脉冲波型的产生与变换.ppt
第第第第7 7章章章章 脉冲信号的脉冲信号的脉冲信号的脉冲信号的 产生与整形产生与整形产生与整形产生与整形7.2 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器：有一个稳定状态；在信号未加之前，触发器处于稳定状态，经信号触发后，触发器翻转，但新的状态只能暂时保持（暂稳状态），经过一定时间（由电路参数决定）后自动翻转到原来的稳定状态。（1）没有触发信号时电路工作在稳态uo1为高电平，电容C两端的电压接近为0。电路稳态：uo11，uo20。7.2.1 门电路组成的微分型单稳态触发器（2）外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态暂稳态时，uo10，uo21。（3）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态（1）输出脉冲宽度：tW 0.7RC（2）恢复时间：tre=(35)d7.2.2 集成单稳态触发器74121A1和A2是两个下降沿有效的触发信号输入端，B是上升沿有效的 触发信号输入端。集成单稳态触发器集成单稳态触发器7412174121的外部元件连接方法的外部元件连接方法:（a a）使用外部电阻使用外部电阻Rext且电路为下降沿触发的连接方式且电路为下降沿触发的连接方式.（b）使用内部电阻Rint且电路为上升沿触发的连接方式。74121的主要参数的主要参数 (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（2）输入触发脉冲最小周期Tmin Tmin=tWtre tre是恢复时间。（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 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，所以，当R=2k时，最大占空比qmax为67%；当R=40k时，最大占空比qmax可达90%。7.3 多谐振荡器多谐振荡器无稳态触发器：没有稳定状态；勿需外加触发信号，能输出一定频率的矩形脉冲。因为矩形波谐波丰富，故称多谐振荡器。利用逻辑门电路的传输延迟时间，将利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个奇数个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器荡器:&321uo3uo2uo17.3.1 由门电路组成的多谐振荡器由门电路组成的多谐振荡器1 1、RC环形多谐振荡器环形多谐振荡器&321uo3uo2uo1 设设 uo3 的初始状态为的初始状态为0:010101 用波形图来表示用波形图来表示,则为则为:优点优点:电路结构简单电路结构简单,所用元件少而精。所用元件少而精。缺点缺点:频率太高频率太高,并且不可调整。并且不可调整。0tuo3工作原理：第一暂稳态及其自动翻转的工作过程2 2、CMOS多谐振荡器多谐振荡器第二暂稳态及其自动翻转的工作过程T取决于RC、Vth。后者受温度、VDD、干扰的影响，频率稳定性较差。改进：振荡频率等于石英晶体的谐振频率f0。7.3.2 石英晶体石英晶体多谐振荡器多谐振荡器7.4 施密特触发器施密特触发器 施密特触发器施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。是具有滞后特性的数字传输门。电电路路具具有有两两个个阈阈值值电电压压，分分别别称称为为正正向向阈阈值值电电压压和和负负向向阈阈值值电电压压，二二者者的的差差值值称称为为回回差差。输输出出电电平的变化滞后于输入，形成平的变化滞后于输入，形成回环回环。与与双双稳稳态态触触发发器器和和单单稳稳态态触触发发器器不不同同，施施密密特特触触发发器器属属于于“电电平平触触发发”型型电电路路，不不依依赖赖于于边边沿沿陡陡峭的脉冲。峭的脉冲。特点：特点：施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。00117.4.1 由门电路构成的施密特触发器由门电路构成的施密特触发器0111110001100011下限阈值电压上限阈值电压回差电压（滞后电压）：UT UTUT前面介绍的施密特触发器的回差电压为：UTUTUTUT(UTUD)UD 0.7V缺点是回差太小，且不能调整。集集集集成成成成施施施施密密密密特特特特触触触触发发发发器器器器1 1、555定时器的电路结构与工作原理定时器的电路结构与工作原理低低低低电平触发端高高高高电平触发端电压控制端复位端低低低低电平有效放电端4.516V7.1 由由555定时器及应用定时器及应用分压器比较器RS触发器缓冲器工作原理工作原理（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。（3）2脚为触发输入端，6脚为阈值输入端，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。001R=0时，Q=1，uo=0，T导通。原理分析R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/300011R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/310011R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。110R=0时，Q=1，uo=0，T饱和导通。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。2VCC/3VCC/311100R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，uo不变，T状态不变。R=1、UTH2VCC/3、UTRVCC/3时，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，uo=1，T截止。工程应用工程应用 美国美国Signetics公司公司 1972年研制，用于取代机械年研制，用于取代机械式定时器。式定时器。流行的产品主要有流行的产品主要有4个：个：BJT两个：两个：555，556（含有两个（含有两个555）；）；CMOS两个：两个：7555，7556（含有两个（含有两个7555）。）。流行产品流行产品:电源及驱动电源及驱动:输出级的驱动电流输出级的驱动电流200mA VCC:4.518V1.电路组成及工作原理（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。（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。2.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（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。（4）自动返回（暂稳态结束）时间当vC上升至2/3VCC时，vO由1跳变0，三极管T由截止转为饱和导通，电容C经T迅速放电，电压vC迅速降至0V，电路由暂稳态重新转入稳态。当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的放电三极管 T放电，时间常数 2=RCESC，经过（3-5）2后，电容C放电完毕，恢复过程结束。（5 5）恢复过程）恢复过程2.主要参数估算主要参数估算(1)输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）上式说明，单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定时元件R、C的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节R、C的取值，即可方便的调节tW。（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 因此，单稳态触发器的最高工作频率应为:单稳态触发器的应用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。显然与门打开的时间是恒定不变的，就是单稳输出脉冲v/O的宽度tW。2.整形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。触摸定时控制开关触摸定时控制开关 555定时器构成单稳态触发器。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。触摸、声控双功能延时灯触摸、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；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。3 3、由、由555定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。将振荡器的输出电压uo1，接到振荡器中555定时器的复位端（4脚），当uo1为高电平时振荡器振荡，为低电平时555定时器复位，振荡器停止震荡。模拟声响电路模拟声响电路模拟声响电路模拟声响电路4.由由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施密特触发器的应用施密特触发器的应用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。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。图题为一心律失常报警电路，图中图题为一心律失常报警电路，图中v vI I是经过放大后的心电是经过放大后的心电信号，其幅值信号，其幅值v vImIm=4V=4V。（1 1）对应对应v vI I分别画出图中分别画出图中v vo1o1、v vo2o2、v vo o三点的电压波形；三点的电压波形；（2 2）说明电路的组成及工作原理）说明电路的组成及工作原理。举例：举例：EWB举例举例举例：间歇振荡器举例：间歇振荡器EWB举例举例举例：报警器举例：报警器
