数字电子技术第六章脉冲产生与整形电路.ppt

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1、第六章 脉冲产生与整形电路,第六章 概述,一、矩形脉冲的基本特性,1.矩形脉冲的二值性,矩形脉冲,二进制数字信号,高、低电平,1、0,2.矩形脉冲的特性参数,T 脉冲周期,Um 脉冲幅度,tW 脉冲宽度,tr 上升时间,tf 下降时间,3.获得脉冲的方法：,1）自激振荡电路直接产生矩形脉冲。由多谐振荡器来实现,555 定时器是构成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器的既经济又简单实用的器件。,2）将已有波形（正弦波、锯齿波等）整形为矩形脉冲。由施密特触发器和单稳态触发器来实现,二、555 定时器,1.电路组成,分压器,比较器,RS 触发器,输出缓冲,晶体管开关,控制电压输入端CO,高触发端T

2、H,电源端,直接置0端,输出端,放电端DIS,接地端GND,2.基本功能,0,UOL,饱和导通,2VCC/3,111,UOL,VCC/3,饱和导通,2VCC/3,VCC/3,不变,不变,2VCC/3,VCC/3,UOH,截止,0,1,1,0,3.555 定时器的外引脚和性能,6.1 施密特触发器（Schmitt Trigger）,6.1.1 用 555 定时器构成的施密特触发器,一、普通反相器和施密特反相器的比较,普通反相器,UTH,uY,?,TTL：,1.4 V,CMOS,施密特反相器,UT+,UT,上限阈值电压,下限阈值电压,uY,回差电压：,二、电路组成及工作原理,uI,工作原理,0,1

3、,1,0,1,0,UCO,外加 UCO 时,可改变阈值和回差电压,uO2,uI 上升时与 2VCC/3 比,uI 下降时与 VCC/3 比,三、滞回特性及主要参数,1.滞回特性,UT,UT+,uI 增大时与上限阈值比,特点:,uI 减小时与下限阈值比,上限阈值电压,2.主要静态参数,回差电压,下限阈值电压,回差电压,UT=UT+UT,例 试对应输入波形画出下图中输出波形。,+12V,解：,UT+=2/3 VCC=8 V,UT-=1/3 VCC=4 V,因此可画出输出波形为,电路构成反相输出的施密特触发器,6.1.3 施密特触发器的应用举例,一、接口与整形,1.接口,把缓变输入信号转换为TTL系

4、统要求的脉冲,2.整形,输入,输出,UT+,UT,二、阈值探测、脉冲展宽,1.阈值探测,输入,UT,UT+,输出,2.脉冲展宽,6.2 单稳态触发器,特点:,1.只有两种状态:稳态和暂稳态；,2.外来触发（窄）脉冲使:稳态暂稳态稳态；,3.暂稳态持续时间仅取决于电路参数,与触发脉冲无关。,用途；,定时：产生一定宽度的方波。,延时：将输入信号延迟一定时间后输出。,整形：把不规则波形变为宽度、幅度都相等的脉冲。,6.2.1 用 555 定时器构成的单稳态触发器,一、电路组成,uI,uI 与 VCC/3 比较,uC 与 2VCC/3 比较,uC,0,2VCC/3,VCC,uO,二、工作原理、工作波形

5、与参数估算,1.稳定状态,接通电源后 VCC 经 R 向 C 充电，使 uC 上升。,该电路触发信号为负脉冲，不加触发信号时，uI=UIH(应 1/3 VCC)。,工作原理,导通,2.触发进入暂稳态,二、工作原理、工作波形与参数估算,3.自动返回稳定状态,(二)工作原理、工作波形与参数估算,2.触发进入暂稳态,这时 uI 必须已恢复为高电平,该单稳态触发器为不可重复触发器，且要求输入脉宽 tWI 小于输出脉宽 tWO。,例 用上述单稳态电路输出定时时间为1 s 的正脉冲，R=27 k，试确定定时元件 C 的取值。,(二)工作原理、工作波形与参数估算,输出脉冲宽度 tW 即为暂稳态维持时间，主要

6、取决于充放电元件 R、C。,解：,因为 tWO 1.1 RC,故可取标称值 33 F。,估算公式 tWO 1.1 RC,6.2.3 单稳态触发器应用举例,一、延时与定时,1.延时,uI,uO,2.定时选通,uF,uO,二、整形,uI,uO,6.2.3 单稳态触发器应用举例,走廊定时灯,6.3 多谐振荡器 Astable Multivibrator,6.3.1 555 定时器构成的多谐振荡器,一、电路组成和工作原理,二、振荡频率的估算和占空比可调电路,(1)C 充电时间 tw1,uC（0）=VCC/3,uC（）=VCC,充电时间常数,1=（R1+R2）C,(2)C 放电时间 tw2,放电时间常数

7、,2=R2C,1.振荡频率的估算,uC（0）=2VCC/3,uC（）=0,(3)振荡频率 f,tw1=0.7(R1+R2)C,tw2=0.7R2C,T=0.7（R1+2R2）C,振荡周期：,振荡频率：,占空比：,2.占空比可调电路,tw1=0.7R1C,tw2=0.7R2C,频率固定,模拟声响电路,uO2,6.1.3 多谐振荡器应用举例,第六章 小 结,一、555 定时器,是一种多用途的集成电路。只需外接少量阻容元件便可构成各种脉冲产生、整形电路，如施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等。,双极型(TTL)电源:4.5 16 V,单极型(CMOS)电源:3 18 V带负载能力强,二、施密特触

8、发器,是一种脉冲整形电路，虽然不能自动产生矩形脉冲，却可将输入的周期性信号整形成所要求的同周期的矩形脉冲输出，还可用来进行幅度鉴别、构成单稳态触发器和多谐振荡器等。,施密特触发器有两个稳定状态，有两个不同的触发电平，因此具有回差特性。它的两个稳定状态是靠两个不同的电平来维持的，输出脉冲的宽度由输入信号的波形决定。此外，调节回差电压的大小，也可改变输出脉冲的宽度。,外接电压调节回差,施密特触发器可由 555 定时器构成，也可用专门的集成电路实现。,三、单稳态触发器,也属于脉冲整形电路，可将输入的触发脉冲变换为宽度和幅度都符合要求的矩形脉冲，还常用于脉冲的定时、整形、展宽（延时）等。,单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳态。其输出脉冲的宽度只取决于电路本身 R、C 定时元件的数值，与输入信号无关。输入信号只起到触发电路进入暂稳态的作用。,改变 R、C 定时元件的数值可调节输出脉冲的宽度。,单稳态触发器可由 555 定时器构成，也可用集成的单稳态触发器实现。,四、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。,多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。暂稳态间的相互转换完全靠电路本身电容的充电和放电自动完成。,改变 R、C 定时元件数值的大小，可调节振荡频率。,在振荡频率稳定度要求很高的情况下，可采用石英晶体振荡器。,