15脈沖整形電路

1、第15章 脈沖波形的產(chǎn)生與整形本章內(nèi)容15.1 555定時(shí)器15.2施密特觸發(fā)器15.3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器15.4 多諧振蕩器概述 數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點(diǎn)之 一是：它的工作信號(hào)是離散的脈沖信號(hào)。最常用的脈沖信號(hào)是方波 ( 矩形波)。如何產(chǎn)生方波以及對(duì)不理想的方波如何整形，是本章討論的重點(diǎn)。脈沖信號(hào)：指突然變化的電壓或電流。脈沖電路的研究重點(diǎn)：波形分析。數(shù)字電路的研究重點(diǎn)：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(guò)整形電路對(duì)已有的波形進(jìn)行整形、變換，使之符合系統(tǒng)的要求。 矩形波及其參數(shù) 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

2、的是矩形波。矩形波有周期性與非周期性?xún)煞N。 矩形波的主要參數(shù) 周期性矩形波的周期用T表示，有時(shí)也用頻率f表示（f =1/ T）。 矩形波的另外幾個(gè)主要參數(shù)： （1）脈沖幅度Um （2）脈沖寬度tw （3）上升時(shí)間tr （4）下降時(shí)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(chēng)為對(duì)稱(chēng)方波。 555定時(shí)器為數(shù)字模擬混合集成電路。 是一種多用途的集成電路。只要其外部配接少量阻容元件就可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器這樣的脈沖整形電路?？僧a(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個(gè)5K的電阻分壓器，故稱(chēng)555。在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具

3、等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。 15.1555定時(shí)器及其應(yīng)用各公司生產(chǎn)的555定時(shí)器的邏輯功能與外引線(xiàn)排列都完全相同。雙極型產(chǎn)品CMOS產(chǎn)品單555型號(hào)的最后幾位數(shù)碼5557555雙555型號(hào)的最后幾位數(shù)碼5567556優(yōu)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)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(dá)200mA可達(dá)4mA一.集成555定時(shí)器電壓比較器的功能： v+ v-，vO=1 v+ v-，vO=0由以下幾部分組成：（1）三個(gè)5k電阻組成的分壓器。（2）兩個(gè)模擬電壓比較器C1和C2。（3）基本RS觸發(fā)器，（4）放電三極管T及緩沖器G。QQ低電平觸發(fā)端高電平觸發(fā)端復(fù)位端低電平有效放電端緩沖器4.516

4、V電壓控制端555定時(shí)器管腳圖每個(gè)管腳名字（1） 電阻分壓器 由3個(gè)5k的電阻R串聯(lián)組成（555也因此得名），為電壓比較器C1和C2提供基準(zhǔn)電壓。 （2） 電壓比較器C1和C2。當(dāng)UU時(shí)， UC輸出高電平，反之則輸出低電平。UC1UC2CO為控制電壓輸入端。當(dāng)CO懸空時(shí)，UR12/3VCC，UR21/3VCC。當(dāng)COUCO時(shí)，UR1UCO，UR21/2UCO TH稱(chēng)為高觸發(fā)端，TR 稱(chēng)為低觸發(fā)端。 （3） 基本RS觸發(fā)器 其置0和置1端為低電平有效觸發(fā)。 是低電平有效的復(fù)位輸入端。正常工作時(shí)，必須使 處于高電平。 （4）放電管T T是集電極開(kāi)路的三極管。相當(dāng)于一個(gè)受控電子開(kāi)關(guān)。其狀態(tài)受 控制，

5、當(dāng) 為零時(shí)截止，為1時(shí)導(dǎo)通。 （5）緩沖器 輸出緩沖器就是接在輸出端的反相器G3,其作用是提高定時(shí)器的帶負(fù)載能力和隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器的影響。2.工作原理 TH接至反相輸入端，當(dāng)THUR1時(shí)，UC1輸出低電平，使觸發(fā)器置0，故稱(chēng)為高觸發(fā)端（有效時(shí)置0）； TR接至同相輸入端，當(dāng)TRUR2時(shí)，UC2輸出低電平，使觸發(fā)器置1，故稱(chēng)為低觸發(fā)端（有效時(shí)置1）。 表6-2 555定時(shí)器的功能表 15.2 施密特觸發(fā)器 主要用途：把變化緩慢的信號(hào)波形變換為邊沿陡峭的矩形波。 特點(diǎn)：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(hào)。觸發(fā)方式：電平觸發(fā)。電壓傳輸特性特殊，電路有兩個(gè)轉(zhuǎn)換電平（上限

6、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(shí)有正反饋過(guò)程，從而輸出邊沿陡峭的矩形脈沖。 （也可以說(shuō)具有上述功能的電路就叫做施密特觸發(fā)器）返回 （2）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。 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）電壓傳輸特性圖b是施密特觸發(fā)器的輸出電壓UO與輸入電壓UI關(guān)系曲線(xiàn)，它是電路滯回特性形象而直觀(guān)的反映。雖然當(dāng)UI 由0V上升到VT+時(shí)，UO由UOL跳變到UOH,但是UI由VCC下降到VT+時(shí)，UO=UOH卻不改變，只有當(dāng)UI由VCC下降到VT-時(shí)，UO才會(huì)由UOH跳變?yōu)閂CC.VT-VT+3.主要靜態(tài)參數(shù)1.上限

7、閾值電壓UT+:使施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),輸出電壓UO由高電平UOH跳變到低電平UOL時(shí),所對(duì)應(yīng)的輸入電壓的值.2. 下限閾值電壓UT-:使施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),輸出電壓UO由高電平UOL跳變到低電平UOH時(shí),所對(duì)應(yīng)的輸入電壓的值.3.回差電壓UT=UT+-UT- 用門(mén)電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器已很少使用，這里介紹簡(jiǎn)單。集成施密特觸發(fā)器既有TTL型，也有CMOS型。 如74LS14是集成施密特觸發(fā)六反相器；74LS132是施密特觸發(fā)的四2輸入與非門(mén)。 如CC40106是集成施密特觸發(fā)六反相器；CC4093是施密特觸發(fā)的四2輸入與非門(mén)。 施密特觸發(fā)器電路組成： 1.由門(mén)電路實(shí)現(xiàn) 2.由555定時(shí)器實(shí)現(xiàn) 3.集

8、成施密特觸發(fā)器 （2）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。 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UT 回差UT = UT+UT（通常UT+UT）改變R1和R2的大小可以改變回差UT 電路工作波形 二、由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器1.上限閾值電壓:UT+=2VCC/3.2.下限閾值電壓UT-=1VCC/3.3.回差電壓UT=UT+-UT-=1VCC/31. 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）。波形變

9、換 三、施密特觸發(fā)器的應(yīng)用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(guò)施密特觸發(fā)器整形，可以獲得比較理想的矩形脈沖波形。 脈沖整形 波形畸變邊沿振蕩3脈沖鑒幅 將一系列幅度各異的脈沖信號(hào)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(huì)在輸出端產(chǎn)生輸出信號(hào)。可見(jiàn)，施密特觸發(fā)器具有脈沖鑒幅能力。 脈沖鑒幅 工作特點(diǎn)： 第一，它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)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(shí)間后，將自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路本身的參數(shù)，與外加觸發(fā)信號(hào)無(wú)關(guān)。例：樓道的聲控?zé)?。15.

10、2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的組成：1.可由門(mén)電路組成；2.可由555定時(shí)器組成；3.集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。2.由555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 思路：外觸發(fā)自動(dòng)返回 由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路工作波形可見(jiàn)，輸出脈沖的寬度等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間，而暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間取決于外接電阻R和電容C的取值，與輸入觸發(fā)信號(hào)和電源電壓無(wú)關(guān)，調(diào)節(jié)R,C即可改變tw.三、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用 1. 脈沖延時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要應(yīng)用是整形、定時(shí)和延時(shí)。 單穩(wěn)電路的延時(shí)作用 如果需要延遲脈沖的觸發(fā)時(shí)間，可利用單穩(wěn)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。 uO的下降沿比uI的下降沿延遲了tw的時(shí)間。 2.脈沖定時(shí) 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠產(chǎn)生一定寬度tw

11、的矩形脈沖，利用這個(gè)脈沖去控制某一電路，則可使它在tw時(shí)間內(nèi)動(dòng)作(或者不動(dòng)作)。 脈沖定時(shí) 1多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 2通過(guò)電容的充電和放電，使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)相互交 替，從而產(chǎn)生自激振蕩，無(wú)需外觸發(fā)。（由門(mén)電路組成） 3輸出周期性的矩形脈沖信號(hào)，由于含有豐富的諧波分量，故稱(chēng)作多諧振蕩器。15.3 多諧振蕩器 多諧振蕩器是一種自激蕩器，在接通電源以后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)便能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖。特點(diǎn):構(gòu)成多諧振蕩器： 1.由門(mén)電路組成； 2由555定時(shí)器組成； 3.集成多諧振蕩器。2.由555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器 設(shè)計(jì)思想：是無(wú)穩(wěn)態(tài)電路，兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)不斷地交替。利用放電管T作為一個(gè)受控電子開(kāi)關(guān)，使電容充電、放電而改變TH=TR，則交替置0、置1。 本章介紹了各種產(chǎn)生和變換矩形脈沖的電路。 施密特觸發(fā)器有兩種穩(wěn)態(tài)，但狀態(tài)的維持與翻轉(zhuǎn)受輸入信號(hào)電平的控制，所以輸出脈沖的寬度是由輸入信號(hào)決定的。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)，在外加觸發(fā)脈沖作用下，能夠從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)。但暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間取決于電路內(nèi)部的元件參數(shù)，與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)。因此，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以