第7章_脉冲波形的产生和整形.ppt

1、第7章 脉冲波形的产生和整形,7.1 单稳态触发器 7.2 施密特触发器 7.3 555定时器 7.4 应用举例,本章限于介绍矩形脉冲波形的产生和整形电路 在脉冲整形电路中，介绍了最常用的两类整形电路：施密特触发器和单稳态触发器电路。在本章的最后，讨论了广为应用的555定时器和用其构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器的方法,返回,7.1 单稳态触发器,特点： 第一：有稳态和暂稳态两个不同的工作状态 第二：在外界触发脉冲的作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后再返回稳态 第三：暂稳态维持时间的长短取决与电路本身参数。单稳态触发器被广泛应用于脉冲整形、延时以及定时等。,下一页,

2、返回,7.1 单稳态触发器,7.1.1 脉冲波形的主要参数 为了定量描述矩形脉冲的特性，通常给出图7-1所标注的几个主要参数 脉冲周期T，有时也用频率f表示单位时间内脉冲重复的次数 脉冲幅度Vm：脉冲电压的最大变化幅度 脉冲宽度： 上升时间： 下降时间： 占空比q：脉冲宽度与脉冲周期的比值,下一页,返回,上一页,7.1 单稳态触发器,7.1.2 用门电路组成的单稳态触发器 单稳态触发器的暂稳态通常都是靠RC电路的充放电过程来维持的。根据RC电路的不同接法又把单稳态触发器分为微分型和积分型两种 1.微分型单稳态触发器 图7-2是用CMOS门电路和RC微分电路构成的微分型单稳态触发器 根据单稳态电

3、路工作过程，可画出电路中各点的电压波形，如图7-3所示。电容C的充电等效电路如图7-4所示，放电的等效电路如图7-5所示,下一页,返回,上一页,7.1 单稳态触发器,2.积分型单稳态触发器 图7-6是用TTL与非门和反相器以及RC积分电路组成的积分型单稳态触发器。 电路中各点电压的波形如图7-7所示 由图可知电容C放电的等效电路如图7-8所示 与微分型单稳态触发器相比，积分型单稳态触发器具有抗干扰能力较强的优点。但是起输出波形的边沿比较差。此外，这种积分型单稳态触发器必须在触发脉冲宽度大于输出脉冲宽度时才能正常工作,下一页,返回,上一页,7.1 单稳态触发器,7.1.3 集成单稳态触发器 1.

4、TTL集成单稳态触发器 图7-9是TTL集成单稳态触发器74121简化的原理性逻辑图。它是在普通微分型单稳态触发器的基础上附加以输入控制电路和输出缓冲电路而形成的。 表7-1是74121的功能表，图7-10是74121在触发脉冲作用下的波形图。另外，还可以使用74121内部设置的电阻取代外接电阻以简化外部连线，但在需要得到较宽的输出时仍需使用外接电阻，如图7-11示出了连接方法。,下一页,返回,上一页,7.1 单稳态触发器,目前使用的集成单稳态触发器有不可重复触发型和可重复触发型。不可重复触发单稳态触发器必须在暂稳态结束后才能接受下一个触发脉冲而转入稳态，如图7-12（a）所示，而可重复触发单

5、稳态触发器在电路被触发而进入暂稳态后，如果再次加入触发脉冲，电路将重新被触发，如图7-12（b）所示 不可重复触发单稳态触发器:74121、74221、74LS221 可重复触发单稳态触发器：74122、74LS122、74123、74LS123,下一页,返回,上一页,7.1 单稳态触发器,2.CMOS集成单稳态触发器 现以CC12528为例介绍一下CMOS单稳态触发器的工作原理。 图7-13是CC12528的逻辑图 图7-14给出了Uc和Uo在触发脉冲作用下的工作波形。,返回,上一页,7.2 施密特触发器,施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路。它有两个重要的特点: 第一，输入信号从

6、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。 第二，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。 利用这两个特点不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。,下一页,返回,7.2 施密特触发器,7.2.1 用门电路组成的施密特触发器 将两级反相器串接起来，同时通过分压电阻把输出端的电压反馈到输入端，就构成了图7-15（a）所示的施密特触发器电路。 U1的增加将引发如下的正反馈过程： U1 Uo1 Uo U1 正向阈值电压为,下一页,返回,上一页,

7、7.2 施密特触发器,当UI从高电平VDD开始下降到UI=VTH时，UI下降又会引发另一个正反馈过程 UI Uo1 Uo UI 负向阈值电压为 VT+和VT-之差定义为回差电压 由此可得其电压传输特性如图7-16所示,下一页,返回,上一页,7.2 施密特触发器,例7.1 在图7-16（a）电路中，如果要求VT+=7.5V, =5V,试求R1,R2和VDD的值 在使用TTL门电路组成施密特触发器时，经常采用图7-17所示的电路，因为R1,R2的阻值不能取得很大，所以串联进二极管D,防止U0=VOH时，逻辑门G2的负载电流过大。,下一页,返回,上一页,7.2 施密特触发器,7.2.2 集成施密特触

8、发器 图7-18是TTL电路集成施密特触发器7213的电路图。这个电路包含二极管与门、施密特电路、电平偏移电路和输出电路四个部分。其中核心部分是由T1,T2,R2,R3,R4组成的施密特电路。施密特电路是通过公共发射极电阻祸合的两级正反馈放大器。 为了降低输出电阻以提高电路的驱动能力，在整个电路的输出部分设置了倒相级和推拉式输出级电路。 图7-19为集成施密特触发器7213的电压传输特性，对每个具体的器件而言，它的VT+,VT-都是固定的，不能调节,下一页,返回,上一页,7.2 施密特触发器,7.2.3 施密特触发器的应用 1.用于波形变换 利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边

9、沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。 在图7-20中，输入信号是由直流分量和正弦分量叠加而成的，只要输入信号的幅度大于VT+，即可在施密特触发器的输出端得到同频率的矩形脉冲信号。,下一页,返回,上一页,7.2 施密特触发器,2.用于脉冲整形 在数字系统中，矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变，图7-21中给出了几种常见的情况 无论出现上述的哪一种情况，都可以通过用施密特触发器整形而获得比较理想的矩形脉冲波形。 由图7-21可见，只要施密特触发器的VT+和VT-设置得合适，均能收到满意的整形效果,下一页,返回,上一页,7.2 施密特触发器,3.用于脉冲鉴幅 由图7-22可见，若将一系

10、列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端时，只有那些幅度大于VT+的脉冲才会在输出端产生输出信号。因此，施密特触发器能将幅度大于VT+的脉冲选出，具有脉冲鉴幅的能力。 此外，利用施密特触发器的滞回特性还能构成多谐振荡器,返回,上一页,7.3 555定时器,7.3.1 555定时器的电路结构和功能 555定时器是一种多用途的数字一模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。 图7-23是国产双极型定时器CB555的电路结构图，它由比较器C1和C2、基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。 表7-2所示为CB555的功能表,下一页,返回,7.3

11、555定时器,7.3.2 用555定时器接成施密特触发器 将555定时器的UI1,UI2两个输入端连在一起作为信号的输入端，如图7-24所示就可得到施密特触发器 UI从0升高的过程：,下一页,返回,上一页,7.3 555定时器,再看UI从高于 开始下降的过程 回差电压为 图7-25是其电压传输特性，它是一个典型的反相输出施密特触发特性。,下一页,返回,上一页,7.3 555定时器,7.3.3 用555定时器接成的单稳态触发器 按照图7-26所示的接法可以将555定时器接成单稳态触发器。 工作原理： 图7-27画出了在触发信号作用下Uc和Uo的相应波形。,下一页,返回,上一页,7.3 555定时

12、器,7.3.4 用555定时器接成的多谐振荡器 可以先把555定时器接成施密特触发器，然后在施密特触发器的基础上改接成多谐振荡器。 把施密特触发器的反相输出端经RC积分电路接回到它的输入端，就构成了多谐振荡器。 为了减轻逻辑门G4的负载，可以接成图7-28所示，将TD与R1接成一个反相器,下一页,返回,上一页,7.3 555定时器,Uc和Uo的波形如图7-29所示 由图中Uc的波形求得电容C的充电时间T1和放电时间T2各为 故电路的振荡周期为 振荡频率为,下一页,返回,上一页,7.3 555定时器,占空比为 此占空比大于50%，为了得到小于或等于50%的占空比，可以采用图7-30的改进电路。

13、此时电容的充放电时间分别为 故得输出脉冲的占空比为：,下一页,返回,上一页,7.4 应用举例,用555集成电路构成叮咚门铃电路 如图7-31所示为555集成电路构成的叮咚门铃电路原理图 以555时基电路为核心组成双音门铃，能发出悦耳的叮咚声，其中CB555、R1、R2、R3、V1、V2、C1等组成一个多谐振荡器，SB为门铃按钮，平时处于断开状态，按下SB后，CB555起振。,返回,图7-1 描述矩形脉冲特征的主要参数,返回,图7-2 微分型单稳态触发器,返回,图7-3 图7-2电路的电压波形图,返回,图7-4 图7-2电路中电容C充电的等效电路图,返回,图7-5 图7-2电路中电容C放电的等效

14、电路图,返回,图7-6 积分型单稳态触发器图,返回,图7-7 积分型单稳态触发器电压波形图,返回,图7-8 图7-6电路中电容C放电回路图,返回,图7-9 集成单稳态触发器74121的逻辑图,返回,图7-10 集成单稳态触发器74121的工作波形图,返回,表7-1 集成单稳态触发器74121的功能表,返回,图7-11 集成单稳态触发器74121的外部链接方法图,返回,图7-12 不可重复触发型与可重复触发型单稳态触发器的工作波形图,返回,图7-13 集成单稳态触发器CC14528,返回,图7-14 集成单稳态触发器CC14528的工作波形图,返回,图7-15 用CMOS反相器构成的施密特触发器图,返回,图7-16 施密特触发器的电压传输特性图,返回,图7-16 施密特触发器的电压传输特性图,返回,图7-17 用TTL门电路接成的施密特触发器图,返回,图7-18 带与非功能的TTL集成施密特触发器图,返回,图7-19 集成施密特触发器7413的电压传输特性图,返回,图7-20 用施密特触发器实现波形变换图,返回,图7-21 用施密特触发器对脉冲整形图,返回,图7-22 用施密特触发器鉴别脉冲幅度图,返回,图7-23 C