第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 1v 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TT 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 7R1CT2 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 10 10 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 7 2k 若是CMOS门则常取R1 R2 10 100M 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 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tretre 3 5 2 3 最高工作频率fmaxvI周期的最小值 Tmin tW tre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TminTmin tW tretre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 Tmin74121内部电阻 2k 外接电阻Rext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