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第六章 脉冲波形的产生和整形

第六章 脉冲波形的产生和整形. 6.1 概述 6.2 施密特触发器 （特点及其应用） 6.3 单稳态触发器 （特点及其应用） 6.4 多谐振荡器 6.5 555 定时器及其应用. *****. 第六章 脉冲波形的产生与整形. 6.1 概述. 获取矩形脉冲波形的途径有两种：. 1 、利用多谐振荡器直接产生。. 2 、利用整形电路把周期性变化的波形变换为符合要求的矩形脉冲。. 在同步时序电路中，作为时钟信号的时钟脉冲控制和协调着整个电路的工作。因此，时钟脉冲的特性直接关系到系统能否正常的工作。

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第六章 脉冲波形的产生和整形

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Presentation Transcript

  1. 第六章 脉冲波形的产生和整形 6.1 概述 6.2 施密特触发器 （特点及其应用） 6.3 单稳态触发器 （特点及其应用） 6.4 多谐振荡器 6.5 555定时器及其应用 *****

  2. 第六章 脉冲波形的产生与整形 6.1 概述 获取矩形脉冲波形的途径有两种： 1、利用多谐振荡器直接产生。 2、利用整形电路把周期性变化的波形变换为符合要求的矩形脉冲。 在同步时序电路中，作为时钟信号的时钟脉冲控制和协调着整个电路的工作。因此，时钟脉冲的特性直接关系到系统能否正常的工作。 为了定量描述矩形脉冲的特性，给出几个主要参数

  3. tf tr 0.9 V m V 0.5 V m m 0.1 V m tw T 描述矩形脉冲特性的主要参数 脉冲周期 T 脉冲频率 f=1/T 脉冲幅度 Vm 脉冲宽度 tw 上升时间 tr下降时间 tf 占空比 q=tw/T

  4. 6.2 施密特触发器 特点： 1、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。（VT+≠VT-） 2、在电路状态转换时，通过电路的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。 应用： 常用于波形变换和整形。

  5. R2 G1 G2 R1 1 Vo1 1 VI Vo VI ' Vo' 6.2.1 用门电路组成的施密特触发器 将两级反相器串接起来，同时通过分压电阻把输出端的电压反馈到输入端，即构成施密特触发器。 电路： 符号： G1，G2为CMOS反相器，门电路的阈值电压为：VTH=1/2VDD，且R1<R2 • VI=0时，VO=VOL 0，VI'  0

  6. VI ' Vo1 Vo 0 VT+ VTH R2 G1 G2 R1 1 Vo1 1 VI Vo VI ' Vo' 1、当VI从0逐渐升高到使得VI ’ = VTH时，电路发生正反馈，如图所示: 电路状态迅速转换为Vo=VOH VDD 正向阈值电压VT+：VI上升过程中电路状态发生转换时对应的输入电平。即VI ’= VTH时的VI=VT+

  7. VDD VI ' Vo1 Vo VT- VTH R2 G1 G2 R1 1 Vo1 1 VI Vo VI ' Vo' 2、当VI从VDD逐渐下降到使得VI’= VTH时,电路发生正反馈,如图所示: 电路状态迅速转换为Vo=VOL 0 负向阈值电压VT-：VI下降过程中电路状态发生转换时对应的输入电平。即VI ’= VTH时的VI=VT-

  8. 以V0' 作输出端 VT+ VT- VT- VT+ 反相输出的施密特触发器 同相输出的施密特触发器 正向阈值电压VT+ 负向阈值电压VT- 回差电压 ∆VT=VT+— VT- 电压传输特性曲线：

  9. 6.2.3施密特触发电路的应用 1.波形变换:将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。　 2.脉冲整形： 在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。

  10. 3.脉冲鉴幅： 可在输入的一系列幅度各异的脉冲信号中选出幅度大于某一定值的脉冲输出。

  11. 6.3单稳态触发器 特点： 第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态； 第二，在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，电路能自动返回稳态； 第三，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。 应用： 单稳态触发器被广泛用于脉冲整形、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 单稳态触发器的暂稳态通常是靠RC电路的充、放电过程来维持的。 RC电路可接成两种形式：微分电路形式和积分电路形式

  12. 微分型单稳态触发器的工作波形 稳态: 暂稳态: 上升沿触发 微分型单稳态触发器:采用CMOS门电路和RC微分电路

  13. 输出脉冲幅度：Vm=VOH-VOLVDD 输出脉冲宽度：

  14. 单稳态触发器的应用 1. 延时与定时 （1）延时 图中，vO’的下降沿比vI的下降沿滞后了时间tW。 （2）定时 当vO’=1时，与门打开，vO= vF。当vO’=0时，与门关闭，vO为低电平。显然与门打开的时间是恒定不变的，就是单稳输出脉冲vO’的宽度tW。

  15. V i t 0 V o t 0 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。

  16. 6.4 多谐振荡器 多谐振荡器是一种自激振荡器。在接通电源以后不需要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲。 由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以又把矩形波振荡器称为多谐振荡器。 6.4.1 对称式多谐振荡器

  17. 6.4.2 非对称式多谐振荡器 6.4.3 环形振荡器 6.4.4 用施密特触发器构成的多谐振荡器

  18. 电容上初始电压为零，所以输出为高电平，并开始经电阻R向电容充电。当充至VT+时，输出跳变为低电平，电容C又经R开始放电,当降至VT-时，输出跳变为高电平，又开始经电阻R向电容充电……。如此周而复始，电路便不停的振荡。电容上初始电压为零，所以输出为高电平，并开始经电阻R向电容充电。当充至VT+时，输出跳变为低电平，电容C又经R开始放电,当降至VT-时，输出跳变为高电平，又开始经电阻R向电容充电……。如此周而复始，电路便不停的振荡。

  19. 6.4.5 石英晶体多谐振荡器 振荡器的频率稳定性高

  20. 6.5 555 定时器及其应用 6.5.1 555定时器的电路结构与功能 555定时器是一种多用途的数字—— 模拟混合集成电路，可以方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器。双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数码为7555。 555能在宽电源电压范围内工作，可承受较大的负载电流。双极型555定时器的电源电压:5~16V 。 最大负载电流：200mA。 CMOS型7555定时器的电源电压:3—18V 最大负载电流：4mA。

  21. RD=0时，VO=0 R S VI1>VRI时，VC1=0 VI1<VRI时，VC1=1 VI2>VR2时，VC2=1 VI2<VR2时，VC2=0 VO=Q VO=0时，TD导通 C1, C2为比较器，V+>V-时，VC=1；V+<V-时， VC=0 TD为集电极开路的放电三极管 VCO悬空时，VR1=2VCC/3 ， VR2=VCC/3 VCO外接固定电压则VR1=VCO， VR2=VCO/2

  22. R S 2Vcc/3 1Vcc/3 CB555的功能表：

  23. VCC VO’ VI1 VCO V R CC D v CO 8 4 5 v v I1 O 6 v 3 555 I2 2 , v O 地 VI2 VO RD 7 1 外引线排列： 逻辑符号： 逻辑 功能：

  24. V CC V R CC D v 4 8 CO v v I1 O 6 v 3 555 I2 2 , v 0.01F O 5 7 1 v I 6.5.2 用555定时器接成施密特触发器 0.01F为滤波电容，提高VR1和VR2的稳定性。

  25. V CC V R CC D v 4 8 CO v v I1 O 6 v 3 555 I2 2 , v 0.01F O 5 7 1 v I VT+ VT- VT=VT+—VT- =VCC/3

  26. 6.5.3 用555定时器接成单稳态触发器

  27. tW tW 负脉冲触发 输出脉冲的宽度等于暂稳态的持续时间。 输入负脉冲的宽度应该小于暂稳态的持续时间。

  28. 6.5.4 用555定时器接成多谐振荡器

  29. 充电：R1、R2、C 放电：R2、C

  30. 参数计算 （1）电容充电时间T1： （2） 电容放电时间T2 T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C （3）电路振荡周期T （4）电路振荡频率f q始终大于50% （5）输出波形占空比q

  31. 二． 占空比可调的多谐振荡器电路 利用半导体二极管的单向导电特性，把电容C充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。 可计算得： T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比：

  32. 例6.5.1 试用CB555定时器设计一个多谐振荡器，要求振荡周期为1秒，输出脉冲幅度大于3v而小于5v，输出脉冲的占空比q=2/3 解： 再加一个2KΩ的电位器 T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C=1

  33. V CC V R CC D v 4 8 CO v v I1 O 6 v 3 555 I2 2 , v 0.01F O 5 7 1 v I

  34. 多谐振荡器应用实例 1. 简易温控报警器

  35. 2. 双音门铃

  36. 3. 秒脉冲发生器 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。

  37. 间歇振荡器（报警器）

  38. 单稳态触发器应用实例 1. 触摸定时控制开关 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。

  39. 2. 触摸、声控双功能延时灯 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、R5加至T1基极，也能使T1导通，触发555，达到上述效果。

  40. 心律失常报警电路

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