脉冲波形的产生与变换课件.ppt

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1、第五章脉冲波形的产生与变换5.1概述5.2集成555定时器5.3单稳态触发器5.4多谐振荡器5.5施密特触发器5．1概述在数字系统中，经常需要用到有一定宽度和幅度的各种不同频率的时钟脉冲信号，且该时钟脉冲信号的上升沿、下降沿越陡峭越好，即脉冲信号越理想越好。获得矩形脉冲的方法通常有两种：一种是由脉冲振荡器直接产生；另一种是利用整形电路，将一个已有的不符合要求的波形通过整形变换成为矩形脉冲。脉冲振荡器常用电路有多谐振荡器等；脉冲整形电路主要有单稳态触发器及施密特触发器。5.1.1常见的几种脉冲信号波形一切具有突变部分的周期性或非周期性的电流或电压波形统称为脉冲。脉冲是指在短暂的

2、时间内作用于电路的电压或电流，即电压脉冲或电流脉冲。从广义来说，我们把各种非正弦信号统称为脉冲信号。常见的脉冲信号波形，如图5—1所示图5—1常见的脉冲信号波形(a)矩形脉冲(b)钟形波(c)方波(d)锯齿波(e)尖脉冲(f)阶梯波5.1.2矩形脉冲波形参数由于脉冲波形是各种各样的，所以，用以描述各种不同脉冲波形特征的参数申不一样。例如用描述矩形脉冲的参数就和锯齿波的参数不一样。所以，我们仅以矩形脉冲为例，介绍脉冲波形的参数。图5—2所示，为实际的矩形脉冲波形，用以下几个主要参数表示.图5—2矩形脉冲的主要参数1．脉冲幅度Vm——脉冲电压的最大变化幅度。2．脉冲宽度twm—一

3、脉冲波形前、后沿0.5Vm处的时间间隔3．上升时间tr—一脉冲前沿0．1Vm上升到0.9Vm所需要的时间。4.下降时间tf——脉冲后沿从0．9Vm下降到0.1Vm所需要的时间。5．脉冲周期T——在周期性连续脉冲中，两个相邻脉冲间的时间间隔。有时也用重复频率f=1/T表示单位时间内脉冲重复的次数。5.1.3最简单的脉冲波形变换电路——微分电路和积分电路1．微分电路微分电路可以将输入矩形脉冲的跳变部分选择出来，形成一对正负尖脉冲。因此，微分电路是——个最简单的波形变换电路，它可将矩形脉冲变换为一对正负尖脉冲。微分电路的形式就是一个RC串联电路，输出电压为电阻R两端的电压。如图

4、5—3(a)所示。(a)电路原理图(b)工作波形图图5—3微分电路组成微分电路的条件是：电路的时间常数，形脉冲宽度细小得多。即必须满足RC＜＜tw。在实际电路中，一般取RC＜tw则，输出电压即电路的输出电压与输入电压近似成微分关系，所以称之为微分电路。图5—3(b)是微分电路的工作波形图。值得提出的是：当RC>>tw时，输出电压v0与输入电压vI的波形近似相同，此时的RC电路是耦合电路，而不是微分电路。2．积分电路积分电路可以将输入的矩形脉冲变换为锯齿波。所以，积分电路也是—个最简单的波形变换电路。图5—4(a)所示为积分电路。与微分电路相比较，只是R和C的位置对调了，输出电

5、压为电容两端的电压。积分电路必须满足RC>>tw。当电路满足条件RC>>tw时有(a)电路原理图(b)工作波形图图5—4积分电路电路输出电压v0与输入电压vi近似成积分关系，因此，这种RC电路称为积分电路。图5—4(b)是积分电路的工作波形图。5.2集成555定时器555集成定时器产生于70年代初，它是一种中规模定时器，又称时基（Timebase）电路。它广泛应用于波形的产生与变换、测量与控制、家用电器及电子玩具等各领域。我国先后生产了双极性定时器、CMOS定时器。两者电路结构基本相同，功能一致。下面以5G555（双极性定时器）为例简要介绍其组成及功能。5G555时基电路简化

6、原理图及外引线排列图分别如图5—5（a）、（b）所示。5G555时基电路简化原理图表(b)5G555时基电路外引线排列图图5—55G555时基电路555定时器含有两个电压比较器A和B、一个由“与非”门组成的基本RS触发器、一个放电晶体管VT以及由三个R=5kΩ的电阻组成的分压器。比较器A的参考电压为Vcc，加在同相输入端；B的参考电压为Vcc，加在反相输入端。两者均由分压器上取得。各外引线端的功能是：1脚为接地端。2脚为低电平触发端，由此输入触发脉冲。当2脚的输入电压高于Vcc时，B的输出为“1”；当输入电压低于Vcc时，B的输出为“0”，使基本RS触发器置“1”。3脚为输出

7、端，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、扬声器、指示灯等。输出高电压比电源电压Vcc约低1～3V。4脚为复位端，由此输入负脉冲而使触发器直接置“0”复位。5脚为电压控制端，在此端可外加一电压以改变比较器的参考电压。不用时，经0.01μF的电容接“地”，以防止干扰的引入。6脚为高电平触发端，由此输入触发脉冲。当输入电压低于Vcc时，A的输出为“1”，当输入电压高于Vcc时，A的输出为“0”使基本RS触发器置“0”。7脚为放电端，当触发器的端为“1”时，放电晶体管T导通，外接电容元件通