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1、第六章 脉冲波,形的产生与整形 第21讲,第8章 脉冲波形的产生与整形,8.1 概述 8.2 施密特触发器 Schmitt trigger 8.3 单稳态触发器 monostable multivibrator 8.4 多谐振荡器 multivibrator 8.5 555定时器 555 Timer,8.1 概述,获取这些脉冲信号的方法通常有两种： 直接产生(利用多谐振荡器)； 利用已有信号整形变换得到。,脉冲波形的整形电路： 施密特触发器 单稳态触发器,脉冲信号的定义,脉冲信号是指一种持续时间极短的电压或电流波形。 按非正弦规律变化。,2、三角波,3.锯齿波,4、微分窄脉冲,1、矩形波 （方
2、波）,数字系统中所用的脉冲信号波形，一般是矩形脉冲。,2,6.1 概述,矩形脉冲的参数,A,Tw,tr,tf,T,实际的矩形波,脉冲幅度 A,脉冲上升沿 tr,脉冲周期 T,脉冲下降沿 tf,脉冲宽度Tw,占空比q,理想的方波信号上升时间和下降时间均为零。,8.2 施密特触发器,1. 基本概念,施密特触发器是一种重要的脉冲整形电路，能把变化缓慢的波形换成矩形脉冲。,施密特触发器特点：,（1）输出有两种状态（输出为数字信号）；,（2）输入采用电平触发（输入为模拟信号）；,（3）对于正向增加和负向减小的输入信号，电路有不同的阈值电平（ ）。,正向阈值电平,反向阈值电平,VTVT+VT-,回差电压：
3、,2. 电路符号与传输特性,逻辑符号,同相传输,反相传输, 施密特触发器的电压传输特性,同相ST传输特性,反相ST传输特性,3、由CMOS非门构成的施密特触发器,电路结构,条件：R1R2,工作原理,（1）当vI =0V时，,vO1VDD，所以vO0V.,vI时, ,(2),正向阈值电压,（如何求？）,（3）当 时，,电路迅速转到另一稳态：, vO = VOH VDD 迅速, vO1=0,在状态转换过程中将引发如下正反馈现象：,（5）当 vI小于 VT时，电路迅速转到另一稳态：vO1VDD， vO0V。 这时，电路同样存在正反馈现象：,（6）回差电压,8.2 施密特触发器 4、施密特触发器应用,
4、1. 波形变换,2. 波形整形,时间多20分钟,14,8.2 施密特触发器 3. 鉴幅,o,I,4、用于构成多谐振荡器,8.3 单稳态触发器第22讲,一、单稳态触发器的基本概念,稳态：能够长久保持的状态。,暂稳态：不能长久保持的状态,单稳态触发器的特点：,（1）它有稳态和暂稳态两种状态；,（2）平时处于稳态，在外部触发脉冲作用下，由稳态进入暂稳态；,（3）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态。,(4)暂态维持时间由电路参数决定，与触发脉冲无关。,单稳态触发器,第22讲,二、门电路构成的单稳态触发器,微分型,(CMOS门，或非，正脉冲触发),微分型单稳态触发器由门电路和 RC 微分电路组成。微分型单
5、稳态触发器中的门电路既可以是与非门，也可以由或非门，既可以是 CMOS 门电路，也可以是 TTL 门电路。,电路结构,(CMOS门，与非，负脉冲触发),1、CMOS或非门电路构成的微分型单稳态触发器,（1）电路结构,正脉冲触发,（2）工作原理分析,解决三个问题： 什么是稳态？ 如何在外部触 发脉冲作用下，由 稳态进入暂态？ 暂稳态如何自动地回到稳态？,（2）工作原理分析,单稳态触发器的稳态,无触发脉冲,正脉冲触发, =0V 为低电平,电容C无充放电，相当于开路,v I 2 = VDD vO1 = VDD,o =0,单稳态触发器的稳态,c =0,当输入端VI 加一正脉冲时，由稳态进入暂态,vO1
6、 =0,vI2=0,o =,暂态自动回到稳态,电路进入暂稳态,I2,设定CMOS反相器的阈值电压,I2 =VTH,迅速使 o1 = 1,o =0,如果触发脉冲已经消失，即vI已由高电平回到低电平,回到稳态,I2 =V,VDD经过R 向电容C充电,图2 单稳态触发器的工作波形,暂稳态维持时间W就是电容C开始充电至电压升高到VDD/2 所需要的时间。,（）触发脉冲对单稳态触发器工作得影响,2、集成单稳态触发器,TTL和CMOS电路均有，应用时，外电路简单，少许几个元件即可工作，脉冲宽度计算方便。,TTL74LS121,集成单稳态触发器74LS121简化原理图,当出现以下几种情况时，控制电路将产生窄
7、脉冲： （1）若A1、A2中至少有一个接低电平时，同时在B端输入一上升沿； （2）若B端接高电平时，A1、A2中至少有一个输入下降沿。,74LS121功能表,74LS121 在使用时，要在芯片 10、11 引脚之间接电容，根据输出脉宽的要求，定时电阻 R 可采用外接电阻或芯片内部的电阻。,3 单稳态触发器的应用, 用于整形,将宽度和幅度不规则的脉冲整形为规则的脉冲。, 用于定时,8.4 多谐振荡器第23讲,多谐振荡器也称自激振荡器，是产生矩形脉冲波的典型电路，常用来做脉冲信号源。,多谐振荡器没有输入端，接通电源便自激振荡。多谐振荡器一旦起振之后，电路没有稳态，只有两个暂稳态，它们交替变化，输出
8、连续的矩形脉冲信号，因此又称它为无稳态电路。,一、由门电路构成的多谐振荡器,1、最简单的环形多谐振荡器,环形振荡器是利用门电路固有的传输延迟时间，将奇数个反相器首尾相接而形成的,工作原理,若ui1的周期为6tpd ，则ui1与uo波形相同。,输出波形的周期为6tpd,T = 6t pd = 2 Nt pd ( N = 3),结 论,根据上述原理，将任何大于、等于3的奇数个反相器首尾相连地串接在一起均可构成环形振荡器，而且振荡频率为 T=2ntpd 其中n为串联门的个数。 这种振荡器的突出优点是电路极为简单。 但是由于门电路的传输延迟时间极短，TTL电路只有几十纳秒，CMOS电路也不过一、二百纳
9、秒，所以难于获得稍低一些的频率，而且频率不易调节。 为了克服这些缺点，引入了一些改进电路。,2、RC环形多谐振荡器,工作原理,（2）第二暂稳态电容放电，电路自动翻转到第一暂稳态,电容放电,迅速使得G1截止、G2导通,TRC1n41.4RC,3、石英晶体多谐振荡器,上面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振荡频率不稳定，容易受温度、电源电压波动和RC参数误差的影响。 在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信号来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面讨论的多谐振荡器是不能满足要求的，必须采用频率稳定度很高的石英晶体多谐振荡器。 石英晶体具有很好的选频特性。
10、当振荡信号的频率和石英晶体的固有谐振频率fo相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，而其它频率的信号则被衰减掉。,40,其它多谐振荡器,41,6.5 555定时器第24讲,6.5 555定时器 第24讲,555定时器是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。 它可以构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器、 压控振荡器等多种应用电路。 因IC内部含有3个5k电阻而得名。 1975年推出：NE555,TTL,CMOS,单 双 四,555 556 558,7555 7556 7558,42,6.5 555定时器,1. 555定时器,电路结构,组成,C1、C2：电压比较器,5k3：精密电阻,G
11、1、G2 ：RS触发器,TD ：放电三极管,引脚排列,=,=,43,6.5 555定时器 引脚功能 RD : 复位端(异步) VCO : 控制电压输入端，,VR1 VR 2, 2 / 3VCC (VCO开路) VCO 1 / 3VCC (VCO开路) 1 / 2VCO,TH : 阈值端，TH VR1 VC 1 = L; TH VR 2 VC 1 = H ; TR VR 2 VC 1 = L;,D : 放电端，vO=L，TD导通；,VCC : 4.5 16V,TH,TR,vO,TD,VR1 VR2 VR2 VR1 VR2,L 保 H H*,导通 持 截止 截止,6.5 555定时器 工作原理 R
12、D = 0 : 电路复位(vO=L),H*: 电路直接进入保持时，输出不定。 44,v I = VCC 保持 vO = H,555 vO,C : 稳定VCO,vI VCC vO = H,45,6.5 555定时器,2. 555定时器应用,VCO RD TH TR D,VCC,C 0.01 vI,vO,构成施密特触发器 电路 原理 1 3 1 2 3 3,2,3,v I,VCC,vO = L,1,2,3,3,v I,=,VCC 保持,vO = L,1,3,v I,VCC,vO = H,传输特性 VT + =,2,3,VCC,VT =,1,3,VCC,555 vO,46,6.5 555定时器,构成
13、单稳态触发器,D,VCO RD TH TR,VCC,0.01 vI,vO,R,触,当vC上升到2VCC/3时， 发器置0， vO0，TD导通，C放电，进入稳态。C,电路(负脉冲触发) 原理(vI=H) 接通电源，VCC通过R对C充电，,vI=,触发器置1， vO变为1， TD截止， 电路进入暂态。 VCC通过R对C充电， 当vC上升到2VCC/3时，触发器置0，,TD对 C放电，电路进入稳态。,不可重复触发。,47,6.5 555定时器,TH TR D,VCO RD,VCC,555 vO,0.01,vI,vO,R,波形,参数,tW = RC ln,VCC 0 VCC 2VCC / 3,= RC
14、 ln 3 = 1.1RC,tW,C RC,6.5 555定时器,构成多谐振荡器,电路构成,TH TR D,VCO RD,VCC,555 vO,RC电路,R1,R2 C,施密特触发器 放电回路 工作原理,接通电源: vC=0，vO=H，TD截止。 VCC经R1、2对C充电:,vC VCC / 3 :,vO = H,vC = 1 / 3 2 / 3VCC :保持 vO = H,vC = 2 / 3VCC :,vO = L,TD导通，R2对C放电。 48,555 vO,6.5 555定时器,VCC VCO RD TH TR D,R1 R2 C,VCC/3 vO 49,R2对C放电: vC = 1
15、/ 3 2 / 3VCC :保持 vO = L vC = 1 / 3VCC : vO = H VCC经R1、2对C充电。 波形图 vC 2VCC/3,555 vO,T1 1 + R2 )C ln,VCC VCC / 3,= ( R1 + R2 )C ln 2,q =,=,0 2VCC / 3 T,0 VCC / 3,= R2C ln 2,T = ( R1 2 )C ln 2,如何使q或=0.5?,50,6.5 555定时器,参数计算,VCC VCO RD TH TR,R1 R2,vC vO,2VCC/3 VCC/3,T1 T2,VCC 2VCC / 3,= ( R T2 = R2C ln,+
16、2 R,T1,=,C D R1 + R2 R1 + 2 R2 R1 + R2 2( R1 + R2 ) R1,1 2,6.5 555定时器,改进电路占空比可调,O,VCC,VCO RD TH 555 v TR D,R1 C,R2,vO,电路因加入了二极管， 使电容器的充电和放电回路 不同，可以调节R1、R2使充、 放电时间常数改变。 T1 = 0.7R1C T2 = 0.7R2C,如果R1=R2，占空比50%。 51,52,C1,R1,uo1,8 4,7,3,6 555,2,5,1,0.01F,uo1,6.5 555定时器 3. 555定时器应用实例 A. 模拟声响电路 VCC,R2,(a)
17、电路,(b),工作波形,C2,R3,uo2,8 4,7,3,6 555,2,5,1,0.01F,uo2,R4,C,VCC,RD,555,3,vI1 vI2,8,4,7 6 2,6.5 555定时器 B. 简易温控报警器 VCC,R1,R2 C,1,5,10/10V,C2,20k,R3,（+6V）,T,3AX31 2k,100k 0.01,0.01 C1 53,54,6.5 555定时器,C. 双音门铃,1,R2,5,R1,RD 4,7,6 2,vI1 vI2,VCC 8,3k,3k,C 0.1,R4 4.7k,C1 0.01,D1,D2 2CP,R3 3.9k,C2 47,555 3,8,P C3 47,VCC （+6V） AN,55,6.5 555定时器 D. 秒脉冲发生器,1,1,C1,Q1,C2,Q2,C14,Q14,C15,Q15,FF1,FF 2,FF14,FF15,R,C1,C2,f,f,f 1,f2,f 14,0,32768Hz,16384Hz,8192Hz,2Hz,1Hz,秒脉冲,T 触发器,56,6.5 555定时器 E. 触摸定时控制开关,8,4,7,1,5,6 555 3 2,RL,R 100k,C 100,C1 0.01,+VCC (+6V),P,57,6.5 555定时器 4. 555定时器设计软件,运,行,作业：6-25 、6-29 、6-32,