八章脉冲波形的产生与整形.ppt

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C1和C2。,8.1 集成555定时器,电压比较器的功能： v+ v-，vO=1 v+ v-，vO=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（ RD ），当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出vo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C1和C2的比较电压分别为2/3VCC 和1/3VCC 。 （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C1和C2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VT+vI上升过程中，输出电压vO由高电平VOH跳变到低电平VOL时，所对应的输入电压值。VT+=2/3VCC。 （b）下限阈值电压VT vI下降过程中，vO由低电平VOL跳变到高电平VOH时，所对应的输入电压值。VT=1 /3VCC。 （3）回差电压VT VT= VT+VT=1 /3VCC,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VT+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T1：（用三要素法计算）,（2） 电容放电时间T2,（3）电路振荡周期T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)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： T1=0.7R1C T2=0.7R2C 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=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗X=0； 当f=fp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： fs fp f0（晶体的标称频率） 石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达10-1010-11。,2. 石英晶体多谐振荡器,（1）串联式振荡器,R1、R2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R1=R2=0.72k，若是CMOS门则常取R1=R2=10100M；C1=C2是耦合电容。 石英晶体工作在串联谐振频率f0下，只有频率为f0的信号才能通过，满足振荡条件。因此，电路的振荡频率= f0，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,RF是偏置电阻，保证在静态时使G1工作转折区，构成一个反相放大器。 晶体工作在略大于fS与 fP之间，等效一电感，与C1、C2共同构成电容三点式振荡电路。电路的振荡频率= f0。 反相器G2起整形缓冲作用，同时G2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vI=1时，电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。 （2）vI下降沿触发 当vI下降沿到达时，vO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，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（暂稳态结束）时间 当vC上升至2/3VCC时，vO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vC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=RCESC，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tW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tW。 （2）恢复时间tre tre=（35）2 （3）最高工作频率fmax vI周期的最小值： Tmin= tWtre 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,A1和A2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Rext且电路为下降沿触发的连接方式.,（b）使用内部电阻Rint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tW 使用外接电阻： tW 0.7RextC 使用内部电阻： tW 0.7RintC （2）输入触发脉冲最小周期Tmin Tmin= tWtre tre是恢复时间。 （3）周期性输入触发脉冲占空比q 定义： q = tW/T 最大占空比： qmax= tW/ Tmin 74121内部电阻=2k，外接电阻Rext可在1.440k之间选择， 外接电容C可在10pF10F之间选择， 所以，当R=2k时， 最大占空比qmax为67%； 当R=40k时，最大占空比qmax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vI的下 降沿滞后了时间tW。 （2）定时,当v/O=1时，与门打开， vO= vF。当v/O=0时， 与门关闭，vO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tW。,2. 整形,单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI，整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度tW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（RL）发光，当暂稳态 时间（tW）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T1、R3、R2、C4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T2、T1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R4、R5加至T1基极，也能使T1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vI是经过放大后的心电信号，其幅值vIm=4V。 （1）对应vI分别画出图中vo1、vo2、vo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fo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。,