脉冲波形的产生与整形54326

,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,=0.7,2k,，,若是,CMOS,门则常取,R,1,=,R,2,=10,100M,；,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（,3,5,）,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,=,（,3,5,）,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,1.4,40k,之间选择，,外接电容,C,可在,10pF,10,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。,3,555,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。,