• 数字电子技术基础课件(第7章 脉冲产生与整形电
  • 发布时间:2020-06-30 07:22 | 作者:admin | 来源:原创 | 浏览:1200 次
  • 第7章脉冲波形的产生与整形,一、555定时器的电路结构由以下几部分组成(1)三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器。(2)两个电压比较器C1和C2。,8.1集成555定时器,电压比较器的功能vv-,vO1vv-,vO0(3)基本RS触发器、(4)放电三极管T及缓冲器G。,二.工作原理,(1)4脚为复位输入端(RD),当RD为低电平时,不管其他输入端的状态如何,输出vo为低电平。正常工作时,应将其接高电平。(2)5脚为电压控制端,当其悬空时,比较器C1和C2的比较电压分别为2/3VCC和1/3VCC。(3)2脚为触发输入端,6脚为阈值输入端,两端的电位高低控制比较器C1和C2的输出,从而控制RS触发器,决定输出状态。,7.2施密特触发器,施密特触发器具有回差电压特性,能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。一.用555定时器构成的施密特触发器1.电路组成及工作原理,2.电压滞回特性和主要参数(1)电压滞回特性,(2)主要静态参数(a)上限阈值电压VTvI上升过程中,输出电压vO由高电平VOH跳变到低电平VOL时,所对应的输入电压值。VT2/3VCC。(b)下限阈值电压VTvI下降过程中,vO由低电平VOL跳变到高电平VOH时,所对应的输入电压值。VT1/3VCC。(3)回差电压ΔVTΔVTVT-VT1/3VCC,二.集成施密特触发器1.CMOS集成施密特触发器CC40106,2.TTL集成施密特触发器74LS14,三.施密特触发器的应用举例,1.用作接口电路将缓慢变化的输入信号,转换成为符合TTL系统要求的脉冲波形。,2.用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。,3.用于脉冲鉴幅从一系列幅度不同的脉冲信号中,选出那些幅度大于VT的输入脉冲。,7.3多谐振荡器,多谐振荡器能产生矩形脉冲波的自激振荡器。一.用555定时器构成的多谐振荡器1.电路组成及工作原理,2.振荡频率的估算,(1)电容充电时间T1(用三要素法计算),,(2)电容放电时间T2,(3)电路振荡周期TTT1T20.7R12R2C(4)电路振荡频率f,(5)输出波形占空比q,二.占空比可调的多谐振荡器电路,利用半导体二极管的单向导电特性,把电容C充电和放电回路隔离开来,再加上一个电位器,便可构成占空比可调的多谐振荡器。,可计算得T10.7R1CT20.7R2C占空比,三.石英晶体多谐振荡器1.石英晶体的选频特性,有两个谐振频率。当ffs时,为串联谐振,石英晶体的电抗X0;当ffp时,为并联谐振,石英晶体的电抗无穷大。由晶体本身的特性决定fs≈fp≈f0(晶体的标称频率)石英晶体的选频特性极好,f0十分稳定,其稳定度可达10-10~10-11。,2.石英晶体多谐振荡器,(1)串联式振荡器,R1、R2的作用使两个反相器在静态时都工作在转折区,成为具有很强放大能力的放大电路。对于TTL门,常取R1R20.7~2kΩ,若是CMOS门则常取R1R210~100MΩ;C1C2是耦合电容。石英晶体工作在串联谐振频率f0下,只有频率为f0的信号才能通过,满足振荡条件。因此,电路的振荡频率f0,与外接元件R、C无关,所以这种电路振荡频率的稳定度很高。,(2)并联式振荡器,RF是偏置电阻,保证在静态时使G1工作转折区,构成一个反相放大器。晶体工作在略大于fS与fP之间,等效一电感,与C1、C2共同构成电容三点式振荡电路。电路的振荡频率f0。反相器G2起整形缓冲作用,同时G2还可以隔离负载对振荡电路工作的影响。,四.多谐振荡器应用实例1.简易温控报警器,,2.双音门铃。,,,3.秒脉冲发生器,CMOS石英晶体多谐振荡器产生f32768Hz的基准信号,经T/触发器构成的15级异步计数器分频后,便可得到稳定度极高的秒信号。这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源。,7.4单稳态触发器,单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态;在触发脉冲作用下,由稳态翻转到暂稳态;暂稳状态维持一段时间后,自动返回到稳态。一.用555定时器组成单稳态触发器1.电路组成及工作原理,(1)无触发信号输入时电路工作在稳定状态当vI1时,电路工作在稳定状态,即vO0,vC0。(2)vI下降沿触发当vI下降沿到达时,vO由0跳变为1,电路由稳态转入暂稳态。,(3)暂稳态的维持时间在暂稳态期间,三极管T截止,VCC经R向C充电。时间常数τ1RC,vC由0V开始增大,在vC上升到2/3VCC之前,电路保持暂稳态不变。(4)自动返回(暂稳态结束)时间当vC上升至2/3VCC时,vO由1跳变0,三极管T由截止转为饱和导通,电容C经T迅速放电,电压vC迅速降至0V,电路由暂稳态重新转入稳态。,(5)恢复过程当暂稳态结束后,电容C通过饱和导通的放电三极管T放电,时间常数τ2RCESC,经过(3~5)τ2后,电容C放电完毕,恢复过程结束。,2.主要参数估算,1输出脉冲宽度Tw(用三要素法计算),上式说明,单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定时元件R、C的取值,与输入触发信号和电源电压无关,调节R、C的取值,即可方便的调节tW。(2)恢复时间tretre(3~5)τ2(3)最高工作频率fmaxvI周期的最小值TmintW+tre因此,单稳态触发器的最高工作频率应为,二.集成单稳态触发器74121,A1和A2是两个下降沿有效的触发信号输入端,B是上升沿有效的触发信号输入端。,集成单稳态触发器74121的外部元件连接方法(a)使用外部电阻Rext且电路为下降沿触发的连接方式.,(b)使用内部电阻Rint且电路为上升沿触发的连接方式。,74121的主要参数,1输出脉冲宽度tW使用外接电阻tW≈0.7RextC使用内部电阻tW≈0.7RintC(2)输入触发脉冲最小周期TminTmintW+tretre是恢复时间。(3)周期性输入触发脉冲占空比q定义qtW/T最大占空比qmaxtW/Tmin74121内部电阻2kΩ,外接电阻Rext可在1.4~40kΩ之间选择,外接电容C可在10pF~10μF之间选择,所以,当R2kΩ时,最大占空比qmax为67;当R40kΩ时,最大占空比qmax可达90。,,,三.单稳态触发器的应用,1.延时与定时(1)延时,图中,v/O的下降沿比vI的下降沿滞后了时间tW。(2)定时,当v/O1时,与门打开,vOvF。当v/O0时,与门关闭,vO为低电平。显然与门打开的时间是恒定不变的,就是单稳输出脉冲v/O的宽度tW。,2.整形,单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI,整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平,宽度tW决定于暂稳态时间。,,3.触摸定时控制开关,555定时器构成单稳态触发器。只要用手触摸一下金属片P,由于人体感应电压相当于在触发输入端(管脚2)加入一个负脉冲,555输出端输出高电平,灯泡(RL)发光,当暂稳态时间(tW)结束时,555输出端恢复低电平,灯泡熄灭。该触摸开关可用于夜间定时照明,定时时间可由RC参数调节。,4.触摸、声控双功能延时灯,555和T1、R3、R2、C4组成单稳定时电路,定时(即灯亮)时间约为1分钟。当击掌声传至压电陶瓷片时,HTD将声音信号转换成电信号,经T2、T1放大,触发555,使555输出高电平,触发导通晶闸管SCR,电灯亮;同样,若触摸金属片A时,人体感应电信号经R4、R5加至T1基极,也能使T1导通,触发555,达到上述效果。,举例8.4.3图题8.4.3为一心律失常报警电路,图中vI是经过放大后的心电信号,其幅值vIm4V。(1)对应vI分别画出图中vo1、vo2、vo三点的电压波形;(2)说明电路的组成及工作原理。,举例间歇振荡器,EWB举例,举例报警器,EWB举例,本章小结,1.多谐振荡器是一种自激振荡电路,不需要外加输入信号,就可以自动地产生出矩形脉冲。用555定时器可以组成多谐振荡器,用石英晶体也定时器可以组成多谐振荡器。石英晶体振荡器的特点是fo的稳定性极好。2.施密特触发器和单稳态触发器,虽然不能自动地产生矩形脉冲,但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波,为数字系统提供标准的脉冲信号。3.555定时器是一种用途很广的集成电路,除了能组成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器以外,还可以接成各种灵活多变的应用电路。4.除了555定时器外,目前还有556(双定时器)和558(四定时器)等。,
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