电路技术基础第12章

第12章脉冲产生电路,12.1概述12.2555定时器12.3多谐振荡器12.4单稳态触发器12.5施密特触发器,在数字电路或数字系统中,常需要各种脉冲波形,如时钟脉冲、定时信号等。这些脉冲波形的获得有两种方法：一是使用脉冲信号产生器直接产生；二是利用已有的信号对其进行变换，使之成为满足系统要求的脉冲信号。,12.1概述,在同步时序电路中，作为时钟信号的矩形脉冲控制和协调着整个系统的工作。,获得矩形脉冲波形的途径有两种：一种是利用各种形式的多谐振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲。另一种是通过各种整形电路把已有的周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。当然，在采用整形的方法获取矩形脉冲时，是以能够找到频率和幅度都符合要求的一种已有的电压信号为前提的。,正因为时钟信号控制和协调着整个系统的工作，所以时钟脉冲的特性关系到系统能否正常工作。通常用图12.1所示的几个主要参数来定量描述矩形脉冲的特性。,图12.1描述矩形脉冲特性的主要参数,12.2555定时器,1.555定时器的用途及类型555定时器是目前应用最多的一种数字-模拟混合的时基电路，用它可以构成多谐振荡器、单稳态电路和施密特电路等脉冲产生和波形变换电路，所以在波形的产生和变换、工业自动控制、定时、仿真、家用电器、电子乐器、防盗报警等方面获得了广泛的应用。,在目前的集成定时器产品中，双极型的有5G555（NE555），CMOS型的有CC7555、CC7556等，器件的电源电压为4.5V18V；能提供与TTL、MOS电路相兼容的逻辑电平。,2.CC555定时器的电路结构图10.2所示为CC7555的电路结构图，CC7555为双列直插式封装，共有8个引脚。,图12.2CC7555集成定时电路,3.CC7555的组成部分及其功能（1）分压器（2）比较器（3）基本RS触发器（4）放电管V（也称开关管）和输出缓冲器,12.3多谐振荡器,多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号就能自动产生矩形脉冲。由于矩形波中除基波外，还有丰富的谐波分量，故得名多谐振荡器。时序电路中的时钟信号即为矩形脉冲波。,图12.3多谐振荡器,12.3.1用555定时器构成的多谐振荡器1.电路结构及工作波形用CC7555构成的多谐振荡器如图12.4（a）所示，R1、R2和C是外接的定时元件。电路的工作波形如图12.4（b）所示。,图12.4由CC7555定时器构成的多谐振荡器,2.功能分析（1）工作原理（2）电路的特性参数计算,3.多谐振荡器应用举例：间歇音响电路,图12.5间歇音响电路,12.3.2石英晶体振荡器1.石英晶体的选频特性经过加工后的石英晶体，有其各自固定的共振频率，其符号和阻抗频率特性如图12.6（a）所示。由其阻抗频率特性可知，石英晶体的选频特性极好，只有频率为f0的信号才能通过晶体，其他频率信号都会被晶体衰减。图12.6（b）所示为一种典型的石英晶体多谐振荡器电路。,图12.6石英晶体多谐振荡器,2.石英晶体多谐振荡器在许多应用场合下都对多谐振荡器的振荡频率稳定性有严格的要求。例如在将多谐振荡器作为数字钟的脉冲源使用时，它的频率稳定性直接影响着记时的准确性。在这种情况下，前面介绍的多谐振荡器电路难以满足要求。因为在这些多谐振荡器中振荡频率主要取决于门电路输入电压在充、放电过程中达到转换电平所需要的时间，所以频率稳定性不可能很高。,为了得到稳定度很高的脉冲信号，目前普遍采用在多谐振荡电路中接入石英晶体，组成石英晶体多谐振荡器，其电路如图12.6（b）所示。,12.4单稳态触发器,单稳态触发器只有一个稳态，另外还有一个暂稳态。在外加信号的作用下，单稳态触发器能够从稳态翻转到暂稳态，经过一定的时间后又自动返回稳态，电路在暂稳态的时间等于单稳态触发器输出脉冲的宽度。,单稳态触发器的工作特性具有如下显著特点。它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段以后，再自动返回稳态。,暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。由于具备这些特点，单稳态触发器被广泛应用于脉冲整形、延时（产生滞后于触发脉冲的输出脉冲）以及定时（产生固定时间宽度的脉冲信号）等。构成单稳态触发器的电路很多，例如可采用门电路组成微分型单稳态触发器和积分型单稳态触发器，本节主要介绍由集成555定时器构成的单稳态触发器。,12.4.1用555定时器构成的单稳态触发器1.电路结构如图12.7（a）所示为用555定时器构成的单稳态触发器电路。,图12.7用555定时器构成的单稳态触发器,2.功能分析3.电路参数要求输入触发脉冲的宽度T0TW，单稳态触发器方能由暂稳态返回稳态。若T0TW时，可在输入端加RC微分电路。,12.4.2集成单稳态触发器1.集成单稳态触发器的类型目前集成单稳态触发器的产品很多，可分为两大类：一类是可重复触发的单稳态触发器，另一类为非重复触发单稳态触发器，其图形符号如图12.8（a）、（b）所示。,图12.8集成单稳态触发器图形符号,2.集成单稳态触发器的功能可重复触发单稳态触发器在受触发进入暂稳态后，若在暂稳态结束前的某时刻有新的触发，则触发器可以接受该新触发信号的作用，重新开始暂稳态过程，并从该时刻起重新计算暂稳态维持时间TW，如图12.9所示。由此可知，利用重触发脉冲，可以产生持续时间很长的输出脉冲。,图12.9用重复触发脉冲控制输出脉冲宽度,此外，还可以用复位端输入信号控制输出脉冲宽度，使TW减小，如图12.10所示。,图12.10用复位输入控制输出脉冲宽度,12.4.3单稳态触发器的应用1.用于脉冲信号的延时、定时单稳态触发器可用于脉冲信号的延时、定时与整形。,2.用于脉冲信号的整形单稳态触发器还可用于把不规则的脉冲信号整形为规则的矩形波，因为单稳态电路一经触发，由稳态进入暂稳态，输出信号就与输入信号状态无关，保持一个固定的幅度，直至经过tW后回到稳态。因此，若有不规则脉冲uI触发单稳态触发器，其输出是具有一定宽度(tW)、幅度，边沿陡峭的矩形波，如图12.12所示。,图12.12单稳态触发器的整形,12.5施密特触发器,12.5.1施密特触发器1.施密特触发器施密特触发器是一种波形变换电路，它应用很广。它在性能上有如下两个重要特点。,输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。,2.电压传输特性施密特触发器的电压传输特性如图12.13（a）所示，图形符号如图12.13（b）所示。,图12.13施密特触发器,12.5.2用555定时器构成的施密特触发器如图12.14（a）所示为一个用555定时器构成的施密特触发器电路。图12.14（b）是当触发信号为正弦波时，输出信号的工作波形。,图12.14用555定时器构成施密特触发器,12.5.3施密特触发器应用1.波形变换利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈，可以把边沿变化缓慢的周期性信号，例如三角波或正弦波，转变为边沿很陡的矩形波，如图12.15（a）、（b）所示。,图12.15施密特触发器用作波形变换,2.波形的整形施密特触发器可以使产生畸变的脉冲波形整形为矩形脉冲，只要施密特触发器的UT+和UT-设置的合适，就可以收到满意的整形效果，如图12.16所示。,图12.16施密特触发器对畸变波形整形,3.幅度的鉴别施密特触发器可用作阈值电压探测器，对输入信号的幅度进行鉴别。如图12.17所示是其输入、输出电压波形，幅度超过UT+的脉冲使施密特触发器动作，在输出端就能得到一个矩形脉冲，这样，就能鉴别输入信号的幅度是否超过规定值UT+。,图12.17阈值电压探测器输入输出波形,4.组成多谐振荡器采用施密特触发器还可以组成多谐振荡器，如图12.18（a）、（b）所示为其电路和工作波形图。,图12.18用施密特触发器组成的多谐振荡器,工作原理如下：当施密特触发器的输入