东北大学数电第八章脉冲波形的产生与整形

《东北大学数电第八章脉冲波形的产生与整形》由会员分享，可在线阅读，更多相关《东北大学数电第八章脉冲波形的产生与整形（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第 8章 脉冲波形的产生与整形 脉冲是 脉动 和 短促 的意思 ， 凡是具有不连续波形的信号均可称为 脉冲信号 。 广义讲 ， 各种非正弦信号都是 脉冲信号 。 按脉冲波形的形式 分成矩形波 、 梯形波 、阶梯波 、 锯齿波 等 。 矩形脉冲波常作为时钟信号 。波形的好坏直接关系到电路能否正常工作。为了定量描述矩形脉冲波，通常采用如图所示参数。 tr tf 0.1Vm 0.5Vm 0.9Vm TW Vm T 脉冲波形参数 一些基本概念 脉冲宽度 Tw 上升时间 tr 下降时间 tf 占空比 q 脉冲周期 T 脉冲频率 f 脉冲幅度 Vm 8.1 集成 555定时器及应用 集成 555定时器的用

2、途很广，有 双极型 和CMOS型 两类电路。它们的功能、外引线排列完全相同。 CMOS型 7555： 电源电压范围为 318V， 最大负载电流在 4mA以下 双极型 555 电源电压范围：4.5V 16V 最大负载电流 : 200mA 8.1.1 电路组成 图 8-1为双极型 5G555定时器的原理电路和引脚排列图。 1 2 3 4 8 7 6 5 +VCC D TH V-C GND TL OUT R 5G555 3 图 8-1集成 5G555定时器原理图 C1 + - C2 + - R1 R2 R3 VR1 VR2 VC1(VR) VC1(VS) R R 4 V-C 5 TH 6 TL 2

3、1 T 7 D Q Q R S 1 2 3 8 5k 5k 5k C1 + - C2 + - R1 R2 R3 VR1 VR2 VC1(VR) VC1(VS) R R 4 V-C 5 TH 6 TL 2 1 T 7 D Q Q 1 2 3 8 5k 5k 5k 电阻分压器 比较器 基本 RS触发器 三极管开关 输出缓冲器 555定时器基本结构 5G555定时器的功能表 TH TL R VO T 2VCC/3 2VCC/3 2VCC/3 VCC/3 VCC/3 0 1 1 1 0 0 不变 1 导通 导通 不变 截止 C1 + - C2 + - R1 R2 R3 VR1 VR2 VC1(VR)

4、VC1(VS) R R 4 V-C 5 TH 6 TL 2 1 T 7 D Q Q 1 2 3 8 5k 5k 5k vo 8.1.2 工作原理 8.1.3 集成 555定时器的应用 多谐振荡器 单稳态触发器 施密特触发器 (一 ) 多谐振荡器 多谐振荡器 是一种产生矩形脉冲波的自激振荡器。由于矩形波含有丰富的高次谐波，所以 矩形波振荡器又称为多谐振荡器 。 特点：多谐振荡器没有稳态，不需外加触发信号。 电路构成：图中的 R1、R2和 C是外接电阻和电容 ， 是定时元件 。 工作原理： VCC 0.01F 5 8 4 3 7 6 2 1 5G555 D TH TL d vC 图 8-2多谐振荡

5、器 C R1 R2 工作原理分析如下： 电路接通电源前，vTH=vTL=vd=vC=0V。 电路接通电源 VCC开始时， TH、 TL均处于低电位。 VCC 0.01F 5 8 4 3 7 6 2 1 5G555 D TH TL d vC 图 8-2多谐振荡器 C R1 R2 VCC 0.01F 5 8 4 3 7 6 2 1 5G555 D TH TL d vC 图 8-2多谐振荡器 C R1 R2 VCC 3 0 tw1 tw2 VCC T 图 8-3多谐振荡器工作波形图 0 TH TL R VO T 2VCC/3 2VCC/3 2VCC/3 VCC/3 VCC/3 0 1 1 1 0 0

6、 不变 1 导通 导通 不变 截止 2VCC 3 VCC VCC 0.01F 5 8 4 3 7 6 2 1 5G555 D TH TL d vC 图 8-2多谐振荡器 C R1 R2 VCC 3 0 tw1 tw2 VCC T 图 8-3多谐振荡器工作波形图 0 根据三要素方程： -cccc )e()0()()(tuuutu 充电： uC (0) =1/3VCC、 uC () =VCC、 =（ R1+R2） C， tw1(R1+R2)Cln20.7(R1+R2)C 2VCC 3 VCC VCC 0.01F 5 8 4 3 7 6 2 1 5G555 D TH TL d vC 图 8-2多谐振

7、荡器 C R1 R2 VCC 3 0 tw1 tw2 VCC T 图 8-3多谐振荡器工作波形图 0 根据三要素方程： -cccc )e()0()()(tuuutu 放电： uC (0) =2/3VCC、 uC () =0、 =R2C， tw2R2Cln20.7R2C 2VCC 3 VCC 振荡周期 T和振荡频率 f的近似计算 公式如下： tw1(R1+R2)Cln20.7(R1+R2)C tw2R2Cln20.7R2C T= tw1+tw20.7(R1+2R2)C CRRTf)2(43.1121 输出脉冲幅度为： VmVCC 脉 冲 宽 度tw10.7R1C 脉 冲 间 隔 时 间tw20.

8、7R2C 振 荡 周 期T0.7(R1+R2)C VCC 0.01F 5 8 4 3 7 6 2 1 5G555 D TH TL D1 vC 图 8-4占空比可调多谐振荡器 D2 C R1 R2 Rw VCC 0.01F 5 8 4 3 7 6 2 1 5G555 D TH TL D1 vC 图 8-4占空比可调多谐振荡器 D2 C R1 R2 Rw 211211211)(7.07.0RRRCRRCRtttqwww当调节 Rw时，就改变了 R1、R2的阻值，也就改变了占空比，而振荡周期保持不变。 占空比 例 8-1 试用 555定时器设计一个每隔 6秒振荡一秒的多谐振器。其振荡频率为 500H

9、z。 解：分析 -只要在振荡频率为 500Hz的多谐振荡器的复位 R端，加入 1秒的高电平，接下来是 6秒的低电平，便可达到题目的要求。 因此有两个设计要求 高电平 1秒 低电平 6秒的振荡器 。 频率为 500Hz的振荡 。 为此 ， 需设计一个占空比 q=1/7， 周期 T=7秒的多谐振荡器 。 由于占空比小于 1/2， 则应选择占空比可调的电路 。 例 8-1 根据 求得： R2=6R1； 根据 T=0.7(R1+R2)C= 0.7(R1+6R1)C， 取 C=10F，算得： R1=143k。 R2=857k。 对于 500Hz多谐振荡器的占空比，题目未提出要求，现选占空比等于 2/3，

10、根据 算得： R3=R4 根据 T=0.7(R3+2R4)C，取 C=1F，算得：R3=R4=0.95k， 71211 RRRq例 8-1 根据上述设计，画出 例 8-1的电路如图 8-5所示。 VCC 0.01 F 7 6 5 8 4 3 2 1 5G555 D TH TL D2 D1 图 8-5 例 8-1电路图 C=10F R1=143k R2=857k RW 0.01 F 7 6 5 8 4 3 2 1 5G555 D TH TL d C 1F R1 9.5k R2 9.5k (二 ) 单稳态触发器 单稳态触发器是一种用于整形 、 延时 、 定时的脉冲电路 。 整形： 把不规则的波形转

11、换成宽度 、 幅度都相等的矩形脉冲 。 延时： 将输入信号延迟一定时间之后输出 。 定时： 产生一定宽度的方波 。 单稳态触发器电路的功能：每触发一次 ， 电路输出一个宽度一定 、 幅度一定的矩形波 。 单稳态触发器特点： 单稳态触发器有两个工作状态 ， 一个为 稳态 ， 而另一个为 暂稳态 。 加触发信号前的状态为 稳态 ， 加触发信号后的状态为 暂稳态 。 单稳态触发器在 外加触发脉冲 的作用下 ， 可以 从稳态翻转到暂稳态 。 暂稳态维持一段时间后 ， 自动返回到稳态 。 暂稳态持续的时间 就是单稳态触发器的 脉冲宽度 的大小 。 只取决于电路本身的参数 ， 而与触发脉冲无关 。 电路构

12、成：图中 R、 C是定时元件 ；单稳态触发器的输入信号 vI加在低触发端 TL端 。 工作原理： VCC 0.01F 5 8 4 3 7 6 2 1 5G555 D TH TL d vO 图 8-5单稳态触发器 C R vI TH TL R VO T 2VCC/3 2VCC/3 2VCC/3 VCC/3 VCC/3 0 1 1 1 0 0 不变 1 导通 导通 不变 截止 VCC 0.01F 5 8 4 3 7 6 2 1 5G555 D TH TL d vO 图 8-5单稳态触发器 C R vI VCC 0 2VCC 3 VCC 0 VCC Tw vI vO 图 8-6单稳态触发器工作波形

13、一个工作周期： 单稳态触发器在负脉冲触发作用下 ， 由稳态翻转到暂稳态 。 由于电容器充电 ，暂稳态自动返回稳态 。 VCC 0 2VCC 3 VCC 0 VCC Tw vI vO 图 8-6单稳态触发器工作波形 输出脉冲宽度 Tw为： Tw=RCln3=1.1RC 单稳态触发器电路要求 输入触发脉冲宽度 要小于 Tw，而输入 vI的周期要大于 Tw。 VCC 0 2VCC 3 VCC 0 VCC Tw vI vO 图 8-6单稳态触发器工作波形 如果 输入负触发脉冲宽度大于输出脉冲宽度Tw时 ， 接一个 RC微分电路 。 即 vI通过 RC微分电路接到低触发端TL上 。 VCC 0 2VCC

14、 3 VCC 0 VCC Tw vI vO 图 8-6单稳态触发器工作波形 可重复触发的单稳态触发器： V CC C C 1 2 3 5 6 7 555 iuuoR 4 8 5 可作为失落脉冲检出电路，对机器的转速或人体的心律（呼吸）进行监视，当机器的转速降到一定限度或人体的心律不齐时就发出报警信号。 该电路有何作用？ PNP管 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 555置位 J吸合 电灯 HL亮 电容充电到 2/3VDD 555复位 J释放 电灯 HL熄 施密特触发器 施密特触发器 是一种具有回差特性的脉冲波形变换电路 。 它有如下特点： 施密特触发器有两个稳定输出状态 ， 属电位触发 。当输入触发信号电平 达到阈值电压时 （ 所加电位信号不得撤去 ） ， 输出电平会发生突变 。 上限阈值电压 ，用 VT+表示。 下限阈值电压 ，用 VT-表示。 VT+和 VT-不等称作回差。 回差电压 VT=VT+-VT-使其抗干扰能力较强。 vI TH TL VCC 8 4 6 2 3 1 5 5G555 vO 0.01F 图 8-7施密特触发器 电 路 构 成 ： 将5G555定时器的高触发端 TH和低触发端 TL连接起来就构成了施密特触发器 。 如图 8-