第八章脈沖波形的產(chǎn)生與整形

1、第八章第八章脈沖波形的產(chǎn)生與整形脈沖波形的產(chǎn)生與整形一、一、555定時器的電路結(jié)構(gòu)定時器的電路結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成：由以下幾部分組成：（1）三個阻值為）三個阻值為5k的電阻組成的分壓器。的電阻組成的分壓器。（2）兩個電壓比較器）兩個電壓比較器c1和和c2。 8.1 集成集成555定時器定時器電壓比較器的功能：電壓比較器的功能： v+ v-，vo=1 v+ v-，vo=0（3）基本）基本rs觸發(fā)器、觸發(fā)器、（4）放電三極管）放電三極管t及緩沖器及緩沖器g。cc&1rstg5k5k5k12vrvvvccdici1i2oov,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)電源復(fù)位v閾值輸入

2、控制電壓觸發(fā)輸入放電端12658437ov,vi2i1vvicvccvo555dr二二工作原理工作原理（1）4腳為復(fù)位輸入端（腳為復(fù)位輸入端（ rd ），當），當rd為低電平時，不管其他輸入端的狀為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出態(tài)如何，輸出vo為低電平。正常工作時，應(yīng)將其接高電平。為低電平。正常工作時，應(yīng)將其接高電平。（2 2）5腳為電壓控制端，當其懸空時，比較器腳為電壓控制端，當其懸空時，比較器c1和和c2的比較電壓分別為的比較電壓分別為2/3vcc 和和1/3vcc 。（3）2腳為觸發(fā)輸入端，腳為觸發(fā)輸入端，6腳為閾值輸入端，兩端的電位高低控制比較器腳為閾值輸入端，兩端的電位高低

3、控制比較器c1和和c2的輸出，從而控制的輸出，從而控制rs觸發(fā)器，決定輸出狀態(tài)。觸發(fā)器，決定輸出狀態(tài)。8.2 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器具有回差電壓特性，具有回差電壓特性，能將邊沿變化緩慢的能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。一一. 用用555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理1265vccrdo5553ov7vvi2i1vic8412ivccvvcc2rvcc&1rstg5k5k5k12vrvvvccdici1i2oov,(1)(7)(2)(6)(5)(8)

4、(4)(3)電源復(fù)位v閾值輸入控制電壓觸發(fā)輸入放電端2. 電壓滯回特性和主要參數(shù)電壓滯回特性和主要參數(shù)（1）電壓滯回特性）電壓滯回特性（2）主要靜態(tài)參數(shù)）主要靜態(tài)參數(shù)（a）上限閾值電壓）上限閾值電壓vt+vi上升過程中，輸出電壓上升過程中，輸出電壓vo由高電平由高電平voh跳變到跳變到低電平低電平vol時，所對應(yīng)的輸入電壓值。時，所對應(yīng)的輸入電壓值。vt+=2/3vcc。（b）下限閾值電壓）下限閾值電壓vt vi下降過程中，下降過程中，vo由低電平由低電平vol跳變到高電平跳變到高電平voh時，所對應(yīng)的輸入電壓值。時，所對應(yīng)的輸入電壓值。vt=1 /3vcc。（3）回差電壓）回差電壓vt vt

5、= vt+vt=1 /3vcc 二二 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器 1. cmos集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器cc40106 2. ttl集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器74ls14 12345678910111213141a1y2a2y3a3y4a4y5a5y6a6yvvddss(a)cc4010612345671a1y2a2y3a3ygnd8910111213144a4y5a5y6a6yvcc(b)74ls14三三 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例施密特觸發(fā)器的應(yīng)用舉例1. 用作接口電路用作接口電路將緩慢將緩慢變化的輸入信號，轉(zhuǎn)換成為變化的輸入信號，轉(zhuǎn)換成為符合符合ttl系統(tǒng)要求的脈沖波形。

6、系統(tǒng)要求的脈沖波形。2. 用作整形電路用作整形電路把不規(guī)則的輸入信號整形成為矩形脈沖。把不規(guī)則的輸入信號整形成為矩形脈沖。 3. 用于脈沖鑒幅用于脈沖鑒幅從一系列幅度不同的脈沖信號中，選出從一系列幅度不同的脈沖信號中，選出那些幅度大于那些幅度大于vt+的輸入脈沖。的輸入脈沖。 8.3 多諧振蕩器多諧振蕩器多諧振蕩器多諧振蕩器能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。一一 用用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器定時器構(gòu)成的多諧振蕩器1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理26vccrdo5553vi2i1v84v7rrvcc12c150.01fc1vcpcc&1rstg5k

7、5k5k12vrvvvccdici1i2oov,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)電源復(fù)位v閾值輸入控制電壓觸發(fā)輸入放電端2. 振蕩頻率的估算振蕩頻率的估算（1）電容充電時間）電容充電時間t1：（用三要素法計算）：（用三要素法計算）（2） 電容放電時間電容放電時間t2（3）電路振蕩周期）電路振蕩周期t t=t1+t2=0.7(r1+2r2)c（4）電路振蕩頻率）電路振蕩頻率f（5）輸出波形占空比）輸出波形占空比q)()()0()(ln111tvvvvtcccccrr)(7 . 021ccccccccvvvv3231ln1crt227 . 0crrtf)2(43. 11212121

8、12rrrrttq 二二 占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路 利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娞匦裕央娙堇冒雽?dǎo)體二極管的單向?qū)щ娞匦?，把電容c充電和放電回路隔離充電和放電回路隔離開來，再加上一個電位器，便可構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器。開來，再加上一個電位器，便可構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器。 可計算得：可計算得： t1=0.7r1c t2=0.7r2c 占空比：占空比：26vccrdo5553vi2i1v84v7vccc150.01 fc1vcdd121r2r21121121117 . 07 . 07 . 0rrrcrcrcrtttttq三三 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器

9、 1.石英晶體的選頻特性石英晶體的選頻特性有兩個諧振頻率。當有兩個諧振頻率。當f=fs時，為串聯(lián)諧振，石英晶體的電抗時，為串聯(lián)諧振，石英晶體的電抗x=0； 當當f=fp時，為并聯(lián)諧振，石英晶體的電抗無窮大。時，為并聯(lián)諧振，石英晶體的電抗無窮大。 由晶體本身的特性決定：由晶體本身的特性決定： fs fp f0（晶體的標稱頻率）（晶體的標稱頻率） 石英晶體的選頻特性極好，石英晶體的選頻特性極好，f0十分穩(wěn)定，其穩(wěn)定度可達十分穩(wěn)定，其穩(wěn)定度可達10-1010-11。0ff0x電感性電容性石英晶體的符號fp2. 石英晶體多諧振蕩器石英晶體多諧振蕩器（1）串聯(lián)式振蕩器）串聯(lián)式振蕩器r1、r2的作用的作用

10、使兩個反相器在靜態(tài)時都工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，成為具有很強使兩個反相器在靜態(tài)時都工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，成為具有很強放大能力的放大電路。放大能力的放大電路。 對于對于ttl門，常取門，常取r1=r2=0.72k，若是，若是cmos門則常取門則常取r1=r2=10100m；c1=c2是耦合電容。是耦合電容。 石英晶體工作在串聯(lián)諧振頻率石英晶體工作在串聯(lián)諧振頻率f0下，只有頻率為下，只有頻率為f0的信號才能通過，滿的信號才能通過，滿足振蕩條件。因此，電路的振蕩頻率足振蕩條件。因此，電路的振蕩頻率= f0，與外接元件，與外接元件r、c無關(guān)，所無關(guān)，所以這種電路振蕩頻率的穩(wěn)定度很高。以這種電路振蕩頻率的穩(wěn)定度很高。（2）

11、并聯(lián)式振蕩器）并聯(lián)式振蕩器rf是偏置電阻，是偏置電阻，保證在靜態(tài)時使保證在靜態(tài)時使g1工作轉(zhuǎn)折區(qū)，構(gòu)成一個反相放大器。工作轉(zhuǎn)折區(qū)，構(gòu)成一個反相放大器。 晶體工作在略大于晶體工作在略大于fs與與 fp之間，等效一電感，與之間，等效一電感，與c1、c2共同構(gòu)成電容三點共同構(gòu)成電容三點式振蕩電路。式振蕩電路。電路的振蕩頻率電路的振蕩頻率= f0。 反相器反相器g2起整形緩沖作用，同時起整形緩沖作用，同時g2還可以隔離負載對振蕩電路工作的影響。還可以隔離負載對振蕩電路工作的影響。四多諧振蕩器應(yīng)用實例四多諧振蕩器應(yīng)用實例1. 簡易溫控報警器簡易溫控報警器26vccrd5553vi2i1v847rrvcc

12、12c150.01c110/10vc220k100k0.013r2k（+6v）t3ax31 2. 雙音門鈴雙音門鈴。1vi1812r5550.0115crrd427vi26vcc3k3k0.1r44.7k3c47cdd122cp3r3.9kccv（+6v）c24738pan3. 秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器cmos石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生f=32768hz的基準信號，的基準信號， 經(jīng)經(jīng)t/觸發(fā)器構(gòu)成的觸發(fā)器構(gòu)成的15級異步計數(shù)器分頻后，便可得到穩(wěn)定度極高的級異步計數(shù)器分頻后，便可得到穩(wěn)定度極高的秒信號。秒信號。 這種秒脈沖發(fā)生器可做為各種計時系統(tǒng)的基準信號源。這種秒脈沖發(fā)生器可

13、做為各種計時系統(tǒng)的基準信號源。8.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)；在觸發(fā)脈沖作有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)；在觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時間后，用下，由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時間后，自動返回到穩(wěn)態(tài)。自動返回到穩(wěn)態(tài)。一一 用用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理（1）無觸發(fā)信號輸入時電路工作）無觸發(fā)信號輸入時電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)在穩(wěn)定狀態(tài) 當當vi=1時，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，時，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即即vo=0，vc=0。（2）vi下降沿觸發(fā)下降沿觸發(fā) 當當vi下降沿

14、到達時，下降沿到達時，vo由由0跳變?yōu)樘優(yōu)?，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)。26vccrdo5553vi2i1v84v7rvccc150.01fc1vcvicc&1rstg5k5k5k12vrvvvccdici1i2oov,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)電源復(fù)位v閾值輸入控制電壓觸發(fā)輸入放電端（3）暫穩(wěn)態(tài)的維持時間）暫穩(wěn)態(tài)的維持時間在暫穩(wěn)態(tài)期間，三極管在暫穩(wěn)態(tài)期間，三極管t截止，截止，vcc經(jīng)經(jīng)r向向c充電。充電。時間常數(shù)時間常數(shù)1= =rc，vc由由0v開始增大，在開始增大，在vc上升到上升到2/3vcc之前，電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變。之前，電路保持暫穩(wěn)

15、態(tài)不變。（4）自動返回（暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束）時間）自動返回（暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束）時間當當vc上升至上升至2/3vcc時，時，vo由由1跳變跳變0，三極管，三極管t由截止轉(zhuǎn)為飽和導(dǎo)通，由截止轉(zhuǎn)為飽和導(dǎo)通，電容電容c經(jīng)經(jīng)t迅速放電，電壓迅速放電，電壓vc迅速降至迅速降至0v，電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。，電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。26vccrdo5553vi2i1v84v7rvccc150.01fc1vcvi2c3vccvttoottovvotivcc01tw（5）恢復(fù)過程）恢復(fù)過程當暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電容當暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電容c通過飽和導(dǎo)通的放電三極管通過飽和導(dǎo)通的放電三極管 t放電，時間常放電，時間常數(shù)數(shù) 2= =r

16、cesc，經(jīng)過（，經(jīng)過（35）2后，電容后，電容c放電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。放電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。26vccrdo5553vi2i1v84v7rvccc150.01fc1vcvi2c3vccvttoottovvotivcc01tw2. 主要參數(shù)估算主要參數(shù)估算(1) 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度tw（用三要素法計算）（用三要素法計算）rewtttf11minmax上式說明，上式說明，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度tw僅決定于定時元件僅決定于定時元件r、c的取值，與輸入觸發(fā)信號和電源電壓無關(guān)，調(diào)節(jié)的取值，與輸入觸發(fā)信號和電源電壓無關(guān)，調(diào)節(jié)r、c的的取值，即可方便的調(diào)節(jié)取值，即可方便

17、的調(diào)節(jié)tw。（2）恢復(fù)時間）恢復(fù)時間tre tre=（35）2（3）最高工作頻率）最高工作頻率fmax vi周期的最小值：周期的最小值： tmin= twtre 因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最高工作頻率應(yīng)為因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的最高工作頻率應(yīng)為:crvvvtvvvvtccccccwccccw1 . 1320ln)()()0()(ln11二 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121a1和和a2是兩個下降沿有效的觸發(fā)信號輸入端，是兩個下降沿有效的觸發(fā)信號輸入端，b是上升沿有效的是上升沿有效的 觸發(fā)信號輸入端。觸發(fā)信號輸入端。aabvovoextcrintcextextrvccgnd10111491634512774121

18、集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7412174121的外部元件連接方法的外部元件連接方法: :（a a）使用外部電阻）使用外部電阻rext且電路為下降沿觸發(fā)的連接方式且電路為下降沿觸發(fā)的連接方式. .（b b）使用內(nèi)部電阻）使用內(nèi)部電阻rint且電路為上升沿觸發(fā)的連接方式。且電路為上升沿觸發(fā)的連接方式。aabovovextcintrextextcrccvgnd10111491634512774121ccvextr1vicextaabovovextcintrextextcrccvgnd10111491634512774121vicextccv74121的主要參數(shù)的主要參數(shù) (1) 輸出脈沖寬度輸

19、出脈沖寬度tw 使用外接電阻：使用外接電阻： tw 0.7rextc 使用內(nèi)部電阻：使用內(nèi)部電阻： tw 0.7rintc（2）輸入觸發(fā)脈沖最小周期）輸入觸發(fā)脈沖最小周期tmin tmin= twtre tre是恢復(fù)時間。是恢復(fù)時間。（3）周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比）周期性輸入觸發(fā)脈沖占空比q 定義：定義： q = tw/t 最大占空比：最大占空比： qmax= tw/ tmin 74121內(nèi)部內(nèi)部電阻電阻=2k，外接電阻外接電阻rext可在可在1.440k之間選擇，之間選擇， 外接電容外接電容c可在可在10pf10f之間選擇，之間選擇， 所以，當所以，當r=2k時，時， 最大占空比最大占空比q

20、max為為67%； 當當r=40k時，時，最大占空比最大占空比qmax可達可達90%。三三 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1. 延時與定時延時與定時（1）延時）延時圖中，圖中，v/o的下降沿比的下降沿比vi的下的下降沿滯后了時間降沿滯后了時間tw。（2）定時）定時當當v/o=1時，與門打開，時，與門打開，vo= vf。當。當v/o=0時，時，與門關(guān)閉，與門關(guān)閉，vo為低電平。為低電平。顯然與門打開的時間是顯然與門打開的時間是恒定不變的，就是單穩(wěn)恒定不變的，就是單穩(wěn)輸出脈沖輸出脈沖v/o的寬度的寬度tw。1&viovvo單穩(wěn)與門vftwvivovfov 2. 整形整形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能

21、夠把不規(guī)則的輸入信號單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號vi，整形成為幅度和寬，整形成為幅度和寬度都相同的標準矩形脈沖度都相同的標準矩形脈沖vo。vo的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸?shù)姆热Q于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度出的高、低電平，寬度tw決定于暫穩(wěn)態(tài)時間。決定于暫穩(wěn)態(tài)時間。ivtwov3. 觸摸定時控制開關(guān)觸摸定時控制開關(guān) 555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。只要用手觸摸一下金屬片定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。只要用手觸摸一下金屬片p，由于人體感，由于人體感應(yīng)電壓相當于在觸發(fā)應(yīng)電壓相當于在觸發(fā)輸入端（管腳輸入端（管腳2）加入一個負）加入一個負脈沖，脈沖，555輸出端輸出高電平，輸出端輸出高電平，燈泡（燈

22、泡（rl）發(fā)光，當暫穩(wěn)態(tài)）發(fā)光，當暫穩(wěn)態(tài)時間（時間（tw）結(jié)束時，）結(jié)束時，555輸出輸出端恢復(fù)低電平，燈泡熄滅。端恢復(fù)低電平，燈泡熄滅。該觸摸開關(guān)可用于夜間定時該觸摸開關(guān)可用于夜間定時照明，定時時間可由照明，定時時間可由rc參數(shù)參數(shù)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。84762153555+vccrlr100kc100c10.01(+6v)p4. 觸摸、聲控雙功能延時燈觸摸、聲控雙功能延時燈555和和t1、r3、r2、c4組成單穩(wěn)定時電路，定時（即燈亮）時間約為組成單穩(wěn)定時電路，定時（即燈亮）時間約為1分鐘。分鐘。當擊掌聲傳至壓電陶瓷片時，當擊掌聲傳至壓電陶瓷片時，htd將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)將聲音信號轉(zhuǎn)換成電

23、信號，經(jīng)t2、t1放大，觸發(fā)放大，觸發(fā)555，使，使555輸出高電平，觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管輸出高電平，觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管scr，電燈亮；，電燈亮；同樣，若觸摸金屬片同樣，若觸摸金屬片a時，人體感應(yīng)電信號經(jīng)時，人體感應(yīng)電信號經(jīng)r4、r5加至加至t1基極，也能使基極，也能使t1導(dǎo)通，觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)555，達到上述效果。，達到上述效果。84762153c447c0.01555nea220vr3r1m220kscrmcr1004.7m4.7mr4r5r6r71m10k5c0.022tt1290149013htdc3220d1n4004c10.56/400v1r3300.01c2vdd（+6v）dw2cw13舉例：舉例：8.4.3 圖題圖題8.4.3為一心律失常報警電路，圖中為一心律失常報警電路，圖中vi是經(jīng)過放大后的心是經(jīng)過放大后的心電信號，其幅值電信號，其幅值vim=4v。（1）對應(yīng)）對應(yīng)vi分別畫出圖中分別畫出圖中vo1、vo2、vo三點的電壓波形；三點的電壓波形；（2）說明電路的組成及