脈沖信號產(chǎn)生與整形ppt課件

1、2022-2-1217.2.1 5557.2.1 555定時器定時器 7.2.2 5557.2.2 555定時器的應(yīng)用舉例定時器的應(yīng)用舉例2022-2-122脈沖信號：指突然變化的電壓或電流。脈沖電路的研究重點：波形分析。數(shù)字電路的研究重點：邏輯功能。 獲得脈沖波形的方法主要有兩種：1利用脈沖振蕩電路產(chǎn)生；2是通過整形電路對已有的波形進行整形、變換，使之符合系統(tǒng)的要求。 2022-2-123幾種常用脈沖波形的產(chǎn)生與變換電路：（功能、特點及其主要應(yīng)用簡介）1.RC電路：對矩形波進行微分、積分變換，或作脈沖分壓器；2.施密特觸發(fā)器：主要用以將非矩形脈沖變換成上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脈沖；3.單

2、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：主要用以將脈沖寬度不符合要求的脈沖變換成脈沖寬度符合要求的矩形脈沖；4.多諧振蕩器：產(chǎn)生矩形脈沖；5.555定時器。常用脈沖波形及參數(shù)常用脈沖波形及參數(shù) 1. 常見的脈沖波形 脈沖波形是指突變的電流和電壓的波形。 圖7-1 常見的脈沖波形圖 2022-2-1252. 矩形波及其參數(shù) 圖7-2 非周期性和周期性矩形波(a) 非周期性 (b) 周期性數(shù)字電路中用得最多的是矩形波。矩形波有周期性與非周期性兩種。 2022-2-126圖7-3 矩形波的主要參數(shù) 周期性矩形波的周期用T表示，有時也用頻率f表示f =1/ T）。 矩形波的另外幾個主要參數(shù)： （1脈沖幅度Um （2脈沖寬度tw

3、（3上升時間tr （4下降時間tf （5占空比q =t w /T 。通常q用百分比表示，如果q =50%，則稱為對稱方波。 2022-2-127為數(shù)字模擬混合集成電路?？僧a(chǎn)生精確的時間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個5K的電阻分壓器，故稱555。在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。 2022-2-128各公司生產(chǎn)的555定時器的邏輯功能與外引線排列都完全相同。 雙極型產(chǎn)品CMOS產(chǎn)品單555型號的最后幾位數(shù)碼5557555雙555型號的最后幾位數(shù)碼5567556優(yōu)點驅(qū)動能力較大低功耗、高輸入阻抗電源電壓工作范圍516V318V負(fù)載電流可達200mA可達4mA1.

4、電路組成圖7-4 555定時器(a) 原理圖 (b)外引線排列圖電阻分壓器電壓比較器基本RS觸發(fā)器放電管T緩沖器2022-2-1210（1） 電阻分壓器 由3個5k的電阻R組成，為電壓比較器C1和C2提供基準(zhǔn)電壓。 2022-2-1211（2） 電壓比較器C1和C2。當(dāng)UU時， UC輸出高電平，反之則輸出低電平。2022-2-1212CO為控制電壓輸入端。當(dāng)CO懸空時，UR12/3VCC，UR21/3VCC。當(dāng)COUCO時，UR1UCO，UR21/2UCO 2022-2-1213TH稱為高觸發(fā)端，TR 稱為低觸發(fā)端。 2022-2-1214 （3） 基本RS觸發(fā)器 其置0和置1端為低電平有效觸

5、發(fā)。R是低電平有效的復(fù)位輸入端。正常工作時，必須使R處于高電平。 2022-2-1215 （4） 放電管T T是集電極開路的三極管。相當(dāng)于一個受控電子開關(guān)。 輸出為0時，T導(dǎo)通，輸出為1時，T截止。2022-2-1216 （5緩沖器 緩沖器由G3和G4構(gòu)成，用于提高電路的負(fù)載能力。2022-2-12172.工作原理 TH接至反相輸入端，當(dāng)THUR1時，UC1輸出低電平，使觸發(fā)器置0，故稱為高觸發(fā)端有效時置0）； TR接至同相輸入端，當(dāng)TRUR2時，UC2輸出低電平，使觸發(fā)器置1，故稱為低觸發(fā)端有效時置1）。 表7-1 555定時器的功能表 2022-2-1218主要用途：把變化緩慢的信號波形變

6、換為邊沿陡峭的矩形波。 特點：電路有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。兩種穩(wěn)定狀態(tài)的維持和轉(zhuǎn)換完全取決于外加觸發(fā)信號。觸發(fā)方式：電平觸發(fā)。電壓傳輸特性特殊，電路有兩個轉(zhuǎn)換電平上限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT+和下限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT）。狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時有正反饋過程，從而輸出邊沿陡峭的矩形脈沖。 2022-2-1219 （4工作波形與電壓傳輸特性 施密特觸發(fā)器將三角波uI變換成矩形波uO。 圖7-5 施密特觸發(fā)器的工作波形及電壓傳輸特性（a工作波形 （b電壓傳輸特性3.重要參數(shù) 上限觸發(fā)轉(zhuǎn)換電平UT+ 下限觸發(fā)轉(zhuǎn)換 電 平 U T 回差回差UT = UT+UT（通常（通常UT+UT）改變改變R1和和R2的大小可以改變回差的大小可以改變

7、回差UT 2022-2-12201.555構(gòu)成施密特觸發(fā)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器 圖7-6 555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（a電路 （b工作波形如果在如果在UIC加上控制電壓，加上控制電壓，則可以改變電路的則可以改變電路的UT+和和UT。 2022-2-1221集成施密特觸發(fā)器的UT+和UT的具體數(shù)值可從集成電路手冊中查到。如CT74132的UT+1.7 V、UT0.9 V，所以，UTUT+UT1.7 V0.9 V0.8 V。 2. 2. 集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器 (1).施密特反相器TTL的74LS14和CMOS的CC40106均為六施密特觸發(fā)的反相器。下面以CC40106為例說明其功能。

8、 2022-2-1222圖7-7施密特觸發(fā)反相器(a) 原理框圖 (b) 電壓傳輸特性 (c) 邏輯符號 為了提高電路的性能，電路在施密特觸發(fā)器為了提高電路的性能，電路在施密特觸發(fā)器的基礎(chǔ)上，增加了整形級和輸出級。的基礎(chǔ)上，增加了整形級和輸出級。 整形級可以使輸出波形的邊沿更加陡峭，整形級可以使輸出波形的邊沿更加陡峭， 輸出級可以提高電路的負(fù)載能力。輸出級可以提高電路的負(fù)載能力。 2022-2-1223(2).施密特觸發(fā)與非門電路 為了對輸入波形進行整形，許多集成門電路采用了施密特觸發(fā)形式。比如CMOS的CC4093和TTL的74LS13就是施密特觸發(fā)的與非門電路。 圖7-8 施密特觸發(fā)與非門

9、的邏輯符號2022-2-1224(1). 波形變換 將變化緩慢的波形變換成矩形波如將三角波或正弦波變換成同周期的矩形波）。圖7-9 波形變換 3.3.施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用2022-2-1225(2).脈沖整形 在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變，或者邊沿產(chǎn)生振蕩等。通過施密特觸發(fā)器整形，可以獲得比較理想的矩形脈沖波形。 圖7-10 脈沖整形 波形波形畸變畸變邊沿邊沿振蕩振蕩2022-2-1226(3)脈沖鑒幅 將一系列幅度各異的脈沖信號加到施密特觸發(fā)器的輸入端，只有那些幅度大于UT+的脈沖才會在輸出端產(chǎn)生輸出信號?？梢?，施密特觸發(fā)器具有脈沖鑒幅能力。 圖7-11 脈

10、沖鑒幅 2022-2-1227工作特點： 第一，它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)； 第二，在外加脈沖作用下，觸發(fā)器能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)； 第三，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間后，將自動返回穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與外加觸發(fā)信號無關(guān)。1. 555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 2022-2-1228 （1得到負(fù)脈沖外觸發(fā)：使高觸發(fā)置0端TH有效暫穩(wěn)態(tài)0自動返回：通過電容C的充放電使低觸發(fā)置1端TR有效穩(wěn)態(tài)1 思緒：外觸發(fā)自動返回 （2得到正脈沖 外觸發(fā)：使低觸發(fā)置1端TR有效暫穩(wěn)態(tài)1 自動返回：通過電容C的充放電使高觸發(fā)置0端TH有效穩(wěn)態(tài)02022-2-12292022-2-1230圖7-12

11、 555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（a電路 （b工作波形 工作原理：穩(wěn)態(tài)為0 低觸發(fā)有效置1 T截止， C充電 自動高觸發(fā)返0 提高基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定性的濾波電容 輸出脈沖的寬度tw1.1RC。當(dāng)觸發(fā)脈沖uI為高電平時，VCC通過R對C充電，當(dāng)TH = uC2/3VCC時，高觸發(fā)端TH有效置0；此時，放電管導(dǎo)通，C放電，TH = uC =0。穩(wěn)態(tài)為0狀態(tài)。 此時放電管T截止，VCC通過R對C充電。 當(dāng)TH = uC2/3VCC時，使高觸發(fā)端TH有效，置0狀態(tài)，電路自動返回穩(wěn)態(tài)，此時放電管T導(dǎo)通。 電路返回穩(wěn)態(tài)后，C通過導(dǎo)通的放電管T放電，使電路迅速恢復(fù)到初始狀態(tài)。 2022-2-1231工作原理：當(dāng)觸

12、發(fā)脈沖uI下降沿到來時，低觸發(fā)端TR有效置1狀態(tài)，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。 當(dāng)觸發(fā)脈沖uI為高電平時，VCC通過R對C充電，當(dāng)TH = uC2/3VCC時，高觸發(fā)端TH有效置0；此時，放電管導(dǎo)通，C放電，TH = uC =0。穩(wěn)態(tài)為0狀態(tài)。 此時放電管T截止，VCC通過R對C充電。 當(dāng)TH = uC2/3VCC時，使高觸發(fā)端TH有效，置0狀態(tài)，電路自動返回穩(wěn)態(tài)，此時放電管T導(dǎo)通。 電路返回穩(wěn)態(tài)后，C通過導(dǎo)通的放電管T放電，使電路迅速恢復(fù)到初始狀態(tài)。 2022-2-12323.3.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. 脈沖延時單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要應(yīng)用是整形、定時和延時。 圖7-15單穩(wěn)電路的延時作用

13、 如果需要延遲脈沖的觸發(fā)時間，可利用單穩(wěn)態(tài)電路來實現(xiàn)。 tw 1.1RC uO的下降沿比的下降沿比uI的下降沿延遲了的下降沿延遲了tw的時間。的時間。 2022-2-12332.脈沖定時 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠產(chǎn)生一定寬度tw的矩形脈沖，利用這個脈沖去控制某一電路，則可使它在tw時間內(nèi)動作(或者不動作)。 圖7-16脈沖定時2022-2-1234 例1： 定時 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以構(gòu)成定時電路；與繼電器或驅(qū)動放大電路配合， 可實現(xiàn)自動控制、定時開關(guān)的功能，一個典型定時電路如圖7.17所示。 84762355515R2RW10 k1 MR11 M0.01 FCSBDKAuo UDDHL220 V6 V20

14、22-2-1235 當(dāng)電路接通+6 V電源后，經(jīng)過一段時間進入穩(wěn)定狀態(tài)，定時器輸出OUT為低電平，繼電器KA當(dāng)繼電器無電流通過時，常開接點處于斷路狀態(tài)無通過電流，故形不成導(dǎo)電回路，燈泡HL不亮。當(dāng)按下按鈕SB時，低電平觸發(fā)端TR外部信號輸入端Ui由接+6V電源變?yōu)榻拥兀喈?dāng)于輸入一個負(fù)脈沖，使電路由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)狀態(tài)，輸出OUT為高電平，繼電器KA通過電流，使常開接點閉合，形成導(dǎo)電回路，燈泡HL發(fā)亮；暫穩(wěn)定狀態(tài)的出現(xiàn)時刻是由按鈕SB何時按下決定的，它的持續(xù)時間tW也是燈亮?xí)r間則是由電路參數(shù)決定，若改變電路中的電阻RW或C，均可改變tW。 2022-2-1236 典型延時電路如圖7.18所示，

15、與定時電路相比，其電路的主要區(qū)別是電阻和電容連接的位置不同。電路中的繼電器KA為常斷繼電器，二極管D的作用是限幅保護。當(dāng)開關(guān)SA閉合，直流電源接通，555定時器開始工作，若電容初始電壓為零， 因電容兩端電壓不能突變，而UDD=UC+UR，所以UTH= =UR=UDD-UC=UDD，OUT = “0”，繼電器常開接點保持?jǐn)嚅_；同時電源開始向電容充電，電容兩端電壓不斷上升，而電阻兩端電壓對應(yīng)下降，當(dāng) UC ，TRUDDU322022-2-1237 即UTH= =UR 時，OUT = “1”，繼電器常開接點閉合；電容充電至UC=UDD時結(jié)束，此時電阻兩端電壓為零，電路輸出OUT保持為“1”，從開關(guān)S

16、A按下到繼電器KA閉合這段時間稱為延時時間。 DDU31TRU UDD84623150.01 F50 FCSAR2 MDKA2022-2-1238 2) 分頻 當(dāng)一個觸發(fā)脈沖使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進入暫穩(wěn)狀態(tài)，在此脈沖以后時間tW內(nèi)，如果再輸入其他觸發(fā)脈沖，則對觸發(fā)器的狀態(tài)不再起作用；只有當(dāng)觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)時，輸入的觸發(fā)脈沖才起作用，分頻電路正是利用這個特性將高頻率信號變換為低頻率信號，電路如圖8.19所示。2022-2-1239847623150.01 FC2C10.01 FR210 kR110 kDC2000 pF UDDuo( f/n)ui( f)2022-2-1240 1多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀

17、態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。 2通過電容的充電和放電，使兩個暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，無需外觸發(fā)。 3輸出周期性的矩形脈沖信號，由于含有豐富的諧波分量，故稱作多諧振蕩器。2022-2-12411. 555構(gòu)成多諧振蕩器構(gòu)成多諧振蕩器 設(shè)計思想：是無穩(wěn)態(tài)電路，兩個暫穩(wěn)態(tài)不斷地交替。利用放電管T作為一個受控電子開關(guān)，使電容充電、放電而改變TH=TR，則交替置0、置1。 圖7-20 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器（a電路 （b工作波形 電容C充電充=( R1+R2)C 電容C放電放= R2C 振蕩器輸出脈沖uO的工作周期為： T0.7(R1+2R2)C 2022-2-1242 2. 改進電路 圖7.2

18、0a所示電路只能產(chǎn)生占空比大于0.5的矩形波， 而圖7.21所示電路可以產(chǎn)生占空比處于0和1之間的矩形波。這是因為它的充放電的路徑不同， 圖圖7.21 可調(diào)占空比的多諧振蕩器可調(diào)占空比的多諧振蕩器84762315555 UDDuoC2D2C1D1RARBRW2022-2-12432.2.石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 前面介紹的多諧振蕩器的一個共同特點就是振蕩頻率不穩(wěn)定，容易受溫度、電源電壓波動和RC參數(shù)誤差的影響。而在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖信號常用作時鐘信號來控制和協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的工作。因此，控制信號頻率不穩(wěn)定會直接影響到系統(tǒng)的工作，顯然，前面討論的多諧振蕩器是不能滿足要求的，必須采用頻率穩(wěn)定度很

19、高的石英晶體多諧振蕩器。 2022-2-1244石英晶體的阻抗頻率特性圖 石英晶體具有很好的選頻特性。當(dāng)振蕩信號的頻率和石英晶體的固有諧振頻率fo相同時，石英晶體呈現(xiàn)很低的阻抗，信號很容易通過，而其它頻率的信號則被衰減掉。2022-2-1245因此，將石英晶體串接在多諧振蕩器的回路中就可組成石英晶體振蕩器，這時，振蕩頻率只取決于石英晶體的固有諧振頻率fo，而與RC無關(guān)。圖7-27石英晶體振蕩器電路 在對稱式多諧振蕩器的基礎(chǔ)上，串接一塊石英晶體，就可以構(gòu)成一個石英晶體振蕩器電路。該電路將產(chǎn)生穩(wěn)定度極高的矩形脈沖，其振蕩頻率由石英晶體的串聯(lián)諧振頻率fo決定。 2022-2-1246目前，家用電子鐘

20、幾乎都采用具有石英晶體振蕩器的矩形波發(fā)生器。由于它的頻率穩(wěn)定度很高，所以走時很準(zhǔn)。通常選用振蕩頻率為32768 Hz的石英晶體諧振器，因為32768215，將32768HZ經(jīng)過15次二分頻，即可得到1HZ的時鐘脈沖作為計時標(biāo)準(zhǔn)。2022-2-12472022-2-1248例例2 2：溫度、亮度報警器：溫度、亮度報警器： 原理原理: : 在給定的溫度在給定的溫度( (或亮度或亮度) )范圍內(nèi)范圍內(nèi), ,晶體管截止晶體管截止, ,輸出低輸出低電平電平( (射極跟隨射極跟隨),),利用利用4 4腳復(fù)位端腳復(fù)位端, ,使使555555所組成的多諧振蕩器停止工所組成的多諧振蕩器停止工作。作。 當(dāng)溫度或亮度超過一定限度后，三極管導(dǎo)通，并輸出當(dāng)溫度或亮度超過一定限度后，三極管導(dǎo)通，并輸出高電平。高電平。4 4腳不再有效，振蕩器起振，有揚聲器發(fā)出報警音響。腳不再有效，振蕩器起振，有揚聲器發(fā)出報警音響。 2022-2-1249例例3 3：人體感應(yīng)報警器：人體感應(yīng)報警器： 當(dāng)有人接近感應(yīng)片時，人體感應(yīng)的雜波就會通過感應(yīng)片加到當(dāng)有人接近感應(yīng)片時，人體感應(yīng)的雜波就會通過感應(yīng)片加到BG1B