数电第8章脉冲信号的产生与整形

1、第第 8 8 章章 脉冲信号的产生与整形脉冲信号的产生与整形多谐振荡器多谐振荡器 能直接产生脉冲信号能直接产生脉冲信号施密特触发器施密特触发器 能对已有信号进行变换与整形能对已有信号进行变换与整形单稳态触发器单稳态触发器 可用于脉冲信号的定时、延时可用于脉冲信号的定时、延时 555 定时器定时器8.1 555集成定时器集成定时器 555集成定时器是一种将模拟和数字电路集成于一体集成定时器是一种将模拟和数字电路集成于一体的电子器件的电子器件, 通过外加少量的阻容元件通过外加少量的阻容元件, 能构成多种用途的能构成多种用途的电路。电路。8.1.1 555定时器的电路结构定时器的电路结构1. 分压器

2、分压器2. 比较器比较器3. RS锁存器锁存器4. 三极管放电开关三极管放电开关5. 输出缓冲器输出缓冲器组成：组成：VCC+-UC1C1+-UC2C2&QQOUT5k5k5kG1G2G3117265843DTRTHCOVCOVi1Vi2VoRDVoTD8.1.2 定时器的逻辑功能定时器的逻辑功能1）Vi12/3VCC Vi21/3VCC Vo=02）Vi12/3VCC Vi21/3VCC Vo=13）Vi11/3VCC Vo不变不变当当RD=1时：时：VCC+-UC1C1+-UC2C2&QQ5k5k 5kG1G2G3117265843DTRTHCOVCOVi1Vi2VoRDV

3、oTD*Q的高低确定的高低确定TD 管是否导通。管是否导通。 TH TR Uc1 Uc2 Vo TD 2/3VCC 1/3VCC 0 1 0 导通导通 2/3VCC 1/3VCC 1 0 1 截止截止 1/3VCC 1 1 保持保持 保持保持 2/3VCC 1/3VCC 0 0 0 导通导通 555 为为 Bipolar 定时器定时器 7555 为为 CMOS 定时器定时器 556 为为 双双555 定时器定时器 7556 为为 双双7555 定时器定时器555/7555 的特点（以的特点（以Philips公司的为例）公司的为例） SE555 ICM7555电源电压范围电源电压范围 +4.5V

4、 +18V +3V +16V灌电流灌电流 / 拉电流拉电流200mA / 200mA 3.2mA / 1mA定时范围定时范围 microseconds hours microseconds hours工作频率工作频率 500kHz 500kHz8.2 施密特触发器施密特触发器施密特触发器逻辑符号及电压传输特性施密特触发器逻辑符号及电压传输特性VoVoHVoLVT-VT+Vi0ViVo 特特 点：点： 1）具有滞回电压传输特性具有滞回电压传输特性2）具有陡峭的转折区具有陡峭的转折区8.2.1 用用555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器1. 电路组成电路组成8462153555VCCV

5、oViVCC+-UC1C1+-UC2C2&QQ5k5k5kG1G2G3117265843DTRTHCORDVoTD2. 工作原理工作原理1) 当当 Vi 1/3VCC 时时, VO=VOH ;2) 当当 1/3VCC Vi 2/3VCC 时时, VO=VOL .Vit2/3VCC1/3VCC0VOt0VOHVOLVT+=2/3VCCVT-=1/3VCCVT = VT+VT- = 1/3VCC如果在如果在5脚与脚与8脚之间接一个脚之间接一个5k电阻，电阻， VT = ？8.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器 集成施密特触发器有多个品种，一般集成施密特触发器有多个品种，一般TTL集成

6、施密特集成施密特触发器的上触发电平约在触发器的上触发电平约在1.7V左右，下触发电平约在左右，下触发电平约在0.9V左右；左右；CMOS集成施密特触发器的上、下触发电平和电源集成施密特触发器的上、下触发电平和电源电压有关。电压有关。7413、7414、74132CD401068.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用1. 波形变换波形变换ViVo 带反相器带反相器VitVOtVT+VT-00可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为同频率的可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为同频率的矩形脉冲矩形脉冲.2. 脉冲整形脉冲整形ViVo 带反相器带反相器VitVOtVT+VT-00可以适当调节施密特

7、触发器的回差电压可以适当调节施密特触发器的回差电压,得到整齐的得到整齐的矩形脉冲矩形脉冲.3. 幅度鉴别幅度鉴别ViVo 带反相器带反相器VitVOtVT+VT-00可以通过调整电路的可以通过调整电路的VT+和和VT-,将输入信号中幅度超将输入信号中幅度超过过VT+的脉冲选出的脉冲选出,幅度较小的脉冲消除幅度较小的脉冲消除,所以具有幅所以具有幅度鉴别能力度鉴别能力.8.3 单稳态触发器单稳态触发器 单稳态触发器特点单稳态触发器特点: 电路有一个稳定状态电路有一个稳定状态, 一个一个暂稳定暂稳定状态状态. 在没有外界触发信号作用时在没有外界触发信号作用时,电路处于稳定状态电路处于稳定状态; 在在

8、外界信号作用外界信号作用下下, 电路由稳态转换为暂稳态电路由稳态转换为暂稳态, 经过一段时间经过一段时间,电路电路自动自动返回到稳定状态返回到稳定状态. 单稳态触发器常用于脉冲的整形、定时和延时。单稳态触发器常用于脉冲的整形、定时和延时。VoVCC+-UC1C1+-UC2C2&QQ5k5k5kG1G2G3117265843DTRTHCORDTDVCViR0.11)当当Vi为高电平并稳为高电平并稳 定一段时间后，定一段时间后，Q端一端一 定为定为1(Q为为0);(为什么为什么)2)当当Vi来一个较短的负来一个较短的负 脉冲后脉冲后, Q端改变状态端改变状态, 并经过一段时间后并经过一段时

9、间后(这这 时时Vi已返回已返回1),Q自动自动 返回到返回到1)的状态的状态.8.3.1 由由555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器1. 电路组成电路组成2. 工作原理工作原理VitVCt00VOt02/3VCCtwtw*Vi的负脉冲宽度要小于的负脉冲宽度要小于tw tw1.1RCVoVCC+-UC1C1+-UC2C2&QQ5k5k5kG1G2G3117265843DTRTHCORDTDVCViR0.1如果在如果在5脚与脚与1脚之间接一个脚之间接一个10k电阻，电阻， 输出波形输出波形发生什么变化？发生什么变化？8.3.2 用施密特触发器构成单稳态触发器用施密特触发器

10、构成单稳态触发器ViVoCRVRVitVRt00VOt0VT+twVT-*Vi的正脉冲宽度应大于的正脉冲宽度应大于tw tw=RCln(VDD/VT-)VDD8.3.3 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 集成单稳态触发器有多个品种集成单稳态触发器有多个品种, 包括包括TTL电路和电路和CMOS电路电路.74LS121、74LS123CD4098、CD4528、CD45381&1RICXRXCXA1A2BRextCextRxcx3459101161QQ功能表功能表 A1 A2 B Q Q 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0例例: 741

11、21单稳态触发器单稳态触发器1&1RICXRXCX3459101161QQVCCCext1&1RICXRXCX3459101161QQCextRextVCC 两种连接方法：两种连接方法：tw0.7RextCext内部有内部有2K电阻电阻74121为不可重触发单稳态触发器：为不可重触发单稳态触发器：BQTWTW74123为可重触发单稳态触发器：为可重触发单稳态触发器：BQTWTW单稳态单稳态1单稳态单稳态2ABRESET8.3.4 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用1. 脉冲整形脉冲整形ViV0tt001&1RICXRXCX3459101161QQCextRextVCC

12、ViVo2. 脉冲的延时脉冲的延时1&1RICXRXCX3459101161Q1QC1R1VCCVi1&1RICXRXCX3459101161Q2QC2R2(1)(2)VoVCCt0Vit0t0tw1tw1tw2tdQ1Vo3. 脉冲的定时脉冲的定时1&1RICXRXCX3459101161QQCRVCCViVoVB&10tVi0tQ0tVB0tVO一个测频的例子一个测频的例子时域波形时域波形频域波形频域波形时域波形时域波形频域波形频域波形SNR = 10dB时域波形时域波形频域波形频域波形SNR = 0dB8.4 多谐振荡器多谐振荡器 能自行产生具有一定频率和

13、一定脉宽的矩能自行产生具有一定频率和一定脉宽的矩形脉冲的电路形脉冲的电路 多谐振荡器没有稳态多谐振荡器没有稳态, 有两个暂稳态有两个暂稳态.7.4.1 用用555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器VoVCC+-UC1C1+-UC2C2&QQ5k5k5kG1G2G3117265843DTRTHCORDTDR1.01R2CVCt0VOt02/3VCC1/3VCCT1T2TT1=(R1+R2)Cln2T2=R2Cln2T1R1+R2q=q= T= =R1+2R2Q=0,TD截止截止,VCC R1 R2 C充电充电,TH电位逐渐升高电位逐渐升高;2) 当当TH(TR)略大于略大于2/3V

14、CC,Q由由0变变1,TD导通导通,CR2TD 放电放电.TH电位逐渐降低电位逐渐降低,当降至当降至1/3VCC,回到回到1). 555构成振荡器电路简单构成振荡器电路简单,频率易于调节灵敏度较高频率易于调节灵敏度较高; 上述电路占空比上述电路占空比q=T1/T衡大于衡大于0.5,调节不方便调节不方便. 555构成振荡器频率振荡低构成振荡器频率振荡低(一般不超过几百一般不超过几百Hz),且频率且频率 稳定度不高稳定度不高. 8.4.2 用施密特触发器构成多谐振荡器用施密特触发器构成多谐振荡器VCVoCRVCt0VOt0VT+VT-T1T2T=T1+T2=RCLnVOH-VT-VOH-VT+RC

15、Ln0-VT+0-VT-8.4.3 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 石英晶体多谐振荡器的主要特点为频率稳定高石英晶体多谐振荡器的主要特点为频率稳定高.其振荡频其振荡频率由石英晶体的率由石英晶体的固有振荡频率固有振荡频率决定决定.11G1G2RffoVoC2C1电电感感性性电电容容性性电电容容性性foXf石英晶体符号和阻抗频率特性石英晶体符号和阻抗频率特性0Rf为反馈电阻为反馈电阻,阻值为阻值为10100M,为为G1提供偏置提供偏置;C1为温度校正电容为温度校正电容,C2为频率微调电容为频率微调电容,G2起整形和缓冲作用起整形和缓冲作用. 目前，已有很多将石英晶体振荡器做成具有各种频率目前，已有很多将石英晶体振荡器做成具有各种频率输出