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文档简介

1、第十章 脉冲波形的产生和整形,10.1 概述,一、获取矩形脉冲的方法 1. 脉冲波形发生电路:利用多谐振荡器直接产生; 2. 脉冲波形整形电路:将其它周期性波形通过整形变为矩形脉冲。 如:正弦波、三角波等。,整形,电路,矩形脉冲波形的整形电路: 施密特触发器 、单稳态触发器 。,如何获得施密特触发器 、单稳态触发器和多谐振荡器? 1.用门电路可以构成:,2.用555定时器可以构成,二、描述矩形脉冲特性的主要参数,脉冲周期T:脉冲序列中,两个相邻脉冲之间的时间间隔。,脉冲幅度Vm:脉冲电压的最大变化幅度。,脉冲宽度Tw:从脉冲前沿的0.5Vm起到脉冲后沿的0.5Vm止的时间。,二、描述矩形脉冲特

2、性的主要参数,上升时间tr:脉冲上升沿从0.1Vm上升到0.9Vm所需的时间。,下降时间tf:脉冲下降沿从0.9Vm下降到0.1Vm所需的时间。,占空比q:脉冲宽度与脉冲周期的比值,即q=tw/T。,10.5 555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。,10.5.1 555定时器 (数/模混合IC),电压比较器(C1,C2) 触发器 输出缓冲器(G3,G4) OC输出的三极管(TD) 组成,它由 三个5K电阻、,10.5

3、 555定时器及其应用,一、电路结构,当VCO端不接控制电压时:,C1出1;,C1出0。,C2出0;,C2出1。,二、工作原理,输 入,过 渡,输 出,Q,TD状态,0,X,X,X X,导通,1,导通,1,截止,1,保 持,表 1 CB555功能表(CO端悬空时),工作原理见表1,0,1,1,0,1,1,0,1,0,1,1,0,1,0,0,截止,1,0,由表2可得如下口诀:,大于、大于、出0;,小于、小于、出1;,小于、大于、保持,当CO端接有UCO 时:,VR2 =,三、说明,VR1 =,UCO 、,所有结论仍成立。,UCO ,,四、电路符号,555 定时器的电源电压范围较宽,,CMOS类:

4、VDD为318伏,(UOHVDD95% ,IOm4mA),TTL类: VCC为516伏,(UOHVCC90%), IOm200mA),UO,TH,TD,CO,VCC,GND,10.5.2 用555定时器接成施密特触发器,施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。,一、特点,1、电平触发: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。,2、电压滞回传输:输入信号在上升和下降过程中,电路状态转换的输入电平不同。,利用上述特点,施密特触发器不仅能将边沿缓慢变化的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波,还可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。

5、,3.电路状态转换时有正反馈过程,使输出波形边沿变陡。,同向特性:,VT+,Uo,UI,UoL,UoH,二、 电压传输特性特性,反向特性:,VT+,Uo,UI,UoL,UoH,0,0,当UI = 0时,Uo= UoL,当UI = 0时, Uo= UoH,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。,工作原理,UI,UO,+VCC,0.01uF,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,UI,UO,+VCC,0.01uF,从电压波形知:,此为施密特反相

6、器。,10.2.3 施密特触发器的应用 一、用于波形变换,二、用于鉴幅,整形,构成多谐振荡器。,10.2.3 施密特触发器的应用 三、用于脉冲整形,10.5.3 单稳态触发器,10.5.3.1 特点和用途,一、特点,1、开机(接通电源),电路出现稳态。,2、外加触发信号,电路翻转为暂态。,暂态维持一段时间,自动返回稳态,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。,二、用途,1、整形输出矩形波。,2、定时输出一定宽度的矩形波。,3、延时将输入信号延长一定时间后输出。,有一个稳态和一个暂稳态,用555定时器接成单稳态触发器,无论触发器的初态是0还是1,在无触发

7、输入的情况下,电路都将稳定在0状态,此状态称为稳态。,性能参数: 暂稳态输出的宽度,这种电路产生的脉宽可从几个微秒到数分钟,精度较高,集成单稳态触发器,1、不可重复触发,触发进入暂稳态时,再加触发脉冲无效,TW,2、可重复触发,触发进入暂稳态时,再次触发有效,输出脉冲可再维持一个脉宽。,TW,常用74121,74221,74LS221等都是不可重复触发的单稳态触发器。,其中,74121的电路符号如图:,一、分类,二、常用产品举例,集成单稳态触发器电路结构与工作原理 (74 121),下降沿触发时的接法,1,UI,使用外接电阻R,+VCC,上升沿触发时的接法,UI,利用内部电阻Rint,C,R,

8、C,三、应用举例,1、脉冲整形,TW = 0.69 RC,2、输出脉冲延时,UI,+VCC,UO2,TW2,触发后,电路延时TW1 时间再输出。,TW1 = 0.69 R1C1,TW2 = 0.69 R2C2,3、定时输出,UI,UO2,74121,74121,UA,TW,只在触发之后的TW 时间内有UA 输出。,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。,10.5.4 多谐振荡器,又称为无稳态触发器,电路没有稳定的输出状态。是一种自激振荡器,在接通电源后,不需要外加触发信号,通过电容的充电和放电,使两个暂稳态相互交替,输出矩形脉冲。由于矩形脉冲波含有多种谐波,因

9、此称多谐振荡器,常用作时钟脉冲发生器。,一 用施密特触发器构成多谐振荡器,1、组成,UI,UO,2、工作原理,接通VCC瞬间,C中无电荷,所以:,1)UC=0 ,3、电压波形,0,0,VT+,VT-,T1,T2,T,UI =0 ,UO=1,4、电路改进,占空比可调电路如图:,充电经过R2 ,放电经过R1 ,,q =T1/T,T=T1+T2,调节R1 或 R2 ,即可调节q,10.5.4 用555接成多谐振荡器,如希望q50%?,如希望q可调?,vo,555定时器应用举例:,例1.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开始发出声音。试求延迟的时间TD和扬

10、声器发出声音的频率f。,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。,工作波形:,S闭合,S断开,S闭合,VCC,喇叭响,TD,TO2=0.69 (R1+2R2 ) C= 0.69 (5 +25 ) 103 0.0110-6103.5S,fO2 9.66KHZ,U6、U2,TO2,例2:如图6-46所示为洗相曝光定时器电路,分析电路工作原理,并求出曝光时间。,单稳态触发器,延迟时间即为C的充电时间。,当接通电源,且开关断开时,,端为高电平,即,,此时输出,使得继电器线圈不通电,此时其触点不动作,因此红灯亮,白灯灭。,端变为低电平,即,此时输出,使得继电器线圈通电,此时其触点动作,因此红灯灭,白灯亮。白灯亮的时间即为曝光时间:,此时即使松开开关,,端变为高电平,不影响输出输出状态,要求,端低电平时间要小于,按压开关后松开,,例3:如图6-47所示为简易的电子琴电路,为不同的琴键,当按下不同的

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