脉冲波形发生器与整形电路

第6章脉冲波形发生器与整形电路本章教学要求：◆掌握555定时器的结构、工作原理、逻辑功能；由555定时器构成单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器的方法、工作波形和参数计算。◆了解集成和由门电路构成的单稳态触发器、集成施密特触发器、其它多谐振荡器的工作原理和应用。第6章脉冲波形发生器与整形电路6.1555定时器及其应用6.2集成和其它单稳态触发器6.3集成施密特触发器6.4其他多谐振荡器退出6.1.1555定时器的结构及工作原理6.1.2用555定时器组成单稳态触发器6.1.2用555定时器组成施密特触发器6.1.2用555定时器组成多谐振荡器退出6.1555定时器及其应用①&&&VCTH+VCCQDIS5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－②⑥⑤⑧④③⑦RDQQTR6.1.1555定时器的结构及工作原理一.电路结构和逻辑符号1.电路结构：控制电压端复位控制端置位控制端直接复位端输出端放电端组成：3个5kΩ电阻分压器（故称555定时器）、电压比较器（C1、C2）、基本RS触发器（G1、G2）、放电管（T）、反相缓冲器（G3）①&&&VCTH+VCCQDIS5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－②⑥⑤⑧④③⑦RDQQTR2.逻辑符号和管脚图：逻辑符号84632555751THTRDISQVC+VCCRD管脚图87655551234TRQRD+VCCDISTHVC二.工作原理和功能表1.工作原理：①&&&VCTHTR+VCCQDIS5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－②⑥⑤⑧④③⑦RDQQ①RD=0时，Q=1，Q=0，T导通。010（直接置0）0①&&&VCTHTR+VCCQDIS5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－②⑥⑤⑧④③⑦RDQQ②RD=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，T导通。＞2VCC/3＞VCC/3011100①RD=0时，Q=1，Q=0，T导通。11（直接置0）（⑥、②管脚为1、1，③管脚为0）①&&&VCTHTR+VCCQDIS5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－②⑥⑤⑧④③⑦RDQQ＜2VCC/31＞VCC/311③RD=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，T状态不变。1①RD=0时，Q=1，Q=0，T导通。0010110（直接置0）（⑥、②管脚为0、1，③管脚不变）②RD=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，T导通。（⑥、②管脚为1、1，③管脚为0）①&&&VCTHTR+VCCQDIS5kΩ5kΩ5kΩC1C2G1G2G3T++－－②⑥⑤⑧④③⑦RDQQ④RD=1、UTH＜2VCC/3、UTR＜VCC/3时，C1=1、C2=0，Q=0、Q=1，T截止。＜2VCC/3＜VCC/3110011①RD=0时，Q=1，Q=0，T导通。00（直接置0）②RD=1、UTH＞2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=0、C2=1，Q=1、Q=0，T导通。（⑥、②管脚为1、1，③管脚为0）③RD=1、UTH＜2VCC/3、UTR＞VCC/3时，C1=1、C2=1，Q、Q不变，T状态不变。（⑥、②管脚为0、1，③管脚不变）（⑥、②管脚为0、0，③管脚为1）2.功能表：1不允许＜VCC0＞VCC11截止1＜VCC0＜VCC01不变不变＞VCC1＜VCC01导通0＞VCC1＞VCC1导通0××0放电管T⑦管脚输出Q③管脚置位控制TR②管脚复位控制TH⑥管脚直接复位RD④管脚32323232313131316.1.2用555定时器组成单稳态触发器一.定义、特点1.单稳态触发器：只有一个稳态和一个暂稳态的触发器。2.特点：1）没有外加触发信号时,电路始终处于稳态；在外加触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。2）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发信号无关，仅决定于电路本身的参数，它是单稳态触发器输出脉冲的宽度tW。二.电路组成、工作原理1.电路组成：CRui84736555251C10.01μFuo+VCCR、C——定时元件（决定tW）C1————滤波电容C10.01μFCRui84736555251uoVCCuiuotttw00uct02VCC/3uc2.工作原理：1)稳态：接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，⑥管脚为1,②管脚ui=1，∴uo=0，放电管T导通，C又通过T放电，使uc=0，但ui=1，故uo=0不变，电路处于稳态。11002)暂稳态：ui负脉冲到来时刻，因ui＜VCC/3为0，uc仍为0，∴uo由0变为1，放电管T截止，VCC经R对C充电，电路进入暂稳态。2.工作原理：C10.01μFCRui84736555251uoVCCuiuotttw00uct02VCC/3uc0011)稳态：接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，⑥管脚为1,②管脚ui=1，∴uo=0，放电管T导通，C又通过T放电，使uc=0，但ui=1，故uo=0不变，电路处于稳态。3）暂稳态自动恢复到稳态：当uc充电到2VCC/3为1时，ui负脉冲已消失ui=1，∴输出uo＝0，T导通，C放电，电路自动恢复到稳态。C10.01μFCRui84736555251uoVCCuiuotttw00uct02VCC/3uc2.工作原理：1)稳态：接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，⑥管脚为1,②管脚ui=1，∴uo=0，放电管T导通，C又通过T放电，使uc=0，但ui=1，故uo=0不变，电路处于稳态。2)暂稳态：ui负脉冲到来时刻，因ui＜VCC/3为0，uc仍为0，∴uo由0变为1，放电管T截止，VCC经R对C充电，电路进入暂稳态。1100C充电时间输出脉冲宽度tw≈1.1RC三.应用uo&uiuAu'o(a)电路示意图(b)波形图单稳态触发器uou'ouiuAtw整形uiuotw延迟与定时单稳态触发器属于脉冲整形电路,常用于脉冲波形的整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）,延时（把输入信号延迟一定时间后输出）、定时（产生一定宽度的矩形波）。6.1.2用555定时器组成施密特触发器一.定义、特点1.施密特触发器：输出和输入电压具有滞后电压传输特性的电路。2.特点：1）属于电平触发；有两个稳定的状态，是双稳态触发电路。2）两个稳定状态之间相互转换与输入信号有关。分两种类型：反相输出：当输入电压正向增加到正向阀值电压UT＋时，输出由1态翻转到0态；当输入电压正向减小到负向阀值电压UT－时,输出由0态翻转到1态。UT＋与UT－的差值ΔUH＝UT＋–UT－称作回差电压。同相输出：只是输出状态转换时与上述相反。反相输出的传输特性0UT+UT-uoui1uiuo反相输出的逻辑符号ui84675553251+VCCuouiuott00工作波形UT+UT－2VCC/3VCC/3电路二.电路组成、工作原理1.当ui正向增长：ui＜2VCC/3时，6、2管脚先0、0，后0、1，∴uo=1001100011.当ui正向增长：ui＜2VCC/3时，6、2管脚先0、0，后0、1，∴uo=1ui≥2VCC/3时，6、2管脚为1、1，∴uo=0二.电路组成、工作原理ui84675553251+VCCuouiuott00工作波形UT+UT－2VCC/3VCC/3电路11011二.电路组成、工作原理ui84675553251+VCCuouiuott00工作波形UT+UT－2VCC/3VCC/3电路1.当ui正向增长：ui＜2VCC/3时，6、2管脚先0、0，后0、1，∴uo=1ui≥2VCC/3时，6、2管脚为1、1，∴uo=02.当ui正向减小：ui＞VCC/3时，6、2管脚先1、1，后0、1，∴uo=011001101二.电路组成、工作原理ui84675553251+VCCuouiuott00工作波形UT+UT－2VCC/3VCC/3电路1.当ui正向增长：ui＜2VCC/3时，6、2管脚先0、0，后0、1，∴uo=1ui≥2VCC/3时，6、2管脚为1、1，∴uo=0ui≤VCC/3时，6、2管脚为0、0，∴uo=100001阀值电压UT＋=2VCC/3、UT－=VCC/3，回差电压ΔUH=VCC/3VC控制电压调节回差2.当ui正向减小：ui＞VCC/3时，6、2管脚先1、1，后0、1，∴uo=0三.应用施密特触发器属于脉冲整形电路。常用于：1.波形变换或整形：将正弦波、三角波等缓慢变化的波形或不规则波形变换或整形为矩形波。输入输出UT+UT－2.幅度鉴别：将幅度较大的脉冲鉴别出来输入输出UT+UT－6.1.2用555定时器组成多谐振荡器一.定义、特点1.多谐振荡器：在接通电源后,不需外加输入信号,能自动产生矩形波的自激振荡器。因矩形波中含有多种谐波成分，故称多谐振荡器。2.特点：振荡后,电路没有稳态,只有两个暂稳态在作交替变化，是无稳态电路。属于脉冲产生电路。二.电路组成、工作原理接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。CR1uc847365552510.01μFuoVCCR2ucuotttwHtwL0VCC/32VCC/30电路工作波形二.电路组成、工作原理输出高电平脉宽tWH=0.7（R1+R2)C输出低电平脉宽tWL=0.7R2C振荡频率f=1/0.7(R1+2R2)C充电时间C放电时间CR1uc847365552510.01μFuoVCCR2ucuotttwHtwL0VCC/32VCC/30电路工作波形6.2集成和其它单稳态触发器6.2.1微分型单稳态触发器6.2.2集成单稳态触发器退出uiCuc≥1uoRG1G2uo1VDDuiuo1ucuottttVDDVDD0000tw≥16.2.1微分型单稳态触发器电路组成、工作原理1.稳态：ui=0时，VDD经R对C充电，使uc=VDD=uo1=1，∴uo=0；01102.暂稳态：ui上升沿时刻，uo1、uc由都1→0，∴uo由1→0；10013.自动恢复到稳态：VDD经R、G1对C充电，使uc上升到uc≥UTH=VDD/2(G2门阀值电压)时，uo由1→0,经正反馈,uo1由0→1,此时，uc=VDD+0.6V，之后C放电，uc恢复到稳态初始值。0011输出脉宽tw≈0.7RC6.2.2集成单稳态触发器集成单稳态触发器使用极为方便。只需外接R、C元件,可实现输入脉冲上升沿或下降沿触发的控制、清零等功能,且具有较好的温度稳定性。产品型号：TTL电路：54/74121、54/74LS221、54/74LS122、54/74LS123等。CMOS电路：54/74HC123、54/74HC221、54/74HC4538、CC14528等。使用时查集成电路手册可了解其引脚功能和符号。用集成单稳态触发器可作：脉冲展宽、延迟电路及多谐振荡器等。6.3集成施密特触发器(a)40106的引脚排列图141312111098401061234567VDD4A4Y5A5Y6A6Y1A1Y2A2Y3A3YVSS14131211109840931234567(b)4093的引脚排列图VDD3A3B3Y4Y4B4A1A1B1Y2Y2B2AVSS(a)7414的引脚排列图14131211109874141234567VCC4A4Y5A5Y6A6Y1A1Y2A2Y3A3YGND141312111098741321234567(b)74132的引脚排列图VCC3A3B3Y4A4B4Y1A1B1Y2A2B2YGND应用：常用于整形或变换、多谐振荡器、单稳态触发器等电路。构成多谐振荡器构成