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(hào)的產(chǎn)生與整形

概述

555定時(shí)器及其應(yīng)用

本章小結(jié)主要要求：

了解脈沖信號(hào)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(diǎn)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(hào)UT=UT+-

UT-回差電壓施密特觸發(fā)器工作特點(diǎn)(1)允許輸入信號(hào)為緩慢變化的信號(hào)。(2)有兩個(gè)閾值電壓。(3)有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)。UT+OuOuIUT-正向閾值電壓負(fù)向閾值電壓當(dāng)uI從小增大時(shí)，經(jīng)過UT+處才能使輸出發(fā)生躍變。當(dāng)uI從大減小時(shí)，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(hào)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(hào)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(shí)，uO才會(huì)發(fā)生躍變。uI<UT-后，uO=UOH只有當(dāng)

uI上升到經(jīng)過

UT+時(shí)，uO才會(huì)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(hào)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(hào)。(2)無穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。

三、多諧振蕩器

(一)多諧振蕩器的工作特點(diǎn)和符號(hào)通過電容的充電和放電，使兩個(gè)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(hào)。GuO工作特點(diǎn)AstableMultivibrator(二)對(duì)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(gè)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(dòng)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(duì)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(diǎn)與電路符號(hào)有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。無外觸發(fā)脈沖輸入時(shí)，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(shí)間后，電路又自動(dòng)返回到原來的穩(wěn)態(tài)。工作特點(diǎn)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間長(zhǎng)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(duì)原暫穩(wěn)時(shí)間無影響，輸出脈沖寬度tW仍從第一次觸發(fā)開始計(jì)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(shí)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(hào)“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(hào)“”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(fù)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(hào)有3個(gè)觸發(fā)信號(hào)輸入端，TR-A和TR-B用負(fù)脈沖觸發(fā)，

TR+用正脈沖觸發(fā)。有2個(gè)互補(bǔ)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(hào)外接定時(shí)元件端“×”號(hào)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(shí)，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(hào)應(yīng)如何加呢？通過對(duì)CT74121功能表的分析就可知道觸發(fā)端的用法。欲負(fù)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?？梢?，CT74121可正脈沖觸發(fā)，也可負(fù)脈沖觸發(fā)。0××01111110×11100××1010×101×0QQTR+TR-BTR-A輸出輸入CT74121的功能表

負(fù)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(shí)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(shí)器的電路結(jié)構(gòu)，掌握其符號(hào)和功能。9.2

555定時(shí)器及其應(yīng)用555定時(shí)器簡(jiǎn)介555定時(shí)器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)器為5~16V，CMOS555定時(shí)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(dòng)微電機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等。TTL單定時(shí)器型號(hào)的最后3位數(shù)字為555，雙定時(shí)器的為556；CMOS單定時(shí)器的最后4位數(shù)為7555，雙定時(shí)器的為7556。一、555定時(shí)器的工作原理和邏輯功能555定時(shí)器的工作原理與邏輯功能

101導(dǎo)通定時(shí)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(jí)最高。不用時(shí)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(shí)器5G555的功能表

01導(dǎo)通0110555定時(shí)器的工作原理與邏輯功能555定時(shí)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(shí)器5G555的功能表

10截止1001簡(jiǎn)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(diǎn)(1)

RD低電平有效,優(yōu)先級(jí)最高，

不用時(shí)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(shí)為非有效電

平，電路狀態(tài)不變。(4)輸出

0

時(shí)，Q

=

1，因此

V

導(dǎo)通；輸出

1

時(shí)，

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(shí)輸出

0，均為低電平時(shí)輸出1。二、用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器

0uOuIUOL1/3VCC2/3VCCUOH當(dāng)TH=TR=uI>2/3VCC時(shí)電壓傳輸特性為反相輸出的滯回特性u(píng)IuO當(dāng)TH=TR=uI<1/3VCC時(shí)1/3VCC0當(dāng)1/3VCC<TH=TR=uI<2/3VCC時(shí)當(dāng)uI<1/3VCC時(shí)當(dāng)uI由高電平逐漸下降，且1/3VCC<uI<1/3VCC時(shí)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(duì)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(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(一)電路結(jié)構(gòu)DISTHVCCRR、C為定時(shí)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(hào)為負(fù)脈沖，不加觸發(fā)信號(hào)時(shí)，uI=

UIH(應(yīng)

>

1/3

VCC)。

當(dāng)uC

≥2/3VCC時(shí)，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(shí)TR=UIH>1/3VCC，TH=uC

0<2/3VCC，uO保持低電平不變。因此，穩(wěn)態(tài)時(shí)

uC

0V，uO為低電平。充電工作原理

導(dǎo)通放電VuCOtOuOtUOLUOHtWOOtUIHuItWIVCC0VUOLUIH2.觸發(fā)進(jìn)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(shí)，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

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

上升。UILUOH充電3.自動(dòng)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(jìn)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(shí)，使

TR=UIL<1/3VCC而TH=uC

0V<2/3VCC，因此uO躍變

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

上升。這時(shí)uI必須已恢復(fù)為高電平

當(dāng)uC

上升到uC

≥2/3VCC時(shí)，

TH

=

uC

≥2/3

VCC，而TR=uI=

UIH(>1/3VCC)，因此uO重新躍變?yōu)榈碗娖?。同時(shí)，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(shí)時(shí)間為1s的正脈沖，R=27k，試確定定時(shí)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(shí)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?yàn)?/p>

tWO

1.1RC故可取標(biāo)稱值

33F。估算公式tWO1.1RCGNDVCCRDOUTCO555THTRDISVCC0.01FR1CuOuC-+R2四、用555定時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，uO躍變?yōu)榈碗娖?，同時(shí)放電管

V導(dǎo)通，C經(jīng)R2和V放電，uC

下降，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ。工作原理

Ⅱ

接通VCC后，開始時(shí)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(shí)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(shí)，uO重新躍變?yōu)楦唠娖?，同時(shí)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(shí)，uO躍變?yōu)榈碗娖?，同時(shí)放電管

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

接通VCC后，開始時(shí)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(shí)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(yáng)聲器鳴響與否和調(diào)節(jié)音調(diào)高低的分別是哪個(gè)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(shí)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