第8章 脉冲信号的产生与整形

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,8,章 脉冲信号的产生与整形,介绍施密特触发电路、单稳态触发电路和多谐振荡器。,多谐振荡器能直接产生脉冲信号。,施密特触发电路能对已有信号进行变换,;,单稳态触发电路可用于脉冲信号的定时、延时；,在数字技术的各种应用中,经常要用到矩形波、方波、锯齿波等脉冲波形，其中矩形波和方波是较重要的波形。,8.1,555,集成定时器,555,集成定时器是一种将模拟和数字电路集成于一体的电子器件,通过外加少量的阻容元件,能构成多种用途的电路。,555,集成定时器的型号较多，但所有双极型产品型号后的,3,位数字都是,555,，,CMOS,产品型号最后的,4,位数字都是,7555,。而且，它们的功能和外部引脚的排列完全相同。,为了提高集成度,随后又生产了双定时器产品,556,（双,极型）和,7556,（,CMOS,型）。,8.1.1 555,定时器的电路结构,1.,分压器,2.,比较器,3.RS,锁存器,4.,三极管放电开关,5.,输出缓冲器,组成：,V,CC,+,-,U,C1,C,1,+,-,U,C2,C,2,&,&,Q,Q,OUT,5k,5k,5k,G,1,G,2,G,3,1,1,7,2,6,5,8,4,3,D,TR,TH,CO,V,CO,V,i1,V,i2,V,o,R,D,V,o,T,D,8.1.2,定时器的逻辑功能,1）V,i1,2/3V,CC,V,i2,1/3V,CC,2）V,i1,2/3V,CC,V,i2,1/3V,CC,3）V,i1,1/3V,CC,当,R,D,=1,时：,V,CC,+,-,U,C1,C,1,+,-,U,C2,C,2,&,&,Q,Q,5k,5k,5k,G,1,G,2,G,3,1,1,7,2,6,5,8,4,3,D,TR,TH,CO,V,CO,V,i1,V,i2,V,o,R,D,V,o,T,D,*,Q,的高低确定,T,D,管是否导通。,V,o,=0,V,o,=1,V,o,不变,称,TH,为高电平触发端；,TR,低电平触发端。,555,定时器功能表,0,0,导通,1,0,V,CC,V,CC,导通,1,V,CC,V,CC,不变,不变,1,1,V,CC,V,CC,截止,R,D,V,i1,(TH),V,i2,(TR),V,O,(OUT),T,D,(,放电管,),特点：,555,定时器能在很宽的电源电压范围内工作，并可承受较大的负载电流。双极型,555,定时器的电源电压范围为,516V,，最大的负载电流达,200mA,。,CMOS,型,7555,定时器的电源电压范围为,318V,，但最大负载电流在,4mA,以下。,思考题：,555,定时器按下图连接，输入如图所示，试画出定时器输出的波形（设初始状态为,0,）并说明相当于何器件,V,o,8,4,6,2,1,5,3,555,V,CC,V,i1,V,i2,1,0,t,0,t,0,t,V,O,V,i1,V,i2,8.2,施密特触发器,施密特触发器,(Schmitt Trigger),逻辑符号及电压传输特性,V,o,V,oH,V,oL,V,T-,V,T+,V,i,0,V,i,V,o,同相输出施密特触发电路,V,T+,称作为上触发电平或正向阈值电压,;,V,T-,称作为下触发电平或负向阈值电压,;,V,i,V,o,反相输出施密特触发电路,V,o,V,oH,V,oL,V,T-,V,T+,V,i,0,特点：,1,）有两个稳定状态,V,OH,和,V,OL,但稳态要靠输 入电平来维持；,2,）具有滞回电压传输特性,.,当输入信号高于,V,T+,时,电路处于一个稳定状态,;,当输入信号低于,V,T-,时,电路处于另一个稳定状态,;,当输入信号处于两触发电平之间时,其输出保持原状态不变。,8.2.1,用,555,定时器构成施密特触发电路,1.,电路组成,V,o,8,4,6,2,1,5,3,555,V,CC,V,i,V,o,V,CC,+,-,U,C1,C,1,+,-,U,C2,C,2,&,&,Q,Q,5k,5k,5k,G,1,G,2,G,3,1,1,7,2,6,5,8,4,3,D,TR,TH,CO,R,D,T,D,V,i,2.,工作原理,当V,i,1/3V,CC,时,V,O,=V,OH,;,2),当,1/3V,CC,Vi2/3V,CC,时,V,O,=V,OL,.,首先分析输入电压,V,i,由,0,逐渐,升高的过程,V,o,V,CC,+,-,U,C1,C,1,+,-,U,C2,C,2,&,&,Q,Q,5k,5k,5k,G,1,G,2,G,3,1,1,7,2,6,5,8,4,3,D,TR,TH,CO,R,D,T,D,V,i,4),当,1/3V,CC,Vi2/3V,CC,时,V,O,保持,V,O,=V,OL,;,5)当V,i,V,T+,),的正触发脉冲加到电路输入端时,电路状态翻转,Vo=V,OL,进入暂稳态,.,随着对电容,C,的充电,V,R,按指数规律下降,当下降到略低于,V,T-,时,电路状态再次翻转,返回到原来的稳态,输出,Vo=V,OH.,V,i,t,V,R,t,0,0,V,O,t,0,V,T+,t,w,V,T-,V,i,V,o,C,R,V,R,V,i,t,V,R,t,0,0,V,O,t,0,V,T+,t,w,V,T-,*,Vi,的正脉冲宽度应大于,t,w,t,w,=,RC,ln,(V,DD,/V,T-,),3.,工作波形图,输出脉冲宽度,t,w,:V,R,从初始值,V,DD,下降到,V,T-,所需要的时间,8.3.3,集成单稳态触发电路,根据电路工作特性不同，,集成单稳态触发电路分为,不可重复触发和可重复触,发两种。,(a),不可重复触发单稳态触发电路工作波形,(b),可重复触发单稳态触发电路工作波形,1,&,1,RI,CX,RXCX,A,1,A,2,B,Rext,Cext,Rxcx,3,4,5,9,10,11,6,1,Q,Q,功能表,A,1,A,2,B Q Q,0 1 0 1,0 1 0 1,0 0 1,1 1 0 1,1 1,1 1,1,0 ,0,74121,是不可重复触发,单稳态触发电路,1,不可重复触发单稳态触发电路,1,&,1,RI,CX,RXCX,3,4,5,9,10,11,6,1,Q,Q,V,CC,Cext,1,&,1,RI,CX,RXCX,3,4,5,9,10,11,6,1,Q,Q,Cext,Rext,V,CC,两种连接方法：,t,w,0.7R,ext,C,ext,2,可重复触发单稳态触发电路,74122,是一种可重复触发单稳态触发电路,74122,功能表,74122,的定时电阻、电容连接方式与,74121,相同，但输出脉冲宽度,t,w,为：,t,w,0.32,RC,ext,需要注意的是,，,74122,是可重复的触发单稳态触发电路，只要在输出脉冲结束之前，重新输入触发信号，就可以方便地延长输出脉冲的持续时间。,8.3.4,单稳态触发电路的应用,1.,脉冲整形,V,i,V,0,t,t,0,0,1,&,1,RI,CX,RXCX,3,4,5,9,10,11,6,1,Q,Q,Cext,Rext,V,CC,V,i,V,o,2.,脉冲的延时,1,&,1,RI,CX,RXCX,3,4,5,9,10,11,6,1,Q,1,Q,C,1,R,1,V,CC,V,i,1,&,1,RI,CX,RXCX,3,4,5,9,10,11,6,1,Q,2,Q,C,2,R,2,(1),(2),V,o,V,CC,t,0,V,i,t,0,t,0,t,w1,t,w1,t,w2,t,d,Q,1,V,o,1,&,1,RI,CX,RXCX,3,4,5,9,10,11,6,1,Q,1,Q,C,1,R,1,V,CC,V,i,1,&,1,RI,CX,RXCX,3,4,5,9,10,11,6,1,Q,2,Q,C,2,R,2,(1),(2),V,o,V,CC,3.,脉冲的定时,1,&,1,RI,CX,RXCX,3,4,5,9,10,11,6,1,Q,Q,C,R,V,CC,V,i,V,o,V,B,&,1,0,t,V,i,0,t,Q,0,t,V,B,0,t,V,O,一个测频的例子,8.4,多谐振荡器,能自行产生具有一定频率和一定脉宽的矩形脉冲的,电路,.,多谐振荡器没有稳态,有两个暂稳态,.,且,两,暂稳态之,间的相互转换都不需要外加触发信号,而是靠电路本身,完成的,.,8.4.1,用,555,定时器构成多谐振荡器,V,o,V,CC,+,-,U,C1,C,1,+,-,U,C2,C,2,&,&,Q,Q,5k,5k,5k,G,1,G,2,G,3,1,1,7,2,6,5,8,4,3,D,TR,TH,CO,R,D,T,D,R,1,.01,R,2,C,8,4,7,2,1,5,3,555,V,CC,V,o,6,R,1,C,0.01uf,R,2,1.,电路组成,V,o,V,CC,+,-,U,C1,C,1,+,-,U,C2,C,2,&,&,Q,Q,5k,5k,5k,G,1,G,2,G,3,1,1,7,2,6,5,8,4,3,D,TR,TH,CO,R,D,T,D,R,1,.01,R,2,C,V,C,t,0,V,O,t,0,2/3V,CC,1/3V,CC,T,1,T,2,T,T,1,=(R,1,+R,2,)Cln2,T,2,=R,2,Cln2,2.,工作原理,占空比,:,正脉宽,T,1,与周,期,T,之比,T,1,R,1,+R,2,q=,T,=,R,1,+2R,2,Q=0,T,D,截止,V,CC,R,1,R,2,C,充电,V,C,按指数规律,上升,;,2),当,V,C,略大于,2/3V,CC,，输出,V,o,由,1,转换为,0,；,4),当,V,C,降至略低于,1/3V,CC,，输出,Vo,由,0,转换为,1,。,3)Q=1,TD,导通,CR,2,T,D,放电,，,V,C,按指数规律下降,；,555,构成振荡器电路简单,频率易于调节灵敏度较高,;,上述电路占空比,q=T,1,/T,衡大于,0.5,调节不方便,.,555,构成振荡器频率振荡低,(,一般不超过几百,KHz),且频率稳定度不高,.,3.,电路特点,4.,改进电路,V,o,V,CC,+,-,U,C1,C,1,+,-,U,C2,C,2,&,&,Q,Q,5k,5k,5k,G,1,G,2,G,3,1,1,7,2,6,5,8,4,3,D,TR,TH,CO,R,D,T,D,R,1,.01,R,2,C,R,w,T,1,=R,1,Cln2,T,2,=R,2,Cln2,占空比,:,T,1,R,1,q=,T,=,R,1,+R,2,当,R,1,=R,2,时,q=1/2,当,R,1,R,2,时,q1/2,当,R,1,R,2,时,q1/2,8.4.2,用施密特触发电路构成多谐振荡器,V,C,t,0,V,O,t,0,V,T+,V,T-,T,1,T,2,V,C,V,o,C,R,V,i,T=T,1,+T,2,=,RCLn,V,DD,-V,T-,V,DD,-V,T+,+,RCLn,0-V,T+,0-V,T-,8.4.3,石英晶体多谐振荡器,石英晶体多谐振荡器的主要特点为频率稳定高，其振荡频率由石英晶体的,固有振荡频率,决定。,1,1,G,1,G,2,R,f,f,o,V,o,C,2,C,1,电,感,性,电,容,性,电,容,性,f,o,X,f,石英晶体符号和阻抗频率特性,0,R,f,为,反馈电阻,阻值为,10100M,为,G,1,提供偏置,;,C,1,为,温度校正电容,C,2,为频率微调电容,G,2,起整形和缓冲作用,。,目前，已有很多将石英晶体振荡器做成具有各种频率输出的集成标准器件。,如当该电路石英晶体的谐振频率为,32768Hz,，经,CD4060,多级分频，,可分别获得,2,、,4,、,8,、,、,1024,、,2048Hz,等,10,级不同频率的输出信号。,CD4060,就是常用电路之一，,它是一片,14,级分频的二进制,串行计数,/,分频,/,振荡电路。,