数字电路基础-第7章脉冲波形的产生与整形

第七章脉冲波形的产生与整形,7.1集成555定时器,7.2施密特触发器,7.4单稳态触发器,7.3多谐振荡器,7.1集成555定时器,电压比较器的功能：v+v-，vO=1v+v-，vO=0,由以下几部分组成：（1）三个5k电阻组成的分压器。,（2）两个电压比较器C1和C2。,一、555定时器的电路结构,（3）基本RS触发器，（4）放电三极管T及缓冲器G。,电路符号,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,4.516V,二工作原理,1/3VCC,2/3VCC,（1）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）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、6脚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。,2VCC/3,VCC/3,1,1,1,2VCC/3,VCC/3,1,0,2VCC/3,VCC/3,1/3VCC,2/3VCC,功能表,7.2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,电路符号,2.电压滞回特性和主要参数,（1）电压滞回特性,VT+,VT,VT,VT+,VT,（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VTvI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VTVT=VT+VT=1/3VCC,电路符号,二集成施密特触发器,2.TTL集成施密特触发器74LS14,1.CMOS集成施密特触发器CC40106,三施密特触发器的应用举例,2.用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。,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。,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。,RC微分电路,RC微分电路,电路条件：=RCtWtW输入脉冲宽度,7.3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,（2）电容放电时间T2,（3）电路振荡周期TT=T1+T2=0.7(R1+2R2)C,（5）输出波形占空比q,（4）电路振荡频率f,（1）电容充电时间T1：（用三要素法计算）,二占空比可调的多谐振荡器电路,可计算得：T1=0.7R1CT2=0.7R2C占空比：,利用二极管的单向导电性，把电容C充电和放电回路隔离开，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。,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：fsfpf0（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,R1、R2：使两个反相器都工作在转折区，成为具有高放大倍数的放大器。对于TTL门，常取R1=R2=0.72k，对于CMOS门，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。,（1）串联式振荡器,（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,简易温控报警器,模拟声响电路,将振荡器的输出电压uo1，接到振荡器中555定时器的复位端（4脚），当uo1为高电平时振荡器振荡，为低电平时555定时器复位，振荡器停止震荡。,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。,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。,7.4单稳态触发器,（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。,一用555定时器组成单稳态触发器1.电路组成及工作原理,T饱和导通，7脚电位几乎为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）自动返回时间当vC上升至2/3VCC时，vO变0，电路由暂稳态重新转入稳态。,（5）恢复过程当暂稳态结束后，C通过饱和导通的T放电，时间常数2=RCESC，由于RCES很小，所以放电很快。C放电完毕，恢复过程结束。,2.主要参数估算,（2）恢复时间tretre=（35）2（3）最高工作频率fmaxvI周期的最小值：Tmin=tWtre最高工作频率:,(1)输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）,二集成单稳态触发器74121,A1、A2是下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。,（a）使用外部电阻Rext且电路为下降沿触发的连接方式。,集成单稳态触发器74121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。,74121的主要参数,(1)输出脉冲宽度tW使用外接电阻：tW0.7RextC使用内部电阻：tW0.7RintC74121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，（2）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q定义：q=tW/T最大占空比：qmax=tW/Tmin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。与门打开的时间是单稳输出脉冲v/O的宽度tW。,1.延时与定时,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，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。,练习一：图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。,如图所示，555构成的施密特触发器，当输入信号为图示周期性心电波形时，试画出经施密特触发器整形后的输出电压波形。,一过压监视电路如图所示，试说明当监视电压vx超过一定值时，发光二极管D将发出闪烁的信号。提示：当晶体管T饱和时，555的管脚1端可认为处于地电位。,练习二：间歇振荡器,练习三：报警器,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