第6章脉冲信号的产生与整形课件

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,6,章 脉冲信号的产生与整形,学习要点：,掌握,555,定时器的工作原理及逻辑功能,掌握由,555,定时器构成单稳、多谐、施密特触 发器的方法,555,定时器,555,定时器是一种多用途的模拟数字混合集成电路，它把模拟功能和逻辑功能巧妙地结合在一起，只要外部配上两三个阻容元件，即可构成多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器和其他一些电路。常用于脉冲信号的产生和变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域。,1.555,电路结构,555,电路由四部分组成：,1.,分压电阻,为,C,1,+,和,C,2,-,提供电位,4,.,放电管,TD,Q,为低电平时,TD,截止，,高电平时,TD,导通，以控,制外接电容充、放电。,3.,基本,RS,触发器,记忆,C,1,和,C,2,的比较结果,2.,比较器,C,1,和,C,2,比较,v,i1,与,C,1,+,、,v,i2,与,C,2,-,的大小，得出,R,和,S,2.555,工作原理,从电路得出：,或：,对于比较器,C1,、,C2,：,v,+,v,-,:,v,o,为高电平,(1),v,+,2/3V,cc,，,R=0,；,V,i1,1/3V,cc,，S=1；,v,i2,1/3V,cc,，S=0,0,0,1,R=0,时，,Q=1,，,u,o,=0,，,T,导通。,R=0,时，,Q=1,，,u,o,=0,，,T,饱和导通。,R=1,、,U,TH,2V,CC,/3,、,U,TR,V,CC,/3,时，,C,1,=0,、,C,2,=1,，,Q=1,、,Q=0,，,u,o,=0,，,T,饱和导通。,2V,CC,/3,V,CC,/3,0,0,0,1,1,R=0,时，,Q=1,，,u,o,=0,，,T,饱和导通。,R=1,、,U,TH,2V,CC,/3,、,U,TR,V,CC,/3,时，,C,1,=0,、,C,2,=1,，,Q=1,、,Q=0,，,u,o,=0,，,T,饱和导通。,2V,CC,/3,V,CC,/3,1,0,0,1,1,R=1,、,U,TH,2V,CC,/3,、,U,TR,V,CC,/3,时，,C,1,=1,、,C,2,=1,，,Q,、,Q,不变，,u,o,不变，,T,状态不变。,1,1,0,R=0,时，,Q=1,，,u,o,=0,，,T,饱和导通。,R=1,、,U,TH,2V,CC,/3,、,U,TR,V,CC,/3,时，,C,1,=0,、,C,2,=1,，,Q=1,、,Q=0,，,u,o,=0,，,T,饱和导通。,2V,CC,/3,V,CC,/3,1,1,1,0,0,R=1,、,U,TH,2V,CC,/3,、,U,TR,V,CC,/3,时，,C,1,=1,、,C,2,=1,，,Q,、,Q,不变，,u,o,不变，,T,状态不变。,R=1,、,U,TH,2V,CC,/3,、,U,TR,V,CC,/3,时，,C,1,=1,、,C,2,=0,，,Q=0,、,Q=1,，,u,o,=1,，,T,截止。,555,的功能表,第,6,章 脉冲信号的产生与整形,6.1,多谐振荡器,6.2,施密特触发器,6.3,单稳态触发器,退出,6.1,多谐振荡器,6.1.1,由,555,定时器构成的多谐振荡器,6.1.2,由石英晶体构成的多谐振荡器,6.1.3,多谐振荡器的应用,退出,接通,V,CC,后，,V,CC,经,R,1,和,R,2,对,C,充电。当,u,c,上升到,2V,CC,/3,时，,u,o,=0,，,T,导通，,C,通过,R,2,和,T,放电，,u,c,下降。当,u,c,下降到,V,CC,/3,时，,u,o,又由,0,变为,1,，,T,截止，,V,CC,又经,R,1,和,R,2,对,C,充电。如此重复上述过程，在输出端,u,o,产生了连续的矩形脉冲。,6.1.1,由,555,定时器构成的多谐振荡器,前面介绍的几种多谐振荡器的振荡频率不但取决于电路的时间常数,RC,，,而且还取决于门电路的阈值电平,V,TH,。,由于,V,TH,容易受温度、电源变化的影响，振荡频率稳定性较差，在频率稳定性要求较高的场合不太适用。,目前普遍采用的一种稳频的方法是在多谐振荡器中接入石英晶体，组成石英晶体振荡器。,石英晶体振荡器的振荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率，与外接的电容、电阻参数无关。石英晶体的频率稳定度可达,10,-10,10,-11,，足以满足大多数数字系统对频率稳定度的要求。,6.1.2,由,555,定时器构成的多谐振荡器,电阻,R,1,、,R,2,的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性放大区。对,TTL,反相器，常取,R,1,R,2,R,0.7,k,2k,，,而对于,CMOS,门，则常取,R,1,R,2,R,10k,100k,；,C,1,C,2,C,是耦合电容，它们的容抗在石英晶体谐振频率,f,0,时可以忽略不计；石英晶体构成选频环节。,振荡频率等于石英晶体的谐振频率,f,0,。,6.1.3,多谐振荡器的应用,秒信号发生器,多谐振荡器,分频电路,模拟声响电路,将振荡器,的输出电压,u,o1,，,接到振荡器,中,555,定时器的复位端（,4,脚），当,u,o1,为高电平时振荡器,振荡，为低电平时,555,定时器复位，振荡器,停止震荡。,本节小结：,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。,多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由,555,定时器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本,RS,触发器在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。,RS,触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电路。,在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，其“触发”信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。,555,定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，多用于脉冲产生、整形及定时等。,6.2,施密特触发器,6.2.1,由,555,定时器构成的施密特触发器,6.2.2,施密特触发器的应用,退出,6.2.1,由,555,定时器构成的施密特触发器,施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。,下限阈值电压,上限阈值电压,回差电压（滞后电压）：,U,T,U,T,U,T,集成施密特触发器,6.2.2,施密特触发器的应用,本节小结：,施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。,施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及,555,定时器构成。,施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。,6.3,单稳态触发器,6.3.1,由,555,定时器构成的单稳态触发器,6.3.2,单稳态触发器的应用,退出,单稳态触发器在数字电路中一般用于,定时,（产生一定宽度的矩形波）、,整形,（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）以及,延时,（把输入信号延迟一定时间后输出）等。,单稳态触发器具有下列特点：,（,1,）电路有一个稳态和一个暂稳态。,（,2,）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。,（,3,）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脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。,6.3.1,由,555,定时器构成的单稳态触发器,接通,V,CC,后瞬间，,V,CC,通过,R,对,C,充电，当,u,c,上升到,2V,CC,/3,时，比较器,C,1,输出为,0,，将触发器置,0,，,u,o,0,。,这时,Q=1,，,放电管,T,导通，,C,通过,T,放电，电路进入稳态。,u,i,到来时，因为,u,i,V,CC,/3,，使,C,2,0,，,触发器置,1,，,u,o,又由,0,变为,1,，电路进入暂稳态。由于此时,Q=0,，,放电管,T,截止，,V,CC,经,R,对,C,充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器,C,2,的输出变为,1,，但充电继续进行，直到,u,c,上升到,2V,CC,/3,时，比较器,C,1,输出为,0,，将触发器置,0,，电路输出,u,o,0,，,T,导通，,C,放电，电路恢复到稳定状态。,TR,-A,、,TR,-B,是两个下降沿有效的触发信号输入端，,TR,+,是上升沿有效的触发信号输入端。,Q,和是两个状态互补的输出端。,R,ext,/,C,ext,、,C,ext,是外接定时电阻和电容的连接端，外接定时电阻,R,（,R,=1.4k,40k,）,接在,V,CC,和,R,ext,/,C,ext,之间，外接定时电容,C,（,C,=10pF,10F,）,接在,C,ext,（,正）和,R,ext,/,C,ext,之间。,74121,内部已设置了一个,2k,的定时电阻，,R,in,是其引出端，使用时只需将,R,in,与,V,CC,连接起来即可，不用时则应将,R,in,开路。,74121,的输出脉冲宽度：,t,p,0.7,RC,TR,-A,、,TR,-B,是两个下降沿有效的触发信号输入端，,TR,+A,、,TR,+B,是两个上升沿有效的触发信号输入端。,Q,和是两个状态互补的输出端。,R,ext,/,C,ext,、,C,ext,、,R,in,3,个引出端是供外接定时元件使用的，外接定时电阻,R,（,R,=5k,50k,）、,电容,C,（,无限制）的接法与,74121,相同。,R,D,为直接复位输入端，低电平有效。,当定时电容,C,1000pF,时，,74122,的输出脉冲宽度：,t,p,0.32,RC,6.3.2,单稳态触发器的应用,延迟与定时,整形,本节小结：,单稳态触发器具有一个稳态。由门电路构成的单稳态触发器和基本,RS,触发器在结构上也极为相似，只有用于反馈的耦合网络不同。,单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由,555,定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，其“触发”信号也是由电路内部电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。,单稳态触发器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，用途很广。,