数字电路与逻辑设计 教学课件 ppt 作者 第二版 教学课件 ppt 作者 胡锦 第六章 脉冲波的产生和整形.ppt

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1、学习目标：本章介绍由555集成定时器组成的多谐振荡器、施密特触发器及单稳态触发器。重点与难点：555集成定时器的基本工作原理及及其在形波产生和整形方面的应用。学习要求：掌握555集成定时器电路结构、工作原理，555集成定时器如何构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器，理解电路的工作原理及应用，了解RC环形振荡器、COMS多谐振荡器和石英晶体振荡器。6.1概述6.2多谐振荡器6.3施密特触发器6.4单稳态触发器本章小结目录目前，脉冲电路从由电子管、晶体管、电容、电阻等分立元件组成的脉冲电路，进入到

2、集成电路时代。在电子设备中，集成脉冲电路已基本取代了分立元件的脉冲电路。获得脉冲波形的方法一般有两种，一是利用脉冲振荡器直接产生所需的脉冲波形；另外就是利用已有的周期性变化的波形，通过脉冲整形电路变换成所需的脉冲波形。因为数字系统中，矩形波是最常见的脉冲波形，所以本章重点分析矩形波的产生和整形。6.1概述6.1.1矩形脉冲的基本特性描述矩形脉冲的指标上升时间tr脉冲周期T脉冲幅度Um脉冲宽度tw下降时间tf占空比q=tw/T对于理想矩形脉冲，其上升时间tr和下降时间tf则均视为零。6.1.2555定

3、时器555定时器根据内部器件类型可分为双极型和单极型（均有单或双定时器集成电路）。555定时器的内部结构和引脚排列图1：接地端2：低电平触发端，也称为触发输入端，由此输入触发脉冲3：输出端4：复位端5：电压控制端6：高电平触发端，又叫做阈值输入端，由此输入触发脉冲7：放电端8：电源端555定时器的功能表截止UOH1＜VCC/3＜2VCC/3不变不变1＞VCC/3＜2VCC/3导通UOL1＞VCC/3＞2VCC/3导通UOL0××T的状态uOUTH多谐振荡器是产生矩形波的自激振荡电路。由于矩形波包含基

4、波和高次谐波等较多的谐波成分，因此称为多谐振荡器。另外，这类电路不存在稳态，故又称无稳态电路。6.2多谐振荡器6.2.1555定时器构成的多谐振荡器接通电源后，电源VCC经R1和R2对C充电，当uC上升到2VCC/3时，比较器C1的输出为0，将基本RS触发器置0，定时器输出uo＝0。这时基本RS触发器的，使放电管T导通，电容C通过R2和T放电，uC下降。当uC下降到VCC/3时，比较器C2的输出为0，将基本RS触发器置1，uO又由0变为1。由于此时基本RS触发器的，放电管T截止，VCC又经R1和R2

5、对C充电。如此重复上述过程。第一个暂稳态的脉冲宽度tp1，即uc从VCC/3充电上升到2VCC/3所需的时间。根据电路分析中的三要素法，即可求出：tp1≈0.7(R1+R2)C第二个暂稳态的脉冲宽度tp2，即uc从2VCC/3放电下降到VCC/3所需的时间，同理可得：tp2≈0.7R2C振荡周期：T＝tp1＋tp2≈0.7(R1＋2R2)C占空比：由上式可知，无论R1或R2怎样改变，q总是＞50%。在改变占空比的同时，振荡频率也将改变。若改变q的同时，要求振荡频率f不变，可采用占空比可调而振荡频率保

6、持不变的矩形波发生器。占空比可调振荡频率不变的多谐振荡器由二极管单向导电性，其充电回路为：VCC→RA→D1→C→地，充电时间常数τc=RAC；放电回路为：uC（+）→D2→RB→T→地（uC（－）），放电时间常数为τd=RBC，输出高电平的脉宽为：tp1≈0.7RAC输出低电平的脉宽为：tp2≈0.7RBC振荡周期：T＝tp1＋tp2≈0.7(RA＋RB)C占空比：由上两式可知，在调节电位器RW的滑臂时，只改变RA和RB阻值，而RA＋RB保持不变，故在改变q时可使T保持不变。电阻R3的作用，使输出

7、高电平时为VCC，以便与CMOS电路输入高电平相匹配，故R3又称上拉电阻。6.2.2其它多谐振荡器1.RC环形多谐振荡器它由3级反相器接成环形构成，故称为环形振荡器。R和C组成延时环节；RS是限流电阻，其值不大，约100Ω。下面以振荡器进入稳定振荡时来说明其工作原理。（1）第一暂稳态及其自动翻转的工作过程t1时刻，ui1（uO）由0变为1，于是uO1（ui2）由1变为0，uO2由0变为1。由于电容电压不能跃变，故ui3必定跟随ui2发生负跳变。这个低电平保持uO为1，以维持已进入的这个暂稳态。在这个

8、暂稳态期间，uO2（高电平）通过电阻R对电容C充电，使ui3逐渐上升。在t2时刻，ui3上升到门电路的阈值电压UT，使uO（ui1）由1变为0，uO1（ui2）由0变为1，uO2由1变为0。同样由于电容电压不能跃变，故ui3跟随ui2发生正跳变。这个高电平保持uO为0。至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二个暂稳态。（2）第二暂稳态及其自动翻转的工作过程在t2时刻，uO2变为低电平，电容C开始通过电阻R放电。随着放电的进行，ui3逐渐下降。在t3时刻，ui3下降到UT，