尹其畅 第二十五二十六讲 脉冲电路的产生与整形.pptx
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1、1脉冲波形脉冲波形为了定量地描述矩形脉冲波的特性,我们来看看它的几个指标:trtf0.9Vm0.5Vm0.1VmTtwVm第1页/共82页2描述矩形脉冲特性的主要参数T 脉冲周期脉冲周期(f )。Vm 脉冲电压最大脉冲电压最大 变化幅度。变化幅度。tw 脉冲宽度。脉冲宽度。tr 上升时间。上升时间。tf 下降时间。下降时间。q 占空比,脉冲宽度占空比,脉冲宽度 与脉冲周期的比值与脉冲周期的比值 即:即:q=tw/T第2页/共82页3本章内容本章内容脉冲的产生脉冲的产生多谐振荡器多谐振荡器脉冲的整形脉冲的整形单稳态触发器单稳态触发器施密特施密特触发器触发器多用途定时电路多用途定时电路555定时器
2、定时器 与产生模拟信号要用模拟振荡器一样,产生脉冲信号要用脉冲振荡器。脉冲波形变换则包括脉冲宽度、幅度、相位及上升和下降时间等等的改变,通过变换,使这些特性符合要求。第3页/共82页4TTL:555,556(含有两个(含有两个555););CMOS:7555,7556(含有两个(含有两个7555),),755(含有三个(含有三个7555)。)。流行产品流行产品:77.2 2 555 555定时器定时器 555定时器电路是一种用途广泛的定时器电路是一种用途广泛的数数-模混合模混合中规模中规模集成电路。只需外接几个阻容元件集成电路。只需外接几个阻容元件,就可以方便地构成各种就可以方便地构成各种不同
3、用途的脉冲电路不同用途的脉冲电路,如多谐振荡器、单稳态触发器以及施如多谐振荡器、单稳态触发器以及施密特触发器等。密特触发器等。555定时电路有定时电路有TTL集成定时电路和集成定时电路和CMOS集成定集成定时电路时电路,它们的它们的逻辑功能与外引线排列逻辑功能与外引线排列都都完全相同完全相同。第4页/共82页5一、555555定时器的电路结构由以下几部分组成:(1 1)三个阻值为5k5k的电阻组成的分压器。(2 2)两个电压比较器C C1 1和C C2 2。电压比较器的功能:v+v-,vO=1 v+v-,vO=0(3)基本RS触发器、(4)放电三极管T及缓冲器G。第5页/共82页6第6页/共8
4、2页7(1)4脚为复位输入端:RD=0时,输出vo为低电平。正常工作时,应将其接高电平。(2 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脚为脚为触发输入端触发输入端,6脚为脚为阈值输入端阈值输入端,两端的电位高低,两端的电位高低控制比较器控制比较器C1和和C2的输出,从而控制的输出,从而控制RS触发器,决定输出状态。触发器,决定输出状态。(4)3脚为脚为输出端输出端,7脚是脚是放电端放电端,8、4脚分别是脚分别是电源电源和和地地。比较器比较器C1和和C2的比较电压分别为的比较电压分别为VCO和和1/2 VCO。当不当不用时,应在该端
5、和地之间接一个用时,应在该端和地之间接一个0.01 f的去耦电容,以的去耦电容,以消除干扰,保证其稳定在消除干扰,保证其稳定在2/3VCC 而当其输入电压为而当其输入电压为VCO时时:第7页/共82页8二.555.555定时器的工作原理第8页/共82页9 onon 0 0 0 0T T V V V V V V V VV V R RD DO OC2C2C1C1I2 I2I1 I1D Doffoff 1 1 0 0 0 0 V V3 31 1 V V3 32 2 1 1CCCCCCCCoffoff 1 1 0 0 1 1 V V3 31 1 V V3 32 2 1 1CCCCCCCC不不 不不 1
6、 1 1 1 V V3 31 1 V V3 32 2 1 1CCCCCCCC变变工作原理分析第9页/共82页10555的功能表第10页/共82页11555定时器功能表定时器功能表第11页/共82页121 1)定时的精度、工作速度和可靠性高;)定时的精度、工作速度和可靠性高;2 2)使用的电源电压范围宽,从)使用的电源电压范围宽,从 2V 2V 18V18V,能和数字电路,能和数字电路 直接连接;直接连接;3 3)有一定的输出功率,可驱动微电机、指示灯、扬声器等;)有一定的输出功率,可驱动微电机、指示灯、扬声器等;4 4)结构简单,使用灵活,用途广泛)结构简单,使用灵活,用途广泛(有有“万能芯片
7、万能芯片”之称之称)。555555定时器的特点:定时器的特点:555555定时器的定时器的用途:用途:555定时器主要用于脉冲波形的定时器主要用于脉冲波形的产生、变换、控制与检产生、变换、控制与检测测。可组成各种波形的脉冲振荡器、定时延时电路、检测可组成各种波形的脉冲振荡器、定时延时电路、检测电路、电源变换电路、频率变换电路。电路、电源变换电路、频率变换电路。下面介绍由定时器构成的下面介绍由定时器构成的多谐振荡器多谐振荡器、施密特施密特触发器触发器、单稳态触发器单稳态触发器。第12页/共82页1377.4 4 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器不需外加触发脉冲就能够产生一定频率不需外加触
8、发脉冲就能够产生一定频率和幅度的矩形脉冲波的电路。和幅度的矩形脉冲波的电路。由于矩形波中除基波外,还含有丰富的高次谐波成由于矩形波中除基波外,还含有丰富的高次谐波成分而得此名。分而得此名。特点:特点:()没有稳态,只有两个暂稳态()没有稳态,只有两个暂稳态;()在自身的作用下,电路就在两个暂稳态之间来回转()在自身的作用下,电路就在两个暂稳态之间来回转换。换。用途:用途:自动产生矩形波。自动产生矩形波。第13页/共82页14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X无穷大。二二 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器1.石英晶体的选频特性石英晶体的
9、选频特性有两个谐振频率有两个谐振频率 石石英英晶晶体体具具有有很很好好的的选选频频特特性性,另另外外它它具具有有一一个个极极为为稳稳定定的的串串联联谐谐振振频频率率:f0 fs(晶晶体体的的标标称称频频率率)。石石英英晶晶体体的选频特性极好,的选频特性极好,f0十分稳定,十分稳定,其稳定度可达其稳定度可达10-1010-11。一一.门电路构成的多谐振荡器门电路构成的多谐振荡器(略略)第14页/共82页15石英晶体的电抗频率特性和符号第15页/共82页162.石英晶体多谐振荡器(1)串联式振荡器 R1、R2的作用使两个反相器在静态时都工作在转折区。对于TTL门,常取R1=R2=0.72k,CMO
10、S门则常取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。第16页/共82页17(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。第17页/共82页18三.用555定时器接成的多谐振荡器1.电路组成及工作原理电路组成及工作原
11、理第18页/共82页1948162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC0tuouC0tVCC/32VCC/3输出波形输出波形第19页/共82页2048162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC 设电容设电容C 原先未充电原先未充电,故故 TH =TR VCC/3,此时此时 uo =1,555内的晶体内的晶体管管 TD 截止截止,电源通过电源通过 R1 和和 R2 对电容对电容 C 充电。充电。第20页/共82页2148162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCuC0tVCC/32VCC/30tuo 在在 uC 没有充电到没有充电到 2VCC/3 之前之前,uo 保
12、持保持 1 不变。不变。第21页/共82页22uC0tVCC/32VCC/30tuo 在在 uC 没有充电到没有充电到 2VCC/3 之前之前,uo 保持保持 1 不变。不变。t1t2t348162357R1R2CuC555DTHTRuoVCCT1T2T=T1 +T2 =0.7(R1+2R2)C 第22页/共82页23多谐振荡器的电压波形图第23页/共82页24555定时器构成的多谐振荡器的电压波形图第24页/共82页25(2)电容放电时间T2(3)电路振荡周期T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C(4)电路振荡频率f(5)输出波形占空比q(1)电容充电时间)电容充电时间T1:(用三要素
13、法计算):(用三要素法计算)2.振荡频率的估算振荡频率的估算第25页/共82页26第26页/共82页27四四 占空比可调的多谐振荡器电路占空比可调的多谐振荡器电路 利用半导体二极管的单向导电特性,把电容C充电和放电回路隔离开来,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:第27页/共82页28五.用施密特触发器构成的多谐振荡器第28页/共82页29施密特触发器脉冲占空比可调的多谐振荡器第29页/共82页30六多谐振荡器应用实例六多谐振荡器应用实例1.简易温控报警器第30页/共82页31 2.双音门铃。第31页/共82页323.秒脉
14、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。第32页/共82页33用用7416174161组成的秒脉冲发生器组成的秒脉冲发生器(其分频为频率为其分频为频率为1 1Hz)。第33页/共82页34例 多谐振荡器的设计 试用试用555构成一个多谐振荡器构成一个多谐振荡器,要求输出脉冲的振荡频要求输出脉冲的振荡频率为率为20KHZ,占空比占空比25%.第34页/共82页35作业作业P216 7.6 7.9 (7.10)第35页/共82页3677.2 2 施密特
15、触发器施密特触发器特点:特点:1 1)电路有两个稳态,所以是一种)电路有两个稳态,所以是一种双稳态双稳态触发器触发器;2 2)电路状态的翻转依赖于外加触发信号的幅值,)电路状态的翻转依赖于外加触发信号的幅值,因此,施密特触发器因此,施密特触发器不具有记忆功能不具有记忆功能。3)3)具有具有滞回特性滞回特性。用途用途:1)1)用于波形用于波形变换变换、整形整形;鉴别脉冲幅度鉴别脉冲幅度 2)2)构成多谐振荡器、单稳态触发器构成多谐振荡器、单稳态触发器一一一一.555555电路构成的施密特触发器(重点介绍)电路构成的施密特触发器(重点介绍)二二二二.门电路组成的施密特触发器门电路组成的施密特触发器
16、(略略)三三三三.集成施密特触发器(简介)集成施密特触发器(简介)内容内容:第36页/共82页37555定时器功能表定时器功能表一一.用用555555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37页/共82页381.1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理1265VCCRDO5553Ov7vvI2I1vIC8412IvCCVv第38页/共82页391.1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理电压滞回特性电压滞回特性第39页/共82页402.电压滞回特性和主要参数(1)电压滞回特性(a)正向阈值电压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。
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