脉冲波形的变换与产生.ppt

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1、第八章第八章 脉冲波形的变换与产生脉冲波形的变换与产生 数字电路中，常需要各种脉冲波形。这些波形数字电路中，常需要各种脉冲波形。这些波形的获取，有两种方法：通过波形变换获得；由产的获取，有两种方法：通过波形变换获得；由产生电路直接得到。生电路直接得到。555定时器是一种集模拟、数字一体的中规模集定时器是一种集模拟、数字一体的中规模集成电路。其成电路。其应用极为广泛应用极为广泛。不仅广泛应用于信号。不仅广泛应用于信号的产生（产生多谐振荡器、单稳态触发器和施密的产生（产生多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器）和变换特触发器）和变换,还常用于控制和检测电路中。还常用于控制和检测电路中。有双极型和有

2、双极型和CMOS两种类型的产品。前者驱动两种类型的产品。前者驱动能力强（最大负载电流达能力强（最大负载电流达200mA）；后者电源电；后者电源电压范围宽（压范围宽（3 318V）、功耗低、输入阻抗高。、功耗低、输入阻抗高。电源电源Vcc(8)1C2阈值输入阈值输入 ui1(6)Q控制电压控制电压 uiC(5)复位复位(4)放电端放电端(7)R R 5K UO(3)由由分分压压器器(三三个个5K电电阻阻)对对电电源源电电压压分分压压，C1同同相相输输入入 端端 对对 地地 电电 位位 为为 2 3VCC，C2反相输入端对地电位为反相输入端对地电位为 13VCC。接地接地(1)ST G1和和G2组

3、组成成基基本本SR锁锁存存器器；三三极极管管T为为放放电电管管，当当T饱饱和和时时C、E极极间间电电阻阻很很小小，C极极通通过过E极极对对地地放放电电；G3为为具具有有缓缓冲冲作作用用的的与与非非门门，无复位信号时就是一反相器，无复位信号时就是一反相器，UO=Q。-+R 5K R 5K+C1-触发输入触发输入 ui2(2)C1和和C2为为电电压压比比较较器器，当当u+u-时时输输出出为为1；u+u-时时输输出为出为0。G1RG2G3电源电源Vcc(8)1C2阈值输入阈值输入 ui1(6)Q控制电压控制电压 uiC(5)复位复位(4)放电端放电端(7)R R 5K UO(3)接地接地(1)ST

4、电电路路有有八八个个端端口口，复复位位端端除除复复位位时时为为0，其其余余均均为为1；控控制制电电压压端端uiC(5)，外外接接其其它它电电源源可可以以改改变变比比较较器器的的基基准准电电压。不使用时，为防止干扰，需压。不使用时，为防止干扰，需F电容接地。电容接地。-+R 5K R 5K+C1-触发输入触发输入 ui2(2)G1RG2G3VCC地地ui21 555定时器定时器 端口图端口图放电放电UOR2384765ui1uiC 输输 入入 输输 出出 阈值输入阈值输入 ui1 触发输入触发输入 ui2 复位复位 RD 输出输出 UO放电管放电管 T 0 0导导 通通 2/3VCC 1/3VC

5、C 1 1截截 止止 2/3VCC 1/3VCC 1 0导导 通通 2/3VCC 1/3VCC 1不不 变变 不不 变变 555定时器功能表定时器功能表 复位复位RD=0时，时，G3“有有0出出1”，经反相器，经反相器，使使UO=0，T 基基极为高电平，极为高电平，饱和导通。饱和导通。ui1 2/3VCC，比较器，比较器C1输出输出“1”；ui2 1/3VCC，比，比较器较器C2输出输出“0”。基本。基本SR锁存器置锁存器置“1”，UO=Q=1，T 基极为低电平，基极为低电平，截止截止。ui1 2/3VCC，比较器，比较器C1输出输出“0”；ui2 1/3VCC，比较器比较器C2输出输出“1”

6、。基本。基本SR锁存器置锁存器置“0”，UO=Q=0，T 基极为高电平，饱和基极为高电平，饱和导通导通。ui1 2/3VCC，比较器，比较器C1输出输出“1”；ui2 1/3VCC，比，比较器较器C2输出输出“1”。基本。基本SR锁存器状态不变，锁存器状态不变，UO 状态不状态不变变，T 状态也不变状态也不变。一、用一、用555定时器组成施密特触发器（双稳态电路）定时器组成施密特触发器（双稳态电路）12384765555uiFUoVCC工作原理工作原理：2)Ui继续升高，一旦超过继续升高，一旦超过23 VCC时，定时器中时，定时器中C1 输出输出“0”，C2 输出输出“1”，使，使SR锁存器置

7、锁存器置0（Q=0,UO=0,放放电管电管T 饱和），饱和），Ui开始开始下降，在未达到下降，在未达到13 VCC以前，电以前，电路的这种状态也不会改变。该状态为路的这种状态也不会改变。该状态为稳态稳态（0态态）。）。6脚与脚与2脚相接脚相接1)当当ui13 VCC时，定时器时，定时器C1 输出输出“1”，C2 输出输出“0”，使，使SR锁存器置锁存器置1（Q=1,UO=1,放电放电管管T 截止）截止）ui升高，在未达到升高，在未达到23 VCC以前，电路的这种状态以前，电路的这种状态不会改变。该状态为不会改变。该状态为稳态稳态（1态态）；）；3)Ui 继续升降低，一旦低于继续升降低，一旦低于

8、13 VCC时，定时器中时，定时器中C2 输输出出“0”，使，使SR锁存器置锁存器置1（Q=1,UO=1,放电管放电管T 截止）。截止）。又回到又回到稳态稳态（1态态）。）。电路有两个稳定的工作状态，称为电路有两个稳定的工作状态，称为“双稳态双稳态”触发器。触发器。电路的工作归结为两个稳定的工作状态和两个稳态之间电路的工作归结为两个稳定的工作状态和两个稳态之间的转换过程的转换过程。状态转换完全由输入电平控制状态转换完全由输入电平控制（触发）。（触发）。电路将三角波变换为矩电路将三角波变换为矩形波，电路是一种波形形波，电路是一种波形变换电路。变换电路。t0uoui0t 电路亦可将正弦波、电路亦可

9、将正弦波、锯齿波等非矩形波变换锯齿波等非矩形波变换为矩形波。为矩形波。电压传输特性电压传输特性:指输出电压随输入指输出电压随输入电压变化的特性。电压变化的特性。施密特触发器的传输特性具有施密特触发器的传输特性具有“迟滞迟滞”现象：当输入电压由零现象：当输入电压由零开始增大时，达到开始增大时，达到 时，不时，不产生负跳变，直至增大到产生负跳变，直至增大到 时，时，才产生负跳变；才产生负跳变；uoLuoHuo0ui 同样当输入电压由较大值开始同样当输入电压由较大值开始减小时，达到减小时，达到 时，不产生时，不产生正跳变，直至减小到正跳变，直至减小到 时，时，才产生正跳变。均有才产生正跳变。均有“迟

10、滞迟滞”，曲线类似铁磁材料的曲线类似铁磁材料的“磁滞回线磁滞回线”。uiuo1电电路路符符号号 两次翻转的电压（阈值电压）之差，称之为两次翻转的电压（阈值电压）之差，称之为“回差回差”。UT=VT+-VT-=1/3VCC。回差愈大，抗干扰能力愈强。回差愈大，抗干扰能力愈强。施密特触发器应用：施密特触发器应用：1.波形变换波形变换 将缓慢变化的三角波、锯齿波、正弦将缓慢变化的三角波、锯齿波、正弦 波（波（P405）等非矩形波变换为矩形波。）等非矩形波变换为矩形波。12384765555VCC1uiV VCC2CC2RV VCOCOUo1U Uo2o2 增加了两个电源增加了两个电源VCC2、VCO

11、和一个输出端和一个输出端UO2。当。当UO为为1时，时，T 截止，截止，R上无电压降，上无电压降，UO2=VCC2，若，若VCC2VCC1，提，提高了输出的幅度；高了输出的幅度；VCO的引的引入改变了两个比较器的比较入改变了两个比较器的比较电位，使回差调节更加方便。电位，使回差调节更加方便。U UT T =1/2=1/2V VCOCO。2.整形（改善脉冲波形的上升下降沿）与抗干扰整形（改善脉冲波形的上升下降沿）与抗干扰 消除顶部振荡。消除顶部振荡。3.幅度鉴别幅度鉴别 如如果果将将输输入入信信号号视视为为干干扰扰信信号号，并并以以UT+作作为为能能够够容容忍忍的的干干扰扰幅幅度度，可可以以鉴鉴

12、别别出出超超过过容容忍忍幅幅度度的的干干扰扰信信号号，接接入入计计数数器器后后可可统统计计出出干干扰扰信信号的数量。号的数量。UT+UT-4.组成多谐振荡器组成多谐振荡器（P411）二、用二、用555定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器 单稳态单稳态:电路只有一个稳定的工作状态和一个不电路只有一个稳定的工作状态和一个不稳定的稳定的“暂态暂态”。其工作原理主要是讨论触发翻。其工作原理主要是讨论触发翻转后，电路自动返回的过渡过程。转后，电路自动返回的过渡过程。12384675555-+uCuiCRVCCUoF电路电路只有一个只有一个电阻电阻R 和和电容电容C 作为定时元件。作为定时元件。工

13、作原理工作原理：1、稳态、稳态（0态）态）无触发信号时，无触发信号时，ui为高为高电平电平()，电，电路路若为若为0态态，T 导通，导通，电容电容C通过通过T 放电，使放电，使uC=0，定时器内部比定时器内部比较器较器C1.C2输出均为输出均为1，电路，电路保持保持为为0态态；电路电路若为若为1态态，T截止，截止，电源电源VCC通过通过R对对C充电，充电，当当uC 时，比较时，比较器器C1输出为输出为0，仍使电，仍使电路输出为路输出为0态态。1284675555-+RVCCUoui3CFuC 2.触发翻转触发翻转 0态态1态态在触发脉冲（负脉冲下在触发脉冲（负脉冲下降沿降沿 ）的作用下，）的作

14、用下，电路被触发。当触发电电路被触发。当触发电位低于位低于 时，定时器时，定时器内部比较器内部比较器C2输出为输出为0，使电路输出为使电路输出为1。此时。此时T截止，电路截止，电路开始定时开始定时。3.暂稳态暂稳态：上述状态上述状态是不稳定的，是不稳定的，T 截止后，截止后，VCC即通过即通过R对对C充电，充电，uC指数升高，直至指数升高，直至uC=前夕前夕。4.自动返回自动返回：uC一旦超一旦超过过 ，定时器中，定时器中C1输输出出0，置，置0，暂稳态结束。，暂稳态结束。5.恢复阶段恢复阶段：电路置：电路置0后，电容后，电容C 将通过饱和导通将通过饱和导通的放电管的放电管T 放电，经过放电，

15、经过3 5放放 的时间，的时间，C放电完放电完毕，毕，uC=0，电路重新回到稳态，单稳态电路又可，电路重新回到稳态，单稳态电路又可接收新的触发信号。接收新的触发信号。uiU0tWuCtW应注意的问题：应注意的问题：输输入入触触发发脉脉冲冲的的宽宽度度必必须须小小于于电电路路输输出出脉脉冲冲的的宽宽度度tW。为为此此输输入入端端常常增增加一个加一个RC微分电路。微分电路。工作波形工作波形充充=RC，放放=rCESCR rCES，充充 放放重要参数重要参数(输出脉冲宽度输出脉冲宽度)：tW=RCln3=1.1RC单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用1.定时定时uAuiuOuBtWuOuAuBui0

16、tttt0002.延时延时 单单稳稳态态电电路路的的输输出出波波形形的的下下降降沿沿比比输输入入波波形形的的下下降降沿沿延延迟迟了了tW 时时间间，且且延延迟迟时时间间完完全全由由单单稳稳态态电电路路的的定定时元件时元件R、C 调节。调节。tWuCuiu03.整形、消除噪声（整形、消除噪声（噪声宽度噪声宽度 tW 信号脉宽）信号脉宽）（控制通过与门的脉冲数）（控制通过与门的脉冲数）三、用三、用555定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器123847 765555FuCR1VCCUoCR2-+电路电路有两个有两个电阻电阻R1.R2和和电电容容C 作为定时元件，定时器作为定时元件，定时器2、6端

17、口相连。端口相连。工作原理工作原理：1.起始状态起始状态 接通电源前电容接通电源前电容C上无电上无电荷，接通电源瞬间，荷，接通电源瞬间，C 来来不及充电，不及充电，uC=0。定时器。定时器中比较器中比较器C1 输出为输出为1，C2 输出为输出为0，电路为，电路为1态。放态。放电管电管T 截止。截止。2.暂稳态暂稳态(1态态)：VCC 通过通过R1.R2对对C 充电，充电，直至直至uC=2/3VCC 前夕。前夕。123847 765555FuCR1VCCUoCR2-+3.自动翻转自动翻转（1态态0态）态）uC电位一旦超过电位一旦超过2/3VCC，比较器比较器C1=0，C2=1，电路，电路为为0态

18、。放电管态。放电管T 饱和饱和导通。导通。4.暂稳态暂稳态（“0”态）态）放电管导通，电容放电管导通，电容C通过通过R2T 的的c.e极对地放电，直至极对地放电，直至uC降至降至1/3VCC前夕。前夕。5.自动翻转自动翻转（0态态1态态）uC电位一旦低于电位一旦低于 1/3VCC，比较器，比较器C1输出为输出为1，C2输出为输出为0，电，电 路又回到暂稳态路又回到暂稳态(1态态)。C又将被充电又将被充电 电路有两个暂稳态，而无电路有两个暂稳态，而无“稳态稳态”，不断地由，不断地由暂稳态暂稳态到暂稳态到暂稳态，再由暂稳态，再由暂稳态 到暂稳态到暂稳态，周而复始，无限循环。这种现象电路理论中称，周

19、而复始，无限循环。这种现象电路理论中称为为“振荡振荡”。傅里叶级数展开有丰富的谐波（基。傅里叶级数展开有丰富的谐波（基波频率整数倍的正弦波）分量，故称为波频率整数倍的正弦波）分量，故称为“多谐振多谐振荡器荡器”。tWH13VCC0uCu0tWL23VCCVCCT（理想放电值）（理想放电值）（理想充电值）（理想充电值）tWH(R1+R2)CtWLR2CT=tWH+tWL =0.7(R1+2R2)C占空比：占空比：振荡频率振荡频率f=1/T123847 765555FuCVCCUoCRW-+R1改进电路：增加电位器改进电路：增加电位器RW、二极管、二极管D1、D2，利用其单向导电性使充利用其单向导电性使充电和放电路径分开。电和放电路径分开。R2D1D2充电路径：充电路径：红白相间线红白相间线放电路径放电路径：兰白相间线兰白相间线tWH(R1+RW上上)CtWL(R2+RW下下)C 调节电位器调节电位器RW，可方便调节振荡器的占空比，可方便调节振荡器的占空比q，当当tWH=tWL时，产生方波。时，产生方波。