脉冲信号的产生与整形

第5章脉冲信号的产生与整形 学习要点 施密特 多谐 单稳态触发器的工作原理及逻辑功能555定时器的工作原理及逻辑功能由555定时器构成单稳 多谐 施密特触发器的方法 第5章脉冲信号的产生与整形 5 2施密特触发器 5 3多谐振荡器 5 4单稳态触发器 退出 5 1概述 5 5555定时器及其应用 返回主目录 5 1概述 在数字系统中 获得脉冲波形的方法主要有两种 一种是利用多谐振荡器直接产生 另一种是利用施密特触发器和单稳态触发器构成的整形电路对已有波形进行整形 变换得到 555定时器是一种多用途的集成电路 555定时器只要其外部配接少量阻容元件就可构成施密特触发器 单稳态触发器和多谐振荡器 5 2施密特触发器 5 2 1由门电路构成的施密特触发器 5 2 2集成施密特触发器 退出 5 2 1由门电路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 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 下限阈值电压 上限阈值电压 回差电压 滞后电压 UT UT UT 前面介绍的施密特触发器的回差电压为 UT UT UT UT UT UD UD 0 7V缺点是回差太小 且不能调整 5 2 2集成施密特触发器 施密特触发器的应用 5 3多谐振荡器 5 3 1对称多谐振荡器 5 3 2不对称多谐振荡器 5 3 3用施密特触发器组成多谐振荡器 退出 5 3 4石英晶体多谐振荡器 能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器 5 3 1对称多谐振荡器 本小节为参考内容 5 3 2不对称 CMOS 多谐振荡器 在t1时刻 uo由0变为1 由于电容电压不能跃变 故ui1必定跟随uo发生正跳变 于是ui2 uo1 由1变为0 这个低电平保持uo为1 以维持已进入的这个暂稳态 在这个暂稳态期间 电容C通过电阻R放电 使ui1逐渐下降 在t2时刻 ui1上升到门电路的开启电压UT 使uo1 ui2 由0变为1 uo由1变为0 同样由于电容电压不能跃变 故ui1跟随uo发生负跳变 于是ui2 uo1 由0变为1 这个高电平保持uo为0 至此 第一个暂稳态结束 电路进入第二个暂稳态 第一暂稳态及其自动翻转的工作过程 第二暂稳态及其自动翻转的工作过程 在t2时刻 uo1变为高电平 这个高电平通过电阻R对电容C充电 随着放电的进行 ui1逐渐上升 在t3时刻 ui1上升到UT 使uo ui1 又由0变为1 第二个暂稳态结束 电路返回到第一个暂稳态 又开始重复前面的过程 5 3 3用施密特触发器组成多谐振荡器 本小节为参考内容 5 3 4石英晶体多谐振荡器 电阻R1 R2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R1 R2 R 0 7k 2k 而对于CMOS门 则常取R1 R2 R 10k 100k C1 C2 C是耦合电容 它们的容抗在石英晶体谐振频率f0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f0 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 5 4单稳态触发器 5 4 1微分型单稳态触发器 5 4 2集成单稳态触发器 5 4 3利用施密特触发器组成单稳态触发器 退出 5 4 4单稳态触发器的应用 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 5 4 1微分型单稳态触发器 1 没有触发信号时电路工作在稳态当没有触发信号时 ui为低电平 因为门G2的输入端经电阻R接至VDD VA为高电平 因此uo2为低电平 门G1的两个输入均为0 其输出uo1为高电平 电容C两端的电压接近为0 这是电路的稳态 在触发信号到来之前 电路一直处于这个状态 uo1 1 uo2 0 0 0 1 1 1 1 0 2 外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态当正触发脉冲ui到来时 门G1输出uo1由1变为0 由于电容电压不能跃变 uA也随之跳变到低电平 使门G2的输出uO2变为1 这个高电平反馈到门G1的输入端 此时即使ui的触发信号撤除 仍能维持门G1的低电平输出 但是电路的这种状态是不能长久保持的 所以称为暂稳态 暂稳态时 uo1 0 uo2 1 0 0 1 1 3 电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态在暂稳态期间 VDD经R和G1的导通工作管对C充电 随着充电的进行 C上的电荷逐渐增多 使uA升高 当uA上升到阈值电压UT时 G2的输出uo2由1变为0 由于这时G1输入触发信号已经过去 G1的输出状态只由uo2决定 所以G1又返回到稳定的高电平输出 uA随之向正方向跳变 加速了G2的输出向低电平变化 最后使电路退出暂稳态而进入稳态 此时uo1 1 uo2 0 脉冲宽度 tp 0 7RC 电路的改进 当ui的宽度很宽时 可在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路 否则 在电路由暂稳态返回到稳态时 由于门G1被ui封住了 会使uo2的下降沿变缓 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 Rext Cext Cext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VCC和Rext Cext之间 外接定时电容C C 10pF 10 F 接在Cext 正 和Rext Cext之间 74121内部已设置了一个2k 的定时电阻 Rin是其引出端 使用时只需将Rin与VCC连接起来即可 不用时则应将Rin开路 74121的输出脉冲宽度 tp 0 7RC 5 4 2集成单稳态触发器 5 4 3利用施密特触发器组成单稳态触发器 本小节为参考内容 延迟与定时 整形 5 4 4单稳态触发器的应用 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 5 5555定时器及其应用 5 5 1555定时器结构及功能 低电平触发端 高电平触发端 电压控制端 复位端低电平有效 放电端 4 5 16V 0 0 1 2VCC 3 VCC 3 0 0 0 1 1 2VCC 3 VCC 3 1 0 0 1 1 1 1 0 2VCC 3 VCC 3 1 1 1 0 0 5 5 2用555定时器组成施密特触发器 5 5 3用555定时器组成单稳态触发器 5 5 4用555定时器组成多谐振荡器 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