數(shù)字電子技術(shù)脈沖波形的產(chǎn)生與整形PPT課件

1、16.1 概述 1.脈沖幅度脈沖幅度Vm2.脈沖寬度脈沖寬度tW0.5Vm0.5Vm3.上升時間上升時間tr0.1Vm0.9Vm4.下降時間下降時間tf0.9Vm0.1Vm5.周期周期T周期性脈沖信號，兩脈沖間的時間間隔周期性脈沖信號，兩脈沖間的時間間隔6.頻率頻率f周期的倒數(shù)或每秒鐘重復(fù)的次數(shù)。周期的倒數(shù)或每秒鐘重復(fù)的次數(shù)。 7.占空比占空比q脈沖寬度與周期之比脈沖寬度與周期之比描述矩形脈沖的幾個參數(shù)理想波形：實際波形：0.9VmVmtr0.5Vm0.1VmtftWT第1頁/共44頁26.5 555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能 6. 5.1 555 定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能 555定時器是一種將模擬

2、電路和數(shù)字電路集成于一體的多功能中規(guī)模集成電路。利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器等多種電路。在脈沖波形的產(chǎn)生、整形、波形變換、定時等方面應(yīng)用極廣。 555定時器是由于其型號的最后三位是555而命名的。世界上各個廠家都有各自的555產(chǎn)品。盡管其型號各不相同，但其最后幾位都是555。第2頁/共44頁3電路結(jié)構(gòu)：由分壓器，C1、C2比較器, 基本 RS觸發(fā)器，集電極開路的放電三極管TD四部分構(gòu)成。主要原理：定時器的主要功能取決于比較器和基本RS觸發(fā)器。比較器：C1輸入信號 vI1（也稱閾值端，用 TH 標(biāo)識） C2輸入信號 vI2（也稱觸發(fā)端，用 TR 標(biāo)識）+C1+C2&

3、amp;1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)vO(DISC)vI2(TR)RDR1第3頁/共44頁4C1、C2參考電壓由電阻分壓器和外接控制電壓VCO決定。若外加電壓VCO則：VR1=VCOVR2=1/2VCO基本RS觸發(fā)器：置1端vC2，置0端vC1，低電平觸發(fā)，RD為清零端。TD放電管： 工作狀態(tài)由vO決定，工作時需外接電阻和電源。則： VR1=2/3VccVR2=1/3Vcc若VCO懸空+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658VCOvI1(TH)v

4、O(DISC)vI2(TR)RD第4頁/共44頁5由圖可知：vI1VR1，vI2VR2時，vC1=0，vC2=1，置0有效，Q=0，vO=0, TD導(dǎo)通vI1VR2時，vC1 =1，vC2 =1，保持，Q保持，vO保持，TD保持vI1VR1，vI2VR1，vI22/3Vcc1/3Vcc0通11/3Vcc不變不變12/3Vcc2/3VccVT-vIvOVT+VT-施密特觸發(fā)器反相輸出施密特觸發(fā)器第7頁/共44頁86.5.2 用555構(gòu)成施密特觸發(fā)器方法：將vI1和vI2連在一起做輸入端，構(gòu)成反相施密特觸發(fā)器。(1)vI從0上升的情況1/3VCCvI 2/3VCC時，vC1 =0，vC2 =1，v

5、I1/3VCC時，Q=1，vO=1vC1=1，vC2 =0，+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvI第8頁/共44頁9(2)vI從高于 2/3VCC下降的情況1/3VCCvI2/3Vcc時，vC1 =1，vC2 =1，Q=0不變， vO=0不變Q=1， vO =1，所以VT-=1/3VCCvI2/3VCC時，Q=0，vO=0vC1=0，vC2 =1，+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvI第9頁/共44頁10+UCC

6、uouTH0.01FVCORDTR改變5腳的電壓值，可改變回差電壓，提高抗干擾能力?；夭铍妷海篤T =VT+ -VT- =1/3Vcc電壓傳輸特性：vOvIVT-VT+如果參考電壓由如果參考電壓由UCO提供，提供，則則VT+= UCO ， VT=1/2 UCO VT =VT+ -VT- =1/2 UCO第10頁/共44頁11集成施密特觸發(fā)器集成施密特觸發(fā)器7413&YACBD&ACBD1Y等效電路帶與非功能的施密特觸發(fā)器VVT7 . 1 VVT8 . 0 VVT9 . 0 不可調(diào)集成施密特觸發(fā)器CC401061vIvODDTVV21 DDTVV21 調(diào)

7、節(jié)VDD可調(diào)TV 第11頁/共44頁12施密特觸發(fā)器的應(yīng)用將正弦波、三角波等轉(zhuǎn)換成矩形波tvOVT-VT+vIt1vIvO一、用于波形變換第12頁/共44頁13tvOVT-VT+tvOVT-VT+1vIvO二、用于脈沖整形tvOVT-VT+vItvItvIt將不理想的矩形波轉(zhuǎn)換成理想矩形波如上升沿、下降沿不理想，寄生振蕩，干擾脈沖造成的不理想脈沖第13頁/共44頁14三、用于脈沖鑒幅將一些不同幅度的脈沖信號加到施密特觸發(fā)器的輸入端時，只有那些大于VT+的脈沖才會產(chǎn)生輸出信號。vItvOtVT+VT-1vIvO第14頁/共44頁15電路84162357555R1R20.01 FLDR+VCCKK

8、A路燈自動開關(guān)控制電路光照強(qiáng)LDR阻值小VA2/3VCC 輸出低電平VT止K線圈斷電常閉觸點閉合燈亮光敏電阻第15頁/共44頁166.5.3 用555構(gòu)成單穩(wěn)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器功能特點：1.電路有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個狀態(tài)。2.在觸發(fā)信號作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持 一段時間后，再自動返回穩(wěn)態(tài)。3.暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖寬 度無關(guān)。由外界觸發(fā)由外界觸發(fā)自動返回自動返回學(xué)習(xí)的重點: 為什么會自動返回？需多少時間？vIvO暫穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)tW穩(wěn)態(tài)第16頁/共44頁176.5.3 用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器vI2作觸發(fā)輸入， vI1與vO相接，上接R到VCC，下接C到

9、地vOtwvI2功能：方法：+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIRC特點：低電平觸發(fā)(1/3VCC）， vI1= 0，vC1=1，vC2=1，Q=0，vO=0，C上無電荷， TD導(dǎo)通C放電， vC下降， 當(dāng)vC下降到2/3VCC時，vC1=0，置0,Q=0，vO =0，則TD導(dǎo)通+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIRCvC第18頁/共44頁19(2)暫穩(wěn)態(tài)過程vI下降沿到來時，vC2=0，置1，故vO=1，進(jìn)

10、入暫穩(wěn)態(tài)，TD止C充電，當(dāng)vC上升到2/3VCC時，vC1=0， vI2上升沿到來時，vC2=1，置0，vO=0，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束 +C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658vI1vI2RDvIRCvCCCV32tvIvOvCt第19頁/共44頁20TD通，C放電，vC下降使vCtW，則vI1=VTH 時，vC1=vC2=0，工作不正常。 措施：在輸入端加微分網(wǎng)絡(luò)Rd、Cd（足夠小），將寬脈沖變?yōu)檎}沖。CCV32tvIvOvCttwvdRdCdvIvdvItt+UCC48562713.uCCuOR0.01F第22頁/共44頁23l

11、 該電路為不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路，除此之外還有可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路。在暫穩(wěn)態(tài)尚未結(jié)束時，又來一個觸發(fā)脈沖，此脈沖不會引發(fā)新的暫穩(wěn)態(tài)。Retriggers tw如果在暫穩(wěn)態(tài)尚未結(jié)束時，又來一個觸發(fā)脈沖，可再引發(fā)一個暫穩(wěn)態(tài)。第23頁/共44頁24(1)上升沿觸發(fā)(2)下降沿觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點：74121 TTL集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器當(dāng)A1A2=0時，B上升沿觸發(fā)當(dāng)B=1，A1(或A2)=1時，A2(或A1)下降沿觸發(fā)Cext Rext Rin VCCA1A2BvOvOGND16753410 1191474121BtA1ttA2vOttWtWtW(3)暫穩(wěn)時間可調(diào)1011914Rint內(nèi)部有固定

12、電阻，可外接電容和電阻。通過調(diào)節(jié)外部電阻或電容可調(diào)暫穩(wěn)時間(4) 不可重復(fù)觸發(fā)型第24頁/共44頁25Cext Rext Rin VCCA1A2BvOvOGNDVCCCext16710119145341Rext2lnextextwCRT b. 外接電容Cext，外接電阻Rext2lnintextwCRT a.外接電容Cext，內(nèi)部電阻RintCext Rext Rin VCCA1A2BvOvOGNDVCCC167101191453411011914RintCextRext1011914RintCext兩種使用方法兩種使用方法第25頁/共44頁2674122、74123可重復(fù)觸發(fā)型74121、7

13、4221不可重復(fù)觸發(fā)型74221 、74122、74123還設(shè)有直接清零端第26頁/共44頁271. 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。 圖單穩(wěn)電路的延時作用 如果需要延遲脈沖的觸發(fā)時間，可利用單穩(wěn)電路來實現(xiàn)。 uO的下降沿比uI的下降沿延遲了tw的時間。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用第27頁/共44頁282.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)。 圖脈沖定時調(diào)整 tw =1s，對uo的脈沖計數(shù)可構(gòu)成頻率計第28頁/共44頁29按一下按鈕 S未按uo0J的線圈不通電J 的觸點不動作紅燈 白燈亮滅1通電閉合

14、亮滅白燈亮的時間即為曝光時間 TwTw = 1.1 R C洗相曝光定時器若S打開 , 則 ui = 1 ;若S合上 , 則 ui = 0 。48162357uoui+UCCRCDTHTRSJJ紅白D1D2555第29頁/共44頁30觸摸定時控制開關(guān)48162357uoP+6VRCuC0.01 F555RL人手觸摸P, 觸發(fā)，uo高電平, 燈亮tw秒。tw= 1.1 RC第30頁/共44頁313. 整形整形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器uiuottuiuotwtwtwtw在uO=1時，輸入信號的波動，對輸出的信號無影響。將不規(guī)則波形轉(zhuǎn)換成幅度和寬度一定的矩形波輸出脈沖第31頁/共44頁326.5.4 用555定時

15、器接成的多諧振蕩器多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，接通電源后，不需外加觸發(fā)信號，就能產(chǎn)生矩形波輸出。由于矩形波中含有豐富的諧波，故稱為多諧振蕩器。是一種常用的脈沖波形發(fā)生器，觸發(fā)器和時序電路中的時鐘脈沖一般是由多諧振蕩器產(chǎn)生的。輸出矩形波的頻率和占空比可調(diào)。功能特點：無穩(wěn)態(tài)；輸出信號自動地從1態(tài)翻到0態(tài)，再從0態(tài)翻到1態(tài)，形成矩形脈沖。第32頁/共44頁336.5.4 用555定時器接成的多諧振蕩器原理：先接成施密特觸發(fā)器，再利用RC充放電電路接回輸入端。設(shè)計思想：利用放電管T作為一個受控電子開關(guān)，使電容充電、放電而改變置0置1信號，交替置0、置1。 +C1+C2&1vC1vC2QQVR

16、1VR25K5K5KTDvOG1G2G3G434172658RDR2CR1vOvC+48562713+UCCuOvC.CR1R20.01F第33頁/共44頁34工作過程：tvOvCtCCV31CCV32T1T2波形加電時，vC=0，則vO=1，TD 截止。C充電，vC上升。當(dāng)vC =2/3VCC時，vC1=0，vO=0，TD導(dǎo)通，vO=0，C放電，vC下降當(dāng)vC =1/3Vcc時，vC2=0，vO=1，TD截止，vO=1，C充電，vC上升如此循環(huán).VCC+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KTDvOG1G2G3G434172658RDR2CR1vOvC+第34頁/共4

17、4頁35參數(shù)計算：21TTT CRR)(21 CCCVv31)0( CCCVv )(CCTHVV32 T1充電：2ln)(3231ln)(21211CRRVVVVCRRTCCCCCCCC vCtvOtCCV31CCV32T1T2VCC+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KTDvOG1G2G3G434172658RDR2CR1vOvC+第35頁/共44頁36CR2 CCCVv32)0( 0)( CvCCTHVV31 T2放電：2ln310320ln222CRVVCRTCCCC 121212(+2) ln20.7(+2)T =T +T = RR C=RR CvCtvOtC

18、CV31CCV32T1T2+C1+C2&1vC1vC2QQVR1VR25K5K5KVCCTDvOG1G2G3G434172658RDR2CR1vOvC+第36頁/共44頁37占空比%5022121211 RRRRTTTq怎樣獲得小于50%的占空比？加二極管改變充放電路徑，使得充電快，放電慢。例：要求設(shè)計多諧振蕩器32531 qVVVsTm，121(2ln21:3ln21:10F代入得取T = R + R )C=R C=C =212121:322:RRRRRRq 得得由由則R1=R2=48K+C1+C2VCC1726CR1R2D1D2第37頁/共44頁381 2 3 48 7 6 5+5VvO47K2K47K10F電路圖：使用電阻加電位器以利調(diào)節(jié)q第38頁/共44頁39多諧振蕩器的應(yīng)用舉例（1）門鈴SB按下，電源接通，振蕩，喇叭發(fā)出聲音SB不按，電源斷開，振蕩器不工作，喇叭不響T =0.7（10103+2 100 103 ） 0.01 1