脈沖產(chǎn)生與整形電路13934課件

第9章脈沖產(chǎn)生與整形電路第9章脈沖信號的產(chǎn)生與整形

概述

555定時器及其應(yīng)用

本章小結(jié)主要要求：

了解脈沖信號產(chǎn)生與整形的方法。

了解多諧振蕩器的常用電路及其工作原理。

9.1概述了解施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的邏輯功能、工作特點和典型應(yīng)用。UOLUOH二、施密特觸發(fā)器(一)施密特觸發(fā)器的特性和符號UT=UT+-

UT-回差電壓施密特觸發(fā)器工作特點(1)允許輸入信號為緩慢變化的信號。(2)有兩個閾值電壓。(3)有兩個穩(wěn)態(tài)。UT+OuOuIUT-正向閾值電壓負向閾值電壓當(dāng)uI從小增大時，經(jīng)過UT+處才能使輸出發(fā)生躍變。當(dāng)uI從大減小時，經(jīng)過UT-處才能使輸出發(fā)生躍變。SchmittTriggerUOLUOHUT+OuOuIUT-uOuI具有施密特特性的與非門符號OuItuOUT+UT-Ot(二)施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例波形變換將三角波、正弦波和其它不規(guī)則信號變換成矩形脈沖。UOHUOLuI>

UT+

后，uO=

UOL,只有當(dāng)uI下降到經(jīng)過UT-

時，uO才會發(fā)生躍變。uI<UT-后，uO=UOH只有當(dāng)

uI上升到經(jīng)過

UT+時，uO才會發(fā)生躍變。脈沖整形將受到干擾的或不符合邊沿要求的信號整形成較好的矩形脈沖。OuItOuOtUT+UT-即距形脈沖產(chǎn)生電路，由于距形脈沖中含有豐富的諧波分量，故常稱多諧振蕩器。(1)不需輸入信號。(2)無穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。

三、多諧振蕩器

(一)多諧振蕩器的工作特點和符號通過電容的充電和放電，使兩個暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，輸出周期性的矩形脈沖信號。GuO工作特點AstableMultivibrator(二)對稱多諧振蕩器

uI1C1G1uI2uO1uOuO2C2G2RF1RF2RF1RF2形成正反饋回路工作波形OuO2tOuO1tUOHUOLUOHUOLuI2UTHOtUTHuI1tO輸出波形

合理取值，使G1、G2門工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，使兩個反相器都工作于放大狀態(tài)。通過

RC

電路的充放電作用自動控制

uI1、uI2波形的變化，從而控制

G1、G2門交替開通和關(guān)閉，使電路輸出周期性的矩形脈沖。(二)對稱多諧振蕩器

uI1C1G1uI2uO1uOuO2C2G2RF1RF2RF1RF2振蕩周期的估算取RF1=RF2=RF，C1=C2=C，

UTH=1.4V，UOH=3.6V，

UOL=0.3V則可輸出占空比50%的矩形波。T=2tW1.4RFC脈沖寬度工作波形OuO2tOuO1tUOHUOLUOHUOLuI2UTHOtUTHuI1tOC1G1uOC2G2RF并聯(lián)石英晶體多諧振蕩器(四)石英晶體多諧振蕩器振蕩頻率穩(wěn)定G1G2RF通常取5~10M，使G1門工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，使G1門放大工作。選頻和形成正反饋。振蕩頻率晶體頻率采用CMOS門調(diào)節(jié)C1可微調(diào)振蕩頻率；調(diào)節(jié)C1、C2比值可調(diào)節(jié)反饋系數(shù)。改善輸出波形的前沿和后沿，使輸出較理想矩形波。振蕩產(chǎn)生電路四、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(一)工作特點與電路符號有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。無外觸發(fā)脈沖輸入時，電路處于穩(wěn)態(tài)；在外觸發(fā)脈沖作用下，電路將從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)一段時間后，電路又自動返回到原來的穩(wěn)態(tài)。工作特點暫穩(wěn)態(tài)時間長短取決于電路本身的參數(shù)，與外加觸發(fā)脈沖無關(guān)。monostableflip-flop單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài)期間如再次被觸發(fā)，對原暫穩(wěn)時間無影響，輸出脈沖寬度tW仍從第一次觸發(fā)開始計算。暫穩(wěn)態(tài)期間如再次被觸發(fā)，輸出脈沖寬度可在此前暫穩(wěn)態(tài)時間的基礎(chǔ)上再展寬tW。

可重復(fù)觸發(fā)型不可重復(fù)觸發(fā)型uOuI1uOuI限定符號“1

”表示不可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。限定符號“”表示可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。外接元件和連線少，觸發(fā)方式靈活，既可用輸入脈沖的正躍變觸發(fā)，又可用負躍變觸發(fā)，使用十分方便，而且工作穩(wěn)定性好。因此應(yīng)用很廣泛。(二)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

TTL不可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CT74121的邏輯符號有3個觸發(fā)信號輸入端，TR-A和TR-B用負脈沖觸發(fā)，

TR+用正脈沖觸發(fā)。有2個互補輸出端TR+TR-BTR-AQQRI

CXRX/CXRintCextRext/CextRI

CXRX/CX不可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)的限定符號外接定時元件端“×”號表示非邏輯連接，即沒有任何邏輯信息的連接，例如外接R、C和VCC等。如何使用

Rint、Cext和

Rext/Cext端？RI

CXRX/CXTR+TR-BTR-AQQ懸空不接CextRextVCC一般接法tW

0.7RextCext通常?。篟ext=2~40k，Cext=10pF~10F。當(dāng)輸出脈寬很小時，可用內(nèi)部電阻

Rint=2k取代

Rext，接法如下：RI

CXRX/CXTR+TR-BTR-AQQCext+VCCtW

0.7RintCext那么

CT74121的觸發(fā)信號應(yīng)如何加呢？通過對CT74121功能表的分析就可知道觸發(fā)端的用法。欲負脈沖觸發(fā)，則將觸發(fā)脈沖從TR-A或TR-B加入，而TR+接1。欲正脈沖觸發(fā)，則將觸發(fā)脈沖從TR+加入，而TR-A和TR-B至少有一接0。可見，CT74121可正脈沖觸發(fā)，也可負脈沖觸發(fā)。0××01111110×11100××1010×101×0QQTR+TR-BTR-A輸出輸入CT74121的功能表

負脈沖觸發(fā)應(yīng)用舉例RI

CXRX/CXTR+TR-BTR-AQQ+VCC+VCCQTR-B正脈沖觸發(fā)應(yīng)用舉例RI

CXRX/CXuO+VCCuIuIuO2.CT74121邏輯功能的分析與應(yīng)用

CT74121的功能表

0××01111110×11100××1010×101×0QQTR+TR-BTR-A輸出輸入若已知Rext=10k，Cext=1F則可得tW

0.7RextCext=7msRI

CXRX/CXQ+VCCuIRextCextQOuItOuOt脈沖展寬電路和工作波形3.脈沖展寬tW接成正脈沖觸發(fā)方式將窄脈沖展寬成寬度為tW的脈沖掌握用555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器的方法。主要要求：

了解555定時器的電路結(jié)構(gòu)，掌握其符號和功能。9.2

555定時器及其應(yīng)用555定時器簡介555定時器是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便靈活、用途廣泛的多功能電路。它電源電壓范圍寬(雙極型555定時器為5~16V，CMOS555定時器為3~18V)，可提供與TTL及CMOS數(shù)字電路兼容的接口電平，還可輸出一定功率，驅(qū)動微電機、指示燈、揚聲器等。TTL單定時器型號的最后3位數(shù)字為555，雙定時器的為556；CMOS單定時器的最后4位數(shù)為7555，雙定時器的為7556。一、555定時器的工作原理和邏輯功能555定時器的工作原理與邏輯功能

101導(dǎo)通定時器5G555的功能表

不變不變1截止11導(dǎo)通01導(dǎo)通00V狀態(tài)OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××

直接置0端RD低電平有效，優(yōu)先級最高。不用時應(yīng)使其為1。不變不變1截止11導(dǎo)通01導(dǎo)通00V狀態(tài)OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××定時器5G555的功能表

01導(dǎo)通0110555定時器的工作原理與邏輯功能555定時器的工作原理與邏輯功能

不變不變1截止11導(dǎo)通01導(dǎo)通00V狀態(tài)OUT

=

QRDTRTH輸出輸入××定時器5G555的功能表

10截止1001簡化功能表

不變不變1截止11導(dǎo)通01導(dǎo)通00V狀態(tài)OUTRD輸出輸入TRTH××使用要點(1)

RD低電平有效,優(yōu)先級最高，

不用時應(yīng)接高電平。通常不用CO端，為了提高電路工作穩(wěn)定性，將其通過0.01F電容接地。(3)

TR低電平有效，TH高電平

有效，因此，TH加低電平、

TR加高電平時為非有效電

平，電路狀態(tài)不變。(4)輸出

0

時，Q

=

1，因此

V

導(dǎo)通；輸出

1

時，

Q

=

0，故

V

截止。(5)注意：①

TH

電平高低是與

2/3VCC相比較，TR

電平高低是與

1/3VCC相比較。②若控制輸入端

CO

加輸入電壓

uCO，則

UR1=

uCO

UR2=

uCO/2，故

TH

和

TR

電平高低的比較值將變成

uCO和

uCO/2。(2)TH和TR均為高電平時輸出

0，均為低電平時輸出1。二、用555定時器組成施密特觸發(fā)器

0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH當(dāng)TH=TR=uI>2/3VCC時電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性uIuO當(dāng)TH=TR=uI<1/3VCC時1/3VCC0當(dāng)1/3VCC<TH=TR=uI<2/3VCC時當(dāng)uI<1/3VCC時當(dāng)uI由高電平逐漸下降，且1/3VCC<uI<1/3VCC時不變不變1截止11導(dǎo)通01導(dǎo)通00V狀態(tài)OUTRD輸出輸入TRTH××0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOHUT+=2/3VCCUT-

=1/3VCCUT=UT+-

UT-

=1/3VCCOuO/Vt[例]試對應(yīng)輸入波形畫出下圖中輸出波形。184355557+12V0.01FuIuO260uI/Vt246810THTRuIuO+12VUT+UT-abcdefUOH解：UT+=2/3VCC=8VUT-

=1/3VCC=4V因此可畫出輸出波形為電路構(gòu)成反相輸出的施密特觸發(fā)器GNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01FRCuIuOuC-+三、用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(一)電路結(jié)構(gòu)DISTHVCCRR、C為定時元件TRuIOUTuOGNDVCCRDCO0.01FCuC-+(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算1.穩(wěn)定狀態(tài)

接通電源后VCC經(jīng)R向C充電，使uC

上升。uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC該電路觸發(fā)信號為負脈沖，不加觸發(fā)信號時，uI=

UIH(應(yīng)

>

1/3

VCC)。

當(dāng)uC

≥2/3VCC時，滿足TR=uI>1/3VCC，TH=uI≥2/3VCC,因此uO為低電平，V導(dǎo)通，電容C經(jīng)放電管V迅速放電完畢，uC

0V。這時TR=UIH>1/3VCC，TH=uC

0<2/3VCC，uO保持低電平不變。因此，穩(wěn)態(tài)時

uC

0V，uO為低電平。充電工作原理

導(dǎo)通放電VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH2.觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)

(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC

當(dāng)輸入uI由高電平躍變?yōu)榈碗娖?/p>

(應(yīng)<1/3VCC)時，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，因此uO躍變?yōu)楦唠娖剑M入暫穩(wěn)態(tài)，這時放電管V截止，VCC又經(jīng)R向C充電，uC

上升。UILUOH充電3.自動返回穩(wěn)定狀態(tài)

(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC2.觸發(fā)進入暫穩(wěn)態(tài)

UIHUOL

TH≥2/3VCC放電V

當(dāng)輸入uI由高電平躍變?yōu)榈碗娖?/p>

(應(yīng)<1/3VCC)時，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，因此uO躍變

為高電平，進入暫穩(wěn)態(tài)，這時放電管V截止，VCC又經(jīng)R向C充電，uC

上升。這時uI必須已恢復(fù)為高電平

當(dāng)uC

上升到uC

≥2/3VCC時，

TH

=

uC

≥2/3

VCC，而TR=uI=

UIH(>1/3VCC)，因此uO重新躍變?yōu)榈碗娖?。同時，放電管導(dǎo)通，C

經(jīng)V迅速放電uC

0V，放電完畢后，電路返回穩(wěn)態(tài)。[例]用上述單穩(wěn)態(tài)電路輸出定時時間為1s的正脈沖，R=27k，試確定定時元件

C的取值。

(二)工作原理、工作波形與參數(shù)估算uCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC輸出脈沖寬度tW即為暫穩(wěn)態(tài)維持時間，主要取決于充放電元件R、C。該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器為不可重復(fù)觸發(fā)器，且要求輸入脈寬tWI小于輸出脈寬tWO。解：因為

tWO

1.1RC故可取標(biāo)稱值

33F。估算公式tWO1.1RCGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01FR1CuOuC-+R2四、用555定時器組成多諧振蕩器(一)電路結(jié)構(gòu)DISVCCR1THTRGNDVCCRDCO0.01FOUTuOCuC-+R2(二)工作原理、工作波形與周期估算uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ充電UOHTH=TR=uC很?、?/p>

接通VCC后，開始時TH=TR=uC

0，uO為高電平，放電管截止，VCC經(jīng)R1、R2向C充電，uC

上升，這時電路處于暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。

工作原理

(二)工作原理、工作波形與周期估算uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡUOLTH

=

TR

≥

2/3

VCC

當(dāng)uC上升到

TH=TR=uC

≥

2/3

VCC時，uO躍變?yōu)榈碗娖剑瑫r放電管

V導(dǎo)通，C經(jīng)R2和V放電，uC

下降，電路進入暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ。工作原理

Ⅱ

接通VCC后，開始時TH=TR=uC

0，uO為高電平，放電管截止，VCC經(jīng)R1、R2向C充電，uC

上升，這時電路處于暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。

放電

當(dāng)uC下降到

TH=TR=uC

≤1/3

VCC時，uO重新躍變?yōu)楦唠娖?，同時放電管V截止，C又被充電，uC

上升，電路又返回到暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。(二)工作原理、工作波形與周期估算uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡTH=TR≤1/3VCCⅠ工作原理

當(dāng)uC上升到

TH=TR=uC≥

2/3

VCC時，uO躍變?yōu)榈碗娖?，同時放電管

V導(dǎo)通，C經(jīng)R2和V放電，uC下降，電路進入暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ。

接通VCC后，開始時TH=TR=uC

0，uO為高電平，放電管截止，VCC經(jīng)R1、R2向C充電，uC

上升，這時電路處于暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。

(二)工作原理、工作波形與周期估算電容C如此循環(huán)充電和放電，使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。uCOtOuOtUOLUOHⅡⅠtWHtWLⅠⅠⅡ周期與占空比估算tWH0.7(R1+R2)CtWL0.7R2CT=tWH+tWL0.7(R1+2R2)CGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01FR1C+R2RP1RP2[例]指出右圖中控制揚聲器鳴響與否和調(diào)節(jié)音調(diào)高低的分別是哪個電位器？若原來無聲，如何調(diào)節(jié)才能鳴響？欲提高音調(diào)，又該如何調(diào)節(jié)？解：R1、R2、RP1和C共同構(gòu)成定時元件，因此調(diào)節(jié)RP1可調(diào)節(jié)音調(diào)高低。欲提高音調(diào)，則應(yīng)減小RP1，因此觸頭應(yīng)下移。RP2調(diào)節(jié)RP2可控制RD為0