第8章 脉冲信号的产生与整形.ppt

1、第 8 章 脉冲信号的产生与整形,介绍施密特触发电路、单稳态触发电路和多谐振荡器。,多谐振荡器能直接产生脉冲信号。,施密特触发电路能对已有信号进行变换;,单稳态触发电路可用于脉冲信号的定时、延时；,在数字技术的各种应用中,经常要用到矩形波、方波、锯齿波等脉冲波形，其中矩形波和方波是较重要的波形。,8.1 555集成定时器,555集成定时器是一种将模拟和数字电路集成于一体的电子器件,通过外加少量的阻容元件,能构成多种用途的电路。,555集成定时器的型号较多，但所有双极型产品型号后的3位数字都是555，CMOS产品型号最后的4位数字都是7555。而且，它们的功能和外部引脚的排列完全相同。,为了提高

2、集成度,随后又生产了双定时器产品556（双 极型）和7556（CMOS型）。,8.1.1 555定时器的电路结构,1.分压器,2.比较器,3.RS锁存器,4.三极管放电开关,5.输出缓冲器,组成：,8.1.2 定时器的逻辑功能,1）Vi12/3VCC Vi21/3VCC,2）Vi12/3VCC Vi21/3VCC,3）Vi11/3VCC,Vo=0,Vo=1,Vo不变,555定时器功能表,特点：555定时器能在很宽的电源电压范围内工作，并可承受较大的负载电流。双极型555定时器的电源电压范围为516V，最大的负载电流达200mA。CMOS型7555定时器的电源电压范围为318V，但最大负载电流在

3、4mA以下。,思考题：555定时器按下图连接，输入如图所示，试画出定时器输出的波形（设初始状态为0）并说明相当于何器件,Vo,8,4,6,2,1,5,3,555,VCC,Vi1,Vi2,1,0,t,0,t,0,t,VO,Vi1,Vi2,8.2 施密特触发器,施密特触发器(Schmitt Trigger)逻辑符号及电压传输特性,VT+称作为上触发电平或正向阈值电压;,VT- 称作为下触发电平或负向阈值电压;,特点：,1）有两个稳定状态VOH和VOL , 但稳态要靠输 入电平来维持；,2）具有滞回电压传输特性.当输入信号高于VT+ 时,电路处于一个稳定状态; 当输入信号低于VT-时, 电路处于另一

4、个稳定状态;当输入信号处于两触发电平之间时,其输出保持原状态不变。,8.2.1 用555定时器构成施密特触发电路,1. 电路组成,2.工作原理,当Vi1/3VCC时, VO=VOH;,2) 当1/3VCC Vi2/3VCC时, VO 保持,VO=VOH;,3) 当Vi2/3VCC时, VO=VOL.,首先分析输入电压Vi由0逐渐 升高的过程,4) 当1/3VCC Vi2/3VCC时, VO 保持,VO=VOL;,5) 当Vi1/3VCC时, VO=VOH.,其次分析输入电压Vi从2/3VCC 逐渐开始下降的过程,VT+=2/3VCC,VT-=1/3VCC,VT= VT+ VT- =1/3VCC

5、,8.2.2集成施密特触发电路,由于施密特触发电路的应用非常广泛，集成施密特触发电路的种类较多，有施密特非门74HC/HCT14、CC40106，施密特与非门74HC/HCT132、CC4093等。,CC40106阈值电压数值表,8.2.3施密特触发电路的应用,1. 波形变换,可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为同频率的 矩形脉冲.,2.脉冲整形,可以适当调节施密特触发器的回差电压,得到整齐的 矩形脉冲.,3.幅度鉴别,可以通过调整电路的VT+和VT-,将输入信号中幅度超 过VT+的脉冲选出,幅度较小的脉冲消除,所以具有幅 度鉴别能力.,8.3 单稳态触发电路,单稳态触发电路特点:电路有一个稳

6、定状态,一个暂稳定状态.在没有外界触发信号作用时,电路处于稳定状态;在外界信号作用下,电路由稳态转换为暂稳态,经过一段时间,电路自动返回到稳定状态.,单稳态触发电路常用于脉冲的整形、定时和延时。,8.3.1 由555定时器构成的单稳态触发电路,1.电路组成,2. 工作原理,1)稳态,当Vi 来一个较短的负 脉冲后, Q端改变状态, Vo由低电平跳变为高 电平,电路进入暂稳态. 而后经过一段时间后 (这时Vi已返回1) ,Q自 动返回到0的状态, 即 电路恢复到原来的稳 态Vo为低电平.,2)暂稳态,3. 工作波形图,4.输出脉冲宽度估算,输出脉冲宽度tw :就是暂稳期 的持续时间,它等于电容电

7、压 Vc从0上升到2/3Vcc所需时间,=RCLn3,1.1RC,*Vi的负脉冲宽度要小于tw,*输出脉冲宽度仅取决于外接定 时元件R和C的数值,而与电源电 压无关,8.3.2 用施密特触发电路构成 单稳态触发电路,1.电路结构,2.工作原理,1)稳态时,输入Vi=0,VR=0时,输出Vo=VOH;,2)暂稳态:当幅度为VDD(VT+)的正触发脉冲加到电路输入端时, 电路状态翻转, Vo=VOL,进入暂稳态. 随着对电容C的充电,VR按指数规律下降,当下降到略低于VT-时,电路状态再次翻转,返回到原来的稳态,输出Vo=VOH.,*Vi的正脉冲宽度应大于tw tw=RCln(VDD/VT-),3

8、.工作波形图,输出脉冲宽度tw:VR从初始值VDD下降到VT-所需要的时间,8.3.3 集成单稳态触发电路,根据电路工作特性不同， 集成单稳态触发电路分为 不可重复触发和可重复触 发两种。,(a) 不可重复触发单稳态触发电路工作波形,(b) 可重复触发单稳态触发电路工作波形,74121是不可重复触发 单稳态触发电路,1不可重复触发单稳态触发电路,两种连接方法：,tw0.7RextCext,2可重复触发单稳态触发电路,74122是一种可重复触发单稳态触发电路,74122功能表,74122的定时电阻、电容连接方式与74121相同，但输出脉冲宽度tw为： tw0.32RCext,需要注意的是，741

9、22是可重复的触发单稳态触发电路，只要在输出脉冲结束之前，重新输入触发信号，就可以方便地延长输出脉冲的持续时间。,8.3.4 单稳态触发电路的应用,1.脉冲整形,2.脉冲的延时,3.脉冲的定时,一个测频的例子,8.4 多谐振荡器,能自行产生具有一定频率和一定脉宽的矩形脉冲的 电路.,多谐振荡器没有稳态, 有两个暂稳态. 且两暂稳态之 间的相互转换都不需要外加触发信号, 而是靠电路本身 完成的.,8.4.1 用555定时器构成多谐振荡器,1.电路组成,T1=(R1+R2)Cln2,T2=R2Cln2,2.工作原理,占空比:正脉宽T1与周 期T之比,2) 当VC略大于2/3VCC，输出Vo 由1转

10、换为0；,4) 当VC降至略低于1/3VCC，输出Vo 由0转换为1。, 555构成振荡器电路简单,频率易于调节灵敏度较高;, 上述电路占空比q=T1/T衡大于0.5,调节不方便., 555构成振荡器频率振荡低(一般不超过几百KHz),且频率稳定度不高.,3.电路特点,4.改进电路,T1=R1Cln2,T2=R2Cln2,占空比:,当R1=R2时, q=1/2,当R1R2时, q1/2,当R1R2时, q1/2,8.4.2 用施密特触发电路构成多谐振荡器,8.4.3 石英晶体多谐振荡器,石英晶体多谐振荡器的主要特点为频率稳定高，其振荡频率由石英晶体的固有振荡频率决定。,Rf为反馈电阻,阻值为10100M,为G1提供偏置;,C1为温度校正电容,C2为频率微调电容,G2起