數(shù)電8脈沖波形的變換與產(chǎn)生課件

8脈沖波形的變換與產(chǎn)生本章介紹獲得矩形脈沖波的方法。有兩種：1.利用脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路（如多諧振蕩器）直接產(chǎn)生所需的矩形脈沖波；2.利用波形變換電路亦稱整形電路（如單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器），將不理想的波形變換成所需的矩形脈沖波。

集成555定時(shí)器可構(gòu)成矩形脈沖波發(fā)生器與整形電路。12、掌握555定時(shí)器的工作原理以及由555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器的電路和工作原理。1、正確理解單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器的基本概念。教學(xué)基本要求：28.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8.1.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的概念8.1.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用3穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)自動(dòng)返回5①電路在沒有觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。1.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：②在外來觸發(fā)信號(hào)作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài);③由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，暫穩(wěn)態(tài)不能長久保持,經(jīng)過一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。

由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間，是靠RC定時(shí)電路的充、放電過程來維持的。故單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間取決于電路中的RC參數(shù)值。

6不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的分類:工作特點(diǎn)劃分7vOvItwtwvOvItwtw不可重復(fù)觸發(fā)可重復(fù)觸發(fā)被重復(fù)觸發(fā)沒有被重復(fù)觸發(fā)t974121邏輯功能表

HHA1A2BQLHLLHLLLHHHLHHHHHHLL3.集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121（不可重復(fù)觸發(fā)）不可觸發(fā)，保持穩(wěn)態(tài)不變當(dāng)正跳變觸發(fā)脈沖從B端輸入時(shí)，A1和A2端是電平控制端，兩者中至少有一個(gè)為低電平時(shí)才允許觸發(fā)。電路輸出正脈沖。當(dāng)A1或A2端有負(fù)跳變觸發(fā)脈沖輸入時(shí)，B

為電平控制端，B為高電平時(shí)允許觸發(fā)。電路輸出正脈沖。負(fù)跳變觸發(fā)脈沖輸入端正跳變觸發(fā)脈沖輸入端74121邏輯圖、引腳圖及定時(shí)電容、電阻的連接見教材393頁所示108.1.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1.定時(shí):利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生的一定寬度的脈沖作定時(shí)信號(hào)去控制另一個(gè)電路，則可使其在tW寬度內(nèi)有效操作。如：

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的RC取值不同（即其輸出的脈沖寬度不同），與門的開啟時(shí)間就不同，通過與門的脈沖個(gè)數(shù)也就不一樣。113.消除噪聲噪聲一般多為尖脈沖，如合理地選擇R、C的值，使單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生的矩形脈沖的脈寬tw大于噪聲尖脈沖寬度而小于信號(hào)脈寬，

即可消除噪聲。138.2施密特觸發(fā)器8.2.1施密特觸發(fā)器的基本概念8.2.2施密特觸發(fā)器的應(yīng)用148.2.1施密特觸發(fā)器的概念

施密特觸發(fā)器是一種脈沖波整形電路。它可將邊沿變化緩慢的輸入信號(hào)波形（如鋸齒波等）整形為矩形波，以適應(yīng)數(shù)字電路的需要。

施密特觸發(fā)器(SchmittTrigger)，簡單的說就是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門。施密特觸發(fā)器也有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同的是，施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號(hào)電位維持；對(duì)于負(fù)向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號(hào)，施密特觸發(fā)器有不同的閥值電壓。15

施密特觸發(fā)器具有兩種穩(wěn)定的工作狀態(tài)。它處于哪一種穩(wěn)態(tài)，則取決于輸入信號(hào)的電平。當(dāng)輸入信號(hào)上升到VT+時(shí)，電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)；當(dāng)輸入信號(hào)下降到VT-時(shí)，電路又會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。顯然兩次翻轉(zhuǎn)所對(duì)應(yīng)的輸入電平值是不同的。下圖示為其電壓傳輸特性。同相輸出施密特觸發(fā)器的傳輸特性和邏輯符號(hào)反相輸出施密特觸發(fā)器的傳輸特性和邏輯符號(hào)

oVT+

vO

VOH

VOL

VT-

vI

17回差特性：回差特性是施密特觸發(fā)器的一個(gè)重要特性。對(duì)回差特性的要求視其應(yīng)用場合而有所不同。當(dāng)用它作整形和波形變換時(shí)，希望回差電壓越小越好；若回差電壓大于信號(hào)電壓幅度，則電路一旦翻轉(zhuǎn)后就不能再次翻轉(zhuǎn)，也就得不到矩形波輸出了。當(dāng)利用回差特性消除干擾時(shí)，要選擇適當(dāng)?shù)碾娐穮?shù)，保證有一定回差電壓，以消除疊加在輸入信號(hào)上的干擾。由于施密特觸發(fā)器具有回差電壓，所以抗干擾能力較強(qiáng)。18vovI假定輸入信號(hào)VI為三角波。電路的頻率可變?（不變）占空比可變?（可變）如何改變占空比?（改變回差電壓即可）回差電壓又稱滯后電壓從該例可見：198.2.2施密特觸發(fā)器的應(yīng)用VT+VT_vT+vT-1.波形變換：可將三角波、正弦波等變成矩形波。

21波形的整形：

數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖在傳輸中經(jīng)常發(fā)生波形畸變，出現(xiàn)上升沿和下降沿不理想的情況，可用施密特觸發(fā)器整形后，獲得較理想的矩形脈沖。

常用作計(jì)數(shù)器的輸入整形電路，使輸入信號(hào)經(jīng)整形后變成邊沿陡峭的矩形脈沖，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖。

22vovI合理選擇回差電壓，可消除干擾信號(hào)。

3.消除干擾信號(hào)（b）回差電壓為VT1的輸出波形（c）回差電壓為VT2的輸出波形（a）具有頂部干擾的輸入信號(hào)238.4555定時(shí)器及其應(yīng)用8.4.1555定時(shí)器8.4.2用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器8.4.3用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

8.4.4用555定時(shí)器組成多諧振蕩器258.4.1555定時(shí)器555定時(shí)器是美國Signetics公司1972年研制的用于取代機(jī)械式定時(shí)器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計(jì)有三個(gè)5kΩ的電阻而得名。此電路后來竟風(fēng)靡世界。555定時(shí)器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。

它成本低，性能可靠，只需外接少量的阻容元件，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動(dòng)控制等方面。廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。

555的具體應(yīng)用：

（1）構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等；

（2）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時(shí)、延時(shí)、整形及一些定時(shí)開關(guān)中；（3）構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號(hào)產(chǎn)生電路。

261、555定時(shí)器的引腳及其功能：UCC

觸發(fā)輸入端12345678輸出端復(fù)位端電壓控制端閾值輸入端放電端555555應(yīng)用電路采用這3種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實(shí)用的電子電路，如定時(shí)器、分頻器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機(jī)電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動(dòng)控制電路等。27電阻分壓器：電壓比較器：基本SR鎖存器輸出緩沖反相器：放電三極管（三極管開關(guān)）：TvovICvI1vI2vo’C1C2+--+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5k

5k

5k

&&1RDVCC(8)G2.電路結(jié)構(gòu)它由3個(gè)5k的電阻串聯(lián)組成的分壓器（產(chǎn)品因此得名）、電壓比較器C1和C2

、基本SR鎖存器、放電三極管T及輸出緩沖器G組成。為比較器C1和C2提供參考電壓。其輸出控制SR鎖存器和放電三極管T的狀態(tài)為外接電路提供放電通路。其集電極（7腳）一般要外接上拉電阻。提高定時(shí)器的帶負(fù)載能力，隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器的影響。293.工作原理：不變不變1導(dǎo)通01截止11導(dǎo)通00××放電管T輸出(VO)復(fù)位(RD)觸發(fā)輸入(VI2)閾值輸入(VI1)輸出輸入10101110不變截止導(dǎo)通不變00304.555定時(shí)器功能表不變不變1導(dǎo)通01截止11導(dǎo)通00××放電管T輸出(VO)復(fù)位(RD)觸發(fā)輸入(VI2)閾值輸入(VI1)輸出輸入318.4.2用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器vI將555定時(shí)器的閾值輸入端和觸發(fā)輸入端相接，即構(gòu)成反相輸出的施密特觸發(fā)器。此電路的正向閾值電壓（VT+）和負(fù)向閾值電壓（VT-）為何？(VT+=2VCC/3;VT-=VCC/3)回差電壓呢？如何改變電路的閾值電壓和回差電壓?0.01F321.用555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器的簡化電路：如何改變電路的閾值電壓和回差電壓?在VIC（電壓控制）端加控制電壓VIC，可通過改變控制電壓的大小來調(diào)節(jié)閾值電壓(VT+=VIC；VT-=VIC/2）和回差電壓（VT=VIC/2）。332.555組成的施密特觸發(fā)器的應(yīng)用：①波形變換VT+VT_34②波形產(chǎn)生電路(多諧振蕩器)CvovIR1358.4.3用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

1、電路及其工作原理VCCvI36②外加觸發(fā)信號(hào)(υi<VCC/3)

，電路轉(zhuǎn)換到暫態(tài)，輸出為1③觸發(fā)信號(hào)消除后，電容充電至2VCC/3時(shí)，電路由高電平自動(dòng)轉(zhuǎn)換到低電平，穩(wěn)態(tài)輸出為0。①?zèng)]有觸發(fā)信號(hào)時(shí)(υi)電路處于穩(wěn)態(tài)，輸出為0

13VCCVCCvI1000導(dǎo)通截止截止放電充電①若接通電源后，Q=0，V0=0，T導(dǎo)通，電容通過放電三極管T放電，使VC=0，V0保持低電平不變；若接通電源后，Q=1，T截止，電源通過電阻向電容充電，當(dāng)VC上升到2VCC/3時(shí)，由于鎖存器為0，V0為低電平。此時(shí)，T導(dǎo)通，電容C放電，V0保持低電平不變。因此，電路通電后在沒有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路只有一種穩(wěn)態(tài)V0=0。0111Q037tw=RC1n3≈1.1RC

2、工作波形及輸出脈寬的計(jì)算電路是可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)?(否)如將5腳接電壓V,電路的脈寬會(huì)改變嗎?（會(huì)）V增加（即VT+加大）,脈寬如何改變?（增寬）VC從零電平上升到2VCC/3的時(shí)間，即為輸出電壓Vo的脈寬tw。38

①脈沖寬度調(diào)制器工作波形3、555組成的單穩(wěn)態(tài)的應(yīng)用如果將單穩(wěn)態(tài)電路的電壓控制端加入一個(gè)變化電壓，當(dāng)控制電壓升高時(shí)，電路的閾值電壓升高，輸出的脈沖寬度隨之增加;而當(dāng)控制電壓降低時(shí)，電路的閾值電壓也降低，單穩(wěn)的輸出脈寬則隨之減小。如果加入的控制電壓是如右下圖所示的三角波，則在單穩(wěn)的輸出端便可得到一串隨控制電壓變化的脈寬調(diào)制波形。電路圖39②用555定時(shí)器組成可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)電路圖工作過程及波形圖見教材420頁。408.4.4用555定時(shí)器組成多諧振蕩器1、電路組成R1R2

TC1C2+--+(4)RS&5k

5k

5k

&&1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)C)(-CCV-1R-2R411）電路第一暫態(tài)，輸出為1。電容充電，電路轉(zhuǎn)換到第二暫態(tài),輸出為02、工作原理:2）電路第二暫穩(wěn)態(tài)，電容放電，電路轉(zhuǎn)換到第一暫態(tài)，輸出為1。

TC1C2+--+(4)RS&5k

5k

5k

&&1RDVCC(8)G(1)(2)(5)(6)(7)C)(-CCV-1R-2R電路第一暫態(tài)，輸出為1。接通電源后，電容C充電，當(dāng)VC上升到2VCC/3時(shí)，由于鎖存器為0，Vo為低電平,電路轉(zhuǎn)換到第二暫態(tài),輸出為0;此時(shí)，T導(dǎo)通，電容C通過R2和T放電，當(dāng)VC10截止充電0導(dǎo)通放電下降到VCC/3時(shí)，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，T截止,VCC向C充電，當(dāng)VC上升到2VCC/3時(shí)，Vo又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波。0101101423、工作波形與振蕩頻率計(jì)算tPL=R2Cln2≈0.7R2C

tpH=(R1+R2)Cln2≈0.7(R1+R2