7第08章脉冲波形的变换与产生(康华光).ppt

1、第八章 脉冲波形的变换与产生 重点： 1. 了解单稳态触发器的结构、工作原理及功能。 2.了解施密特触发器的结构、工作原理及功能。 3.了解多谐振荡器的结构、工作原理及功能。 4.掌握555定时器的结构及其应用。,（1-2）, 8.1 单稳态触发器 输出0或1中只有一个稳定状态。 单稳态触发器一般用做定时、整形及延时。 一、电路及其波形(CMOS门组成的单稳态触发器),二、单稳态触发器的作用,输出正脉冲,三、脉冲宽度： tW = R C lnVDD/(VDD-VTH) 一般门电路阈值电压VTH VDD /2,则: tW =0.7R C,稳态,暂态,产生单脉冲,（1-3）,四、输出负脉冲的单稳态

2、触发器电路 1.电路,输出负脉冲,稳态,暂态,2.波形,3、脉冲宽度 与前述相同,（1-4）,8.2 施密特触发器 一、电路符号及其工作原理 (1)同相输出的施密特触发器,VT+、VT-正、负向阈值电压 其中:VT VT+VT- 回差,二、作用 波形变换, 整形,(2)反相输出的施密特触发器,传输特性,传输特性,（1-5）,三、 CMOS门组成的施密特触发器 1.电路,若vI波形如图所示。,根据叠加定理：,vO波形如何变化？,（1-6）,2.工作原理和波形 设门电路的阈值(跳变电压)为VTH 。 当vI 很小时: vO1“1”, vO“0” 此时v11与vO波形：,当vI 上升至使v11VTH

3、时: vO 从“0”跳变为“1”。 vO波形图示：,此时输入 vI 的值称为VT+：,（1-7）,当vI 下降至使v11VTH时: vO从“1”跳变为“0”, 此时输入 vI 的值称为VT-：, VT+,设门电路的输出高电平值为VDD 。一般VDD 2VTH , 此后v11变为：,其中:VT VT+VT- 回差,（1-8）,8.3 多谐振荡器 也称为“无稳态触发器” 一、电路和波形(CMOS门组成的无稳态电路),二、无稳态触发器的作用产生连续脉冲 三、指标计算,第一暂态时间：T1= R C lnVDD/(VDD-VTH)=0.7R C 第二暂态时间：T2 =R C lnVDD/VTH = 0.

4、7R C 周期：T=T1T2 =1.4R C 频率: f =1/T,（1-9）,8.4 555定时器及其应用 一、555定时器 1.电路,2.管脚排列,3 .图形符号,（1-10）,4. 工作原理及状态表,555的功能表,注意: (1)5端电压v1C=外接输入电压; (2)B点电位vB = v1C /2 ; (3)当5端悬空或与地之间接电容器时： v1C = 2VCC /3 vB = v1C /2 = VCC /3。,开环运放的功能: v+v-, 输出为“1” v+v-, 输出为“0”,（1-11）,注意: CO端悬空或与地之间接电容器时, v1C = 2VCC /3 状态表变为：,返回施密特

5、触发器,返回单稳态触发器,（1-12）,二、用555定时器构成的施密特触发器 1、电路,555真值表,2、工作原理和波形,(1)vI上升阶段： 当vIVCC/3 时: vO1 当VCC/3 vI2VCC/3 时: 保持, vO1,v1C=2VCC /3,当vI2VCC/3 时: vO0,(2) vI下降阶段： 当vI2VCC/3 时:vO0 当VCC/3 vI2VCC/3 时: 保持, vO0,当vIVCC/3 时: vO1,（1-13）,回差: VT2VCC/3VCC/3 VCC/3,若5端电压外接输入电压VDD, 则 v1C=VDD 回差: VTv1Cv1C/2v1C/2 VDD /2,3

6、、施密特触发器的应用,(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。,(2)用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。,(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。,（1-16）,三、用555定时器构成的单稳态触发器 1、电路,555真值表,2、工作原理和波形,(1)当 vI = 1时, 接通电源后, 设电容已充电至稳态值VCC 。这时： v11=VCC2VCC /3, vI=v12=VCCVCC /3 vO = 0 , (71)之间导通,电容 C 被短接迅速放电, 使:v11=vC =0VCC /3不变,继续保持v

7、O = 0, (71)之间导通 。,（1-17）,0为稳态,1为暂态,(2)当 瞬间接地, 短时内使vI = 0时: v12=vI =0VCC /3, v11=vC =02VCC /3 vO =1, (71)之间断开 , C 充电。,C 充电过程中, vI已经=1,v12=VCCVCC /3 只要v11=vC未充至2UCC/3,vO状态不会变,(3)当C 充电至v11=vC2UCC/3时: vO=0 , (71)之间导通,电容 C 被短接迅速放电而变成 0V。输出回到稳态。,（1-18）,3、单稳态触发器的作用 产生单脉冲 4、指标计算 脉冲宽度：,tWRC lnVCC/(VCC-2VCC/3

8、) 1.1 RC,(1) 延时与定时,延时 图中,v/O的下降沿比vI的下降沿滞后了时间tW。,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。,5、单稳态触发器的应用,(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。,（1-21）,单稳态触发器构成短时用照明灯,若S未按下, 则 ui = 1,若S按下, 则 ui = 0,例1,灯亮的时间为： tp = 1.1 R C,（1-22）,灯亮

9、的时间为：,tp = 1.1 R C,220V照明：,555定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片P，由于人体感应电压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。,例2,555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

10、、R5加至T1基极，也能使T1导通，触发555，达到上述效果。,触摸、声控双功能延时灯,例3,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。,例4,（1-27）,四、555定时器构成的多谐振荡器(简易电子琴电路) 1、电路,2、工作原理和波形,(1)设电容C原先未充电,当接通电源后, v12=vC =0VCC /3 , v11=vC =02VCC /3 vO=1,(71)之间断开,电源通过R1 和R2 对电容C 充电。,在 v11= v12= vC没有充电到 2VCC /

11、3 之前, v11 2VCC/3, v12 VCC/3, vO 保持 1 不变。,（1-28）,v11= v12= vC一旦充电至2VCC /3,则: v112VCC /3， v12VCC /3, vO= 0, (71)之间短接。电容 C 经 R2 放电。,放电过程中, 只要 v11 2VCC /3, v12 VCC /3, vO保持0不变。,（1-29）,v11= v12= vC一旦放电至VCC/3, 则： v11 2VCC /3, v12 VCC /3, vO =1, (71)之间断开。 电源通过R1 和R2 对电容C 充电。,重复上述过程，进入循环. .,（1-30）,3、无稳态触发器的

12、作用 产生连续脉冲 4、指标计算,周期： T tPH + tPL 0.7(R1+R2)C+ 0.7R2C 0.7(R1+2R2)C 频率：,占空比高电平时间tPH/周期T,5、无稳态触发器的应用 (1) 简易温控报警器,(2)双音门铃,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。,(3)秒脉冲发生器,（1-34）,多谐振荡器构成水位监控报警电路,水位正常情况下，电容C被短接，扬声器不发音；水位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始工作，扬声器发出报警。,例1,一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。,例2,间歇振荡器,例3,报警器,例4,（1-38）,简易电子琴：,例5,通过改变R2 的阻值来改变输出方波的周期 , 使外接的喇叭发出不同的音调 。,（1-39）,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组成多谐振荡器。石英晶体振荡器的特点是f