第六章 脉冲波形的产生和整形.ppt

1、第六章 脉冲波形的产生和整形,6-1 概述,获取矩形脉冲波（时钟）的途径有两种：,2、用整形电路把已有的周期性变化的波形整形产生,1、用多谐振荡器直接产生,整形电路施密特触发器、单稳态触发器,用门电路可以构成,用555定时器也可以构成,施密特触发器,单稳态触发器,多谐振荡器,施密特触发器,单稳态触发器,多谐振荡器, 6-2 施密特触发器,6-2-1 特点和输出特性,一、特点,1、电平触发,2、电压滞后传输,作用：变换脉冲波形,输入信号UI从低电平上升过程中， U0突变对应的输入电平，,触发信号UI可以是变化缓慢的模拟信号，,UI达某一电平值时，输出电压U0突变。 U0为脉冲信号。,与UI 从高

2、电平下降过程中U0突变对应的输入电平不同。,脉冲整形,UoH,UoH,同向输出特性：,VT+,Uo,UI,UoL,二、 输出特性,反向输出特性：,VT+,Uo,UI,UoL,UI= VT+ 时，,0,0,当UI = 0时，,当UI = 0时，,正向阈值电平VT+：,UI 上升时，引起Uo 突变时对应的UI 值。,负向阈值电平VT- ：,UI 下降时，引起Uo 突变时对应的UI值。,Uo = UoH,UI = VT- 时，,Uo = UoL,UI= VT+ 时，,Uo = UoL,UI = VT- 时，,Uo = UoH,Uo= UoL,Uo= UoH,三、逻辑符号,6-2-2 集成施密特触发器

3、,常用TTL电路集成施密特触发器有7413等，,常用CMOS电路集成施密特触发器有CC40106等。,同相施密特FF,反相施密特FF,与非施密特FF,或非施密特FF,6-2-3 施密特触发器的应用,一、用于波形变换,例：,已知UI为半波，UI m= 9V，,电路的VT+ =6V， VT-=3V,UOH =VDD，,9,6,3,VT+,VT-,VDD,VDD,整形,试根据所给施密特触发器画UO波形。,P.371.,二、用于脉冲整形,VT+,VT-,VT+,VT-,VT+,VT-,三、用于脉冲鉴幅,作业：P357 6.2题,(a)图换为同相施密特FF的逻辑符号， 已知：VT+ =10V， VT-=

4、5V,?, 6-3 单稳态触发器,6-3-1 特点和用途,一、特点,1、开机,2、外加触发信号，,暂态维持一段时间，,3、暂态维持时间的长短，,只和电路参数有关，,与触发信号的幅度、电源电压的高低无关。,（接通电源），,电路出现稳态。,电路翻转为暂态。,自动返回稳态,二、工作波形,输出脉宽TW要计算,（以触发后，电路输出正脉冲为例）,6-3-2 集成单稳态触发器,常用74121，74221，74LS221都是 不可重复触发的单稳态触发器。,74121的电路符号：,常用产品:,74121的功能表 P.325.,电平 触发,脉冲 触发,集成单稳态触发器74121的功能表,四、应用举例,1、脉冲整形

5、,TW = 0.69 RC,UI,（Rint2 K）,2、输出脉冲延时,TW2,触发后，电路延时TW1 时间再输出。,TW1 = 0.69 R1C1,TW2 = 0.69 R2C2,作业 P359,题6.12, 6-4 多谐振荡器,特点：不需要外加触发信号，电路自激振荡，没有稳态。,用途：产生脉冲方波。,6-4-1 用门电路构成,一、对称式多谐振荡器,UI1,UO2,UO1,UI2,T1,T,T2,T1 ：脉冲宽度,T2 ：脉冲间歇时间,T：脉冲周期,f：脉冲频率,q ：脉冲占空比,电路参数：,输出波形：,二、环形振荡器,1、组成,利用门电路的传输延迟时间tpd ， 将奇数个反相器首尾相接。,

6、UO1,UO2,UO3,2、工作波形,tpd,3、计算,TW = ntpd ；,T=2TW ；,f =1/T,一般，tpd =,TTL类几十 ns,CMOS类几百ns,（所以，环形振荡器的振荡频率f 特别高）,为了获得较低的、可调的f ，可在环形回路中增加RC延时环节。,TW,n是门的数目。,6-4-3 石英晶体多谐振荡器,一、石英晶体,许多应用场合。要求多谐振荡器的振荡频率f十分稳定，,石英晶体的固有振荡频率 fo,fo,电容性,电感性,电抗频率特性曲线,符号,二、石英晶体振荡器,1、组成,将石英晶体接到多谐振荡器的正反馈回路中。,当外加电压的频率f = fo 时，其电抗 X=0 。,（如数

7、字钟的秒脉冲频率）。上述电路的 f 都达不到要求。,最简便的稳频方法是在多谐振荡器中接入石英晶体，,构成石英晶体多谐振荡器。,由结晶方向、外形尺寸决定；,频率稳定度（fo / fo)可达10-1010-11,2、工作原理,当UO的频率f = fo 时，,而fo 的稳定度极高，,3、参数选择,各种固有振荡频率fo的石英晶体已做成成品，,fo一般都很高，应利用分频器将fo分频为所需频率。,例如，需要频率为1HZ的秒脉冲，,结果： f = fo 。,可选购 fo=32768HZ的晶振，通过15次二分频获得1HZ。,反馈最强，电路才起振。,这就解决了多谐振荡器的稳频问题。,可根据所购晶体的fo选择电路

8、的外接RF 和C，, 6-5 555定时器及其应用,555定时器是单片集成电路，用途广，,可构成施密特触发器、,单稳态触发器、,多谐振荡器等。,双极型产品型号的后三位数码为555。,单极型产品型号的后四位数码为7555。,其功能和外部引脚的排列完全相同。,6-5-1 555定时器的电路结构与功能,一、组成与特点,VR1,VR2,UO,TD,+VCC,CO,U6,U2,1,2,6,5,8,4,3,7,（TH）,当CO端不接控制电压UCO时：,国产CB555的原理电路,它由三个5K电阻、,比较器C1和C2、,基本RS触发器,和放电管TD 组成。,VR1=,VR2=,1,导通,1,截止,1,保 持,

9、0,1,1,0,1,1,0,1,1,0,二、工作原理,输 入,过 渡,输 出,U6,U2,Q,TD状态,CB555功能表,（CO端悬空时）,1,0,0,1,0,截止,= 0 时,0,X,X,X X,导通,0,1,三句口诀：,大于、大于、出 0；,任意、小于、出 1；,小于、大于、保 持,归 纳：,只看 Q 端，,大于、大于、出 0；,小于、小于、出 1；,小于、大于、保 持,通 常,当CO端接有UCO 时：,VR2 =,三、说明,VR1 =,UCO、,所有结论仍成立。,四、电路符号,555 定时器的电源电压范围较宽，,CMOS类：VDD为318伏，（UOHVDD95% ，IOm4mA）,TTL

10、类： VCC为516伏，（UOHVCC90%）， IOm200mA）,UO,TH,TD,CO,VCC,GND,UCO ，,6-5-2 555定时器接成施密特触发器,二、工作原理,（设：UI为模拟三角波）,UI,U6 U2,UO,0,1,0,1,三、电压波形,一、组成,UI,UO,+VCC,0.01uF,从工作原理知：,此为施密特反相器。,-,R,C,UI,+,充电,导通,稳态：UO =0,放电,保 持,接通VCC,截止,暂态：UO =1,充电,导通,返回：UO =0,放电,保 持,UI =1,无电荷,触发,UI =,（UC）,（UI）,（Q）,0,0,1,0,不触发,C,UC,U6,U2,UO

11、,TD,说 明,6-5-3 555定时器接成单稳态触发器,二、工作原理,U2 = UI ，,U6 = UC，,一、 组成,1,要求触发信号 为负的窄脉冲,总之：不触发，UO=0；,UO=1维持一段时间又返回UO=0,充电回路：VCC+RC VCC-（充电慢）,放电回路：C+ TD C -（放电快）,三、电压波形,TW,TWRC ln3 = 1.1RC,触发, UO=1,注意；第二次触发必须在第一次触发稳定之后进行。,6-5-4 555定时器接成多谐振荡器,R1,R2,C,二、工作原理,UC,U6,U2,UO,TD,起始时,0,1,截止,C充电,0,导通,C放电,1,截止,循环往复，直到关机。,

12、一、电路组成,三、电压波形,总之：起始时，UC=0，UO=UOH,UO 在 UOLUOH 之间振荡,T1,T2,充电回路：VCC+R1R2 C VCC-（充电慢）,放电回路：C+ R2 TD C -（放电快）,T1 = 0.69(R1+R2)C；,T2 = 0.69R2C；,T= 0.69(R1+2 R2)C；,q = T1/T,以后,T1=(R1+R2)C ln ,VCC -,VCC -,VR2,VR1,T2= R2C ln ,0 -,0 -,VR1,VR2,四、电路计算,本例：,=,R1+R2,R1+2 R2,VR1,VR2,作业 P215,题4.1,例1、 防盗报警电路,1、555定时器

13、接成多谐振荡器，,3、铜丝不断时，,4脚和公共端相连,电路清零，,3脚出0，,喇叭不响。,4、铜丝碰断时，,4脚不接0，,合上开关S，报警器处工作状态。,电路振荡，喇叭响。,T=1.435mS，,f =696.86HZ700HZ。,为了省电，,三个问题：,1）开关S的作用？,需要用时才合上S。,2）50 K电阻的作用？,铜丝不断时限流。,3）100uF电容的作用？,将脉冲信号变为模拟信号,五、555定时器应用举例：,1、555定时器构成施密特反相器，,其输入电压由C充、放电提供。,2、C充、放电情况受光敏电阻R阻值的控制。,3、R阻值受光线明暗程度的控制。,1）天亮时，光线变强，,R，,C充电

14、，,UC。,当UC,UO=0，,KAS断开，灯灭。,KAL中无电流，,2）天黑时，光线变暗，,R，,C放电，,UC。,当UC,UO=1，,KAS闭合，灯亮。,KAL中有电流，,Rmin0，,Rmax，,例2、 照明灯自动点熄电路,4、电路计算:,VCC=1.2 X 12=14.4V,VT+ =9.6V,VT- =4.8V,5、电压波形:,VCC,U6、U2,9.6V,4.8V,天 亮,灯亮,灯 灭,灯亮,天黑,天渐黑,充电的极限值：,VCm= VAm=11OK在112K中分得VCC VCC,例3、延时报警器,UO1,UO2,解：,（1）,（2）,（1）片接成施密特触发器，,U6=U2= UC1 的电压波形通过操纵开关S获得。,（2）片不工作。,（2）片接成多谐振荡器。,当UO1=1时；,当UO1=0时；,（2）片自激振荡，,喇叭出声。,下图是用555定时器接成的延时报警器。当开关S断开后，经过一定的延迟时间后扬声器