第7章 脉冲波形的产生与整形

第7章 脉冲波形的产生与整形 本章要点本章主要介绍脉冲的 产生、变换和整形电路，实 现这些功能的单元电路主要 有施密特触发电路、单稳态 触发电路和多谐振荡器电路 等。本章重点介绍最常用的 555定时器工作原理及其所 构成的施密特触发电路、单 稳态触发电路及多谐振荡器 的电路。vIVTHVTL0

vI

1

vo

v00

t

t

脉冲鉴幅

7.1 概述脉冲信号 ：凡是不具有连续正弦波形状的信号，通称为脉 冲信号。 vo vot0 (a) 尖脉冲 0 (b) 矩形脉冲

t

vo

vo

t0 (c) 梯形脉冲 0 (d) 三角波脉冲

t

vo

vo

0 (e) 钟形脉冲

t

0 (f) 阶梯形脉冲

t

常见的脉冲信号波形

数字电路最常用的脉冲信号就是矩形脉冲。例如时钟信号 (CLK)就是一种典型的矩形波信号，它在时序电路中协调各种功 tr tf 能部件的工作。描述矩形脉冲信 号的参数：0.9Vm 0.5Vm 0.1Vm Vm

①脉冲周期T:周期性重复的脉 tw 冲序列中，两个相邻脉冲之间 T 的时间间隔。 矩形脉冲信号 ②脉冲频率f:单位时间内的脉冲重 复次数 。 ③脉冲幅值Vm :脉冲电压变化的最大幅度 。 ④脉冲宽度tw :从脉冲前沿到达0.5Vm起，到脉冲后沿 到达0.5Vm为止的一段时间 。

⑤上升时间tr :脉冲上升沿从 0.1Vm上升到0.9Vm所需要的 时间。

tr 0.9Vm 0.5Vm 0.1Vm tw T

tf

Vm

⑥下降时间tf :脉冲下降沿从 0.9Vm下降到0.1Vm所需要时间 。

⑦占空比q :脉冲宽度与脉冲周期 的比值，即 q= tw / T。

获得脉冲信号的方法通常有两种：一种方法是利用 多谐振荡器直接产生所需的脉冲信号；另一种方法是通 过脉冲整形电路变换成所需的脉冲信号。

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Proteus ISIS程序d的用户界面

7.2 555定时器555定时器是一种兼容模拟和数字电路于同一硅片的混合中规模集成电 路。国外典型的产品型号有NE555 、LM555 、XR555 、CA555 、RC555、 LC555等，国内产品型号有CB555、SL555、FX555、FD555等。

7.2.1 555定时器的电路结构Vcc 85 K + -

RD 4

GND

1 2 3 4

8

TROUTPUT

CB555

7 6 5

RD

VCC DIS TH CO

Vco (CO )

VR1

vI 1

5 6

C1

vC1

&Q G1

(TH )

5 K

vI 2(TR )

2VR 2

+ -

C2

vC 2

& Q G2

& G3

1 G4

3 (OUTPUT )

vo

管脚图

5 K

vo(DIS )

7

TD

1 (GND )

内部电路

Vcc 8 Vco (CO )VR15 K + -

RD 4

vI 1

5 6

C1

vC1

&Q G1

8 7 6&

4 CB555 3

(TH )

5 K

vI 2(TR )

2VR 2

+ -

C2

vC 2

& Q G2

1 G4

(OUTPUT )

3

vo

2 1 5

G3

5 K

vo(DIS )

7

TD

1 (GND )

逻辑符号

555定时

器组成： ①电压比较器 C1和C2是两个结构完全相同的高精度电压比较器。 当比较器的V+>V- 时，其输出为高电平；反之，当 V+<V- 时，其输出为低电平。

Vcc

RD 4+ -

②分压器 由3个阻值为5kΩ的电阻串 联构成分压器，C1和C2提供参 考电压VR1和VR2。当5脚不外接 电压时，为2 VR1 = VCC 3 VR 2 1 = VCC 3

8 Vco (CO )VR15 K

vI 1

5 6

C1

vC1

&Q G1

(TH )

5 K

vI 2(TR )

2VR 2

+ -

C2

vC 2

& Q G2

& G3

1 G4

(OUTPUT )

3

vo

5 K

vo(DIS )

7

TD

为

若引脚5外接固定电压VDD时，(GND)1VR1 = VDD

VR 2

1 = VDD 2

注意：当引脚5不加控制电压时，一般不可悬空， 可通过一个小电容(如0.01μF~0.1μF)接地， 以防止旁路高频干扰。

(3)SR锁存器 由与非门Gl和G2构成SR锁存 器，它的状态由两个电压比较器 的输出来控制。其中，RD是专门 设置的可从外部直接异步置0复 位端，低电平有效。 (4)泄放三极管 三极管TD是集电极开路输出 三极管，为外接电容提供充、放 电回路，称为泄放三极管。G3门 输出1时TD导通；反之TD截止。

Vcc 8 Vco (CO )VR15 K + -

RD 4

vI 1

5 6

C1

vC1

&Q G1

(TH )

5 K

vI 2(TR )

2VR 2

+ -

C2

vC 2

& Q G2

& G3

1 G4

(OUTPUT )

3

vo

5 K

vo(DIS )

7

TD

1 (GND )

(5)反相器 反相器G4为输出缓冲反相器，提高带负载能力； 同时还可隔离负载对定时器的影响，起整形作用。

7.2.2 555定时器的管脚用途及工作原理Vcc RD 4+ -

各管脚功能 ： 1-接地端，GND;Vco (CO )VR1

85 K

vI 1

5 6

C1

vC1

&Q G1

2-低电平触发端，TR;3-输出端，OUTPUT,输 出电 流可达200mA; 4-复位端，RD; 5-压控端，CO; 6-高电平触发端，TH; 7-放电端，DIS;

(TH )

5 K

vI 2(TR )

2VR 2

+ -

C2

vC 2

& Q G2

& G3

1 G4

(OUTPUT )

3

vo

5 K

vo(DIS )

7

TD

1 (GND )

8-电源端，VCC,范围为4.5~18V;

Vcc 8 Vco (CO )VR15 K + -

RD

输4

入

输 出

RDC1

vI 1×2 VCC 3 2 VCC 3 2 VCC 3 2 VCC 3

vI 2×1 VCC 3 1 VCC 3 1 VCC 3 1 VCC 3

vo低 低 不变 高 高

TD导通 导通 不变 截止 截止

vI 1

5 6

vC1

&Q G1

0 1& 1 G4 3 (OUT )

(TH )

5 K

vI 2(TR )

2 VR 2

+ -

C2

vC 2

& Q G2

vo

1 1 1

G3

5 K

vo(DIS )

7

TD

1 (GND )

功能表

工作原理 ： 当RD为高电平时 ①当vI1>VR1且vI2>VR2时，C1的输出”0”,C2的输出”1”, SR锁存器Q = 0,TD导通，输出为低电平；

Vcc 8 Vco (CO )VR15 K + -

RD 4

输&Q G1

入

输 出

vI 1

5 6

C1

vC1

RD0 1 &

vI 1×2 VCC 3 2 VCC 3 2 VCC 3 2 VCC 3

vI 2×1 VCC 3 1 VCC 3 1 VCC 3 1 VCC 3

vo低 低 不变 高 高

TD导通 导通 不变 截止 截止

(TH )

5 K

vI 2(TR )

2VR 2

+ -

C2

vC 2

& Q G2

1

G3

3 (OUT ) G4

vo

1 1 1

5 K

vo(DIS )

7

TD

1 (GND )

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