[信息與通信]第9章 脈沖信號的產生與整形.ppt

數字電子技術,-Digital Electronic technique,第9章 脈沖波形的產生和整形,脈沖幅度A,脈沖上升沿tr,脈沖下降沿tf,脈沖寬度tw,脈沖周期T和頻率f,一、脈沖信號,脈沖是一種躍變信號，并且持續(xù)時間短暫。最常用的是矩形波。,參數：,正脈沖：,負脈沖：,占空比q=tw/T,數字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點之 一是：它的工作信號是離散的脈沖信號。最常用的脈沖信號是方波 ( 矩形波)。如何產生方波以及對不理想的方波如何整形，是本章討論的重點。,9.1 概述,二、獲取脈沖的方法,1.直接產生脈沖的產生電路,2.利用已有信號變換獲得整形電路,三、各種電路介紹,1.多諧振蕩器能產生矩形脈沖波的自激振蕩器。,特點：電路沒有穩(wěn)定狀，但它有兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動地來回跳變，輸出矩形波。,2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)；在觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)翻轉到暫穩(wěn)態(tài)；暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時間后，自動返回到穩(wěn)態(tài)。,3.施密特觸發(fā)器具有回差電壓特性，能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。,當輸入電壓由大到小和由小到大時，輸出電壓發(fā)生躍變所對應的輸入電壓值VT+和VT-不同，稱為滯回特性。,傳輸曲線,VT+ - VT- 稱為回差,施密特觸發(fā)器的邏輯符號：,特點：,有兩個穩(wěn)定狀態(tài),uiVT+時，輸出為一穩(wěn)定值 uiVT-時，輸出為另一穩(wěn)定值,回差電壓：U=VT+ - VT-,555定時器（時基電路）是一種用途廣泛的模擬數字混合集成電路。1972年由西格尼蒂克斯公司（Signetics）研制；設計新穎、構思奇巧，備受電子專業(yè)設計人員和電子愛好者青睞；它可以構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和壓控振蕩器等多種應用電路。, 9.5 集成555定時器,兩大類： 雙極型：555 CMOS：7555,典型的雙列直插式封裝,一、555定時器的電路結構,由以下幾部分組成：,（2）兩個電壓比較 器 C1和C2。,（3）基本RS觸發(fā)器， （4）放電三極管T (5)輸出緩沖器（非門）,（1）三個5k電阻組成的分壓器。,電路符號,二、各管腳的作用,低電平 觸發(fā)端,高電平 觸發(fā)端,電壓 控制端,復位端 低電平有效,放電端,電源端4.516V,輸出端,接地端,0,0,1,RD=0時，Q=0，uo=0，T導通。正常工作時，應將其接高電平。,當其懸空時，比較器C1和C2的比較電壓分別為2/3VCC 和1/3VCC,2腳，6腳為輸入端，兩端的電位高低控制比較器C1和C2的輸出，從而控制RS觸發(fā)器，決定輸出狀態(tài)。,VCC,UR1,UR2,UTH 2/3 VCC, R=0 UTR 1/3 VCC , S=1 Q=0, Uo為低電平, T導通。,參考電壓： UR1= U+1=2/3 VCC UR2= U2=1/3 VCC,VCC/3,2VCC/3,0,0,1,1,0,UR1,UR2,參考電壓： UR1= U+1=2/3 VCC UR2= U2=1/3 VCC,UTH 1/3 VCC, S=1 Uo保持原狀態(tài)， T保持原狀態(tài)。,2VCC/3,VCC/3,1,0,1,1,0,1,0,1,UR1,UR2,2VCC/3,VCC/3,1,1,0,0,1,參考電壓： UR1= U+1=2/3 VCC UR2= U2=1/3 VCC,UTH 2/3 VCC,R=1 UTR 1/3 VCC,S=0 Q=1, Uo為高電平, T截止。,1. 電路組成,外接電阻R1 ,R2 ,C,設電容C 原先未充電, 故 TH = TR VCC /3 , 此時 uo = 1 , 555內的晶體管 T 截止 , 電源通過 R1 和 R2 對電容 C 充電。,在 uC 沒有充電到 2VCC /3 之前, uo 保持 1 不變。,2.工作原理,uC一旦充至2VCC /3，則 TH = TR =2VCC /3 、uo由1翻轉為 0 。同時555內的晶體管 T 導通,電容 C 經 R2 、T放電, 一直至VCC /3 ，使得uo 回到 1 ,三、用555定時器構成多諧振蕩器,進入循環(huán) .,3.輸出波形,4. 振蕩頻率的估算,（1）電容充電時間T1：,（2） 電容放電時間T2,（3）電路振蕩周期T T=t1+t2=0.7(R1+2R2)C,（5）輸出波形占空比q,（4）電路振蕩頻率f,調解R1，R2，C可輸出多種頻率的矩形脈沖,簡易電子琴就是通過改變R2 的阻值來改變輸出方波的周期 , 使外接的喇叭發(fā)出不同的音調 。,5. 應 用,模擬聲響電路,將振蕩器的輸出電壓uo1，接到振蕩器中555定時器的復位端（4腳），當uo1為高電平時振蕩器振蕩，為低電平時555定時器復位，振蕩器停止震蕩。,（1） 當ui高電平時，電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)，即uO=0，uC=0。 -無觸發(fā)信號輸入時電路工作在穩(wěn)定狀態(tài),1. 電路組成,（2） 當ui下降沿到達時，uO由0跳變?yōu)?，電路由穩(wěn)態(tài)轉入暫穩(wěn)態(tài)。,2.工作原理,四 用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,-ui下降沿觸發(fā),（3）暫穩(wěn)態(tài)的維持時間 在暫穩(wěn)態(tài)期間，三極管T截止，VCC經R向C充電。uC由0V開始增大，在uC上升到2/3VCC之前，電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變。,（4）自動返回時間當uC上升至2/3VCC時，uO變0，電路由暫穩(wěn)態(tài)重新轉入穩(wěn)態(tài)。,（5）恢復過程當暫穩(wěn)態(tài)結束后，C通過飽和導通的T放電，時間常數 2=RCESC，由于RCES很小，所以放電很快。C放電完畢，恢復過程結束。,3. 輸出脈沖寬度 tw,小 結,振蕩頻率,多諧振蕩器,輸出波形,（1）電容充電時間：,（2） 電容放電時間:,輸出脈沖寬度 tw,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,輸出波形,4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應用,(1). 整形,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠把不規(guī)則的輸入信號vI，整形成為幅度和寬度都相同的標準矩形脈沖vO。vO的幅度取決于單穩(wěn)態(tài)電路輸出的高、低電平，寬度tW決定于暫穩(wěn)態(tài)時間。,(2). 觸摸定時控制開關,555定時器構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。只要用手觸摸一下金屬片P，由于人體感應電壓相當于在觸發(fā)輸入端（管腳2）加入一個負脈沖，555 輸出端輸出高電平，燈泡（RL）發(fā)光，當暫穩(wěn)態(tài)時間（tW）結束時，555輸出端恢復低電平，燈泡熄滅。,該觸摸開關可用于夜間定時照明，定時時間可由RC參數調節(jié)。,1. 電路組成及工作原理,（1）當ui0時，uo1。ui升高時，在未到達2VCC/3以前，uo1的狀態(tài)不會改變。,（2） ui升高到2VCC/3時，uo=0。此后，ui上升到VCC，然后再降低，但在未到達VCC/3以前，uo0的狀態(tài)不會改變。,（3）ui下降到1VCC/3時，uo=1。此后，ui繼續(xù)下降到0，但uo1的狀態(tài)不會改變。,五、用555定時器構成的施密特觸發(fā)器,2. 電壓滯回特性和主要參數,（1）電壓滯回特性,VT+,VT ,（3）回差電壓VT VT= VT+VT=1 /3VCC,（2）主要靜態(tài)參數,（a）上限閾值電壓VT+ uI上升過程中，輸出電壓 uO由高電平uOH跳變到低電平 uOL時，所對應的輸入電壓值。 VT +=2/3VCC,（b）下限閾值電壓VT uI下降過程中，uO由低電平uOL跳變到高電平uOH時，所對應的輸入電壓值。 VT=1 /3VCC,3施密特觸發(fā)器的應用舉例,1. 用作接口電路將緩慢變化的輸入信號，轉換成為符合TTL系統(tǒng)要求的脈沖波形。,2. 用作整形電路把不規(guī)則的輸入信號整形成為矩形脈沖。,3. 用于脈沖鑒幅從一系列幅度不同的脈沖信號中，選出那些幅度大于VT+的輸入脈沖。,1. 下圖是一個防盜報警器電路，A、B兩端被一個細導線連通，此細導線置于認為盜竊者必經之處，當盜竊者闖入將導線碰斷后，揚聲器即發(fā)出報警聲。 （1）試問555定時器接成何種電路？ （2）說明該報警器電路的工作原理。,-可控多諧振蕩器,課 堂 練 習,工作原理分析：當電源開關S閉合后，由于細導線使555定時器復位端管腳4處于低電平，清零有效，因此555定時器輸出為低電平，此時555內部的T處于導通狀態(tài)，,R2通過管腳7接電源負極，電容C上電壓近似于0，只要A、B兩端一直連接，多諧振蕩器停止振蕩，就不會產生報警信號。當有人碰斷細導線使A、B兩端斷開時，555定時器復位輸入端通過R3接電源正極，使復位端處于無效狀態(tài)。電路作為多諧振蕩器工作，揚聲器發(fā)出聲響，產生報警信號。只有斷開開關S，才能停止報警。電路工作過程中RD、Uc、U0的波形如圖 (b)所示。,2、下圖是用兩個555定時器接成的開機延時報警器。當開關S斷開后，經過一定的延遲時間后揚聲器發(fā)出聲音。如果在延遲時間內S重新閉合，揚聲器不會發(fā)出聲音。在圖中給定的參數下，試求延遲時間的具體數值和揚聲器發(fā)出聲音的頻率。設輸出的高、低電平分別為VOH12V，VOL0V。,答案： 圖中左邊一個555定時器接成了施密特觸發(fā)器，右邊一個555定時器接成了多諧振蕩器。當開關S斷開后電容C充電，充至 時 反相器G1輸出高電平，多諧振蕩器開始振蕩。 故延遲時間為,振蕩器的振蕩頻率，亦即揚聲器發(fā)出聲音的頻率為,3. 555定時器構成的壓控振蕩器如圖(a)所示，在圖(b)中畫出 波形圖。,3. 下圖是 555 定時器構成的施密特觸發(fā)器，已知電源電壓 V CC =12V ，求： （1） 電路的 V T+ ， V T- 和 V T 各為多少？ （2） 如果輸入電壓波形如圖，試畫出輸出 v o 的波形。 （3） 若控制端接至 +6V ，則電路的 V T+ ， V T- 和 V T 各為多少？,4.電路如圖所示，其中R1=R2=R3=10k,C=0.1f，試問： （1）由555定時器構成的是什么電路，其輸出U0的頻率f0 =? （2）分析由JK觸發(fā)器F0、F1、F2構成的計數器電路，要求：寫出驅動方程和狀態(tài)方程，列出狀態(tài)轉換表，畫出完整的狀態(tài)轉換圖；,5. 由集成定時器CC7555的電路如圖所示，請