电子技术基础电工学Ⅱ 教学课件 ppt 作者 李春茂 第12章 脉冲波形的产生和整形

第12章 脉冲波形的产生和整形,12.1 555定时器电路结构和功能 12.2 555定时器构成的施密特触发 12.3 555定时器构成的单稳态触发器 12.4 555定时器构成的多谐振荡器,获取脉冲波形的途径通常有两种： (1)一种是利用各种形式的振荡器直接产生所需要的脉冲波形,常用的振荡器基本多谐振荡器、环形振荡器和石英晶体振荡器等 ;,(2)另一种则是通过各种整形电路把已有的周期性变化波形变换为符合要求的脉冲波形,常用的整形电路有单稳态触发器、施密特触发器等。,12.1 555定时器电路结构和功能,555定时器简介： 555定时器（时基电路）是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。1972年由西格尼蒂克斯公司（Signetics）研制；设计新颖、构思奇巧，备受电子专业设计人员和电子爱好者青睐；它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器和压控振荡器等多种应用电路。,主要的555定时器产品，有TTL和CMOS(型号最后的4位数码都是,7555)两大类.,图12-1 555定时器外形图,随后又生产了双定时器产品556（双极型）和7556（CMOS型）,12.1.1 电路结构,图12-2 CB555的电路结构图,比较器,电阻分压器,触发器,反相器,555定时器主要由比较器、触发器、反相器和由三个5k电阻组成的分压器等部分构成，电路如图所示。,12.1.2 引脚和功能,真值表第1行,0,1,0,导通,真值表第2行,1,1,0,0,导通,真值表第3行,同理可推得真值表第3和4行的情况,12.2 555定时器构成的施密特触发器,特点：,（1）施密特触发器属于电位触发，当输入信号达到某一特定值时，通过电路内部的正反馈过程使输出电平会发生突变，并且输出电压波形的边沿很陡。,图12-3 施密特触发器的传输特性,回差电压,12.2.1 电路结构,图12-4 用555定时器接成的施密特触发器,12.2.2 工作原理,图12-4 用555定时器接成的施密特触发器,当u i1/3Vcc时,uc1=1、uc2=0 , Q=1,故u o=VOH 当1/3Vccu i 2/3Vcc,uc1=uc2=1,故u o=VOH,当u i2/3Vcc时,uc1=0,uc2=1,Q=0,故u o=VOL,V T+ =2/3Vcc,U i从0逐渐升高的过程,当1/3Vccu i 2/3Vcc, uc1=uc2=1,故u o=VOH,当u i1/3Vcc时,uc1=1 uc2=0 ,Q=1 故u o=VOH VT-=1/3Vcc,U i从2/3Vcc开始下降,回差电压：,图12-5 图12-4电路的电压传输特性,施密特触发器的输出波形如下：,ui,0,0,uO,t,t,2VCC/3,1VCC/3,图12-7 施密特触发器的波形图,施密特触发器的主要用于对输入波形的整形。图12-14表示的是将三角波整形为方波,其它形状的输入波形也可以整形为方波。,图12-6 施密特触发器电路图,12.2.3 典型应用,1波形变换,2 波形的整形,不规则的或者在信号传送过程中受到干扰而变坏的波形经过施密特电路，可以得到良好的波形。,图12-8 施密特触发器用于波形整形,3.脉冲幅度鉴别,利用施密特电路,可以从输入幅度不等的一串脉冲中,去掉幅度较小的脉冲,保留幅度超过UT+的脉冲。,图12-9 施密特触发器用于幅度鉴别,12.3 555定时器构成的单稳态触发器,单稳态触发器（Monostable Trigger）只存在一个稳定工作状态，有以下特点：,(1) 它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。,(2) 在无外加触发信号时，触发器处于稳态；在 外界触发脉冲的作用下，能够立即从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态。,(3) 暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数（如电路阈值电压、外接电阻和电容的参数等），而与触发脉冲的宽度和幅度无关。,所以广泛地应用于脉冲整形、延时以及定时,12.3.1 电路结构,图12-10 用555定时器构成的单稳态触发器,输入端,反相器输出电压Vc,图12-11单稳态触发器的波形图,这里要注意R的取值不能太小。（为什么？）,若R太小，当放电管导通时，灌入放电管的电流太大，会损坏放电管。,12.3.2 工作原理,555单稳态触发器的工作波形如下：,注意：触发脉冲必须是窄脉冲，要比暂稳态的时间tw还要短。（为什么？如果触发脉冲比暂稳态时间长呢？）,图12-6 单稳态触发器的波形图,则触发作用始终存在，输出将不会在uC达到2VCC/3时返回低电平。,如果在暂稳态持续时间内加入新的触发脉冲呢？,则新的触发脉冲不起作用，该电路为不可重复触发的单稳态触发器。,那么，有没有可以重复触发的单稳态触发器呢？,为此需要确定三要素： uC (0) =0V、 uC () =VCC、 =RC， 当t= tw时，uC (tw) =2 VCC /3代入公式。于是可解出,单稳态触发器暂稳态时间的计算,根据uC的波形，由过渡过程公式即可计算出暂稳态时间tw ， tw电容C从0V充电到2 VCC /3的时间，根据三要素方程：,注意:触发输入信号的逻辑电平，在无触发时是高电平，必须大于2VCC/3,低电平必须小于1VCC/3，否则触发无效。,暂稳态的持续时间由RC确定！,（补充：）,1用单 稳态触发器进行脉冲定时,只有在tw时间内,与门才开门,信号A才能通过与门,12.3.3 典型应用,图12-12 单稳态触发器进行脉冲定时,（b）工作波形图,（a）电路示意图,2.利用单稳态触发器进行延时触发,uo的下降沿比输入触发信号ui的下降沿延迟了tw。因此，利用uo下降沿去触发其它电路(例如JK触发器),比用ui下降沿触发时延迟了tw时间,这就是单稳态电路的延时作用,图12-13 单稳态触发器的延时触发,3. 简易曝光定时器,思考：当按一下开关AN以后，电路是如何工作的？,电容放电,12.4 555定时器构成的多谐振荡器,多谐振荡器（Astable Multivibrator）是一种产生矩形波 的自激振荡器，习惯上又把矩形波振荡器称为多谐振荡器 ，又称为无稳态电路,12.4.1 电路结构,反相输出端经RC积分电路接回到它的输入端,555定时器构成多谐振荡器构成的多谐振荡器如图12-9所示。它是将两个触发端2脚和6脚合并在一起，放电端7脚接于两电阻之间。,图12-16 图12-15电路的电压波形图,多谐振荡器电路图,12.4.2 工作原理,多谐振荡器参数的计算,tw1,tw2,输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：,tw1 ： uC (0) = VCC /3 V、 uC () =VCC、 1=(RA+ RB)C、 当t= tw1时，uC (tw1) =2 VCC /3代入三要素方程。于是可解出,tw2 ： uC (0) = 2VCC /3 V、 uC () =0V、 1= RBC、当t= tw2时，uC (tw2) =VCC /3代入公式。于是可解出,对于图12-9所示的多谐振荡器，因tw1 tw2 ，它的占空比大于50% ，占空比不可调节。图12-12是一种占空比可调的电路，该电路因加入了二极管，使电容器的充电和放电回路不同，可以调节电位器使充、放电时间常数相同。如果RA=RB，调节电位器可以获得50%的占空比。,图12-12 占空比可调的多谐振荡器,振荡周期:,用555定时器组成的占空比可调的多谐振荡器,图12-17,12.4.3 典型应用,例12-1 试用CB555定时器设计一个多谐振荡器，要求振荡 周期为1s，输出脉冲幅度大于3v而小于5v ，输出脉冲的占 空比 :q=2/3,解: 由CB555的特性参数可知，当电源电压取为5v时，在 100mA的输出电流下输出电压的典型值为3.3v ，所以取 Vcc=5v可以满足对输出脉冲幅度的要求。,图12-18 例12-1设计的多谐振荡器,得,又,取,则,因,，所以取两只,的电阻与一个,的电位器串联，即得到图12-18所示的设计结果。,小结： 本章以555集成定时器为重点，介绍了由555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。 施密特触发器和单稳态触发器是最常用的两种整形电路。 单稳态触发器可以用于产生固定宽度的脉冲信号。 多谐振荡器不需要外加触发信号，只要接通直流电源，就能自动产生矩形脉冲信号,