数字电路第七章脉冲波形的产生与整形.ppt

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1、第七章 脉冲波形的产生与整形,主要内容555定时器的工作原理、逻辑功能 及由555构成的脉冲电路。,数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波(矩形波)。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。,脉冲电路分类：,脉冲电路作用：,脉冲波形的产生和整形。,脉冲电路构成：,开关电路+RC电路,破坏电路的稳态，产生暂态。,控制暂稳态时间的长短。,脉冲电路与数字电路的比较：,电容充放电知识复习：,(1)电容两端的电压不能突变，Vc（0）Vc（0），电容充放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与 RC有关,工程上取3；,（2）开始充放电（

2、换路）瞬间，阻抗很小，相当短路；充放电结束，电路处于稳态，C支路电流为0，阻抗很大，相当开路；,（3）简单RC电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；,（4）在简单RC电路中,本章讲授,1 555定时器的原理和应用,学习要求,1 555定时器的原理和应用,555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。,一、555定时器的电路结构和基本功能,555定时器的内部电路包括以下几部分:两个电压比较器:C1、C2;一个基本RS 触发器;一个晶体管T；由三个相等电阻组成的分压器;一个反相器等。,1.电路结构,触发输入端,阈值输入端,电压控制端

3、,复位端低电平有效,放电端,4.518V,输出端,地,555定时器的管脚图,2.基本功能,三个电阻构成的分压器给两个比较器提供基准电压:分别为 和。,0,0,1,2/3VCC,1/3 VCC,0,0,0,1,1,2VCC/3,VCC/3,1,1,0,1,0,2VCC/3,VCC/3,1,0,1,1,0,综合以上的分析结果,便可得到 555的功能表:,555定时器应用范围非常广泛，可构成多种电路形式，但最基本的电路为：单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器。其它电路基本是这3种电路的变形。,二、555定时器的基本应用,1.单稳态触发器,2.多谐振荡器,3.施密特触发器,单稳态触发器,单稳态触发器

4、的特点,电路有一个稳态和一个暂稳态。在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电 路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数（主要为RC参数）。,电路：,外接RC,单稳态触发器,工作原理：,VTH,VC,b,T,Vo0，T导通，Vc0，C1C21电路处于稳定状态。,上电过程（VI1，C21）,假设Vo0,工作原理：,VTH,VC,b,T,T截止，C充电，Vc上升。,充电到2VCC/3时:比较器C1=0，将触发器置0，Vo0。T导通,C放电,Vc0,比较器C1=C2=1,电路状态不变。电路进入稳态。,结论：上电后

5、输出处于稳定状态，Vo0，T导通，Vc0。,上电过程（VI1，C21）,假设Vo1,工作原理（续1）：,可以在5脚外接控制电压，以改变放电阀值。,VTH,VC,b,T,T截止时，对C充电，电路进入暂态，直到Vc2/3 VCC。充电时间决定于RC的大小。,触发:VI0Vo1，T截止。,触发翻转（VI0，C20）,结论：Vi0触发后，电路进入暂态，Vo1，T截止，Vc 逐渐上升。,T导通时，C放电。,工作原理（续2）：,VTH,VC,b,T,VC2/3VCC时，Vo0，T导通，C放电。,VI1,自动返回（VI1，C21）,结论：Vc充电到2/3VCC 后，电路返回到Vo0，T导通，Vc开始放电。,

6、T导通，C放电。,工作原理（续2）：,VTH,VC,b,T,VI1,恢复过程（VI1，C21）,结论：当电容C放电到Vc0是恢复过程。,2/3VCC,上电后进入稳态（VI1，Vc=0，Vo=0）,工作波形：,2/3VCC,外触发:Vi,Vi1/3 VCC，比较器C20，触发器置1，Vo1T截止，C充电电路进入暂稳态。,=V2,=V6,T截止，C充电，当vc上升到2/3 VCC时:比较器C1=0，触发器置0，Vo0T导通，C放电,vc 0电路电路返回稳态。,2/3VCC,自动返回（VI1）:,由以上过程可以看出:每来一次负脉冲,vo 便输出一个正脉冲,其宽度 tW 由 R C 决定。,输出脉冲宽

7、度tw,tw是Vc从0指数上升到2VCC/3时所需的时间,注意:tw宽度的增加，将降低定时精度和稳度。tw 的范围为几秒到几分钟。,单稳态触发器的应用,一般用于,定时（产生一定宽度的矩形波）,整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）,延时（把输入信号延迟一定时间后输出）,1)定时,3)整形,2)延时,在充电过程中（C1=1）,如VI再次触发,C2=10,Q仍保持为1，电路状态不变（T 截止，C保持充电状态）。,多次触发时的情况：,故该电路为不可重复触发型单稳态触发器：,电路图：,可重复触发的单稳态触发器,可重复触发的单稳态触发器（续）,工作过程,b.触发时:,a.稳态时:,VI=1,

8、T1截止,电路状态同普通单稳。,VI=0，电路触发翻转，Vo1VI=0期间,T1导通,电容不能充电。VI=1后，T1截止,电容开始充电。,可重复触发的单稳态触发器（续）,工作过程（续）,c.重复触发时:,当Vc2/3VCC(电路仍处暂态)时，若VI又进行触发(VI=0),则C通过T1放电,电路将维持在暂态,直到在tW 时间内没有新的触发,电路回到稳态。,a.稳态时:,b.触发时:,VI=1,T1截止,电路状态同普通单稳。,电路翻转。,vI,可重复触发的单稳态触发器的波形图：,失落脉冲检测仪,触发过程：,c.VI=1 电容开始充电,e.重复触发：电容充电过程中VI=0,电容放电，VI=1后，再次

9、充电实现可重复触发。,a.VI=1,稳态VO=0,b.VI=0,触发VO=1 进入暂态，C不能充电。,555定时器做多谐振荡器,多谐振荡器的特点：（1）不需外触发的自激振荡器；（2）无稳定状态，均为暂稳态；（3）矩形波中含有丰富的高次谐波，习惯称多谐振荡器。,外接R1,R2,C,电路：,Vcc通过R1、R2向C充电,在 VC 没有充电到 2VCC/3 之 前,Vo 保持 1 不变。,当VC2VCC/3时 Vo由1翻转为 0。T 导通 电容C 经R2、T放电。,当Vc降至VCC/3时，使得 Vo回到 1 T截止 电容C 再充电，进入循环.,原理,占 空 比：q=tw1/T=(R2+R1)/(2R

10、2+R1),频 率：,f,1.43/,1,T,电路特点：充放电电路各自独立。,充电回路：tw1=RACln2,放电回路：tw2=RBCln2,占空比：q=tw1/(tw1+tw2)=RA/(RA+RB),通过调节R2来调节占空比,占空比可调多谐振荡器:,555定时器做施密特触发器,施密特触发器的特点：（1）双稳态触发器，有两个稳定的状态；（2）电平触发电压达到某个值时电路状态翻转；（3）具有滞后电压传输特性回差特性（两次翻转输入电平不同）；,电路：,2，6端连在一起作为信号输入端,VI1/3VCC时，C11，C20，VO=1,VI2/3VCC时，C10，C21，VO=0,构成集电极开路型输出端

11、。,工作原理：,v,i,v,o,t,t,0,0,U,T+,U,T,2,V,CC,/,3,V,CC,/,3,v,i,v,o,t,t,0,0,U,T+,U,T,2,V,CC,/,3,V,CC,/,3,下限阈值电压,(b)逻辑符号,(a)传输特性,V,T,V,T+,上限阈值电压,回差电压（滞后电压）：VT+=2/3VCC;VT-=1/3VCCVT VTVT=1/3VCC,在7脚外接一电阻，并与VCC1 相连，vO=1时，vO1=VCC1;vO=0时，vO1=0，可以实现电平移动。,在5脚上加控制电压VCO可以改变VT+,VT-，以调节回差电压的大小,说明：,施密特触发器的应用：,波形变换三角波、正弦波变换成方波,正弦波方波,三角波方波,调节VT+,VT-可以改变宽度,波形整形消除噪声干扰,回差电压比较小,回差电压比较大,幅度鉴别,可以调节VT+作为鉴别门限,构成多谐振荡器,本章要求,熟练掌握555定时器的基本功能和三种基本应用。,熟练掌握脉冲电路有关参数的计算和波形的绘制。,掌握三种脉冲电路的主要应用。,作业:,7.3,7.4,7.14,思考:,本章完,