第7章--脉冲波形的产生与整形

第7章,授课人：邢晓敏,脉冲波形的产生与整形,2,本章主要内容,555定时器的工作原理及逻辑功能；,施密特触发器的特点及由555定时器构成的施密特触发器电路的分析；,多谐振荡器的特点及由555定时器构成的多谐振荡器电路的分析；,单稳态触发器的特点及由555定时器构成的单稳态触发器电路的分析；,3,目录,01,02,03,04,4,前言,前面讲的时序逻辑电路以及更复杂数字系统的动作都是由时钟脉冲信号（CP）来控制和协调的。,脉冲信号（CP）的来源通常有两种方法：,利用脉冲信号产生电路直接获取；,通过对已有的周期性变化信号进行整形，变换为脉冲波形。,555构成的多谐振荡器,555构成的施密特触发器,555构成的单稳态触发器,5,一.集成555定时器的电路结构与工作原理,（一）555定时器的内部结构,分成四个部分：,（1）基准电路,是由3个5k电阻组成的分压器；,（2）电压比较电路,由C1和C2组成；,（3）基本RS触发器,（4）输出电路,由放电三极管T及反相器G4等组成。,6,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,放电输出端,4.516V,输出端,（一）555定时器的内部结构,一.集成555定时器的电路结构与工作原理,7,(二)555定时器的工作原理,功能表：,（1）当RD=0时，无论输入端为何，输出端始终为0；故称RD为复位端（或清零端）,一.集成555定时器的电路结构与工作原理,8,(二)555定时器的工作原理,功能表：,（2）当RD=1时，若，则输出端vO和放电输出端均为高电平输出（逻辑1）。,一.集成555定时器的电路结构与工作原理,9,功能表：,（3）当RD=1时，若，则输出端vO和放电输出端均为低电平输出（逻辑0）。,(二)555定时器的工作原理,一.集成555定时器的电路结构与工作原理,10,功能表：,（4）当RD=1时，若，则输出端vO和放电输出端均保持原来输出不变。,(二)555定时器的工作原理,一.集成555定时器的电路结构与工作原理,11,功能表：,（4）当RD=1时，若，则输出端vO和放电输出端均保持原来输出不变。,（1）要想使555定时器输出端始终为0，则应将RD接成低电平。,（2）要想使555定时器有正常的输出，则RD=1;且输出端和放电输出端的逻辑电平始终保持一致。,(二)555定时器的工作原理,一.集成555定时器的电路结构与工作原理,12,二.由555定时器构成的施密特触发器,(一)施密特触发器的电路特点,具有两个阈值电压。,上限阈值电压UT+：,下限阈值电压UT-：,回差电压UT：,VT=VT+-VT-,电压传输特性具有滞回特性，所以它的抗干扰能力很强，应用也很广泛。,13,（二）电路组成及工作原理,vI从0逐渐升高的过程,当时：,“二六一搭”,二.由555定时器构成的施密特触发器,14,vI从0逐渐升高的过程,当时：,“二六一搭”,uO仍保持高电平,即：,（二）电路组成及工作原理,二.由555定时器构成的施密特触发器,15,vI从0逐渐升高的过程,“二六一搭”,当时：,（二）电路组成及工作原理,二.由555定时器构成的施密特触发器,16,“二六一搭”,当时：,vI从高于开始下降的过程,（二）电路组成及工作原理,二.由555定时器构成的施密特触发器,17,“二六一搭”,vI从高于开始下降的过程,当时：,uO仍保持低电平,即：,（二）电路组成及工作原理,二.由555定时器构成的施密特触发器,18,“二六一搭”,vI从高于开始下降的过程,当时：,至此，一个完整周期结束，以后重复该过程。,（二）电路组成及工作原理,二.由555定时器构成的施密特触发器,19,“二六一搭”,电压传输特性,为施密特反相器,（二）电路组成及工作原理,二.由555定时器构成的施密特触发器,20,接小电容的作用：滤除干扰信号，提高电路稳定性。,若改变5脚的接线，可以调节回差电压的大小。,（二）电路组成及工作原理,二.由555定时器构成的施密特触发器,21,若改变5脚的接线，可以调节回差电压的大小。,在5脚接某一电位US,VT+,VT-,UT+=uOC=US,则，,假设US=6V，则,UT+=6V,UT-=3V,回差电压：,记住关系！,（二）电路组成及工作原理,二.由555定时器构成的施密特触发器,22,若改变5脚的接线，可以调节回差电压的大小。,在5脚对地接一电阻R,UT+,UT-,则，,假设R=10k，则等效电阻,回差电压：,（二）电路组成及工作原理,二.由555定时器构成的施密特触发器,23,本节小结,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。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及555定时器构成。本节主要介绍的是后者。施密特触发器在脉冲产生和整形电路中应用很广。,具体要求：,会画555定时器构成的施密特触发器电路；,给定输入信号波形，要求能够画出输出信号波形；,会画电压传输特性，从中分析出输入与输出的反相关系。,求5脚不同接法下的UT+、UT-和UT,24,三.由555定时器构成的多谐振荡器,（一）多谐振荡器的电路特点,是一种自激振荡的电路，没有输入端。,电路工作时没有稳定状态，只有两个暂稳态，亦称为无稳态电路。,所谓“自激振荡”，是指电路在接通电源后，不需要有外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形脉冲或方波。,两个暂稳态为“0”和“1”。电路工作时会在二者间做交替变化，输出连续的矩形脉冲信号。,（二）电路组成及工作原理,电路接法：（1）先“二六一搭”成施密特触发器；（2）6脚和7脚之间接R2；（3）7脚经R1接VCC，（4）2脚经电容C接GND。电路显著特点：无输入信号！,三.由555定时器构成的多谐振荡器,分析步骤：,（1）起始状态：从t=0时刻vC=0开始。电容C逐渐被充电；,（2）vO=0以后，,（3）之后：放电过程结束，又由VCC通过R1、R2、C给C充电。,此时vO=0，C被放电；,（二）电路组成及工作原理,三.由555定时器构成的多谐振荡器,求电路的振荡周期T：,C的充电时间tPH：,C的放电时间tPL：,电路的振荡周期T：,（二）电路组成及工作原理,三.由555定时器构成的多谐振荡器,求电路的振荡周期T：,电路的振荡频率f：,占空比q：,（二）电路组成及工作原理,三.由555定时器构成的多谐振荡器,29,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。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。,具体要求：,会画555定时器构成的多谐振荡器电路；,分析电路原理，能够画出电容两端电压vC和输出信号vO的波形；,记住公式，会求电路的振荡周期T和振荡频率f，以及占空比q。,30,四.由555定时器构成的单稳态触发器,（一）单稳态触发器的电路特点,它有一个稳定状态和一个暂稳态。,在外来触发脉冲的作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳态。,暂稳态维持一段时间以后，将自动返回到稳定状态，而暂稳态时间的长短，与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。,（二）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。,“七六一搭，下C上R”,无触发信号输入相当于悬空，即vI=1，此时电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。,四.由555定时器构成的单稳态触发器,（2）若某一时刻在输入端vI加了触发信号负的窄脉冲，满足。(进入暂稳态),（二）电路组成及工作原理,四.由555定时器构成的单稳态触发器,（3）暂稳态维持一段时间后会自动回到稳定状态。若再没有触发信号则电路一直维持在稳态。只有当电路被再次触发，才会又进入暂稳态。,（二）电路组成及工作原理,四.由555定时器构成的单稳态触发器,求电路的脉冲宽度tW：,（二）电路组成及工作原理,四.由555定时器构成的单稳态触发器,35,本节小结,单稳态触发器具有一个稳态。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