数电：脉冲波形产生与整形课件.ppt

1、1、什么是脉冲波形？2、为什么要产生脉冲？4、如何产生脉冲以及对其进行整形？3、为什么要对脉冲波形进行整形？1、什么是脉冲？脉冲：电压脉冲：电压(V)或电流或电流(A)的的波形像心电图上的波形像心电图上的 脉搏跳动脉搏跳动的波形。的波形。在短时间内在短时间内突变突变，随后又，随后又迅速返回迅速返回其初始其初始值的物理量称之为脉冲。值的物理量称之为脉冲。2、为什么要产生脉冲？数字电路经常用到数字电路经常用到各种宽度和幅值的边各种宽度和幅值的边沿陡峭的沿陡峭的脉冲信号：脉冲信号：时钟信号、定时信号时钟信号、定时信号。最常用的脉冲信号是最常用的脉冲信号是方波或矩形波。方波或矩形波。3、为什么要对脉冲

2、波形进行整形？vItvOtVT+VT-VT+VT-vItvOtuiuotpvItvOtVT+VT-脉冲有各式各样的形状，有矩形、三角形、锯齿形、钟形、阶梯形和尖顶形的等等。描述矩形脉冲特性的主要参数1、脉冲幅度、脉冲幅度 Vm2、脉冲宽度、脉冲宽度 tw 3、上升时间、上升时间 tr 4、下降时间、下降时间 tf5、周期、周期 T 6、占空比、占空比 q4、如何产生脉冲以及对其进行整形？利用多谐振荡器产生脉冲。如何利用如何利用555555定时器定时器产生脉冲产生脉冲以及对不理以及对不理想的想的脉冲整形脉冲整形，是本章讨论的重点。，是本章讨论的重点。利用单稳态触发器和施密特触发器对脉冲进行整形。

3、脉冲电路分类脉冲电路分类：脉冲电路作用：脉冲电路作用：脉冲波形的脉冲波形的产生和整形产生和整形。脉冲电路构成：脉冲电路构成：开关电路开关电路 +RCRC电路电路破坏电路的稳态，破坏电路的稳态，产生暂态。产生暂态。控制暂稳态时控制暂稳态时间的长短间的长短。脉冲电路与数字电路的比较：脉冲电路与数字电路的比较：单稳态电路单稳态电路（单稳态触发器）（单稳态触发器）无稳态电路无稳态电路（多谐振荡器）（多谐振荡器）双稳态电路双稳态电路（施密特触发器）（施密特触发器）数字电路的信号波形也是一种脉冲波形。数字电路的信号波形也是一种脉冲波形。脉冲电路侧重脉冲电路侧重波形波形，数字电路侧重，数字电路侧重逻辑关系逻

4、辑关系。电容充放电知识复习：电容充放电知识复习：(1)(1)电容两端的电压不能突变电容两端的电压不能突变，VcVc（0 0）VcVc（0 0），电容充放电需要时间电容充放电需要时间，有过渡过程，其，有过渡过程，其时间长短只与时间长短只与 RCRC有关有关,工程上取工程上取33；（2 2）开始开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小，相当短路充放电（换路）瞬间，阻抗很小，相当短路；充放电结束充放电结束，电路处于稳态，电路处于稳态，C C支路电流为支路电流为0 0，阻抗很大，阻抗很大，相当开路；相当开路；（3 3）简单简单RCRC电路中，各处电路中，各处电压、电流均按指数规律变化电压、电流均按指数规律变化

5、；（4 4）在简单在简单RCRC电路中电路中)(tvC=)(vC-)(vC)0(vC+et)()()0()(lntvvvvtCCCC-=+或或RC 主要内容主要内容555定时器的工作原理、逻辑功能 及由555构成的脉冲电路。学习要求学习要求1 555定时器的原理和应用定时器的原理和应用 555定时器是定时器是将模拟电路和数字电路集将模拟电路和数字电路集成于一体成于一体的电子器件。它使用方便的电子器件。它使用方便,带负载带负载能力较强能力较强,目前得到了非常广泛的应用。目前得到了非常广泛的应用。555555定时器的定时器的优点优点：（1 1）定时的）定时的精度精度、工作的、工作的速度速度和和可靠

6、性可靠性都比较高；都比较高；（2 2）使用的）使用的电源电压范围宽电源电压范围宽，从，从4.5V-18V4.5V-18V，能和数，能和数字电路直接连接；字电路直接连接；（3 3）有）有一定的输出功率一定的输出功率，可以驱动微电机、指示灯、，可以驱动微电机、指示灯、扬声器等等；扬声器等等；（4 4）结构简单，使用灵活，用途广泛结构简单，使用灵活，用途广泛。1.1.管脚分布以及逻辑功能管脚分布以及逻辑功能2VCC/3VCC/3大于大于小于小于 保持保持保持保持1大于大于2VCC/3VCC/3大于大于10导通导通00导通导通2VCC/3VCC/3小于小于小于小于11截止截止阈值端阈值端触发端触发端T

7、H/TRRD晶体管晶体管TVo电压制控电压制控12345678 555VCCDTHCOGNDTRVo/RD电源电源阈值阈值地地触发触发输出输出复位复位放电放电一、一、555555定时器的电路结构和基本功能定时器的电路结构和基本功能 555555定时器的内部电路包括以下几部分定时器的内部电路包括以下几部分 :两个两个电压比较器电压比较器:C1C1、C2C2;一个一个基本基本RSRS 触发器触发器;一个一个晶体管晶体管T T；由三个相等电阻组成的由三个相等电阻组成的分压器分压器;一个一个反相器反相器等等。2.2.电路结构电路结构由三个相等电阻组成的分压器由三个相等电阻组成的分压器一个基本一个基本R

8、S 触发器触发器一个晶体管一个晶体管T一个反相器一个反相器两个电压比较器两个电压比较器:C1、C2vovo+-8 84 45 56 62 27 71 13 31 1R RR RR RRbRbD DQ QQ Q+Vcc+VccRD RD C1C1C2C2T T电压制控电压制控12345678 555VCCDTHCOGNDTRVo/RD电源电源阈值阈值地地触发触发输出输出复位复位放电放电低电平低电平触发端触发端高电平高电平触发端触发端电压电压控制端控制端复位端复位端电平有效电平有效放电端放电端4.54.518V18V输出端输出端地地vovo+-8 84 45 56 62 27 71 13 31 1

9、R RR RR RRbRbD DQ QQ Q+Vcc+VccRD RD C1C1C2C2T T电压制控电压制控12345678 555VCCDTHCOGNDTRVo/RD电源电源阈值阈值地地触发触发输出输出复位复位放电放电2.2.基本功能基本功能vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2TVcc32Vcc31 三个电阻构成的分压器给两个比较器提供三个电阻构成的分压器给两个比较器提供基准电压基准电压:Vcc32Vcc31当电压控制端当电压控制端5 CO不外接电源：不外接电源：当电压控制端当电压控制端5 CO接外置电源接外置电源Ecc：VR1VR2VR1=EccV

10、R2=Ecc/2VR1=VR2=电压制控电压制控12345678 555VCCDTHCOGNDTRVo/RD电源电源阈值阈值地地触发触发输出输出复位复位放电放电vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2T001导通,01时0)1(T ，VoQ：RD 0vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2T2/3VCC1/3 VCC00011。、，导通,00 1 1C201C 时 V31V ,V32V 1)2(CCTRCCTH T VoQQ：RD=vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2T2VCC/3V

11、CC/311010状态不变。不变不变、T VoQQ：,;1C211C 时 V31V ,V32V 1,RD(2)CCTRCCTH=2VCC/3VCC/310110截止。、T,1;0 1 0C211C 时 V31V ,V32V,1)2(CCTRCCTH VoQQ：RD=vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2T2VCC/3VCC/3大于大于小于小于 保持保持保持保持1大于大于2VCC/3VCC/3大于大于10导通导通00导通导通2VCC/3VCC/3小于小于小于小于11截止截止阈值端阈值端触发端触发端THTRRD晶体管晶体管Tvo综合以上的分析结果综合以上的分析

12、结果,便可得到便可得到 555的功能表的功能表(要求记住，会分析要求记住，会分析)12345678555VCCDTHCOGNDTRVo/RD电源电源阈值阈值地地触发触发输出输出复位复位放电放电 555定时器应用范围非常广泛，可构成多种电路定时器应用范围非常广泛，可构成多种电路形式，但最基本的电路为：形式，但最基本的电路为：单稳态触发器、多谐振单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器。荡器和施密特触发器。其它电路基本是这其它电路基本是这3种电路的种电路的变形。变形。二、二、555555定时器的基本应用定时器的基本应用1.1.单稳态触发器单稳态触发器2.2.多谐振荡器多谐振荡器3.3.施密特触发器施

13、密特触发器1 1、555555定时器做施密特触发器定时器做施密特触发器+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2vIVcc1 vo1Rvi8 46 7 5552 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO3Rvi8 46 7 5552 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO3施密特触发器施密特触发器的特点：的特点：（1 1）双稳态触发器，双稳态触发器，有两个稳定的状态；有两个稳定的状态；（2 2）电平触发电平触发电压达到某个值时电路状态翻转；电压达到某个值时电路状态翻转；（3 3）具有）具有滞后电压传输特性滞后电压传输特性回差特性回差特性 （两次翻转输入电平不同）；（两次翻转输入

14、电平不同）；Rvi8 46 7 5552 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO3 电路电路：2 2，6 6端连在一起作为信号输入端端连在一起作为信号输入端+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2vIVcc1 vo1V VI I1/3V2/3V2/3VCCCC时，时，C1C10 0，C2C21 1，V VO O=0=0构成集电构成集电极开路型极开路型输出端。输出端。Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制电压控制电压调节回差调节回差vivott00UT+UT2VCC/3VCC/3工作原理：工作原理：（a a）当）当V Vi i 0 0

15、时，由于比较器时，由于比较器 C C1 1=1=1、C C2 2=0=0，触发器置，触发器置 1 1，即，即Q Q1 1、0 0=Q Q，。升高时，在未到达升高时，在未到达 2V2Vcccc/3/3以前，以前，的状态不会改变。的状态不会改变。V VO O 1 1V Vi iV VO O 1 1V6=VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止UTHUTRV Vi i 0 0，满足，满足 ，故，

16、故 V VO O 1 1。12330V0Vi i 1/31/3 V VCCCC ，满足，满足 ，故，故 V VO O 1 1。31/31/3 V VCCCC VVi i 2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止123工作原理：工作原理：V Vi i 2/32/3 V VCCCC ，满足，满足 ，故，故 V VO O 0 0。2/32/3 V VCCCC VVi i V VCCCC ，满足，满足 ，故，故 V VO O 0 0。1/31/3 V

17、VCCCC VVi i 2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止123V Vi i 1/31/3 V VCCCC ，满足，满足 ，故，故 V VO O 1 1。30V0Vi i 2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持

18、保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 Vc2/3 VCCVCC。充电时间决充电时间决定于定于RCRC的大的大小小。V6=VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/30 10+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvIT T导通时，导通时，C C放电。放电。工作原理（续工作原理（续2）：）：VTHVCbTV VC C2/3V2/3VCCCC时，时，VoVo0 0，T T导导通，通，C C放电。放电。

19、V6=VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/30-11-0 101+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvIT T导通，导通，C C放电。放电。工作原理（续工作原理（续2）：）：VTHVCbTV6=VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1

20、/310-1 1012/3VCCtvi00vCt0vot 上电后进入稳态上电后进入稳态（V VI I1 1，Vc Vc=0=0，Vo Vo=0=0）vIvOVCCRCvC0.01uF12348765V6=VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC

21、1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0导通导通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/31/

22、3 VCC VCC1 1截止截止123T01当当VcVc降至降至V VCCCC /3/3时，使时，使得得 V Vo o回到回到 1 1 TT截止截止 电容电容C C 再充电再充电，进入循环进入循环 .3t2t3vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2vC0t0tvoVCC/32VCC/3t1t2t3原理原理)()()0()(lntvvvvtCCCC-=+VCC/32 VCC/3vOtW2tW1vcRCvOVCCR1CvC0.01uF12348765R2所需的时间：所需的时间：3 3/1 1V VCC3 3/2 2lnln2 2V VC CR Rt tCCCCw2w2=0.70.7R

23、 R2 2C C第一个暂稳态的脉冲宽度第一个暂稳态的脉冲宽度t tw1w1 ，VcVc从从V VCCCC/3/3充电上升到充电上升到2V2VCCCC/3/3所需的时间：所需的时间：第二个暂稳态的脉冲宽度第二个暂稳态的脉冲宽度t tw2w2 ，V Vc c从从2V2VCCCC/3/3放电下降到放电下降到 V VCCCC/3/33 3/2 23 3/1 1lnln)(2 21 1V VV VV VV VC CR RR Rt tCCCCCCCCCCCCCCCCw1w1-+=0.7(0.7(R R+R R)C C2 21 1-0 00 0占占 空空 比：比：q=tw1/T=(R2+R1)/(2R2+R

24、1)频频 率：率：f 1.43/1TR12R2)C(振荡周期振荡周期：Ttw1tw2 0.7(R12R2)CVCC/32 VCC/3vOtW2tW1vc思考：思考：R2和和R1确定后，占空比确定后，占空比q就确定了，如何得到就确定了，如何得到占空比可调的矩形波呢？占空比可调的矩形波呢？占占 空空 比：比：q=tw1/T=(R2+R1)/(2R2+R1)思考：思考：R2和和R1确定后，占空比确定后，占空比q就确定了，如何得到就确定了，如何得到占空比可调的矩形波呢？占空比可调的矩形波呢？PWM波波（Pulse Width Modulation）电路特点：电路特点：充放电电路各自独立。充放电电路各自

25、独立。充电回路：充电回路：tw1=RACln2放电回路：放电回路：tw2=RBCln2占空比：占空比：q=tw1/(tw1+tw2)=RA/(RA+RB)通过调节通过调节R2R2来调节占空比来调节占空比vOVCCR1C0.01uF12348765R2R3RARB占空比可调占空比可调多谐振荡器多谐振荡器:本章要求本章要求熟练掌握熟练掌握555定时器定时器的的基本功能基本功能和和三种基本应用三种基本应用。熟练掌熟练掌握脉冲电路握脉冲电路有关有关参数的计算参数的计算和和波形的绘制波形的绘制。掌握三种脉冲电路的掌握三种脉冲电路的主要应用主要应用。本章完本章完作业作业:3、画、画P210页图页图7-1-

26、5电路图、电路图、Vc以及以及Vo的波形。计算在的波形。计算在R1=R2=5.1k，C=0.01uF，Vcc=12V时充电时间时充电时间tw1、放电时间、放电时间tw2，周期周期T，频率，频率f，占空比，占空比q。1、试说明如图所示的用、试说明如图所示的用555 定时器构成的电路功定时器构成的电路功能，求出能，求出U T+、U T-和和U T，并画出其输出波形。，并画出其输出波形。2、请用、请用555定时器实现一个单稳态触发电路（暂态时定时器实现一个单稳态触发电路（暂态时间为间为1.1S，确定，确定R和和C。并在。并在Vi输入低脉冲（间隔输入低脉冲（间隔大于一秒）的作用下画出大于一秒）的作用下画出Vc以及以及Vo的波形。的波形。电压制控电压制控12345678 555VCCDTHCOGNDTRVo/RD电源电源阈值阈值地地触发触发输出输出复位复位放电放电