8脉冲波形的产生与整形

第八章脉冲波形的产生与整形,一、,555定时器的电路结构,由以下几部分组成：,（1）三个阻值为5k的电阻组成的分压器。,（2）两个电压比较器,C,1,和,C,2,。,8.1 集成555定时器,电压比较器的功能：,v,+,v,-,，,v,O,=1,v,+,v,-,，,v,O,=0,（3）基本,RS,触发器、,（4）放电三极管,T,及缓冲器,G,。,二,工作原理,（1）4脚为复位输入端（,R,D,），当,R,D,为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出,v,o,为低电平。正常工作时，应将其接高电平。,（2）,5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器,C,1,和,C,2,的比较电压分别为2/3,V,CC,和1/3,V,CC,。,（3）2脚为触发输入端，6脚为阈值输入端，两端的电位高低控制比较器,C,1,和,C,2,的输出，从而控制RS触发器，决定输出状态。,8.2 施密特触发器,施密特触发器,具有回差电压特性，,能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。,一,.,用555定时器构成的施密特触发器,1.,电路组成及工作原理,2.,电压滞回特性和主要参数,（1）电压滞回特性,（2）主要静态参数,（a）上限阈值电压,V,T+,v,I,上升过程中，输出电压,v,O,由高电平,V,OH,跳变到低电平,V,OL,时，所对应的输入电压值。,V,T+,=2/3,V,CC,。,（b）下限阈值电压,V,T ,v,I,下降过程中，,v,O,由低电平,V,OL,跳变到高电平,V,OH,时，所对应的输入电压值。,V,T,=1 /3,V,CC,。,（3）回差电压,V,T,V,T,=,V,T+,V,T,=1 /3,V,CC,二 集成施密特触发器,1. CMOS集成施密特触发器CC40106,2. TTL集成施密特触发器74LS14,三 施密特触发器的应用举例,1. 用作接口电路将缓慢,变化的输入信号，转换成为,符合TTL系统要求的脉冲波形。,2. 用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。,3. 用于脉冲鉴幅从一系列幅度不同的脉冲信号中，选出那些幅度大于V,T+,的输入脉冲。,8.3 多谐振荡器,多谐振荡器能产生矩形脉冲波的自激振荡器。,一 用555定时器构成的多谐振荡器,1.,电路组成及工作原理,2.,振荡频率的估算,（1）电容充电时间,T,1,：（用三要素法计算）,（2） 电容放电时间,T,2,（3）电路振荡周期,T,T,=,T,1,+,T,2,=0.7(,R,1,+2,R,2,),C,（4）电路振荡频率,f,（5）输出波形占空比,q,二 占空比可调的多谐振荡器电路,利用半导体二极管的单向导电特性，把电容,C,充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。,可计算得：,T,1,=0.7,R,1,C,T,2,=0.7,R,2,C,占空比：,三 石英晶体多谐振荡器,1.石英晶体的选频特性,有两个谐振频率。当,f,=,f,s,时，为串联谐振，石英晶体的电抗,X,=0；,当,f,=,f,p,时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。,由晶体本身的特性决定：,f,s,f,p,f,0,（晶体的标称频率）,石英晶体的选频特性极好，,f,0,十分稳定，其稳定度可达10,-10,10,-11,。,2. 石英晶体多谐振荡器,（1）串联式振荡器,R,1,、,R,2,的作用使两个反相器在静态时都工作在转折区，成为具有很强放大能力的放大电路。,对于TTL门，常取,R,1,=,R,2,=0.72k,，若是CMOS门则常取,R,1,=,R,2,=10100M,；,C,1,=,C,2,是耦合电容。,石英晶体工作在串联谐振频率,f,0,下，只有频率为,f,0,的信号才能通过，满足振荡条件。因此，电路的振荡频率=,f,0,，与外接元件,R,、,C,无关，所以这种电路振荡频率的稳定度很高。,（2）并联式振荡器,R,F,是偏置电阻，,保证在静态时使,G,1,工作转折区，构成一个反相放大器。,晶体工作在略大于,f,S,与,f,P,之间，等效一电感，与,C,1,、,C,2,共同构成电容三点式振荡电路。,电路的振荡频率=,f,0,。,反相器,G,2,起整形缓冲作用，同时,G,2,还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。,四多谐振荡器应用实例,1. 简易温控报警器,2. 双音门铃,。,3. 秒脉冲发生器,CMOS石英晶体多谐振荡器产生,f,=32768Hz的基准信号，,经,T,/,触发器构成的15级异步计数器分频后，便可得到稳定度极高的秒信号。,这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源。,8.4 单稳态触发器,单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。,一 用555定时器组成单稳态触发器,1. 电路组成及工作原理,（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态,当,v,I,=1,时，电路工作在稳定状态，即,v,O,=0，,v,C,=0。,（,2,）,v,I,下降沿触发,当,v,I,下降沿到达时，,v,O,由0跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。,（3）暂稳态的维持时间,在暂稳态期间，三极管,T,截止，,V,CC,经,R,向,C,充电。,时间常数,1,=,RC,，,v,C,由0V开始增大，在,v,C,上升到2/3V,CC,之前，电路保持暂稳态不变。,（4）自动返回（暂稳态结束）时间,当,v,C,上升至2/3V,CC,时，,v,O,由1跳变0，三极管,T,由截止转为饱和导通，,电容,C,经,T,迅速放电，电压,v,C,迅速降至0V，电路由暂稳态重新转入稳态。,（5）恢复过程,当暂稳态结束后，电容,C,通过饱和导通的放电三极管,T,放电，时间常,数,2,=,R,CES,C,，经过（35）,2,后，电容,C,放电完毕，恢复过程结束。,2. 主要参数估算,(1) 输出脉冲宽度,Tw,（,用三要素法计算）,上式说明，,单稳态触发器输出脉冲宽度,t,W,仅决定于定时元件,R,、,C,的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节,R,、,C,的取值，即可方便的调节,t,W,。,（2）恢复时间,t,re,t,re,=（35）,2,（3）最高工作频率,f,max,v,I,周期的最小值：,T,min,=,t,W,t,re,因此，单稳态触发器的最高工作频率应为:,二 集成单稳态触发器74121,A,1,和,A,2,是两个下降沿有效的触发信号输入端，B是上升沿有效的,触发信号输入端。,集成单稳态触发器74121的外部元件连接方法:,（a）使用外部电阻,R,ext,且电路为下降沿触发的连接方式.,（b）使用内部电阻,R,int,且电路为上升沿触发的连接方式。,74121的主要参数,(1) 输出脉冲宽度,t,W,使用外接电阻：,t,W,0.7,R,ext,C,使用内部电阻：,t,W,0.7,R,int,C,（2）输入触发脉冲最小周期,T,min,T,min,=,t,W,t,re,t,re,是恢复时间。,（3）周期性输入触发脉冲占空比,q,定义：,q,=,t,W,/,T,最大占空比：,q,max,=,t,W,/,T,min,74121内部,电阻,=2k,，,外接电阻,R,ext,可在1.440k,之间选择，,外接电容,C,可在10pF10,F之间选择，,所以，当,R,=2k,时，,最大占空比,q,max,为,67%；,当,R,=40k,时，,最大占空比,q,max,可达,90%。,三 单稳态触发器的应用,1. 延时与定时,（1）延时,图中，,v,/,O,的下降沿比,v,I,的下,降沿滞后了时间,t,W,。,（2）定时,当,v,/,O,=1时，与门打开，,v,O,=,v,F,。当,v,/,O,=0时，,与门关闭，,v,O,为低电平。,显然与门打开的时间是,恒定不变的，就是单稳,输出脉冲,v,/,O,的宽度,t,W,。,2. 整形,单稳态触发器能够把不规则的输入信号,v,I,，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲,v,O,。,v,O,的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度,t,W,决定于暂稳态时间。,3. 触摸定时控制开关,555定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片,P,，由于人体感应电压相当于在触发,输入端（管脚2）加入一个负,脉冲，555输出端输出高电平，,灯泡（,R,L,）发光，当暂稳态,时间（,t,W,）结束时，555输出,端恢复低电平，灯泡熄灭。,该触摸开关可用于夜间定时,照明，定时时间可由RC参数,调节。,4. 触摸、声控双功能延时灯,555和,T,1,、,R,3,、,R,2,、,C,4,组成单稳定时电路，定时（即灯亮）时间约为1分钟。当击掌声传至压电陶瓷片时，HTD将声音信号转换成电信号，经T,2,、T,1,放大，触发555，使555输出高电平，触发导通晶闸管SCR，电灯亮；,同样，若触摸金属片A时，人体感应电信号经R,4,、R,5,加至T1基极，也能使T,1,导通，触发555，达到上述效果。,举例：,8.4.3 图题8.4.3为一心律失常报警电路，图中,v,I,是经过放大后的心电信号，其幅值,v,Im,=4V。（1）对应,v,I,分别画出图中,v,o1,、,v,o2,、,v,o,三点的电压波形；（2）说明电路的组成及工作原理,。,举例：间歇振荡器,EWB举例,举例：报警器,EWB举例,本章小结,1多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。用555定时器可以组成多谐振荡器，用石英晶体也定时器可以组成多谐振荡器。石英晶体振荡器的特点是,f,o,的稳定性极好。,2施密特触发器和单稳态触发器，虽然不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，为数字系统提供标准的脉冲信号。,3555定时器是一种用途很广的集成电路，除了能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外，还可以接成各种灵活多变的应用电路。,4除了555定时器外，目前还有556（双定时器）和558（四定时器）等。,