第7章脉冲波形的产生与整形1.ppt
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第7章脉冲波形的产生与整形1.ppt
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7.1集成集成555定时器定时器7.2单稳态触发器单稳态触发器7.4施密特触发器施密特触发器7.3多谐振荡器多谐振荡器前言:
前言:
数字电路区别于模拟电路的主要特点之数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是:
它的工作一是:
它的工作信号是离散的脉冲信号。
最常用的脉冲信号是方波信号是离散的脉冲信号。
最常用的脉冲信号是方波(矩形波矩形波)。
如何产生方波以及对不理想的方波如何整形,是本章讨。
如何产生方波以及对不理想的方波如何整形,是本章讨论的重点。
论的重点。
数字电路离不开脉冲信号,它需要不同幅度、宽度及数字电路离不开脉冲信号,它需要不同幅度、宽度及有陡峭边沿的脉冲信号。
有陡峭边沿的脉冲信号。
惰性电路产生的暂态过程,对一阶问题而言,可用三要素法来描述,获得电压或电流随时间变化的方程,该方程是脉冲波形计算的重要依据。
三要素即起始值X(0+)、趋向值X()和时间常数,若三要素已知,则得方程或美国美国SigneticsSignetics公司公司19721972年研制,用于取代年研制,用于取代机械式定时器。
机械式定时器。
流行的产品主要有流行的产品主要有44个:
个:
BJTBJT两个:
两个:
555555,556556(含有两个(含有两个555555););CMOSCMOS两个:
两个:
75557555,75567556(含有两(含有两75557555)。
)。
流行产品流行产品:
7.1集成集成555定时器定时器一、一、555定时器的电路结构定时器的电路结构7.1集成集成555定时器定时器电压比较器的功能:
电压比较器的功能:
v+v-,vO=1v+v-,vO=0由以下几部分组成:
由以下几部分组成:
(1)三三个个5k电电阻阻组组成的分压器。
成的分压器。
(2)两个电压比较器)两个电压比较器C1和和C2。
(3)基本基本RS触发器,触发器,(4)放电三极管)放电三极管T及缓冲器及缓冲器G。
电路符号二二工作原理工作原理
(1)4脚为复位输入脚为复位输入端(端(RD),当),当RD为低电平时,不管为低电平时,不管其他输入端的状态其他输入端的状态如何,输出如何,输出vo为低为低电平。
正常工作时,电平。
正常工作时,应将其接高电平。
应将其接高电平。
(22)5脚为电压控制脚为电压控制端,当其悬空时,端,当其悬空时,比较器比较器C1和和C2的比的比较电压分别为较电压分别为2/3VCC和和1/3VCC。
1/3VCC2/3VCC(3)2脚为触发输入端,脚为触发输入端,6脚为阈值输入端,两端的电位高低脚为阈值输入端,两端的电位高低控制比较器控制比较器C1和和C2的输出,从而控制的输出,从而控制RS触发器,决定输出触发器,决定输出状态。
状态。
1/3VCC2/3VCC阈值输入阈值输入复位输出vI1vI2RDvo2/3VCC2/3VCC2/3VCC1/3VCC1/3VCC1/3VCC0111010不变功能表功能表7.2单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器有一个稳态有一个稳态(0)(0)和一个暂稳态和一个暂稳态
(1)
(1);在触;在触发脉冲作用下,由稳态发脉冲作用下,由稳态(0)(0)翻转到暂稳态翻转到暂稳态
(1)
(1);暂稳状态维持;暂稳状态维持一段时间后,自动返回到稳态。
一段时间后,自动返回到稳态。
(1)无无触触发发信信号号输输入入时时电电路路工工作作在稳定状态在稳定状态当当vI=1时时,电电路路工工作作在在稳稳定定状状态态,即即vO=0,vC=0。
一一用用555定时器组成单稳定时器组成单稳态触发器态触发器1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理
(2)vI下降沿触发下降沿触发当当vI下降沿到达时,下降沿到达时,vO由由0跳变为跳变为1,电路由稳态转入暂稳态。
,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,VCC经R向C充电。
时间常数1=RC,vC由0V开始增大,在vC上升到2/3VCC之前,电路保持暂稳态不变。
(4)自动返回时间)自动返回时间当当vC上升至上升至2/3VCC时,时,vO变变0,电路由暂稳态重新,电路由暂稳态重新转入稳态。
转入稳态。
(5)恢恢复复过过程程当当暂暂稳稳态态结结束束后后,C通通过过饱饱和和导导通通的的T放放电电,时时间间常常数数2=RCESC,由于由于RCES很小,所以放电很快。
很小,所以放电很快。
C放电完毕,恢复过程结束。
放电完毕,恢复过程结束。
2.主要参数估算主要参数估算
(1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度Tw(用三要素法计算)用三要素法计算)
(2)恢复时间恢复时间tretre=(35)2(3)最高工作频率最高工作频率fmaxvI周期的最小值:
周期的最小值:
Tmin=tWtre最高工作频率最高工作频率:
TTW二集成单稳态触发器二集成单稳态触发器7412174121A1、A2是下降沿有效的触发信号输入端,是下降沿有效的触发信号输入端,B是上沿有效的触发信号输入端。
是上沿有效的触发信号输入端。
保持稳态010101010101011下沿触发11111上沿触发工作特征vOvO输出00A1A1B输入74121功能表功能表集成单稳态触发器集成单稳态触发器7412174121的外部元件连接方法的外部元件连接方法:
(b)使用内部电阻Rint且电路为上升沿触发的连接方式。
(aa)使用外部电阻使用外部电阻Rext且电路为下降沿触发的连接方式。
且电路为下降沿触发的连接方式。
74121的主要参数的主要参数
(1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度tW使用外接电阻:
使用外接电阻:
tW0.7RextC使用内部电阻:
使用内部电阻:
tW0.7RintC74121内部内部电阻电阻=2k,外接电阻外接电阻Rext可在可在1.440k之间选择,之间选择,外接电容外接电容C可在可在10pF10F之间选择,之间选择,
(2)输入触发脉冲最小周期输入触发脉冲最小周期TminTmin=tWtre(3)周期性输入触发脉冲占空比周期性输入触发脉冲占空比q定义:
定义:
q=tW/T最大占空比:
最大占空比:
qmax=tW/Tmin所以,当所以,当R=2k时,时,最大占空比最大占空比qmax为为67%;当当R=40k时,时,最大占空比最大占空比qmax可达可达90%。
三单稳态触发器的应用三单稳态触发器的应用1.延时与定时延时与定时
(1)延时)延时图中,图中,v/O的下降沿比的下降沿比vI的下的下降沿滞后了时间降沿滞后了时间tW。
(2)定时定时当当v/O=1时,与门打开,时,与门打开,vO=vF。
当。
当v/O=0时,时,与门关闭,与门关闭,vO为低电平。
为低电平。
与门打开的时间是单稳与门打开的时间是单稳输出脉冲输出脉冲v/O的宽度的宽度tW。
2.整形整形单单稳稳态态触触发发器器能能够够把把不不规规则则的的输输入入信信号号vI,整整形形成成为为幅幅度度和和宽宽度度都都相相同同的的标标准准矩矩形形脉脉冲冲vO。
vO的的幅幅度度取取决决于于单单稳稳态态电电路输出的高、低电平,宽度路输出的高、低电平,宽度tW决定于暂稳态时间。
决定于暂稳态时间。
3.触摸定时控制开关触摸定时控制开关555定定时时器器构构成成单单稳稳态态触触发发器器。
只只要要用用手手触触摸摸一一下下金金属属片片P,由由于于人人体体感感应电压相当于在触发应电压相当于在触发输入端(管脚输入端(管脚2)加入一个负)加入一个负脉冲,脉冲,555输出端输出高电平,输出端输出高电平,灯泡(灯泡(RL)发光,当暂稳态发光,当暂稳态时间(时间(tW)结束时,结束时,555输出输出端恢复低电平,灯泡熄灭。
端恢复低电平,灯泡熄灭。
该触摸开关可用于夜间定时该触摸开关可用于夜间定时照明,定时时间可由照明,定时时间可由RC参数参数调节。
调节。
4.触摸、声控双功能延时灯触摸、声控双功能延时灯555和和T1、R3、R2、C4组组成成单单稳稳定定时时电电路路,定定时时(即即灯灯亮亮)时时间间约约为为1分分钟钟。
当当击击掌掌声声传传至至压压电电陶陶瓷瓷片片时时,HTD将将声声音音信信号号转转换换成成电电信信号号,经经T2、T1放大,触发放大,触发555,使,使555输出高电平,触发导通晶闸管输出高电平,触发导通晶闸管SCR,电灯亮;电灯亮;同同样样,若若触触摸摸金金属属片片A时时,人人体体感感应应电电信信号号经经R4、R5加加至至T1基基极极,也也能能使使T1导通,触发导通,触发555,达到上述效果。
,达到上述效果。
0vctvo0t7.3多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器能产生矩形脉冲波的自激振荡器。
能产生矩形脉冲波的自激振荡器。
一一用用555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理2/3VCC1/3VCC2.振荡频率的估算振荡频率的估算
(1)电容充电时间)电容充电时间T1:
(:
(用三要素法计算)用三要素法计算)
(2)电容放电时间电容放电时间T2(3)电电路路振振荡荡周周期期TT=T1+T2=0.7(R1+2R2)C(5)输出波形占空比输出波形占空比q(4)电路振荡频率电路振荡频率fTT1T20vctvo0t2/3VCC1/3VCC二二占空比可调的多谐振荡器电路占空比可调的多谐振荡器电路利利用用二二极极管管的的单单向向导导电电性性,把把电电容容C充充电电和和放放电电回回路路隔隔离离开开,再加上一个电位器,便可构成占空比可调的多谐振荡器。
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:
可计算得:
T1=0.7R1CT2=0.7R2C占空比:
占空比:
7.4.2由由555电路构成施密特触发器电路构成施密特触发器7.4.1特性与原理特性与原理7.4.3应用举例应用举例7.4.1施密特触发器施密特触发器特性与原理特性与原理7.4.1施密特触发器施密特触发器特性与原理特性与原理7.4.1施密特触发器施密特触发器特性与原理特性与原理7.4.1施密特触发器施密特触发器特性与原理特性与原理施密特触发器施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。
是具有滞后特性的数字传输门。
电电路路具具有有两两个个阈阈值值电电压压,分分别别称称为为正正向向阈阈值值电电压压和和负负向向阈阈值值电电压压,二二者者的的差差值值称称为为回回差差。
输输出出电电平的变化滞后于输入,形成平的变化滞后于输入,形成回环回环。
与与双双稳稳态态触触发发器器和和单单稳稳态态触触发发器器不不同同,施施密密特特触触发发器器属属于于“电电平平触触发发”型型电电路路,不不依依赖赖于于边边沿沿陡陡峭的脉冲。
峭的脉冲。
特点:
特点:
7.4.1施密特触发器施密特触发器特性与原理特性与原理7.4.2由由555电路组成的施密特触发器电路组成的施密特触发器施施密密特特触触发发器器具具有有回回差差电电压压特特性性,能能将将边边沿沿变变化化缓缓慢慢的的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。
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1/3VCC2/3VCC电路符号电路符号2.电压滞回特性和主要参数电压滞回特性和主要参数
(2)主要静态参数)主要静态参数(a)上限阈值电压上限阈值电压VT+vI上上升升过过程程中中,输输出出电电压压vO由由高高电电平平VOH跳跳变变到到低低电电平平VOL时时,所所对对应应的的输输入入电电压压值值。
VT+=2/3VCC。
(b)下限阈值电压下限阈值电压VTvI下下降降过过程程中中,vO由由低低电电平平VOL跳跳变变到到高高电电平平VOH时时,所所对对应的输入电压值。
应的输入电压值。
VT=1/3VCC。
(3)回差电压回差电压VTVT=VT+VT=1/3VCC
(1)电压滞回特性)电压滞回特性1/3VCCVoVi0传输特性传输特性VOHVOL2/3VCC1/3VCC2/3VCCVT+VTVTVT+VTVT二集成施密特触发器2.TTL集成施密特触发器集成施密特触发器74LS141.CMOS集成施密特触发器集成施密特触发器CC40106三三施密特触发器的应用举例施密特触发器的应用举例1.用用作作接接口口电电路路将将缓缓慢慢变变化化的的输输入入信信号号,转转换换成成为为符符合合TTL系统要求的脉冲波形。
系统要求的脉冲波形。
2.用作整形电路用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。
把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。
输入输出VT+VT-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VT+的输入脉冲。
本章小结本章小结11多多谐谐振振荡荡器器是是一一种种自自激激振振荡荡电电路路,不不需需要要外外加加输输入入信信号号,就就可可以以自自动动地地产产生生出出矩矩形形脉脉冲冲。
用用555555定定时时器器可可以以组组成成多多谐谐振振荡荡器器,用用石石英英晶晶体体也也定定时时器器可可以以组组成成多多谐谐振振荡荡器器。
石石英英晶晶体体振振荡荡器器的的特特点点是是ffoo的的稳稳定定性性极极好。
好。
22施施密密特特触触发发器器和和单单稳稳态态触触发发器器,虽虽然然不不能能自自动动地地产产生生矩矩形形脉脉冲冲,但但却却可可以以把把其其它它形形状状的的信信号号变变换换成成为为矩矩形形波波,为为数数字字系系统统提提供供标标准准的的脉脉冲冲信号。
信号。
33555555定定时时器器是是一一种种用用途途很很广广的的集集成成电电路路,除除了了能能组组成成施施密密特特触触发发器器、单单稳稳态态触触发发器器和和多多谐谐振振荡荡器器以以外外,还还可可以以接接成成各各种种灵灵活活多多变变的的应应用用电电路。
路。
44除了除了555555定时器外,目前还有定时器外,目前还有556556(双定时器)和(双定时器)和558558(四定时器)等。
(四定时器)等。
第7章习题2.3.5练习一:
练习一:
下图为一心律失常报警电路,图中下图为一心律失常报警电路,图中vI是经过放大后的心电信是经过放大后的心电信号,其幅值号,其幅值vIm=4V。
(1)对应对应vI分别画出图中分别画出图中vo1、vo2、vo三点的电压波形;三点的电压波形;
(2)说明电路的组成及工作原理)说明电路的组成及工作原理。
练习二:
间歇振荡器练习二:
间歇振荡器EWB演示演示555组成间歇振荡器组成间歇振荡器练习三:
报警器练习三:
报警器EWB演示演示555组成报警器组成报警器
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- 脉冲 波形 产生 整形