第12章脉冲波形的产生和整形PPT讲稿.ppt

第12章脉冲波形的产生和整形第1页，共28页，编辑于2022年，星期日获取脉冲波形的途径通常有两种：获取脉冲波形的途径通常有两种：(1)一种是利用各种形式的振荡器直接产一种是利用各种形式的振荡器直接产生所需要的脉冲波形生所需要的脉冲波形,常用的振荡器常用的振荡器基本多谐振基本多谐振荡器、环形振荡器和石英晶体振荡器等荡器、环形振荡器和石英晶体振荡器等;(2)另一种则是通过各种整形电路把已有的另一种则是通过各种整形电路把已有的周期性变化波形变换为符合要求的脉冲波形周期性变化波形变换为符合要求的脉冲波形,常常用的整形电路有单稳态触发器、施密特触发器等。用的整形电路有单稳态触发器、施密特触发器等。第2页，共28页，编辑于2022年，星期日12.1 555定时器电路结构和功能定时器电路结构和功能555定时器简介：定时器简介：555定时器（时基电路）是一种用途广泛的模拟数字混合集定时器（时基电路）是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。成电路。1972年由西格尼蒂克斯公司（年由西格尼蒂克斯公司（Signetics）研制；设计）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；它可以构成可以构成单稳态触发器单稳态触发器、多谐振荡器多谐振荡器、施密特触发器施密特触发器和和压控振压控振荡器荡器等多种应用电路。等多种应用电路。主要的主要的555定时器产品，有定时器产品，有TTL和和CMOS(型号最后的型号最后的4位位数码都是数码都是7555)两大类两大类.图图12-1 555定时器外形图定时器外形图 随后又生产了双定时器产品随后又生产了双定时器产品556（双极型）和（双极型）和7556（CMOS型）型）第3页，共28页，编辑于2022年，星期日12.1.1 电路结构电路结构 图图12-2 CB555的电路结构图的电路结构图 比较器比较器 电阻分压器电阻分压器触发器触发器反相器反相器 555定时定时器主要由器主要由比比较器较器、触发触发器器、反相器反相器和由和由三个三个5k 电阻电阻组成的组成的分分压器压器等部分等部分构成，电路如构成，电路如图所示。图所示。第4页，共28页，编辑于2022年，星期日12.1.2 引脚和功能引脚和功能 输 入输 出V状态0低导通1低导通1不变不变1高截止1高截止真值表第真值表第1行行010导通导通真值表第真值表第2行行1102/3Vcc1/3Vcc010导通导通真值表第真值表第3行行1/3Vcc2/3Vcc11保持保持保持保持同理可推得真值表第同理可推得真值表第3和和4行的情况行的情况第5页，共28页，编辑于2022年，星期日12.2 555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器特点：特点：（1）施密特触发器属于电位触发，当输入信号达到某一特施密特触发器属于电位触发，当输入信号达到某一特定值时，通过电路内部的正反馈过程使输出电平会发生突定值时，通过电路内部的正反馈过程使输出电平会发生突变，并且输出电压波形的边沿很陡。变，并且输出电压波形的边沿很陡。（2）当输入信号由小到大达到或超过正向阈值电压当输入信号由小到大达到或超过正向阈值电压 时，输出高电平翻转为低电平；反之，输入信号由时，输出高电平翻转为低电平；反之，输入信号由大到小达到或小于负向阈值电压大到小达到或小于负向阈值电压 时，输出由低电平时，输出由低电平翻转为高电平；并且两个转换电平（阈值电压）是不翻转为高电平；并且两个转换电平（阈值电压）是不相同的。相同的。图图12-3 施密特触发器的传输特性施密特触发器的传输特性回差电压回差电压 第6页，共28页，编辑于2022年，星期日12.2.1 电路结构电路结构V Vi1i1和和V Vi2i2的两个输入端连在一起作为信号输入端的两个输入端连在一起作为信号输入端 图图12-4 用用555定时器接成的施密特触发器定时器接成的施密特触发器第7页，共28页，编辑于2022年，星期日12.2.2 工作原理工作原理图图12-4 用用555定时器接成的施密特触发器定时器接成的施密特触发器当当u i1/3Vcc时时,uc1=1、uc2=0,Q=1,故故u o=VOH 当当1/3Vccu i 2/3Vcc时时,uc1=0,uc2=1,Q=0,故故u o=VOL,V T+=2/3VccU i从从0逐渐升高的过程逐渐升高的过程 当当1/3Vccu i 2/3Vcc,uc1=uc2=1,故故u o=VOH当当u i1/3Vcc时时,uc1=1uc2=0,Q=1故故u o=VOHVT-=1/3VccU i从从2/3Vcc开始下开始下降降 回差电压：回差电压：第8页，共28页，编辑于2022年，星期日图图12-5 图图12-4电路的电压传输特性电路的电压传输特性第9页，共28页，编辑于2022年，星期日 施密特触发器的输出波形如下：施密特触发器的输出波形如下：ui00uOtt2VCC/31VCC/3图图12-7 施密特触发器的波形图施密特触发器的波形图 施密特触发器的主要用于对输入波形的整形。图施密特触发器的主要用于对输入波形的整形。图12-14表示的是将三角波整形为方波表示的是将三角波整形为方波,其它形状的输入波形也其它形状的输入波形也可以整形为方波。可以整形为方波。图图12-6 施密特触发器电路图施密特触发器电路图 12.2.3 典型应用典型应用 1波形变换波形变换第10页，共28页，编辑于2022年，星期日2 波形的整形波形的整形 不规则的或者在信号传送过程中受到干扰而不规则的或者在信号传送过程中受到干扰而变坏的波形经过施密特电路，可以得到良好变坏的波形经过施密特电路，可以得到良好的波形。的波形。图图12-8 施密特触发器用于波形整形施密特触发器用于波形整形第11页，共28页，编辑于2022年，星期日3.脉冲幅度鉴别脉冲幅度鉴别利用施密特利用施密特电路电路,可以可以从输入幅度从输入幅度不等的一串不等的一串脉冲中脉冲中,去去掉幅度较小掉幅度较小的脉冲的脉冲,保留保留幅度超过幅度超过UT+的脉冲。的脉冲。图图12-9 施密特触发器用于幅度鉴别施密特触发器用于幅度鉴别 第12页，共28页，编辑于2022年，星期日12.3 555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器（Monostable Trigger）只存在一个稳定工作状只存在一个稳定工作状态，有以下态，有以下特点特点：(1)它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。(2)在无外加触发信号时，触发器处于稳态；在在无外加触发信号时，触发器处于稳态；在 外界触外界触发脉冲的作用下，能够立即从稳态翻转到暂稳态，在暂发脉冲的作用下，能够立即从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态。稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态。(3)暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数（如电路阈值电压、外接电阻和电容的参数等），而（如电路阈值电压、外接电阻和电容的参数等），而与触发脉冲的宽度和幅度无关。与触发脉冲的宽度和幅度无关。所以广泛地应用于脉冲整形、延时以及定时所以广泛地应用于脉冲整形、延时以及定时 第13页，共28页，编辑于2022年，星期日12.3.1 电路结构电路结构图图12-10 用用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输入端输入端 反相器输反相器输出电压出电压VcVc 第14页，共28页，编辑于2022年，星期日图图12-11单稳态触发器的波形图单稳态触发器的波形图 这里要注意这里要注意R的取值不能太小。（为什么？）的取值不能太小。（为什么？）若若R太小，当放电管导通时，灌入放电管的电流太大，会损坏放电管。太小，当放电管导通时，灌入放电管的电流太大，会损坏放电管。12.3.2 工作原理工作原理第15页，共28页，编辑于2022年，星期日555555单稳态触发器的工作波形如下：单稳态触发器的工作波形如下：注意：触发脉冲必须注意：触发脉冲必须是是窄脉冲窄脉冲，要比暂，要比暂稳态的时间稳态的时间tw还要还要短。短。（为什么？如（为什么？如果触发脉冲比暂稳果触发脉冲比暂稳态时间长呢？）态时间长呢？）图图12-6 单稳态触发器的波形图单稳态触发器的波形图则触发作用始终存在，则触发作用始终存在，输出将不会在输出将不会在uC达到达到2VCC/3时返回低电平。时返回低电平。如果在暂稳态持续时间内加入新的触发脉冲呢？如果在暂稳态持续时间内加入新的触发脉冲呢？则新的触发脉冲不起作用，该电路为则新的触发脉冲不起作用，该电路为不可重复触发不可重复触发的单的单稳态触发器。稳态触发器。那么，有没有那么，有没有可以重复触发可以重复触发的单稳态触发器呢？的单稳态触发器呢？第16页，共28页，编辑于2022年，星期日为此需要确定三要素：为此需要确定三要素：uC(0)=0V、uC()=VCC、=RC，当当t=tw时，时，uC(tw)=2 VCC/3代入公式。于是可代入公式。于是可解出解出单稳态触发器单稳态触发器暂稳态暂稳态时间的计算时间的计算 根据根据uC的波形，由过渡过的波形，由过渡过程公式即可计算出暂稳态时间程公式即可计算出暂稳态时间tw，tw电容电容C从从0V充电到充电到2 VCC/3的时间，根据三要素方程：的时间，根据三要素方程：注意注意:触发输入信号的逻辑电平，在无触发时是高电平，必须大于触发输入信号的逻辑电平，在无触发时是高电平，必须大于2VCC/3,低电平必须小于低电平必须小于1VCC/3，否则触发无效。，否则触发无效。暂稳态的持续时间由暂稳态的持续时间由RC确定！确定！（补充：）（补充：）第17页，共28页，编辑于2022年，星期日1用单用单 稳态触发稳态触发器进行脉器进行脉冲定时冲定时 ABuuio单稳态电路单稳态电路&只有在只有在tw时时间内间内,与门与门才开门才开门,信信号号A才能通才能通过与门过与门12.3.3 典型应用典型应用图图12-12 单稳态触发器进行脉冲定时单稳态触发器进行脉冲定时（b）工作波形图工作波形图（a）电路示意图电路示意图 第18页，共28页，编辑于2022年，星期日 2.利用单稳态触发器进行延时触发利用单稳态触发器进行延时触发uo的下降沿比输入触发信号的下降沿比输入触发信号ui的下降沿延迟了的下降沿延迟了tw。因此，利用。因此，利用uo下降沿去触下降沿去触发其它电路发其它电路(例如例如JK触发器触发器),比用比用ui下降沿触发时延迟了下降沿触发时延迟了tw时间时间,这就是单这就是单稳态电路的延时作用稳态电路的延时作用图图12-13 单稳态触发器的延时触发单稳态触发器的延时触发 第19页，共28页，编辑于2022年，星期日3.简易曝光定时器简易曝光定时器思考：当按一下开关思考：当按一下开关AN以后，电路是如何工作的？以后，电路是如何工作的？电容放电电容放电555置位置位J吸合吸合电灯电灯HL亮亮电容充电到电容充电到2/3VDD555复位复位J释放释放电灯电灯HL熄熄第20页，共28页，编辑于2022年，星期日12.4 555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器 多谐振荡器多谐振荡器（Astable Multivibrator）是一种产生矩形波是一种产生矩形波的自激振荡器，习惯上又把矩形波振荡器称为多谐振荡器的自激振荡器，习惯上又把矩形波振荡器称为多谐振荡器，又称为无稳态电路，又称为无稳态电路 12.4.1 电路结构电路结构 反相输出端反相输出端经经RCRC积分电积分电路接回到它路接回到它的输入端的输入端 第21页，共28页，编辑于2022年，星期日 555定时器构成多谐振荡器构成的多谐振荡器如图定时器构成多谐振荡器构成的多谐振荡器如图12-9所示。它是将两个触发端所示。它是将两个触发端2脚脚和和6脚合并在一起，放电端脚合并在一起，放电端7脚接于两电阻之间。脚接于两电阻之间。图图12-16 图图12-15电路的电压波形图电路的电压波形图 多谐振荡器电路图多谐振荡器电路图 tuctuoOO12.4.2 工作原理工作原理第22页，共28页，编辑于2022年，星期日 多谐振荡器参数的计算多谐振荡器参数的计算tuctuoOOtw1tw2输出波形的振荡周期可用过渡过输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：程公式计算：tw1：uC(0)=VCC/3 V、uC()=VCC、1=(RA+RB)C、当当t=tw1时，时，uC(tw1)=2 VCC/3代入三要素代入三要素方程。于是可解出方程。于是可解出 tw2：uC(0)=2VCC/3 V、uC()=0V、1=RBC、当当t=tw2时，时，uC(tw2)=VCC/3代代入公式。于是可解出入公式。于是可解出占空比（占空比（Duration Ratio）第23页，共28页，编辑于2022年，星期日 对对于于图图12-9所所示示的的多多谐谐振振荡荡器器，因因tw1 tw2，它它的的占占空空比比大大于于50%，占占空空比比不不可可调调节节。图图12-12是是一一种种占占空空比比可可调调的的电电路路，该该电电路路因因加加入入了了二二极极管管，使使电电容容器器的的充充电电和和放放电电回回路路不不同同，可可以以调调节节电电位位器器使使充充、放放电电时时间间常常数数相相同同。如如果果RA=RB，调节电位器可以获得，调节电位器可以获得50%的占空比。的占空比。图图12-12 占空比可调的多谐振荡器占空比可调的多谐振荡器C=充充R A振荡周期振荡周期:第24页，共28页，编辑于2022年，星期日用用555定时器组成定时器组成的占空比可调的多的占空比可调的多谐振荡器谐振荡器图图12-17第25页，共28页，编辑于2022年，星期日12.4.3 典型应用典型应用例例12-1 试用试用CB555定时器设计一个多谐振荡器，要求振荡定时器设计一个多谐振荡器，要求振荡周期为周期为1s，输出脉冲幅度大于，输出脉冲幅度大于3v3v而小于而小于5v，输出脉冲的占，输出脉冲的占空比空比:q=2/3解解:由由CB555的特性参数可知，当电源电压取为的特性参数可知，当电源电压取为5v5v时，在时，在100mA的输出电流下输出电压的典型值为的输出电流下输出电压的典型值为3.3v，所以取，所以取Vcc=5v可以满足对输出脉冲幅度的要求。可以满足对输出脉冲幅度的要求。图图12-18 例例12-1设计的多谐振荡器设计的多谐振荡器得得又又取取则则第26页，共28页，编辑于2022年，星期日因因，所以取两只，所以取两只的电阻与一个的电阻与一个的电位器串联，即得到图的电位器串联，即得到图12-18所示的设计结果。所示的设计结果。第27页，共28页，编辑于2022年，星期日小结：小结：本章以本章以555集成定时器为重点，集成定时器为重点，介绍了由介绍了由555定时器构成的施密特触发定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。器、单稳态触发器和多谐振荡器。施密特触发器和单稳态触发器施密特触发器和单稳态触发器是最常用的两种整形电路。是最常用的两种整形电路。单稳态触发器可以用于产生固定宽单稳态触发器可以用于产生固定宽度的脉冲信号。度的脉冲信号。多谐振荡器不需要外加触发信多谐振荡器不需要外加触发信号，只要接通直流电源，就能自动产号，只要接通直流电源，就能自动产生矩形脉冲信号生矩形脉冲信号 第28页，共28页，编辑于2022年，星期日