[信息与通信]第9章 脉冲信号的产生与整形.ppt

数字电子技术,-Digital Electronic technique,第9章 脉冲波形的产生和整形,脉冲幅度A,脉冲上升沿tr,脉冲下降沿tf,脉冲宽度tw,脉冲周期T和频率f,一、脉冲信号,脉冲是一种跃变信号，并且持续时间短暂。最常用的是矩形波。,参数：,正脉冲：,负脉冲：,占空比q=tw/T,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。,9.1 概述,二、获取脉冲的方法,1.直接产生脉冲的产生电路,2.利用已有信号变换获得整形电路,三、各种电路介绍,1.多谐振荡器能产生矩形脉冲波的自激振荡器。,特点：电路没有稳定状，但它有两个暂稳态，电路在两个暂稳态之间自动地来回跳变，输出矩形波。,2.单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。,3.施密特触发器具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。,当输入电压由大到小和由小到大时，输出电压发生跃变所对应的输入电压值VT+和VT-不同，称为滞回特性。,传输曲线,VT+ - VT- 称为回差,施密特触发器的逻辑符号：,特点：,有两个稳定状态,uiVT+时，输出为一稳定值 uiVT-时，输出为另一稳定值,回差电压：U=VT+ - VT-,555定时器（时基电路）是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。1972年由西格尼蒂克斯公司（Signetics）研制；设计新颖、构思奇巧，备受电子专业设计人员和电子爱好者青睐；它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器和压控振荡器等多种应用电路。, 9.5 集成555定时器,两大类： 双极型：555 CMOS：7555,典型的双列直插式封装,一、555定时器的电路结构,由以下几部分组成：,（2）两个电压比较 器 C1和C2。,（3）基本RS触发器， （4）放电三极管T (5)输出缓冲器（非门）,（1）三个5k电阻组成的分压器。,电路符号,二、各管脚的作用,低电平 触发端,高电平 触发端,电压 控制端,复位端 低电平有效,放电端,电源端4.516V,输出端,接地端,0,0,1,RD=0时，Q=0，uo=0，T导通。正常工作时，应将其接高电平。,当其悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3VCC 和1/3VCC,2脚，6脚为输入端，两端的电位高低控制比较器C1和C2的输出，从而控制RS触发器，决定输出状态。,VCC,UR1,UR2,UTH 2/3 VCC, R=0 UTR 1/3 VCC , S=1 Q=0, Uo为低电平, T导通。,参考电压： UR1= U+1=2/3 VCC UR2= U2=1/3 VCC,VCC/3,2VCC/3,0,0,1,1,0,UR1,UR2,参考电压： UR1= U+1=2/3 VCC UR2= U2=1/3 VCC,UTH 1/3 VCC, S=1 Uo保持原状态， T保持原状态。,2VCC/3,VCC/3,1,0,1,1,0,1,0,1,UR1,UR2,2VCC/3,VCC/3,1,1,0,0,1,参考电压： UR1= U+1=2/3 VCC UR2= U2=1/3 VCC,UTH 2/3 VCC,R=1 UTR 1/3 VCC,S=0 Q=1, Uo为高电平, T截止。,1. 电路组成,外接电阻R1 ,R2 ,C,设电容C 原先未充电, 故 TH = TR VCC /3 , 此时 uo = 1 , 555内的晶体管 T 截止 , 电源通过 R1 和 R2 对电容 C 充电。,在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前, uo 保持 1 不变。,2.工作原理,uC一旦充至2VCC /3，则 TH = TR =2VCC /3 、uo由1翻转为 0 。同时555内的晶体管 T 导通,电容 C 经 R2 、T放电, 一直至VCC /3 ，使得uo 回到 1 ,三、用555定时器构成多谐振荡器,进入循环 .,3.输出波形,4. 振荡频率的估算,（1）电容充电时间T1：,（2） 电容放电时间T2,（3）电路振荡周期T T=t1+t2=0.7(R1+2R2)C,（5）输出波形占空比q,（4）电路振荡频率f,调解R1，R2，C可输出多种频率的矩形脉冲,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 。,5. 应 用,模拟声响电路,将振荡器的输出电压uo1，接到振荡器中555定时器的复位端（4脚），当uo1为高电平时振荡器振荡，为低电平时555定时器复位，振荡器停止震荡。,（1） 当ui高电平时，电路工作在稳定状态，即uO=0，uC=0。 -无触发信号输入时电路工作在稳定状态,1. 电路组成,（2） 当ui下降沿到达时，uO由0跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。,2.工作原理,四 用555定时器组成单稳态触发器,-ui下降沿触发,（3）暂稳态的维持时间 在暂稳态期间，三极管T截止，VCC经R向C充电。uC由0V开始增大，在uC上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。,（4）自动返回时间当uC上升至2/3VCC时，uO变0，电路由暂稳态重新转入稳态。,（5）恢复过程当暂稳态结束后，C通过饱和导通的T放电，时间常数 2=RCESC，由于RCES很小，所以放电很快。C放电完毕，恢复过程结束。,3. 输出脉冲宽度 tw,小 结,振荡频率,多谐振荡器,输出波形,（1）电容充电时间：,（2） 电容放电时间:,输出脉冲宽度 tw,单稳态触发器,输出波形,4单稳态触发器的应用,(1). 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。,(2). 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。,1. 电路组成及工作原理,（1）当ui0时，uo1。ui升高时，在未到达2VCC/3以前，uo1的状态不会改变。,（2） ui升高到2VCC/3时，uo=0。此后，ui上升到VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3以前，uo0的状态不会改变。,（3）ui下降到1VCC/3时，uo=1。此后，ui继续下降到0，但uo1的状态不会改变。,五、用555定时器构成的施密特触发器,2. 电压滞回特性和主要参数,（1）电压滞回特性,VT+,VT ,（3）回差电压VT VT= VT+VT=1 /3VCC,（2）主要静态参数,（a）上限阈值电压VT+ uI上升过程中，输出电压 uO由高电平uOH跳变到低电平 uOL时，所对应的输入电压值。 VT +=2/3VCC,（b）下限阈值电压VT uI下降过程中，uO由低电平uOL跳变到高电平uOH时，所对应的输入电压值。 VT=1 /3VCC,3施密特触发器的应用举例,1. 用作接口电路将缓慢变化的输入信号，转换成为符合TTL系统要求的脉冲波形。,2. 用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。,3. 用于脉冲鉴幅从一系列幅度不同的脉冲信号中，选出那些幅度大于VT+的输入脉冲。,1. 下图是一个防盗报警器电路，A、B两端被一个细导线连通，此细导线置于认为盗窃者必经之处，当盗窃者闯入将导线碰断后，扬声器即发出报警声。 （1）试问555定时器接成何种电路？ （2）说明该报警器电路的工作原理。,-可控多谐振荡器,课 堂 练 习,工作原理分析：当电源开关S闭合后，由于细导线使555定时器复位端管脚4处于低电平，清零有效，因此555定时器输出为低电平，此时555内部的T处于导通状态，,R2通过管脚7接电源负极，电容C上电压近似于0，只要A、B两端一直连接，多谐振荡器停止振荡，就不会产生报警信号。当有人碰断细导线使A、B两端断开时，555定时器复位输入端通过R3接电源正极，使复位端处于无效状态。电路作为多谐振荡器工作，扬声器发出声响，产生报警信号。只有断开开关S，才能停止报警。电路工作过程中RD、Uc、U0的波形如图 (b)所示。,2、下图是用两个555定时器接成的开机延时报警器。当开关S断开后，经过一定的延迟时间后扬声器发出声音。如果在延迟时间内S重新闭合，扬声器不会发出声音。在图中给定的参数下，试求延迟时间的具体数值和扬声器发出声音的频率。设输出的高、低电平分别为VOH12V，VOL0V。,答案： 图中左边一个555定时器接成了施密特触发器，右边一个555定时器接成了多谐振荡器。当开关S断开后电容C充电，充至 时 反相器G1输出高电平，多谐振荡器开始振荡。 故延迟时间为,振荡器的振荡频率，亦即扬声器发出声音的频率为,3. 555定时器构成的压控振荡器如图(a)所示，在图(b)中画出 波形图。,3. 下图是 555 定时器构成的施密特触发器，已知电源电压 V CC =12V ，求： （1） 电路的 V T+ ， V T- 和 V T 各为多少？ （2） 如果输入电压波形如图，试画出输出 v o 的波形。 （3） 若控制端接至 +6V ，则电路的 V T+ ， V T- 和 V T 各为多少？,4.电路如图所示，其中R1=R2=R3=10k,C=0.1f，试问： （1）由555定时器构成的是什么电路，其输出U0的频率f0 =? （2）分析由JK触发器F0、F1、F2构成的计数器电路，要求：写出驱动方程和状态方程，列出状态转换表，画出完整的状态转换图；,5. 由集成定时器CC7555的电路如图所示，请