脉冲波形发生器何整形电路培训课件

第第6 6章章 脉冲波形发生器与整形电路脉冲波形发生器与整形电路6.1 555 555定时器及其应用定时器及其应用6.2 集成和其它单稳态触发器集成和其它单稳态触发器6.3 集成施密特触发器集成施密特触发器6.4 其他多谐振荡器其他多谐振荡器 退退 出出7/21/20241脉冲波形发生器何整形电路6.1.1 555 555定时器的结构及工作原理定时器的结构及工作原理6.1.2用用555555定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器6.1.2用用555555定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器6.1.2用用555555定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器退退 出出6.1 5556.1 555定时器及其应用定时器及其应用 7/21/20242脉冲波形发生器何整形电路6.1.1 555 555定时器的结构及工作原理定时器的结构及工作原理一一.电路结构和逻辑符号电路结构和逻辑符号1.电路结构：电路结构：控制电压端复位控制端置位控制端直接复位端输出端放电端7/21/20243脉冲波形发生器何整形电路组成组成：3个5k电阻分压器（故称555定时器）、电压比较器（C1、C2）、基本RS触发器（G1、G2）、放电管（T）、反相缓冲器（G3）7/21/20244脉冲波形发生器何整形电路 2.逻辑符号和管脚图：逻辑符号和管脚图：逻辑符号逻辑符号 8 46 32 5557 5 1THTRDISQVC+VCC RD 管脚图管脚图 8 7 6 5 555 1 2 3 4TR Q RD+VCC DIS TH VC二二.工作原理和功能表工作原理和功能表1.工作原理：工作原理：7/21/20245脉冲波形发生器何整形电路RD=0时，Q=1，Q=0，T导通。010（直接置（直接置0）07/21/20246脉冲波形发生器何整形电路RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，T导通。2VCC/3VCC/3011100RD=0时，Q=1，Q=0，T导通。11（直接置（直接置0）（、管脚为管脚为1、1，管脚为管脚为0）7/21/20247脉冲波形发生器何整形电路2VCC/31VCC/311RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，T状态不变。1RD=0时，Q=1，Q=0，T导通。0010110（直接置（直接置0）（、管脚为管脚为0、1，管脚管脚不变不变）RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，T导通。（、管脚为管脚为1、1，管脚为管脚为0）7/21/20248脉冲波形发生器何整形电路RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，T截止。2VCC/3VCC/3110011RD=0时，Q=1，Q=0，T导通。00（直接置（直接置0）RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，T导通。（、管脚为管脚为1、1，管脚为管脚为0）RD=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，T状态不变。（、管脚为管脚为0、1，管脚管脚不变不变）（、管脚为管脚为0、0，管脚为管脚为1）7/21/20249脉冲波形发生器何整形电路2.功能表：功能表：1不允许 VCC 0 VCC 11截止1 VCC 0 VCC 01不变不变 VCC 1 VCC 01导通0 VCC 1 VCC 1导通00放电管T管脚输出Q管脚置位控制TR管脚复位控制TH管脚直接复位RD管脚7/21/202410脉冲波形发生器何整形电路6.1.2用用555555定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器一一.定义、特点定义、特点1.单稳态触发器：单稳态触发器：只有一个稳态和一个暂稳态的触发器。2.特点：特点：1）没有外加触发信号时,电路始终处于稳态；在外加触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。2）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发信号无关，仅决定于电路本身的参数，它是单稳态触发器输出脉冲的宽度t tW W。7/21/202411脉冲波形发生器何整形电路二二.电路组成、工作原理电路组成、工作原理1.电路组成：电路组成：CRui8 47 3 6 5552 5 1C10.01Fuo+VCC R、C 定时元件 （决定t tW W）C1滤波电容7/21/202412脉冲波形发生器何整形电路uc2.工作原理：工作原理：1)稳稳态态：接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，管脚为1,管脚ui=1，uo=0，放电管T导通，C又通过T放电，使uc=0，但ui=1，故uo=0不变，电路处于稳态。11007/21/202413脉冲波形发生器何整形电路2)暂暂稳稳态态：ui负脉冲到来时刻，因uiVCC/3为0，uc 仍为0，uo由0变为1，放电管T截止，VCC经R对C充电，电路进入暂稳态。2.工作原理：工作原理：uc0011)稳稳态态：接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，管脚为1,管脚ui=1，uo=0，放电管T导通，C又通过T放电，使uc=0，但ui=1，故uo=0不变，电路处于稳态。7/21/202414脉冲波形发生器何整形电路3）暂稳态自动恢复到稳态：暂稳态自动恢复到稳态：当uc充电到2VCC/3为1时，ui负脉冲已负脉冲已消失消失ui=1，输出uo0，T导通，C放电，电路自动恢复到稳态。uc2.工作原理：工作原理：1)稳稳态态：接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，管脚为1,管脚ui=1，uo=0，放电管T导通，C又通过T放电，使uc=0，但ui=1，故uo=0不变，电路处于稳态。2)暂暂稳稳态态：ui负脉冲到来时刻，因uiVCC/3为0，uc 仍为0，uo由0变为1，放电管T截止，VCC经R对C充电，电路进入暂稳态。1100C充电时间输出脉冲宽度输出脉冲宽度tw1.1RC7/21/202415脉冲波形发生器何整形电路三三.应用应用整形整形整形整形延迟与定时延迟与定时延迟与定时延迟与定时 单稳态触发器属于脉冲整形电路整形电路,常用于脉冲波形的整形整形整形整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）,延时延时延时延时（把输入信号延迟一定时间后输出）、定时定时定时定时（产生一定宽度的矩形波）。7/21/202416脉冲波形发生器何整形电路6.1.2用用555555定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器一一.定义、特点定义、特点1.施密特触发器施密特触发器：输出和输入电压具有滞后电压传输特性的电路。2.特点：特点：1）属于电平触发；有两个稳定的状态，是双稳态触发电路。2）两个稳定状态之间相互转换与输入信号有关。分两种类型：反相输出反相输出：当输入电压正向增加到正向阀值电压正向阀值电压正向阀值电压正向阀值电压U U U UT T T T时，输出由1态翻转到0态；当输入电压正向减小到负向阀值电压负向阀值电压负向阀值电压负向阀值电压U UT T T T时,输出由0态翻转到1态。UT T与UT T的差值UHUT TUT T称作回差电压回差电压回差电压回差电压。同相输出：同相输出：只是输出状态转换时与上述相反。反相输出的传输特性传输特性0UT+UT-uoui1uiuo反相输出的逻辑符号逻辑符号7/21/202417脉冲波形发生器何整形电路ui8 46 7 555 32 5 1+VCC uouiuott00工作波形UT+UT2VCC/3VCC/3电路二二.电路组成、工作原理电路组成、工作原理1.当ui正向增长：ui2VCC/3时，6、2管脚先0、0，后0、1，uo=1001100017/21/202418脉冲波形发生器何整形电路1.当ui正向增长：ui2VCC/3时，6、2管脚先0、0，后0、1，uo=1ui2VCC/3时，6、2管脚为1、1，uo=0二二.电路组成、工作原理电路组成、工作原理ui8 46 7 555 32 5 1+VCC uouiuott00工作波形UT+UT2VCC/3VCC/3电路110117/21/202419脉冲波形发生器何整形电路二二.电路组成、工作原理电路组成、工作原理ui8 46 7 555 32 5 1+VCC uouiuott00工作波形UT+UT2VCC/3VCC/3电路1.当ui正向增长：ui2VCC/3时，6、2管脚先0、0，后0、1，uo=1ui2VCC/3时，6、2管脚为1、1，uo=02.当ui正向减小：uiVCC/3时，6、2管脚先1、1，后0、1，uo=0110011017/21/202420脉冲波形发生器何整形电路二二.电路组成、工作原理电路组成、工作原理ui8 46 7 555 32 5 1+VCC uouiuott00工作波形UT+UT2VCC/3VCC/3电路1.当ui正向增长：ui2VCC/3时，6、2管脚先0、0，后0、1，uo=1ui2VCC/3时，6、2管脚为1、1，uo=0uiVCC/3时，6、2管脚为0、0，uo=100001阀值电压阀值电压U UT T=2VCC/3、U UT T=VCC/3，回差电压回差电压UUH H=VCC/3VC控制电压调节回差2.当ui正向减小：uiVCC/3时，6、2管脚先1、1，后0、1，uo=07/21/202421脉冲波形发生器何整形电路三三.应用应用 施密特触发器属于脉冲整形电路整形电路。常用于：1.1.波形变换或整形：波形变换或整形：将正弦波、三角波等缓慢变化的波形或不规则波形变换或整形为矩形波。输入输出UT+UT2.2.幅度鉴别：幅度鉴别：将幅度较大的脉冲鉴别出来输入输出UT+UT7/21/202422脉冲波形发生器何整形电路6.1.2 用用555555定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器一一.定义、特点定义、特点1.多谐振荡器：多谐振荡器：在接通电源后,不需外加输入信号,能自动产生矩形波的自激振荡器。因矩形波中含有多种谐波成分，故称多谐振荡器。2.特点：特点：振荡后,电路没有稳态,只有两个暂稳态在作交替变化，是无稳态电路。属于脉冲产生电路脉冲产生电路。7/21/202423脉冲波形发生器何整形电路二二.电路组成、工作原理电路组成、工作原理 接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。CR1uc8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCR2ucuotttwHtwL0VCC/32VCC/30 电路工作波形7/21/202424脉冲波形发生器何整形电路二二.电路组成、工作原理电路组成、工作原理输出高电平脉宽输出高电平脉宽t tWHWH=0.7=0.7（R R1 1+R R2 2)C C 输出低电平脉宽输出低电平脉宽t tWLWL=0.7=0.7R R2 2C C 振荡频率振荡频率f f=1=1/0/0.7(.7(R R1 1+2R2R2 2)C充电时间C放电时间CR1uc8 47 3 6 5552 5 10.01FuoVCCR2ucuotttwHtwL0VCC/32VCC/30 电路工作波形7/21/202425脉冲波形发生器何整形电路6.2 集成和其它单稳态触发器集成和其它单稳态触发器6.2.1 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器6.2.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器退退 出出7/21/202426脉冲波形发生器何整形电路6.2.1 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器电路组成、工作原理电路组成、工作原理1.稳态：稳态：ui=0时，VDD经R对C充电，使uc=VDD=uo1=1，uo=0；01102.暂稳态：暂稳态：ui上升沿时刻，uo1、uc由都10，uo由10；10013.自动恢复到稳态：自动恢复到稳态：VDD经R、G1对C充电，使uc上升到ucUTH=VDD/2(G2门阀值电压)时，uo由10,经正反馈,uo1由01,此时，uc=VDD+0.6V，之后C放电，uc恢复到稳态初始值。0011输出脉宽输出脉宽tw0.7RC7/21/202427脉冲波形发生器何整形电路6.2.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 集成单稳态触发器使用极为方便。只需外接R、C元件,可实现输入脉冲上升沿或下降沿触发的控制、清零等功能,且具有较好的温度稳定性。产品型号：TTL电路：54/74121、54/74LS221、54/74LS122、54/74LS123等。CMOS电路：54/74HC123、54/74HC221、54/74HC4538、CC14528等。使用时查集成电路手册可了解其引脚功能和符号。用集成单稳态触发器可作：脉冲展宽、延迟电路及多谐振荡器等。7/21/202428脉冲波形发生器何整形电路6.3 集成施密特触发器集成施密特触发器7/21/202429脉冲波形发生器何整形电路应用：应用：常用于整形或变换、多谐振荡器、单稳态触发器等电路。构成多谐构成多谐构成多谐构成多谐振荡器振荡器振荡器振荡器构成单稳构成单稳构成单稳构成单稳态触发器态触发器态触发器态触发器ucR1 uoCtuc0tuo0UT+UT-tuR0tui0UT+UT-tuo0twuRRC1 uoui7/21/202430脉冲波形发生器何整形电路6.4 其他多谐振荡器其他多谐振荡器6.4.1用用CMOSCMOS反相器组成的多谐振荡器反相器组成的多谐振荡器6.4.2 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 退退 出出7/21/202431脉冲波形发生器何整形电路6.4.1用用CMOSCMOS反相器组成的多谐振荡器反相器组成的多谐振荡器1.1.第第1 1暂稳态：暂稳态：接通电源后,设ui1i1=0,则u0101=1,u0=0,此时R两端的电位不相等,电源经G1 1、R、G2 2对C充电,使ui1i1按指数规律上升,当ui1i1达到G1 1的阀值电压UTHTH时,G1 1、G2 2翻转,ui1i1=1,u0101=0,u0 0=1,电路进入第2暂稳态。电路组成、工作原理电路组成、工作原理2.2.第第2 2暂稳态：暂稳态：进入该状态的瞬间,u0由0跳到1,因C上电压不能突变,使ui1也跳到1,此时R两端电位不等,C通过R、G1、G2放电,使ui1不断下降,当ui1i1下降到UTHTH时，G1 1、G2 2翻转,ui1i1=0,u0101=1,u0 0=0,电路又回到第1暂稳态。此后,C重复充电、放电,振荡下去,输出矩形波。010101010振荡周期：振荡周期：T1.4RC7/21/202432脉冲波形发生器何整形电路6.4.2 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 石英晶体多谐振荡器输出的脉冲频率很稳定，在电子手表、计算机中常用作高精度的时钟信号发生器。石英晶体具有很好的选频特性。石英晶体接入电路后,只有当信号频率为晶体固有的谐振频率f0时,晶体的等效阻抗最小,信号最容易通过,其他频率的信号均被晶体严重衰减。因此,电路的振荡频率等于石英晶体固有谐振频率振荡频率等于石英晶体固有谐振频率振荡频率等于石英晶体固有谐振频率振荡频率等于石英晶体固有谐振频率f f f f0 0。R1、R2保证两个门正常工作；C1、C2起到频率微调及耦合的作用,容抗在f0时忽略；石英晶体为选频环节。7/21/202433脉冲波形发生器何整形电路