第八章脈沖波形的變換與產(chǎn)生ppt課件

1、第八章第八章 脈沖波形的變換與產(chǎn)生脈沖波形的變換與產(chǎn)生 數(shù)字電路中，常需要各種脈沖波形。這些波形數(shù)字電路中，常需要各種脈沖波形。這些波形的獲取，有兩種方法：通過波形變換獲得；由產(chǎn)的獲取，有兩種方法：通過波形變換獲得；由產(chǎn)生電路直接得到。生電路直接得到。 555定時器是一種集模擬、數(shù)字一體的中規(guī)模集定時器是一種集模擬、數(shù)字一體的中規(guī)模集成電路。其應(yīng)用極為廣泛。不僅廣泛應(yīng)用于信號成電路。其應(yīng)用極為廣泛。不僅廣泛應(yīng)用于信號的產(chǎn)生產(chǎn)生多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密的產(chǎn)生產(chǎn)生多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器和變換特觸發(fā)器和變換,還常用于控制和檢測電路中。還常用于控制和檢測電路中。 有雙極型和有雙極

2、型和CMOS兩種類型的產(chǎn)品。前者驅(qū)動能兩種類型的產(chǎn)品。前者驅(qū)動能力強最大負載電流達力強最大負載電流達200mA）；后者電源電壓）；后者電源電壓范圍寬范圍寬318V）、功耗低、輸入阻抗高。）、功耗低、輸入阻抗高。電源電源Vcc(8)1C2閾值輸入閾值輸入 ui1(6)Q控制電壓控制電壓 uiC(5)復(fù)位復(fù)位(4)放電端放電端(7)R R 5K UO(3) 由分壓器由分壓器(三個三個5K電阻電阻) 對對電源電壓分壓，電源電壓分壓，C1同相輸入同相輸入端對地電位為端對地電位為23VCC， C2反相輸入端對地電位為反相輸入端對地電位為 13VCC。接地接地(1)ST G1和和G2組成基本組成基本SR鎖

3、存器；三極管鎖存器；三極管T為放電管，當(dāng)為放電管，當(dāng)T飽和時飽和時C、E極間電阻很小，極間電阻很小，C極通過極通過E極對地放電；極對地放電；G3為具有緩沖作用的與非為具有緩沖作用的與非門，無復(fù)位信號時就是一反相器，門，無復(fù)位信號時就是一反相器，UO = Q 。-+R 5K R 5K +C1-觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入 ui2(2) C1和和C2為電壓比較為電壓比較器，當(dāng)器，當(dāng)u+u-時輸時輸出為出為1；u+u-時輸時輸出為出為0。G1RG2G3電源電源Vcc(8)1C2閾值輸入閾值輸入 ui1(6)Q控制電壓控制電壓 uiC(5)復(fù)位復(fù)位(4)放電端放電端(7)R R 5K UO(3)接地接地(1)ST

4、 電路有八個端口，復(fù)位端除復(fù)位時為電路有八個端口，復(fù)位端除復(fù)位時為0，其余均為，其余均為1；控制電壓端；控制電壓端uiC(5) ，外接其它電源可以改變比較器的基準電壓。不使用時，為，外接其它電源可以改變比較器的基準電壓。不使用時，為防止干擾，需防止干擾，需0.01F電容接地。電容接地。 -+R 5K R 5K +C1-觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入 ui2(2)G1RG2G3V CC地地ui21 555定時器定時器 端口圖端口圖放電放電UOR2384765ui1uiC 輸輸 入入 輸輸 出出 閾值輸入閾值輸入 ui1 觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入 ui2 復(fù)位復(fù)位 RD 輸出輸出 UO放電管放電管 T 0 0導(dǎo)導(dǎo) 通通

5、 2/3VCC 1/3VCC 1 1截截 止止 2/3VCC 1/3VCC 1 0導(dǎo)導(dǎo) 通通 2/3VCC 1/3VCC 1不不 變變 不不 變變 555定時器功能表定時器功能表 復(fù)位復(fù)位RD=0時，時，G3“有有0出出1”，經(jīng)反相器，使經(jīng)反相器，使UO=0，T 基基極為高電平，極為高電平，飽和導(dǎo)通。飽和導(dǎo)通。 ui1 2/3VCC，比較器，比較器C1輸出輸出“1”； ui2 1/3VCC，比較器比較器C2輸出輸出“0”?；尽；維R鎖存器置鎖存器置“1”，UO=Q=1， T 基極為低電平，截止?；鶚O為低電平，截止。 ui1 2/3VCC，比較器，比較器C1輸出輸出“0”； ui2 1/3V

6、CC，比較器比較器C2輸出輸出“1”?；??；維R鎖存器置鎖存器置“0”，UO=Q=0， T 基極為高電平，飽和導(dǎo)通。基極為高電平，飽和導(dǎo)通。 ui1 2/3VCC，比較器，比較器C1輸出輸出“1”； ui2 1/3VCC，比較器比較器C2輸出輸出“1”?；尽；維R鎖存器狀態(tài)不變，鎖存器狀態(tài)不變，UO 狀態(tài)狀態(tài)不變，不變， T 狀態(tài)也不變。狀態(tài)也不變。一、用一、用555555定時器組成施密特觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)電路）定時器組成施密特觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)電路）12384765555ui0.01FUoVCC工作原理：工作原理：2) Ui繼續(xù)升高，一旦超過繼續(xù)升高，一旦超過23 VCC時，定時器中時，定時器中

7、C1 輸輸出出“0”， C2 輸出輸出“1”，使，使SR鎖存器置鎖存器置0Q=0,UO=0,放電管放電管T 飽和），飽和），Ui開始下降，在未達到開始下降，在未達到13 VCC以前，以前，電路的這種狀態(tài)也不會改變。該狀態(tài)為穩(wěn)態(tài)電路的這種狀態(tài)也不會改變。該狀態(tài)為穩(wěn)態(tài)（0態(tài)）。態(tài)）。 6腳與腳與2腳相接腳相接1) 當(dāng)當(dāng)ui13 VCC時，定時器時，定時器C1 輸出輸出“1”， C2 輸出輸出“0”，使使SR鎖存器置鎖存器置1Q=1,UO=1,放電管放電管T 截止截止ui升高，在未升高，在未達到達到23 VCC以前，電路的這以前，電路的這種狀態(tài)不會改變。該狀態(tài)為穩(wěn)種狀態(tài)不會改變。該狀態(tài)為穩(wěn)態(tài)態(tài)（1態(tài)

8、）；態(tài)）； 3) Ui 繼續(xù)升降低，一旦低于繼續(xù)升降低，一旦低于13 VCC時，定時器中時，定時器中C2 輸出輸出“0”，使，使SR鎖存器置鎖存器置1Q=1,UO=1,放電管放電管T 截截止）。又回到穩(wěn)態(tài)止）。又回到穩(wěn)態(tài)（1態(tài)）。態(tài)）。 電路有兩個穩(wěn)定的工作狀態(tài)，稱為電路有兩個穩(wěn)定的工作狀態(tài)，稱為“雙穩(wěn)態(tài)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。電路的工作歸結(jié)為兩個穩(wěn)定的工作狀態(tài)觸發(fā)器。電路的工作歸結(jié)為兩個穩(wěn)定的工作狀態(tài)和兩個穩(wěn)態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程和兩個穩(wěn)態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程 。狀態(tài)轉(zhuǎn)換完全由。狀態(tài)轉(zhuǎn)換完全由輸入電平控制觸發(fā)）。輸入電平控制觸發(fā)）。 電路將三角波變換為矩電路將三角波變換為矩形波，電路是一種波形形波，電路是一種波形

9、變換電路。變換電路。t0uoui0tCCV32CCV31 電路亦可將正弦波、電路亦可將正弦波、鋸齒波等非矩形波變換鋸齒波等非矩形波變換為矩形波。為矩形波。 電壓傳輸特性電壓傳輸特性: 指輸出電壓隨輸指輸出電壓隨輸入電壓變化的特入電壓變化的特性。性。 施密特觸發(fā)器的傳輸特性具有施密特觸發(fā)器的傳輸特性具有“遲滯現(xiàn)象：當(dāng)輸入電壓由零遲滯現(xiàn)象：當(dāng)輸入電壓由零開始增大時，到達開始增大時，到達 時，不時，不產(chǎn)生負跳變，直至增大到產(chǎn)生負跳變，直至增大到 時，才產(chǎn)生負跳變；時，才產(chǎn)生負跳變；uoLuoHuoCCV310uiCCV32CCV31CCV31CCV32CCV32 同樣當(dāng)輸入電壓由較大值開始同樣當(dāng)輸入

10、電壓由較大值開始減小時，到達減小時，到達 時，不產(chǎn)生時，不產(chǎn)生正跳變，直至減小到正跳變，直至減小到 時，時，才產(chǎn)生正跳變。均有才產(chǎn)生正跳變。均有“遲滯遲滯”，曲線類似鐵磁材料的曲線類似鐵磁材料的“磁滯回磁滯回線線”。uiuo1電電路路符符號號 兩次翻轉(zhuǎn)的電壓閾值電壓之差，稱之為兩次翻轉(zhuǎn)的電壓閾值電壓之差，稱之為“回差回差”。UT =VT+-VT- =1/3VCC?；夭钣?，抗干擾能力愈?；夭钣?，抗干擾能力愈強。強。 施密特觸發(fā)器應(yīng)用：施密特觸發(fā)器應(yīng)用：1.波形變換波形變換 將緩慢變化的三角波、鋸齒波、正弦將緩慢變化的三角波、鋸齒波、正弦 波波P405等非矩形波變換為矩形波。等非矩形波變換為矩

11、形波。12384765555VCC1RUo1 增加了兩個電源增加了兩個電源VCC2、VCO和一個輸出端和一個輸出端UO2。當(dāng)。當(dāng)UO為為1時，時，T 截止，截止，R上無電上無電壓降，壓降，UO2=VCC2，若，若VCC2VCC1，提高了輸出，提高了輸出的幅度；的幅度； VCO的引入改變了的引入改變了兩個比較器的比較電位，使兩個比較器的比較電位，使回差調(diào)節(jié)更加方便?；夭钫{(diào)節(jié)更加方便。 UT =1/2VCO 。2.整形改善脈沖波形的上升下降沿與抗干擾整形改善脈沖波形的上升下降沿與抗干擾 消除頂部振蕩。消除頂部振蕩。3.幅度鑒別幅度鑒別 如果將輸入信號視為干如果將輸入信號視為干擾信號，并以擾信號，并

12、以UT+作為能作為能夠容忍的干擾幅度，可以夠容忍的干擾幅度，可以鑒別出超過容忍幅度的干鑒別出超過容忍幅度的干擾信號，接入計數(shù)器后可擾信號，接入計數(shù)器后可統(tǒng)計出干擾信號的數(shù)量。統(tǒng)計出干擾信號的數(shù)量。 UT+UT-4.組成多諧振蕩器組成多諧振蕩器P411） 二、用二、用555555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)單穩(wěn)態(tài):電路只有一個穩(wěn)定的工作狀態(tài)和一個不穩(wěn)定的電路只有一個穩(wěn)定的工作狀態(tài)和一個不穩(wěn)定的“暫態(tài)暫態(tài)”。其工作原理主要是討論觸發(fā)翻轉(zhuǎn)后，電路自。其工作原理主要是討論觸發(fā)翻轉(zhuǎn)后，電路自動返回的過渡過程。動返回的過渡過程。12384675555-+uCuiCRVCCUo0.0

13、1F電路只有一個電阻電路只有一個電阻R 和和電容電容C 作為定時元件。作為定時元件。工作原理：工作原理： 1、穩(wěn)態(tài)、穩(wěn)態(tài)0態(tài)）態(tài)）無觸發(fā)信號時，無觸發(fā)信號時，ui為為高電平高電平( )，電路若為電路若為0態(tài)，態(tài)，T 導(dǎo)通，導(dǎo)通，電容電容C通過通過T 放電，使放電，使uC=0 ，定時器內(nèi)部比，定時器內(nèi)部比較器較器C1. C2輸出均為輸出均為1，電路保持為電路保持為0態(tài)；態(tài)；CCV32電路若為電路若為1態(tài)，態(tài)，T截止，截止，電源電源VCC通過通過R對對C充充電，當(dāng)電，當(dāng)uC 時，時，比較器比較器C1輸出為輸出為0，仍，仍使電路輸出為使電路輸出為0態(tài)。態(tài)。CCV321284675555-+RVCCU

14、oui3C0.01FuC 2.觸發(fā)翻轉(zhuǎn)觸發(fā)翻轉(zhuǎn) 0態(tài)態(tài)1態(tài)態(tài)在觸發(fā)脈沖負脈沖下在觸發(fā)脈沖負脈沖下降沿降沿 ）的作用下，）的作用下，電路被觸發(fā)。當(dāng)觸發(fā)電電路被觸發(fā)。當(dāng)觸發(fā)電位低于位低于 時，定時器時，定時器內(nèi)部比較器內(nèi)部比較器C2輸出為輸出為0，使電路輸出為使電路輸出為1。此時。此時T截止，電路開始定時。截止，電路開始定時。 CCV313.暫穩(wěn)態(tài)：暫穩(wěn)態(tài)： 上述狀態(tài)上述狀態(tài)是不穩(wěn)定的，是不穩(wěn)定的，T 截止后，截止后， VCC即通過即通過R對對C充電，充電，uC指數(shù)升高，直至指數(shù)升高，直至uC = 前夕前夕 。CCV324.自動返回：自動返回： uC一旦超一旦超過過 ，定時器中，定時器中C1輸出輸

15、出0，置，置0，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。束。 CCV325.恢復(fù)階段：電路置恢復(fù)階段：電路置0后，電容后，電容C 將通過飽和導(dǎo)通將通過飽和導(dǎo)通的放電管的放電管T 放電，經(jīng)過放電，經(jīng)過3 5放放 的時間，的時間，C放電完放電完畢，畢，uC = 0，電路重新回到穩(wěn)態(tài)，單穩(wěn)態(tài)電路又，電路重新回到穩(wěn)態(tài)，單穩(wěn)態(tài)電路又可接收新的觸發(fā)信號?？山邮招碌挠|發(fā)信號。 uiU0tWuCtW應(yīng)注意的問題：應(yīng)注意的問題： 輸入觸發(fā)脈沖的寬度輸入觸發(fā)脈沖的寬度必須小于電路輸出脈沖的必須小于電路輸出脈沖的寬度寬度tW。為此輸入端常增。為此輸入端常增加一個加一個RC微分電路。微分電路。CCV32 工作波形工作波形充充=RC，

16、放放= rCESCR rCES ，充充 放放重要參數(shù)重要參數(shù)(輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度)：tW =RCln3= 1.1RC單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1. 定時定時uAuiuOuBtWuOuAuBui0tttt0002. 延時延時 單穩(wěn)態(tài)電路的輸出波形的下降沿單穩(wěn)態(tài)電路的輸出波形的下降沿比輸入波形的下降沿延遲了比輸入波形的下降沿延遲了tW 時時間，且延遲時間完全由單穩(wěn)態(tài)電路間，且延遲時間完全由單穩(wěn)態(tài)電路的定時元件的定時元件R、C 調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。tWuCuiu03. 整形、消除噪聲（整形、消除噪聲（ 噪聲寬度噪聲寬度 tW 信號脈寬）信號脈寬）（控制通過與門的脈沖數(shù)）（控制通過與門的脈沖數(shù)

17、） 三、用三、用555555定時器組成多諧振蕩器定時器組成多諧振蕩器12384655550.01FuCR1VCCUoCR2-+電路有兩個電阻電路有兩個電阻R1 .R2和和電容電容C 作為定時元件，定作為定時元件，定時器時器2、6端口相連。端口相連。工作原理：工作原理：1. 起始狀態(tài)起始狀態(tài) 接通電源前電容接通電源前電容C上無電上無電荷，接通電源瞬間，荷，接通電源瞬間，C 來來不及充電，不及充電，uC=0。定時。定時器中比較器器中比較器C1 輸出為輸出為1，C2 輸出為輸出為0，電路為，電路為1態(tài)。態(tài)。放電管放電管T 截止。截止。 2.暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)(1態(tài)態(tài))：VCC 通過通過R1.R2對對C 充

18、電，直至充電，直至uC=2/3VCC 前夕。前夕。12384655550.01FuCR1VCCUoCR2-+3.自動翻轉(zhuǎn)自動翻轉(zhuǎn)（1態(tài)態(tài)0態(tài)）態(tài)）uC電位一旦超過電位一旦超過2/3VCC，比較器比較器C1=0，C2=1，電路，電路為為0態(tài)。放電管態(tài)。放電管T 飽和導(dǎo)通。飽和導(dǎo)通。 4.暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)（“0態(tài)）態(tài)） 放電管導(dǎo)通，電容放電管導(dǎo)通，電容C通過通過R2T 的的c.e極對地放電，直至極對地放電，直至uC降至降至1/3VCC前夕。前夕。5.自動翻轉(zhuǎn)自動翻轉(zhuǎn)（0態(tài)態(tài)1態(tài)態(tài) ）uC電位一旦低于電位一旦低于 1/3VCC，比較器，比較器C1輸出為輸出為1，C2輸出為輸出為0，電電 路又回到暫穩(wěn)態(tài)路又回到暫穩(wěn)態(tài)(1態(tài)態(tài)) 。C又將被充電又將被充電 電路有兩個暫穩(wěn)態(tài)，而無電路有兩個暫穩(wěn)態(tài)，而無“穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)”，不斷地由，不斷地由暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)到暫穩(wěn)態(tài)到暫穩(wěn)態(tài)，再由暫穩(wěn)態(tài)，再由暫穩(wěn)態(tài) 到暫穩(wěn)態(tài)到暫穩(wěn)態(tài)，周而復(fù)始，無限循環(huán)。這種現(xiàn)象電路理論中，周而復(fù)始，無限循環(huán)。這種現(xiàn)象電路理論中稱為稱為“振蕩振蕩”。傅里葉級數(shù)展開有豐富的諧波。傅里葉級數(shù)展開有豐富的諧波基波頻率整數(shù)倍的正弦波分量，故稱為基波頻率整數(shù)倍的正弦波分量，故稱為“多多諧振蕩器諧振蕩器”。 t WH13VCC0uCu0tWL23VCCVCCT（理想放電值）（理想放電值）（理想充電值）（理想充電值）tWH = 0