脉冲电路的产生和整形电路

脉冲波形发生器与整形电路,本课教学要求： 了解脉冲的概念. 掌握555定时器的结构、工作原理、逻辑功能；由555定时器构成单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的方法、工作波形.,2,了解脉冲的概念 脉冲：瞬间突变、作用时间极短的电压或电流信号，称为脉冲。广义上讲，凡是非正弦规律变化的电压或电流都可称为脉冲。 1实验电路,3,（3）t2 时，开关S再闭合， 又被短接，输出电压,（2）t1 时，开关S断开，输出电压,（1）开关S闭合时， 短接，输出电压,2现象和结论,重复此过程，则输出电压,的波形变化即为一串脉冲波。,4,3.几种常见的脉冲波形 常见的波形有矩形波、锯齿波、钟形波、尖峰波、阶梯波等。,如何获得矩形脉冲信号？,（1）利用整形电路对不符合要求的脉冲信号进行整形；,（2）利用脉冲振荡器直接产生脉冲信号；,矩形脉冲的特性：,6,占空比 D = tW / T,为了定量描述矩形脉冲的特性通常给出几个主要参数。,脉冲周期,上升时间,下降时间,脉冲幅度,脉冲宽度,7,脉冲周期T 周期性重复的脉冲序列中， 两个相邻脉冲之间的时间间隔。 脉冲幅度Vm 脉冲电压的最大变化幅度。 脉冲宽度tw 从脉冲前沿到达0.5 Vm起， 到脉冲后沿到达0.5 Vm为止的一段时间。 上升时间tr 脉冲上升沿从0.1 Vm上升到0.9 Vm 所需要的时间。 下降时间tf 脉冲上升沿从0.9 Vm下降到0.1 Vm 所需要的时间。 占空比q 脉冲宽度与脉冲周期的比值，即q = tw /T 。 在脉冲整形或产生电路用于具体的数字系统时， 有时还可能有一些特殊的要求，如脉冲周期和幅度的稳定性等， 这时还需要增加一些相应的性能参数来说明。,.1 555定时器的电路结构与功能 .2 用555定时器接成的施密特触发器 .3 用555定时器接成的单稳态触发器 .4 用555定时器接成的多谐振荡器,555定时器及其应用,.1 555定时器的电路结构与功能,一.电路结构：,控制 电压端,复位 控制端,置位 控制端,直接 复位端,输出端,放电端,组成：3个5k电阻分压器（故称555定时器）、电压比较器（C1、C2）、基本RS触发器（G1、G2）、放电管（T）、反相缓冲器（G3）,二、CB555的功能表,外接固定电压VCO,阈值端TH,触发端TR,VOD,VCC,输出端VO,接地端,置0端,三.CB555的图形符号,.2用555定时器组成施密特触发器,一.定义、特点 1.施密特触发器：输出和输入电压具有滞后电压传输特性的电路 。,2.特点： 1）属于电平触发；有两个稳定的状态，是双稳态触发电路。 2）两个稳定状态之间相互转换与输入信号有关。分两种类型： 反相输出：当输入电压正向增加到正向阀值电压UT时，输出由1态翻转到0态；当输入电压正向减小到负向阀值电压UT时,输出由0态翻转到1态。UT与UT的差值UHUTUT称作回差电压。 同相输出：只是输出状态转换时与上述相反。,反相输出的 传输特性,反相输出的 逻辑符号,二.应用 施密特触发器属于脉冲整形电路。常用于： 1.波形变换或整形：将正弦波、三角波等缓慢变化的波形或不规则波形变换或整形为矩形波。,2.幅度鉴别：将幅度较大的脉冲鉴别出来,三.电路组成、工作原理,VO,1、方法,将VI1、VI2扭在一起,在5端口加,增加参考电压的稳定性,2. 电路组成、工作原理,1.当ui正向增长：ui2VCC/3时，6、2管脚先0、0，后0、1， uo=1,0,0,1,1,00,01,1.当ui正向增长：ui2VCC/3时，6、2管脚先0、0，后0、1， uo=1,ui2VCC/3时，6、2管脚为1、1， uo=0,2.电路组成、工作原理,1,1,0,11,2.电路组成、工作原理,1.当ui正向增长：ui2VCC/3时，6、2管脚先0、0，后0、1， uo=1,ui2VCC/3时，6、2管脚为1、1， uo=0,2.当ui正向减小：uiVCC/3时，6、2管脚先1、1，后0、1， uo=0,1,1,0,0,11,01,2.电路组成、工作原理,1.当ui正向增长：ui2VCC/3时，6、2管脚先0、0，后0、1， uo=1,ui2VCC/3时，6、2管脚为1、1， uo=0,uiVCC/3时，6、2管脚为0、0， uo=1,00,0,0,1,阀值电压UT=2VCC/3、UT=VCC/3，回差电压UH= VCC/3,2.当ui正向减小：uiVCC/3时，6、2管脚先1、1，后0、1， uo=0,3. 用555定时器组成单稳态触发器,一.定义、特点 1.单稳态触发器：只有一个稳态和一个暂稳态的触发器。 2.特点： 1）没有外加触发信号时,电路始终处于稳态 ；在外加触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。 2）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信号无关，仅决定于电路本身的参数，它是单稳态触发器输出脉冲的宽度tW 。,二.应用,整形,延迟与定时,单稳态触发器属于脉冲整形电路,常用于脉冲波形的整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）,延时（把输入信号延迟一定时间后输出）、定时（产生一定宽度的矩形波）。,三.电路组成、工作原理,1、方法,将VI接在VI2端，,VOD上接R到VCC，并接入VI1，,VOD对地接C。,uc,2.工作原理：,1,1,0,0,1)稳态：接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，管脚为1, 管脚ui =1，uo=0，放电管T导通，C又通过T放电，使uc =0(VCC/3) ，故uo=0不变，电路处于稳态。,2)暂稳态： ui负脉冲到来时刻，因uiVCC/3为0， uc 仍为0， uo由0变为1，放电管T截止，VCC经R对C充电，电路进入暂稳态。,2.工作原理：,uc,0,0,1,1)稳态：接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，管脚为1, 管脚ui =1，uo=0，放电管T导通，C又通过T放电，使uc =0(VCC/3) ，故uo=0不变，电路处于稳态。,3）暂稳态自动恢复到稳态：当uc充电到2VCC/3为1时， ui负脉冲已消失ui =1， 输出uo0，T导通，C放电，电路自动恢复到稳态。,uc,2.工作原理：,1)稳态：接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，管脚为1, 管脚ui =1，uo=0，放电管T导通，C又通过T放电，使uc =0，但ui =1，故uo=0不变，电路处于稳态。,2)暂稳态： ui负脉冲到来时刻，因uiVCC/3为0， uc 仍为0， uo由0变为1，放电管T截止，VCC经R对C充电，电路进入暂稳态。,1,1,0,0,C充电时间,4. 用555定时器组成多谐振荡器,一.定义、特点 1.多谐振荡器：在接通电源后,不需外加输入信号,能自动产生矩形波的自激振荡器。因矩形波中含有多种谐波成分，故称多谐振荡器。 2.特点： 振荡后,电路没有稳态,只有两个暂稳态在作交替变化，是无稳态电路。 属于脉冲产生电路。,二.电路组成、工作原理,1、方法,先构成施密特触发器;,加R2在VI和VO之间，VI和地之间接C;,2.电路组成、工作原理,接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。,2.电路组成、工作原理,输出高电平脉宽tWH=0.7（R1+R2)C 输出低电平脉宽tWL=0.7R2C 振荡频率f=1/0.7(R1+2R2),C充电时间,C放电时间,总结：,31,集成定时器的其他应用,1路灯自动控制器,（1）白天因光线亮，光电三极管3DU的CE间电阻下降，高触发端脚将 2VCC/3 ，定时器的输出端脚为低电平，所以灯L不亮。 （2）天黑时，光电管CE间电阻增大，使低触发端脚电压小于 ，于是脚为高电平，灯发光。,32,260 s定时电路,当按下定时按钮SB时，低触发端脚就输入了一个小于 的负脉冲，输出端脚输出高电平，发光二极管LED亮。而定时器中的放电管V则截止，电源对电容C充电。当电容上电压升高到 时，定时器翻转，脚输出低电平，LED灭，表示定时结束。,33,Once there were two mice. They were friends. One mouse lived in the country; the other mouse lived in the city. After many years the Country mouse saw the City mouse; he said, “Do come and see me at my house in the country.“ So the City mouse went. The City mouse said, “This food is not good, and your house is not good. Why do you live in a hole in the field? You should come and live in the city. You would live in a nice house made of stone. You would have nice food to eat. You must come and see me at my house in the city.“ The Country mouse went to the house of the City mouse. It was a very good house. Nice food was set ready for them to eat. But just as they began to eat they heard a great noise. The City mouse cried, “ Run! Run! The cat is coming!“ They ran away quickly and hid. After some time they came out. When they came out, the Country mouse said, “I do not like living in the city. I like living in my hole in the field. For it is nicer to be poor and happy, than to be rich and afraid.“,The City Mouse and the Country Mouse,34,从前，有两只老鼠，它们是好朋友。一只老鼠居住在乡村，另一只住在城里。很多年以后，乡下老鼠碰到城里老鼠，它说：“你一定要来我乡下的家看看。”于是，城里老鼠就去了。乡下老鼠领着它到了一块田地上它自己的家里。它把所有最精美食物都找出来给城里老鼠。城里老鼠说：“这东西不好吃，你的家也不好，你为什么住在田野的地洞里呢？你应该搬到城