電子技術(shù)基礎(chǔ)脈沖波形的產(chǎn)生和整形PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1電子技術(shù)基礎(chǔ)脈沖波形的產(chǎn)生和整形電子技術(shù)基礎(chǔ)脈沖波形的產(chǎn)生和整形獲取脈沖波形的途徑通常有兩種： (1)一種是利用各種形式的振蕩器直接產(chǎn)生所需要的脈沖波形,常用的振蕩器基本多諧振蕩器、環(huán)形振蕩器和石英晶體振蕩器等 ; (2)另一種則是通過各種整形電路把已有的周期性變化波形變換為符合要求的脈沖波形,常用的整形電路有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等。 第1頁/共28頁12.1 555定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)和功能555定時(shí)器簡介：555定時(shí)器（時(shí)基電路）是一種用途廣泛的模擬數(shù)字混合集成電路。1972年由西格尼蒂克斯公司（Signetics）研制；設(shè)計(jì)新穎、構(gòu)思奇巧，備受電子專業(yè)設(shè)計(jì)人員和電子愛好者青睞；它

2、可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和壓控振蕩器等多種應(yīng)用電路。 主要的555定時(shí)器產(chǎn)品，有TTL和CMOS(型號(hào)最后的4位數(shù)碼都是7555)兩大類.圖12-1 555定時(shí)器外形圖 隨后又生產(chǎn)了雙定時(shí)器產(chǎn)品556（雙極型）和7556（CMOS型） 第2頁/共28頁12.1.1 電路結(jié)構(gòu) 圖12-2 CB555的電路結(jié)構(gòu)圖 比較器 電阻分壓器觸發(fā)器反相器 555定時(shí)器主要由比較器、觸發(fā)器、反相器和由三個(gè)5k電阻組成的分壓器等部分構(gòu)成，電路如圖所示。第3頁/共28頁12.1.2 引腳和功能 DR1 iv2ivov23CCV13CCV23CCV13CCV23CCV13CCV23CCV13C

3、CV輸輸 入入輸輸 出出V狀狀態(tài)態(tài)0低低導(dǎo)導(dǎo)通通1低低導(dǎo)導(dǎo)通通1不變不變不不變變1高高截截止止1高高截截止止真值表第1行010導(dǎo)通真值表第2行1102/3Vcc1/3Vcc010導(dǎo)通真值表第3行1/3Vcc2/3Vcc11保持保持同理可推得真值表第3和4行的情況第4頁/共28頁12.2 555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器特點(diǎn)： （1）施密特觸發(fā)器屬于電位觸發(fā)，當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到某一特定值時(shí)，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使輸出電平會(huì)發(fā)生突變，并且輸出電壓波形的邊沿很陡。 （2）當(dāng)輸入信號(hào)由小到大達(dá)到或超過正向閾值電壓 時(shí)，輸出高電平翻轉(zhuǎn)為低電平；反之，輸入信號(hào)由大到小達(dá)到或小于負(fù)向閾值電壓 時(shí)，輸出由低電平

4、翻轉(zhuǎn)為高電平；并且兩個(gè)轉(zhuǎn)換電平（閾值電壓）是不相同的。 TVTV圖12-3 施密特觸發(fā)器的傳輸特性回差電壓 第5頁/共28頁12.2.1 電路結(jié)構(gòu)Vi1和Vi2的兩個(gè)輸入端連在一起作為信號(hào)輸入端 圖12-4 用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器第6頁/共28頁12.2.2 工作原理圖12-4 用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器當(dāng)u i1/3Vcc時(shí),uc1=1、uc2=0 , Q=1,故u o=VOH 當(dāng)1/3Vccu i 2/3Vcc時(shí),uc1=0,uc2=1,Q=0,故u o=VOL,V T+ =2/3VccU i從0逐漸升高的過程 當(dāng)1/3Vccu i 2/3Vcc,uc1=uc2=1,故u

5、o=VOH當(dāng)u i1/3Vcc時(shí),uc1=1uc2=0 ,Q=1故u o=VOHVT-=1/3VccU i從2/3Vcc開始下降 13TTTCCVVVV回差電壓： 第7頁/共28頁圖12-5 圖12-4電路的電壓傳輸特性第8頁/共28頁 施密特觸發(fā)器的輸出波形如下：ui00uOtt2VCC/31VCC/3圖12-7 施密特觸發(fā)器的波形圖 施密特觸發(fā)器的主要用于對輸入波形的整形。圖12-14表示的是將三角波整形為方波,其它形狀的輸入波形也可以整形為方波。VCC1uo1RC123456785 55 55 55uiVCC2uo2圖12-6 施密特觸發(fā)器電路圖 12.2.3 典型應(yīng)用 1波形變換第9頁

6、/共28頁2 波形的整形不規(guī)則的或者在信號(hào)傳送過程中受到干擾而變壞的波形經(jīng)過施密特電路，可以得到良好的波形。圖12-8 施密特觸發(fā)器用于波形整形第10頁/共28頁3.脈沖幅度鑒別tuootuio利用施密特電路,可以從輸入幅度不等的一串脈沖中,去掉幅度較小的脈沖,保留幅度超過UT+的脈沖。圖12-9 施密特觸發(fā)器用于幅度鑒別 第11頁/共28頁12.3 555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（Monostable Trigger）只存在一個(gè)穩(wěn)定工作狀態(tài)，有以下特點(diǎn)： (1) 它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)。 (2) 在無外加觸發(fā)信號(hào)時(shí)，觸發(fā)器處于穩(wěn)態(tài)；在 外界觸發(fā)脈沖的作用下，能夠立即從

7、穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間以后，再自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。 (3) 暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長短取決于電路本身的參數(shù)（如電路閾值電壓、外接電阻和電容的參數(shù)等），而與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。 所以廣泛地應(yīng)用于脈沖整形、延時(shí)以及定時(shí) 第12頁/共28頁12.3.1 電路結(jié)構(gòu)圖12-10 用555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入端 反相器輸出電壓Vc 第13頁/共28頁VCCRCC123456785555uotuituctuoOOO圖12-11單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的波形圖 CC32Viu這里要注意R的取值不能太小。（為什么？）若R太小，當(dāng)放電管導(dǎo)通時(shí)，灌入放電管的電流太大，會(huì)損壞放電管。12.3.2 工作原理第14

8、頁/共28頁555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形如下：注意：觸發(fā)脈沖必須是窄脈沖，要比暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間tw還要短。（為什么？如果觸發(fā)脈沖比暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間長呢？）圖12-6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的波形圖tuituctuoOOOCC32VtW則觸發(fā)作用始終存在，輸出將不會(huì)在uC達(dá)到2VCC/3時(shí)返回低電平。如果在暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間內(nèi)加入新的觸發(fā)脈沖呢？則新的觸發(fā)脈沖不起作用，該電路為不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。那么，有沒有可以重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器呢？第15頁/共28頁為此需要確定三要素： uC (0) =0V、 uC () =VCC、 =RC， 當(dāng)t= tw時(shí)，uC (tw) =2 VCC /3代入公式。于是可解出單穩(wěn)態(tài)觸

9、發(fā)器暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的計(jì)算 根據(jù)uC的波形，由過渡過程公式即可計(jì)算出暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tw ， tw電容C從0V充電到2 VCC /3的時(shí)間，根據(jù)三要素方程：-cccc)e()0()()(tuuutuRCRCt1 . 1ln3w 注意:觸發(fā)輸入信號(hào)的邏輯電平，在無觸發(fā)時(shí)是高電平，必須大于2VCC/3,低電平必須小于1VCC/3，否則觸發(fā)無效。 tuituctuoOOOCC32VtWRC CC32VCC31VVCCRCC123456785555暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間由RC確定?。ㄑa(bǔ)充：）第16頁/共28頁1用單 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行脈沖定時(shí)ABuuio單穩(wěn)態(tài)電路&(b)tAotwtuootBotuio只有在tw時(shí)間內(nèi),與

10、門才開門,信號(hào)A才能通過與門12.3.3 典型應(yīng)用圖12-12 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行脈沖定時(shí)（b）工作波形圖 （a）電路示意圖 第17頁/共28頁 2.利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行延時(shí)觸發(fā)(b)tuiotwtuootoQuo的下降沿比輸入觸發(fā)信號(hào)ui的下降沿延遲了tw。因此，利用uo下降沿去觸發(fā)其它電路(例如JK觸發(fā)器),比用ui下降沿觸發(fā)時(shí)延遲了tw時(shí)間,這就是單穩(wěn)態(tài)電路的延時(shí)作用uiR UDD76215348uo0.01 F(a)C1111QQS1JC11KR圖12-13 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的延時(shí)觸發(fā) 第18頁/共28頁3. 簡易曝光定時(shí)器思考：當(dāng)按一下開關(guān)AN以后，電路是如何工作的？電容放電555置位J吸

11、合電燈HL亮電容充電到2/3VDD555復(fù)位J釋放電燈HL熄第19頁/共28頁12.4 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器 多諧振蕩器（Astable Multivibrator）是一種產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，習(xí)慣上又把矩形波振蕩器稱為多諧振蕩器，又稱為無穩(wěn)態(tài)電路 12.4.1 電路結(jié)構(gòu) 反相輸出端經(jīng)RC積分電路接回到它的輸入端 第20頁/共28頁 555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖12-9所示。它是將兩個(gè)觸發(fā)端2腳和6腳合并在一起，放電端7腳接于兩電阻之間。圖12-16 圖12-15電路的電壓波形圖 VCCuoRRCCAB123456785555555 多諧振蕩器電路圖 uctuctu

12、oOOCC32VCC31V12.4.2 工作原理第21頁/共28頁 多諧振蕩器參數(shù)的計(jì)算tuctuoOOCC32VCC31Vtw1tw2%100%100)2(44. 11)2(7 . 0w11BABAw2w1TtTTDCRRTfCRRttT輸出波形的振蕩周期可用過渡過程公式計(jì)算： tw1 ： uC (0) = VCC /3 V、 uC () =VCC、 1=(RA+ RB)C、 當(dāng)t= tw1時(shí)，uC (tw1) =2 VCC /3代入三要素方程。于是可解出CRRt)0.7(BAw1 tw2 ： uC (0) = 2VCC /3 V、 uC () =0V、 1= RBC、當(dāng)t= tw2時(shí)，uC

13、 (tw2) =VCC /3代入公式。于是可解出CRtBw20.7占空比（Duration Ratio）第22頁/共28頁 對于圖12-9所示的多諧振蕩器，因tw1 tw2 ，它的占空比大于50% ，占空比不可調(diào)節(jié)。圖12-12是一種占空比可調(diào)的電路，該電路因加入了二極管，使電容器的充電和放電回路不同，可以調(diào)節(jié)電位器使充、放電時(shí)間常數(shù)相同。如果RA=RB，調(diào)節(jié)電位器可以獲得50%的占空比。VC C 1uo1C123456785 55 55 55RARBC1D2D圖12-12 占空比可調(diào)的多諧振蕩器C充RACRB放CRtAw10.7CRtBw20.7w2w1ttT振蕩周期:第23頁/共28頁用555定時(shí)器組成的占空比可調(diào)的多諧振蕩器圖12-17第24頁/共28頁12.4.3 典型應(yīng)用例12-1 試用CB555定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)多諧振蕩器，要求振蕩周期為1s，輸出脈沖幅度大于3v而小于5v ，輸出脈沖的占空比 :q=2/3解: 由CB555的特性參數(shù)可知，當(dāng)電源電壓取為5v時(shí)，在100mA的輸出電流下輸出電壓的典型值為3.3v ，所以取Vcc=5v可以滿足對輸出脈沖幅度的要求。 圖12-18 例12-1設(shè)計(jì)的多諧振蕩器1212223RRqRR12RR得12(2)ln 21TRRC又10CF取13ln21RC則1513ln 21k48k3 10