)可用于夜間定時(shí)照明，定時(shí)時(shí)間可由RC參數(shù)調(diào)節(jié)。48162357uouiVCCTHTR1.

電路組成及工作原理uituot1/3VCC2/3VCC（1）當(dāng)ui＝0時(shí)，uo＝1。ui升高時(shí)，在未到達(dá)2VCC/3以前，uo＝1的狀態(tài)不會(huì)改變。

（2）

ui升高到2VCC/3時(shí)，uo=0。此后，ui上升到VCC，然后再降低，但在未到達(dá)VCC/3以前，uo＝0的狀態(tài)不會(huì)改變。

（3）ui下降到1VCC/3時(shí)，uo=1。此后，ui繼續(xù)下降到0，但uo＝1的狀態(tài)不會(huì)改變。五、用555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器2.

電壓滯回特性和主要參數(shù)（1）電壓滯回特性1/3VCCuoui0傳輸特性u(píng)OHuOL2/3VCCuituot1/3VCC2/3VCCVT+VT—ΔVTVT+VT—ΔVT（3）回差電壓ΔVT

ΔVT=VT+－VT—=1/3VCC（2）主要靜態(tài)參數(shù)（a）上限閾值電壓VT+uI上升過(guò)程中，輸出電壓uO由高電平uOH跳變到低電平uOL時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。

VT+=2/3VCC（b）下限閾值電壓VT—uI下降過(guò)程中，uO由低電平uOL跳變到高電平uOH時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值。

VT—=1/3VCC3．施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例1.用作接口電路——將緩慢變化的輸入信號(hào)，轉(zhuǎn)換成為符合TTL系統(tǒng)要求的脈沖波形。2.用作整形電路——把不規(guī)則的輸入信號(hào)整形成為矩形脈沖。輸入輸出VT+VT-3.用于脈沖鑒幅——從一系列幅度不同的脈沖信號(hào)中，選出那些幅度大于VT+的輸入脈沖。

1.

下圖是一個(gè)防盜報(bào)警器電路，A、B兩端被一個(gè)細(xì)導(dǎo)線連通，此細(xì)導(dǎo)線置于認(rèn)為盜竊者必經(jīng)之處，當(dāng)盜竊者闖入將導(dǎo)線碰斷后，揚(yáng)聲器即發(fā)出報(bào)警聲。（1）試問(wèn)555定時(shí)器接成何種電路？（2）說(shuō)明該報(bào)警器電路的工作原理。------可控多諧振蕩器課堂練習(xí)工作原理分析：當(dāng)電源開(kāi)關(guān)S閉合后，由于細(xì)導(dǎo)線使555定時(shí)器復(fù)位端管腳4處于低電平，清零有效，因此555定時(shí)器輸出為低電平，此時(shí)555內(nèi)部的T處于導(dǎo)通狀態(tài)，R2通過(guò)管腳7接電源負(fù)極，電容C上電壓近似于0，只要A、B兩端一直連接，多諧振蕩器停止振蕩，就不會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。當(dāng)有人碰斷細(xì)導(dǎo)線使A、B兩端斷開(kāi)時(shí)，555定時(shí)器復(fù)位輸入端通過(guò)R3接電源正極，使復(fù)位端處于無(wú)效狀態(tài)。電路作為多諧振蕩器工作，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。只有斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，才能停止報(bào)警。電路工作過(guò)程中RD、Uc、U0的波形如圖(b)所示。2、下圖是用兩個(gè)555定時(shí)器接成的開(kāi)機(jī)延時(shí)報(bào)警器。當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，經(jīng)過(guò)一定的延遲時(shí)間后揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。如果在延遲時(shí)間內(nèi)S重新閉合，揚(yáng)聲器不會(huì)發(fā)出聲音。在圖中給定的參數(shù)下，試求延遲時(shí)間的具體數(shù)值和揚(yáng)聲器發(fā)出聲音的頻率。設(shè)輸出的高、低電平分別為VOH≈12V，VOL≈0V。答案：圖中左邊一個(gè)555定時(shí)器接成了施密特觸發(fā)器，右邊一個(gè)555定時(shí)器接成了多諧振蕩器。當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后電容C充電，充至?xí)r反相器G1輸出高電平，多諧振蕩器開(kāi)始振蕩。故延遲時(shí)間為振蕩器的振蕩頻率，亦即揚(yáng)聲器發(fā)出聲音的頻率為3.555定時(shí)