10脉冲波形的产生和整形-1

《数字电子技术基础》第五版第十章脉冲波形的产生和整形《数字电子技术基础》第五版10.1概述•一、获取矩形脉冲的方法•1.脉冲波形发生电路:利用多谐振荡器直接产生；•2.脉冲波形整形电路：将其它周期性波形通过整形变为矩形脉冲。•如：正弦波、三角波等。整形电路《数字电子技术基础》第五版矩形脉冲波形的整形电路：施密特触发器、单稳态触发器。•如何获得施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器？•1.用门电路可以构成：2.用555定时器可以构成《数字电子技术基础》第五版二、描述矩形脉冲特性的主要参数脉冲周期T：脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。脉冲幅度Vm：脉冲电压的最大变化幅度。脉冲宽度Tw：从脉冲前沿的0.5Vm起到脉冲后沿的0.5Vm止的时间。《数字电子技术基础》第五版二、描述矩形脉冲特性的主要参数上升时间tr：脉冲上升沿从0.1Vm上升到0.9Vm所需的时间。下降时间tf：脉冲下降沿从0.9Vm下降到0.1Vm所需的时间。占空比q：脉冲宽度与脉冲周期的比值，即q=tw/T。《数字电子技术基础》第五版10.5555定时器及其应用555定时器是单片集成电路，用途广，可构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器等。双极型产品型号的后三位数码为555。单极型产品型号的后四位数码为7555。其功能和外部引脚的排列完全相同。《数字电子技术基础》第五版10.5.1555定时器（数/模混合IC）•电压比较器（C1,C2）•触发器•输出缓冲器（G3,G4）•OC输出的三极管（TD）组成'DR它由•三个5KΩ电阻、VR2=VCC，13VR1=VCC23'DS10.5555定时器及其应用'Q一、电路结构《数字电子技术基础》第五版当VCO端不接控制电压时：VR2=VCC13VR1=VCC，23C1出1；C1出0。C1将6端和进行比较VCC23当VI1时，VCC23当VI1时，VCC23C2出0；C2出1。C2将VI2和进行比较VCC13当VI2时，VCC13当VI2时，VCC13'Q'DR'DS《数字电子技术基础》第五版二、工作原理输入过渡输出RDRdSdQQTD状态0XXXX导通123VCC23VCC13VCC导通113VCC截止123VCC13VCC保持表1CB555功能表（CO端悬空时）工作原理见表10110110101101IV2IV123VCC13VCC00截止10'DR'DS'Q《数字电子技术基础》第五版（U6）（U2）23VCC23VCC13VCC13VCC23VCC13VCCQ01保持表2RD=1时的表1由表2可得如下口诀：大于、大于、出0；小于、小于、出1；小于、大于、保持1IV2IV《数字电子技术基础》第五版当CO端接有UCO时：12UCO，VR2=三、说明VR1=UCO、换为13VCC将上述分析中的换为23VCC12UCO，所有结论仍成立。UCO，'DR'DS'Q《数字电子技术基础》第五版四、电路符号12345678555555定时器的电源电压范围较宽，CMOS类：VDD为3~18伏，（UOH≥VDD95%，IOm≤4mA）TTL类：VCC为5~16伏，（UOH≥VCC90%），IOm≈200mA）UOTHTDCOVCC12345678555TRRD/GND《数字电子技术基础》第五版10.5.2用555定时器接成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。一、特点1、电平触发：触发信号UI可以是变化缓慢的模拟信号，UI达某一电平值时，输出电压U0突变。U0为脉冲信号。2、电压滞回传输：输入信号在上升和下降过程中，电路状态转换的输入电平不同。利用上述特点，施密特触发器不仅能将边沿缓慢变化的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，还可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效地清除。3.电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变陡。《数字电子技术基础》第五版同向特性：VT+UoUIUoLUoH二、电压传输特性特性VT反向特性：VT+UoUIUoLUoHUI=VT+时，Uo=UoLUI=VT-时，Uo=UoLUI=VT-时，Uo=UoHVTUI=VT+时，Uo=UoH00当UI=0时，Uo=UoL当UI=0时，Uo=UoH正向阈值电平VT+：UI上升时，引起Uo突变时对应的UI值。负向阈值电平VT-：UI下降时，引起Uo突变时对应的UI值。《数字电子技术基础》第五版CC2V3输入输出0XX0导通10导通1不变不变11截止11截止CCV32CCV31CCV32CCV32CCV32CCV31CCV31CCV31DR1IV2IVOVDTIT-V↓,使电路状态发生转变的值V=?工作原理1CCV3UIUO+VCC123456785550.01uFIT+V↑,使电路状态发生转变的值V=?《数字电子技术基础》第五版二、工作原理（设：UI为模拟三角波）UIU6U2UO23VCC23VCC13VCC13VCC23VCC≥23VCC010≤13VCC13VCC1三、电压波形UIUO+VCC12345678555tUItUO13VCC23VCCVT+=23VCCVT-=13VCCΔVT=13VCC0.01uF从电压波形知：此为施密特反相器。《数字电子技术基础》第五版10.2.3施密特触发器的应用一、用于波形变换二、用于鉴幅整形，构成多谐振荡器。《数字电子技术基础》第五版10.2.3施密特触发器的应用三、用于脉冲整形《数字电子技术基础》第五版10.5.3单稳态触发器10.5.3.1特点和用途一、特点1、开机（接通电源），电路出现稳态。2、外加触发信号，电路翻转为暂态。暂态维持一段时间，自动返回稳态3、暂态维持时间的长短，只和电路参数有关，与触发信号的幅度、电源电压的高低无关。二、用途1、整形→输出矩形波。2、定时→输出一定宽度的矩形波。3、延时→将输入信号延长一定时间后输出。有一个稳态和一个暂稳态《数字电子技术基础》第五版输入输出0XX0导通10导通1不变不变11截止11截止CCV32CCV31CCV32CCV32CCV32CCV31CCV31CCV31DR1IV2IVOVDT用555定时器接成单稳态触发器《数字电子技术基础》第五版C1DC1C2V=1→V=0→Q=0→T导通→C放电→→Q=0保持V=1IDO稳态：V=1,V=0,T导通ICCC21稳态时，无触发信号：V=1(V即可，V=1)3C1DCC2V=1若通电后Q=0→T导通→V=0→Q=0保持V=1DCCC2若通电后Q=1→T截止→C充电至V=V3•无论触发器的初态是0还是1，在无触发输入的情况下，电路都将稳定在0状态，此状态称为稳态。《数字电子技术基础》第五版ICCCCC21当V充至V时（假定此时V已经回到高于V）33C1C1DC2C2V=0V=1则→Q=0,T导通→C开始放电至0Q=0保持V=1V=1IC1IDCCC2触发时VV=11只要V降至V,则→Q=1,T截止→C开始充电V=03《数字电子技术基础》第五版性能参数：暂稳态输出的宽度3320lnlnRCVVVRCtCCCCCCwI对V的宽度有何要求？I若V的宽度过宽？这种电路产生的脉宽可从几个微秒到数分钟，精度较高《数字电子技术基础》第五版集成单稳态触发器1、不可重复触发触发进入暂稳态时，再加触发脉冲无效tUITWUOt2、可重复触发触发进入暂稳态时，再次触发有效，输出脉冲可再维持一个脉宽。tUIUOtTW常用74121，74221，74LS221等都是不可重复触发的单稳态触发器。其中，74121的电路符号如图：CextRextCextUoRintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121一、分类二、常用产品举例《数字电子技术基础》第五版集成单稳态触发器电路结构与工作原理(74121)200lnlnln)()()()(RCVVVRCVVVVRCtTHCCCCtw《数字电子技术基础》第五版下降沿触发时的接法1UI使用外接电阻RCextRextCextUoRintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121+VCCCextRextCextUoRintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121上升沿触发时的接法UI利用内部电阻RintCRC+VCC三、应用举例1、脉冲整形CextRextCextUoRintVccGNDBA2A1Uo345167101191474121+VCCCRUItUItUOTW=0.69RC《数字电子技术基础》第五版2、输出脉冲延时UI+VCCUO2VCCUOBA1A2C1R1UO（1）VCCUOBA1A2C2R2UO（2）tUItUO1tUO2tUO1TW1TW2触发后，电路延时TW1时间再输出。TW1=0.69R1C1TW2=0.69R2C23、定时输出UIUO27412174121UABA1A2UO74121&tUItUAtUOTW只在触发之后的TW时间内有UA输出。UO2t《数字电子技术基础》第五版特点：不需要外加触发信号，电路自激振荡，没有稳态。用途：产生脉冲方波。10.5.4多谐振荡器又称为无稳态触发器，电路没有稳定的输出状态。是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号，通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，输出矩形脉冲。由于矩形脉冲波含有多种谐波，因此称多谐振荡器，常用作时钟脉冲发生器。《数字电子技术基础》第五版一用施密特触发器构成多谐振荡器1、组成UIUO2、工作原理接通VCC瞬间，C中无电荷，所以：1）UC=0→3、电压波形2）UO=1→C充电→UI，3）UO=0→C放电→UI，tUotUI00VT+VT-T1T2T1RC+UI=VT+→UO=0UI=VT-→UO=1UI=0→UO=1《数字电子技术基础》第五版4、电路改进占空比可调电路如图：1CUIUOR2R1+充电经过R2，放电经过R1，T1=R2Cln————VDD-VT-VDD-VT+T2=R1Cln——VT+VT-q=T1/TT=T1+T2调节R1或R2，即可调节q《数字电子技术基础》第五版10.5.4用555接成多谐振荡器输入输出0XX0导通10导通1不变不变11截止11截止CCV32CCV31CCV32CCV32CCV32CCV31CCV31CCV31DR1IV2IVOVDT《数字电子技术基础》第五版%5022121RRRRq如希望q50%?如希望q可调？)Cln22R(RV0V0ClnRVVVV)ClnR(RTTT21TT2TCCTCC1221vo《数字电子技术基础》第五版212RRRq《数字电子技术基础》第五版555定时器应用举例：例1.下图是用555定时器接成的延时报警器。当开关S断开后，经过一定的延迟时间后扬声器开始发出声音。试求延迟的时间TD和扬声器发出声音的频率f。UO1UO2解：（1）（2）（1）片接成施密特触发器，U6=U2=UC1的电压波形通过操纵开关S获得。（2）片不工作。（2）片的RD=0，（2）片接成多谐振荡器。当UO1=1时；当UO1=0时；（2）片自激振荡，喇叭出声。123468555VCC=12V1642385550.01µF175KΩ5KΩ100µF10µF1MΩS+++C1《数字电子技术基础》第五版工作波形：S闭合S断开23VCC13VCCS闭合VCC喇叭响TDTO2=0.69(R1+2R2)C=0.69(5+2×5)103×0.01×10-6≈103.5µSfO2≈9.66KHZU6、U2UO1tUO2ttUC1TO2VCC-0VCC-TD=RCln—————=106×10×10-6ln——≈11（S）1212-823VCC《数字电子技术基础》第五版例2：如图6-46所示为洗相曝光定时器电路，分析电路工作原理，并求出曝光时间。单稳态触发器，延迟时间即为C的充电时间。《数字电子技术基础》第五版2V12VOV002