脉冲波形的产生与整形详解PPT课件

1、一、555定时器的电路结构定时器的电路结构8.1 集成555定时器电压比较器的功能： v+ v-，vO=1 v+ v-，vO=0由以下几部分组成：由以下几部分组成：（1）三个5k电阻组成的分压器。（2）两个电压比较器 C1和C2。C1v+vvOCC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入O(7)vT,放电端(1)第1页/共41页（3）基本RS触发器，（4）放电三极管T及缓冲器G。CC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控

2、制电压触发输入O(7)vT,放电端(1)12658437Ov,vI2I1vvICVCCvO555DR电路符号第2页/共41页二工作原理（1）4脚为复位输入端（ RD ），当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出vo为低电平。正常工作时，应将其接高电平。（2）5脚为电压控制端，当其悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3VCC 和1/3VCC 。CC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入O(7)vT,放电端(1)1/3VCC2/3VCC第3页/共41页（3）2脚为触发输入端，6脚为阈值输

3、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。CC&1RSG5k5k5k12VRvvvCCDICI1I2O(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位v阈值输入控制电压触发输入O(7)vT,放电端(1)1/3VCC2/3VCC阈值阈值输入输入阈值阈值输入输入复复位位输输出出vI1vI2RDvo2/3VCC2/3VCC2/3VCC1/3VCC1/3VCC1/3VCC0111010不变不变功能表第4页/共41页8.2 施密特触发器施密特触发器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。一. 用555定时器构成的施密特

4、触发器1. 电路组成及工作原理1265VCCRDO5553Ov7vvI2I1vIC8412IvCCVVCC 2RvvItO1vt1/3VCC2/3VCC第5页/共41页OVIV电路符号电路符号Cv5kS1(2)2/3V(7)(6)v&放电端I1(3)GV&vO 1CC(4)TC CCI2(8)5k5k2RC C(1)&11/3VVO 21RvIvCC2第6页/共41页2. 电压滞回特性和主要参数 （2）主要静态参数 （a）上限阈值电压VT+ vI上升过程中，输出电压vO由高电平VOH跳变到低电平VOL时，所对应的输入电压值。VT+=2/3VCC。 （b）下限阈值电压VT

5、 vI下降过程中，vO由低电平VOL跳变到高电平VOH时，所对应的输入电压值。VT =1 /3VCC。 （3）回差电压VT VT= VT+VT=1 /3VCC（1）电压滞回特性1/3VCCVoVi0传输特性传输特性VOHVOL2/3VCCvItO1vt1/3VCC2/3VCCVT+VT VTVT+VT VT第7页/共41页OVIV电路符号电路符号Cv5kS1(2)2/3V(7)(6)v&放电端I1(3)GV&vO1CC(4)TCCCI2(8)5k5k2RCC(1)&11/3VVO21RvIvCC2O2vtO1vtVCC21265VCCRDO5553Ov7vvI2I1vI

6、C8412IvCCVVCC 2RvvO1第8页/共41页 二 集成施密特触发器 2. TTL集成施密特触发器74LS14 12345678910111213141A1Y2A2Y3A3Y4A4Y5A5Y6A6YVVD DSSCC401061. CMOS集成施密特触发器CC4010612345671A1Y2A2Y3A3YG N D8910111213144A4Y5A5Y6A6YVCC74LS14第9页/共41页三三 施密特触发器的应用举例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。正正弦弦

7、波波振振荡荡器器1VO输入输出VT+VT-第10页/共41页 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。 VIOV1ItVT-T+V0VOV0t第11页/共41页0vctvo0t8.3 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器能产生矩形脉冲波的自激振荡器。能产生矩形脉冲波的自激振荡器。一一 用用555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器1. 电路组成及工作原理26VCCRDO5 55 55 53vI2I1v84v7RRVCC12C150.01FC1vCP2/3VCC1/3VCC第12页/共41页(6)放电端(2)5k1RT5k&C&

8、;1GSC25k(4)O(3)(7)v(1)(8)CCVvvC1PRRCI22vI12/3V1/3VC CC CEWB演示555组成多谐振荡器第13页/共41页2. 振荡频率的估算（1）电容充电时间T1：（用三要素法计算）（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)()()0()(ln111TvvvvTCCCC CRR)(7 . 021 CCCCCCCCVVVV3231ln1 CRT227 . 0 CRRTf)2(43. 1121 212112RRRRTTq （4）电路振荡频率fTT1T20vctvo0t2/3VCC1/3VCC

9、第14页/共41页 二二 占空比可调的多谐振荡器电占空比可调的多谐振荡器电路路 利用二极管的单向导电性，把电容C充电和放电回路隔离开，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。 可计算得： T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比：21121121117 . 07 . 07 . 0RRRCRCRCRTTTTTq 26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC150.01FC1vCDD121R2R第15页/共41页三 石英晶体多谐振荡器有两个谐振频率。当f=fs时，为串联谐振，石英晶体的电抗X=0； 当f=fp时，为并联谐振，石英晶体的电抗无穷大。 由晶体本身的特性决定： f

10、s fp f0（晶体的标称频率） 石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达10-1010-11。1.石英晶体的选频特性uu石英晶体fX感性感性0fsfp容性容性第16页/共41页2. 石英晶体多谐振荡器（1）串联式振荡器 R1、R2：使两个反相器都工作在转折区，成为具有高放大倍数的放大器。 对于TTL门，常取R1=R2=0.72k，对于CMOS门，常取R1=R2=10100M；C1=C2是耦合电容。 石英晶体工作在串联谐振频率f0下，只有频率为f0的信号才能通过，满足振荡条件。因此，电路的振荡频率= f0，与外接元件R、C无关，所以这种电路振荡频率的稳定度很高。111RG1R12G1

11、C2Cov第17页/共41页（2）并联式振荡器 RF是偏置电阻，保证在静态时使G1工作转折区，构成一个反相放大器。 晶体工作在略大于fS与 fP之间，等效一电感，与C1、C2共同构成电容三点式振荡电路。电路的振荡频率= f0。 反相器G2起整形缓冲作用，同时G2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。CR1C112G21GF10M20pF5 50pFov第18页/共41页四多谐振荡器应用实例四多谐振荡器应用实例1. 简易温控报警器26VCCRD5553vI2I1v847RRVCC12C150.01C110/10VC220k100k0.013R2k（ +6V）T3AX31第19页/共41页 2. 双

12、音门铃。1vI1812R5550.0115CRRD427VI26vCC3k3k0.1R44.7k3C47CDD122CP3R3.9kCCV（ +6V）C24738PAN第20页/共41页3. 秒脉冲发生器 CMOS石英晶体多谐振荡器产生f=32768Hz的基准信号，经T/触发器构成的15级异步计数器分频后，便可得到稳定度极高的秒信号。 这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源。11CQCQCQCQ112214141515FFFFFFFF121415RCC12fffff1214032768Hz16384Hz8192Hz2Hz1Hz秒脉冲T 触发器第21页/共41页8.4 单稳态触发器 单稳

13、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。（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态 当vI=1时，电路工作在稳定状态，即vO=0，vC=0。一一 用用555定时器组成单稳定时器组成单稳态触发器态触发器1. 电路组成及工作原理26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC15vCvIRC0.011F第22页/共41页26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC15vCvIRC0.011F（2）vI下降沿触发 当vI下降沿到达时，vO由0跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。2Ov3CCOtVOtCvOItv第23页/共4

14、1页(3)vV1/3VCCSC C(8)&C&I2C(7)I5k放电端5k(1)C2/3VGR5kvv1CR2v(6)C C1I1T&(2)v(4)O第24页/共41页（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。时间常数1= =RC，vC由0V开始增大，在vC上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC15vCvIRC0.011F2Ov3CCOtVOtCvOItv（4）自动返回时间当vC上升至2/3VCC时，vO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

15、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。第25页/共41页2Ov3CCOtVOtCvOItv2. 主要参数估算(1) 输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）reWttTf 11minmaxCRVVVtvvvvtCCCCCCWCCCCW1 . 1320ln)()()0()(ln11 （2）恢复时间tre tre=（35）2（3）最高工作频率fmax vI周期的最小值： Tmin= tWtre 最高工作频率:TTW第26页/共41页二集成单稳态触发器二集成单稳态触发器7412174121A1、A2是下沿有效的触发信号输入端，B是上沿有效的触发信号输入

16、端。AABvovoextCRintCextextRVCCGND10111491634512774121保持稳态0 10 10 10 10 1 0 1 01 1 下沿触发1 1 1 1 1上沿触发工作特征vO vO输 出0 0 A1 A1 B输 入74121功能表第27页/共41页集成单稳态触发器7412174121的外部元件连接方法: :（b）使用内部电阻Rint且电路为上升沿触发的连接方式。AABovovextCintRextextCRCCVGND10111491634512774121CCVextR1vICext(a)AABovovextCintRextextCRCCVGND1011149

17、1634512774121vICextCCV(b)（a a）使用外部电阻Rext且电路为下降沿触发的连接方式。第28页/共41页74121的主要参数 (1) 输出脉冲宽度tW 使用外接电阻： tW 0.7RextC 使用内部电阻： tW 0.7RintC 74121内部电阻=2k，外接电阻Rext可在1.440k之间选择， 外接电容C可在10pF10F之间选择，（2）输入触发脉冲最小周期Tmin Tmin= tWtre（3）周期性输入触发脉冲占空比q 定义： q = tW/T 最大占空比： qmax= tW/ Tmin所以，当R=2k时， 最大占空比qmax为67%； 当R=40k时，最大占空

18、比qmax可达90%。第29页/共41页三单稳态触发器的应用三单稳态触发器的应用1. 延时与定时（1）延时图中，v/O的下降沿比vI的下降沿滞后了时间tW。（2）定时当v/O=1时，与门打开，vO= vF。当v/O=0时，与门关闭，vO为低电平。与门打开的时间是单稳输出脉冲v/O的宽度tW。1&vIvO单稳与门vFOvvItWvOvFOv第30页/共41页 2. 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。IvvOtW第31页/共41页3. 触摸定时控制开关 555定时器

19、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。84762153555+VCCRLR100kC100C10.01(+6V)P第32页/共41页4. 触摸、声控双功能延时灯555和T1、R3、R2、C4组成单稳定时电路，定时（即灯亮）时间约为1分钟。当击掌声传至压电陶瓷片时，HTD将声音信号转换成电信号，经T2、T1放大，触发555，使555输出高电平，触发导通晶闸管SCR，电灯亮；

20、同样，若触摸金属片A时，人体感应电信号经R4、R5加至T1基极，也能使T1导通，触发555，达到上述效果。84762153C447C0.01555N EA220VR3R1M220kSCRMCR1004.7M4.7MR4R5R6R71M10k5C0.022TT1290149013HTDC3220D1N4004C10.56/400V1R3300.01C2VD D（ +6V ）DW2CW13第33页/共41页练习一：8.4.3 图题8.4.3为一心律失常报警电路，图中vI是经过放大后的心电信号，其幅值vIm=4V。（1）对应vI分别画出图中vo1、vo2、vo三点的电压波形；（2）说明电路的组成及工作原理。126555Iv57VCC(+5V)843vO 183(+5V)4CCV7O 25551256vOv1RCTDD12vI第34页/共41页VIT+VT-VVo1CV23CCVVo2oV第35页/共41页8.2.1 如图所示，555构成的施密特触发器，当输入信号为图示周期性心电波形时，试画出经施密特触发器整形后的输出电压波形。v12555I6574(+5V)CCV83vOIvvO第36页/共41页8.3.5 一过压监视电路如图所示，试说明当监视电压vx超过一定值时，发光二极管D将发出闪烁的信号。提示：当晶体管T饱和时，555的管脚1端可认为处于地电位。43D