数字电子技术脉冲波形的产生与整形.ppt

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1、1,第六章 脉冲波形的产生与整形,主要内容：介绍用于脉冲信号产生、整形的几种基本电路。1.施密特触发器。2.单稳态触发器。3.多谐振荡器。4.555定时器。,2,6.1 概述,1.脉冲幅度Vm2.脉冲宽度tW0.5Vm0.5Vm3.上升时间tr0.1Vm0.9Vm4.下降时间tf0.9Vm0.1Vm5.周期T周期性脉冲信号，两脉冲间的时间间隔6.频率f周期的倒数或每秒钟重复的次数。7.占空比q脉冲宽度与周期之比,描述矩形脉冲的几个参数,理想波形：,实际波形：,3,6.5 555定时器的电路结构与功能,6.5.1 555 定时器的电路结构与功能,555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的

2、多功能中规模集成电路。利用它能极方便地构成施密特触发器，单稳态触发器，多谐振荡器等多种电路。在脉冲波形的产生、整形、波形变换、定时等方面应用极广。,555定时器是由于其型号的最后三位是555而命名的。世界上各个厂家都有各自的555产品。尽管其型号各不相同，但其最后几位都是555。,4,电路结构：,由分压器，C1、C2比较器,基本 RS触发器，集电极开路的放电三极管TD四部分构成。,主要原理：定时器的主要功能取决于比较器和基本RS触发器。,5,C1、C2参考电压由电阻分压器和外接控制电压VCO决定。,6,由图可知：,vI1VR1，vI2VR2时，vC1=0，vC2=1，置0有效，Q=0，vO=0

3、,TD导通,vI1VR2时，vC1=1，vC2=1，保持，Q保持，vO保持，TD保持,vI1VR1，vI2VR2时，vC1=1，vC2=0，置1有效，Q=1，vO=1，TD截止,不允许,7,所以，CB555的功能如下表（VCO悬空时）,不允许,8,6.5.2 用555构成施密特触发器,功能特点：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。2.在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出 电压波形的边沿变得很陡。如图示：,施密特触发器,反相输出施密特触发器,9,6.5.2 用555构成施密特触发器,方法：将vI1和v

4、I2连在一起做输入端，构成反相施密特触发器。,(1)vI从0上升的情况,10,(2)vI从高于 2/3VCC下降的情况,11,改变5脚的电压值，可改变回差电压，提高抗干扰能力。,电压传输特性：,如果参考电压由UCO提供，则VT+=UCO，VT=1/2 UCO VT=VT+-VT-=1/2 UCO,12,集成施密特触发器,集成施密特触发器7413,带与非功能的施密特触发器,不可调,集成施密特触发器CC40106,调节VDD可调,13,施密特触发器的应用,将正弦波、三角波等转换成矩形波,一、用于波形变换,14,二、用于脉冲整形,将不理想的矩形波转换成理想矩形波,如上升沿、下降沿不理想，寄生振荡，干

5、扰脉冲造成的不理想脉冲,15,三、用于脉冲鉴幅,将一些不同幅度的脉冲信号加到施密特触发器的输入端时，只有那些大于VT+的脉冲才会产生输出信号。,16,电路,路灯自动开关控制电路,光照强LDR阻值小VA1/3VCC 输出高电平VT通K线圈有电常闭触点断开灯灭,光照弱LDR阻值大VA2/3VCC 输出低电平VT止K线圈断电常闭触点闭合灯亮,光敏电阻,17,6.5.3 用555构成单稳触发器,单稳态触发器,功能特点：,1.电路有稳态和暂稳态两个状态。2.在触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持 一段时间后，再自动返回稳态。3.暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲宽 度无

6、关。,18,6.5.3 用555构成单稳态触发器,vI2作触发输入，vI1与vO相接，上接R到VCC，下接C到地,方法：,特点：低电平触发(1/3VCC)，暂稳态为1。要求输入窄脉冲。,19,原理：,(1)稳态时：vI=1（1/3VCC），vI1=0，vC1=1，vC2=1，Q=0，vO=0，C上无电荷，TD导通,C放电，vC下降，当vC下降到2/3Vcc时，vC1=1，vC2=1，保持，vO=0保持,反证：,若vO=1，Q=1，则TD截止,C充电，vC上升，当vC上升到2/3VCC时，vC1=0，置0,Q=0，vO=0，则TD导通,20,(2)暂稳态过程,vI下降沿到来时，vC2=0，置1，

7、故vO=1，进入暂稳态，TD止,C充电，当vC上升到2/3VCC时，vC1=0，vI2上升沿到来时，vC2=1，置0，vO=0，暂稳态结束,21,TD通，C放电，vC下降使vC2/3VCC，vC1=1，vC2=1，vO保持0，放电完毕vC=0。,(3)恢复过程,波形：,22,参数计算：tw,C充电过程中vC从初始值上升到2/3VCC时所需的时间,=RC，vC(0)=0，vC()=VCC,23,该电路要求输入触发脉冲宽度要小于暂稳态时间。,若vI 脉冲宽度tW，则vI1=VTH 时，vC1=vC2=0，工作不正常。,措施：在输入端加微分网络Rd、Cd（足够小），将宽脉冲变为窄脉冲。,24,该电路

8、为不可重复触发的单稳态电路，除此之外还有可重复触发的单稳态电路。,在暂稳态尚未结束时，又来一个触发脉冲，此脉冲不会引发新的暂稳态。,如果在暂稳态尚未结束时，又来一个触发脉冲，可再引发一个暂稳态。,25,(1)上升沿触发,(2)下降沿触发,集成单稳态触发器,特点：,74121,TTL集成单稳态触发器,当A1A2=0时，B上升沿触发,当B=1，A1(或A2)=1时，A2(或A1)下降沿触发,(3)暂稳时间可调,内部有固定电阻，可外接电容和电阻。通过调节外部电阻或电容可调暂稳时间,(4)不可重复触发型,26,b.外接电容Cext，外接电阻Rext,a.外接电容Cext，内部电阻Rint,两种使用方法

9、,27,74122、74123可重复触发型,74121、74221不可重复触发型,74221、74122、74123还设有直接清零端,28,1.脉冲延时,单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时。,图单稳电路的延时作用,如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳电路来实现。,uO的下降沿比uI的下降沿延迟了tw的时间。,单稳态触发器的应用,29,2.脉冲定时,单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在tw时间内动作(或者不动作)。,图脉冲定时,调整 tw=1s，对uo的脉冲计数可构成频率计,30,白灯亮的时间即为曝光时间 Tw,Tw=1.1 R C,洗相曝光

10、定时器,若S打开,则 ui=1;,若S合上,则 ui=0。,31,触摸定时控制开关,人手触摸P,触发，uo高电平,灯亮tw秒。,tw=1.1 RC,32,3.整形,ui,uo,ui,uo,tw,在uO=1时，输入信号的波动，对输出的信号无影响。,将不规则波形转换成幅度和宽度一定的矩形波输出脉冲,33,6.5.4 用555定时器接成的多谐振荡器,多谐振荡器,多谐振荡器是一种无稳态触发器，接通电源后，不需外加触发信号，就能产生矩形波输出。由于矩形波中含有丰富的谐波，故称为多谐振荡器。,多谐振荡器是一种常用的脉冲波形发生器，触发器和时序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的。,输出矩形波的频率和占

11、空比可调。,功能特点：,无稳态；,输出信号自动地从1态翻到0态，再从0态翻到1态，形成矩形脉冲。,34,6.5.4 用555定时器接成的多谐振荡器,原理：先接成施密特触发器，再利用RC充放电电路接回输入端。,设计思想：利用放电管T作为一个受控电子开关，使电容充电、放电而改变置0置1信号，交替置0、置1。,35,工作过程：,加电时，vC=0，则vO=1，TD 截止。C充电，vC上升。,当vC=2/3VCC时，vC1=0，vO=0，TD导通，vO=0，C放电，vC下降,当vC=1/3Vcc时，vC2=0，vO=1，TD截止，vO=1，C充电，vC上升,如此循环.,36,参数计算：,T1充电：,37

12、,T2放电：,38,占空比,怎样获得小于50%的占空比？,加二极管改变充放电路径，使得充电快，放电慢。,例：要求设计多谐振荡器,则R1=R2=48K,39,电路图：,使用电阻加电位器以利调节q,40,多谐振荡器的应用举例,（1）门铃,SB按下，电源接通，振荡，喇叭发出声音,SB不按，电源断开，振荡器不工作，喇叭不响,T=0.7（10103+2 100 103）0.01 10-6（S）,41,简易电子琴就是通过改变R2 的阻值来改变输出方波的周期,使外接的喇叭发出不同的音调。,（2）简易电子琴电路,42,（3）防盗报警电路,思考,1、555接成何种电路？,2、简述工作原理？,多谐振荡器,43,（4）水位监控报警电路,水位正常情况下，电容C被短接,扬声器不发音；水位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始工作，扬声器发出报警。,44,3.掌握多谐振荡器的工作特点和主要用途。会分析电路工作原理，画波形，计算参数周期及脉宽。,4.了解555定时器的内部结构，掌握由555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作原理及参数计算（会分析电路、画波形、计算参数）,第6章 小结,1.掌握施密特触发器的工作特点和主要用途。会分析电路工作原理，计算参数：VT+、VT-。,2.掌握单稳态触发器的工作特点和主要用途。会分析电路工作原理，画波形，计算参数tw。,