第八章-脉冲波形的变换与产生.ppt

主要介绍由单稳态触发器、施密特触发器组成的脉冲波主要介绍由单稳态触发器、施密特触发器组成的脉冲波变形电路和多谐振荡器及定时器组成的波形产生电路。变形电路和多谐振荡器及定时器组成的波形产生电路。重点重点(zhngdin)讨论其工作特点及其应用。讨论其工作特点及其应用。本章本章(bn zhn)(bn zhn)教学目标教学目标第一页，共五十八页。555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。用它可定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。用它可以构成以构成(guchng)单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。555定时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。定时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。8.1 集成集成(j chn)555定时器定时器1、分压器：、分压器：由三个等值电阻由三个等值电阻(dinz)（5k）构成分压器）构成分压器2、比较器：、比较器：由电压比较器由电压比较器C1和和C2构成构成一、一、555定时器的电路结构定时器的电路结构电压比较器的功能：电压比较器的功能：v+v-，vO=1 v+2/3VCC01110VO=0导通导通1稳定稳定(wndng)状态状态1vCRVCCviC第七页，共五十八页。CC&1RSTG5K5K5K12VRvvvCCDICI1I2OOv,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源电源复位复位v一一 用用555定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器 1.电路电路(dinl)组成及工作原理组成及工作原理vCRVCCviC11VO=1截止截止(jizh)暂稳状态暂稳状态(zhungti)02/3 UCCRD=1SD=0.vCR1R2.+C充电充电C放电放电11/3VCC第三十八页，共五十八页。48562713+VCCvO.vC.CR1R2tp1tp22/3VCC1/3VCCRD=1SD=0Q=1Q=0 T截止截止Q=0Q=1 T导通导通RD=0SD=1tp1=(R1+R2)C ln2=0.7(R1+R2)Ctp2=R2C ln2=0.7R2CT=tp1+tp2=0.7(R1+2R2)C接通接通(ji tn)电源电源C充电充电(chng din)C放电放电(fng din)vCtOvOtO第三十九页，共五十八页。2.振荡频率振荡频率(pnl)的估算的估算2 26 6VCCRDO5555553 3vI2I1v8 84 4v7 7RRVCC1 12C1 15 50.01FC1vCP一用一用555定时器构成定时器构成(guchng)的多谐振荡器的多谐振荡器（1）电容）电容(dinrng)充电时间充电时间T1：（用三要素法计算）：（用三要素法计算）（2）电容放电时间）电容放电时间T2（3）电路振荡周期）电路振荡周期T（4）电路振荡频率）电路振荡频率f（5）输出波形占空比）输出波形占空比q第四十页，共五十八页。二占空比可调的多谐振荡器电路二占空比可调的多谐振荡器电路(dinl)机理：机理：利用半导体二极管的单向导电特性，把电容利用半导体二极管的单向导电特性，把电容C充电充电(chng din)和放电回路隔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。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。26VCCRDO5553vI2I1v84v7VCCC150.01 FC1vCDD121R2R可计算可计算(j sun)得：得：T10.7R1C T20.7R2C占空比：占空比：8.4 多谐振荡器多谐振荡器第四十一页，共五十八页。三石英晶体三石英晶体(jngt)多谐振荡器多谐振荡器 1.石英晶体的选频特性石英晶体的选频特性8.4 多谐振荡器多谐振荡器有两个有两个(lin)谐振频率谐振频率（1）当）当f fs时，为时，为串联谐振串联谐振，石英晶体的电抗，石英晶体的电抗X0；（2）当）当f fp时，为时，为并联谐振并联谐振，石英晶体的电抗，石英晶体的电抗X。由晶体本身的特性决定：由晶体本身的特性决定：fs fp f0（晶体的标称频率）（晶体的标称频率）石英晶体的选频特性极好，石英晶体的选频特性极好，f0十分稳定，其稳定度可达十分稳定，其稳定度可达10-1010-11。0ffsX电感性电感性电容性电容性石英晶体的符号石英晶体的符号fp第四十二页，共五十八页。2.石英石英(shyng)晶体多谐振荡器晶体多谐振荡器（1）串联式振荡器）串联式振荡器R1、R2的作用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。大能力的放大电路。对于对于TTL门，常取门，常取R1R20.72k，若是，若是CMOS门则常取门则常取R1R210100M；C1C2是耦合电容。是耦合电容。石英晶体工作在串联石英晶体工作在串联(chunlin)谐振频率谐振频率fs下，只有频率为下，只有频率为fs的信号才能通过，满的信号才能通过满足振荡条件。因此，电路的振荡频率足振荡条件。因此，电路的振荡频率 fs，与外接元件，与外接元件R、C无关，所以这无关，所以这种电路振荡频率的稳定度很高。种电路振荡频率的稳定度很高。R1R2C2C111vO第四十三页，共五十八页。（2）并联式振荡器）并联式振荡器RF是偏置电阻，保证在静态时使是偏置电阻，保证在静态时使G1工作转折区，构成一个反相放大器。工作转折区，构成一个反相放大器。晶体工作在略大于晶体工作在略大于fS与与 fP之间，等效一电感，与之间，等效一电感，与C1、C2共同构成电容三点式振荡电路。共同构成电容三点式振荡电路。电路电路的振荡频率的振荡频率 fp。反相器反相器G2起整形缓冲作用，同时起整形缓冲作用，同时G2还可以隔离还可以隔离(gl)负载对振荡电路工作的影响。负载对振荡电路工作的影响。0ffsX电感性电感性电容性电容性fpRF10MC2G11vO1G2C1550pF20pF第四十四页，共五十八页。2 26 6VCCRD5555553 3vI2I1v8 84 47 7RRVCC1 12C1 15 50.01C110/10VC220k100k0.013 3R2k（+6V）T3AX31四多谐振荡器应用四多谐振荡器应用(yngyng)实实例例 1.简易温控报警器简易温控报警器利用利用PNP型晶体管受温型晶体管受温度影响度影响(yngxing)大的特大的特性，当温度升高时，集性，当温度升高时，集电极电位升高，电极电位升高，RD取高取高电平，此时，多谢振荡电平，此时，多谢振荡器正常工作，输出交变器正常工作，输出交变信号，报警器响。信号，报警器响。第四十五页，共五十八页。.uC.+VCC4876213CR1R25.例：例：多谐振荡器构成水位监控报警多谐振荡器构成水位监控报警(bo jng)电路电路 水位正常情况下，电容水位正常情况下，电容C被短接，扬声器不发音被短接，扬声器不发音(f yn)；水；水位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始工作，扬声器发出报位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始工作，扬声器发出报警。警。+四多谐振荡器应用四多谐振荡器应用(yngyng)实例实例第四十六页，共五十八页。2.双音门铃双音门铃(mn ln)。四多谐振荡器应用四多谐振荡器应用(yngyng)实例实例1vI18 81 12R5555550.011 15 5CRRD4 42 27 7VI26 6vCC3K3K0.1R4 44.7K3C47CDD1 122CP3 3R3.9KCCV（+6V）C2473 38PAN第四十七页，共五十八页。3.秒脉冲秒脉冲(michng)发生器发生器四多谐振荡器应用四多谐振荡器应用(yngyng)实例实例CMOS石英晶体多谐振荡器产生石英晶体多谐振荡器产生f32768Hz的基准信号，的基准信号，经经T触发器构成的触发器构成的15级异步计数器分频后，便可得到级异步计数器分频后，便可得到(d do)稳定度极高的秒信号。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。这种秒脉冲发生器可做为各种计时系统的基准信号源。RC1G111G2C132768HZ16384HZ8192HZ2HZ1HZf15f14f2f1f0C2T触发器触发器FF1FF2FF14FF15Q15秒脉冲秒脉冲第四十八页，共五十八页。【8.4.3】图为一心律失常报警电路，图中图为一心律失常报警电路，图中vI是经过放大后的心电信号，其幅是经过放大后的心电信号，其幅值值vIm=4V。（1）对应）对应vI分别画出图中分别画出图中vo1、vo2、vo三点的电压波形；三点的电压波形；（2）说明）说明(shumng)电路的组成及工作原理。电路的组成及工作原理。1 12 26 6555555Iv5 57 7VCC(+5V)8 84 43 3vO1vI8 83 3(+5V)4 4CCV7 7O25555551 12 25 56 6vOv1 1RCTDD1 12第四十九页，共五十八页。1 12 26 6555555Iv5 57 7VCC(+5V)8 84 43 3vO18 83 3(+5V)4 4CCV7 7O25555551 12 25 56 6vOv1 1RCTDD1 12【分析分析】电路由两片电路由两片555电路组成，分别构成电路组成，分别构成(guchng)施密特触发器对电压信号（心脏）施密特触发器对电压信号（心脏）整形和单稳态触发器。通过电容整形和单稳态触发器。通过电容C的充放电情况判断心脏是否正常。的充放电情况判断心脏是否正常。【解解】（1）555（1）构成施密特触发器，对输入）构成施密特触发器，对输入vI信号信号(xnho)进行整形。进行整形。555（2）、R、C、T构成单稳态触发器，其触发信号为构成单稳态触发器，其触发信号为555（1）的输出信号）的输出信号vO1。当当vO1=0时，时，T导通，电容导通，电容C短路放电；短路放电；当当vO1=1时，时，T截止，电容截止，电容C被充电（被充电（=RC）。）。电容电容C的充放电状况完全取决于时间常数的充放电状况完全取决于时间常数，可以选择合适的，可以选择合适的使电容使电容C一直不断地充电。一直不断地充电。对对555（1）：）：第五十页，共五十八页。VIT+VT-VVo1CV23CCVVo2oV第五十一页，共五十八页。VIT+VT-VVo1CV23CCVVo2oV第五十二页，共五十八页。【解解】（2）由图可知：正常的心电信号使电容）由图可知：正常的心电信号使电容(dinrng)C一直不断地充电，其放电时间很短，一直不断地充电，其放电时间很短，因而因而vO2=1；1 12 26 6555555Iv5 57 7VCC(+5V)8 84 43 3vO18 83 3(+5V)4 4CCV7 7O25555551 12 25 56 6vOv1 1RCTDD1 12CV23CCVVo2oV当心电信号异常当心电信号异常(ychng)产生漏波时，电产生漏波时，电容容C被完全放电，产生被完全放电，产生vO2=0。此低电平使二极管此低电平使二极管D2导通导通发光；发光；而心律正常时，由于而心律正常时，由于vO2=1，D1导通发光。导通发光。第五十三页，共五十八页。举例举例(j l)：间歇振荡器：间歇振荡器第五十四页，共五十八页。举例举例(j l)：报警器：报警器第五十五页，共五十八页。1多多谐谐振振荡荡器器是是一一种种自自激激振振荡荡电电路路，不不需需要要外外加加输输入入信信号号，就就可可以以自自动动地地产产生生出出矩矩形形脉脉冲冲。用用555定定时时器器可可以以组组成成多多谐谐振振荡荡器器，用用石石英英晶晶体体(jngt)也也定定时时器器可可以以组组成成多多谐振荡器。石英晶体谐振荡器。石英晶体(jngt)振荡器的特点是振荡器的特点是fo的稳定性极好。的稳定性极好。2施施密密特特触触发发器器和和单单稳稳态态触触发发器器，虽虽然然不不能能自自动动地地产产生生矩矩形形脉脉冲冲，但但却却可可以以把把其其它它形形状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。的信号变换成为矩形波，为数字系统提供标准的脉冲信号。3555定定时时器器是是一一种种用用途途很很广广的的集集成成电电路路，除除了了能能组组成成施施密密特特触触发发器器、单单稳稳态态触触发发器器和和多多谐振荡器以外，还可以接成各种灵活多变的应用电路。谐振荡器以外，还可以接成各种灵活多变的应用电路。4除了除了555定时器外，目前还有定时器外，目前还有556（双定时器）和（双定时器）和558（四定时器）等。（四定时器）等。本章本章(bn zhn)小结小结第五十六页，共五十八页。8.1.2、8.2.2、8.4.1、8.4.3、8.4.4作业作业(zuy)第五十七页，共五十八页。内容(nirng)总结主要(zhyo)介绍由单稳态触发器、施密特触发器组成的脉冲波变形电路和多谐振荡器及定时器组成的波形产生电路。用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。1、分压器：由三个等值电阻（5k）构成分压器。2、比较器：由电压比较器C1和C2构成。在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态。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。作业第五十八页，共五十八页。