[工学]第六章脉冲信号的产生与整形.ppt

第六章 脉冲信号的产生与整形 6.1 概述 6.2 时基集成电路的结构和工作原理 6.3 施密特触发器 6.4 单稳态触发器 6.5 多谐振荡器 内容提要 本章限于介绍矩形脉冲波形的产生和整形 电路。 在脉冲整形电路中，介绍了最常用的两类 整形电路-施密特触发器和单稳态触发器电路。 在脉冲振荡电路中，介绍了多谐振荡器电路的几 种常见形式-对称式和非对称式多谐振荡器、环 形振荡器、施密特触发器构成的多谐振荡器、石 英晶体震荡器以及压控振荡器。 6.1 概述 数字电路中的信号都是脉冲信号，这种信 号的产生、整形与变换电路的作用是产生各种不 同脉宽和幅值的脉冲波形，或者对不同脉宽和幅 值的脉冲波形进行整形和变换，或者完成连续模 拟信号与脉冲信号之间的相互变换等。 数字电路中使用脉冲信号大多是矩形脉冲 波，矩形脉冲波波形的好坏，将直接影响数字电 路的正常工作。矩形脉冲波的波形图如图6.1.1 所示。为了描述矩形波的波形好坏，对矩形波定 义了下列一些描述参数。 图6.1.1 描述矩形脉冲波的主要参数 ①脉冲幅值Vm：脉冲波形变化时电路幅值 变化的最大值。 ②脉冲宽度tw：从脉冲波形的上升沿上升 至0.5 Vm开始，到下降沿下降至0.5 Vm为止的时 间间隔。 ③上升时间tr：在脉冲波的上升沿，从 0.1 Vm上升至0.9 Vm所需要的时间。 ④下降时间tf：在脉冲波形的下降沿，从 0.9 Vm到0.l Vm所需的时间。 ⑤脉冲周期T：在周期性重复的脉冲序列 中，相邻两脉冲的时间间隔。 ⑥脉冲频率f：在周期性重复的脉冲序列 中，单位时间内脉冲重复的次数，即 f=1/T。 ⑦占空比D：脉冲波形的脉冲宽度tw与脉冲 周期T之比，即D= tw /T。 此外，在将脉冲整形或产生电路用于具体 的数字系统时，有时还可能有一些特殊的要求， 例如脉冲周期和幅度的稳定性等等。这时还需要 增加一些相应的参数来说明 。 6.2 时基集成电路的结构和工作原理 6.2.1 555时基电路的特点和封装 555时基电路大量应用于电子控制、电子检 测、仪器仪表、家用电器、音响报警、电子玩具 等诸多方面。可用作振荡器、脉冲发生器、延时 发生器、定时器、方波发生器、单稳态触发振荡 器、双稳态多谐振荡器、自由多谐振荡器、锯齿 波发生器、脉宽调制器、脉位调制器等等。 555时基电路之所以得到这样广泛的应用， 在于它具有如下几个特点： ①555在电路结构上是由模拟电路和数字电 路组合而成，它将模拟功能与逻辑功能兼容为一 体，能够产生精确的时间延迟和振荡。它拓宽了 模拟集成的应用范围。 ②该电路采用单电源。双极型555的电压范 围为4.5V~15V；而CMOS型的电源适应范围更 宽，为2V~18V。这样，它就可以和模拟运算放 大器和TTL或CMOS数字电路共用一个电源。 ③555可独立构成一个定时电路，且定时精 度高。 ④555的最大输出电流大达200mA,+带负 载能力强。可直接驱动小电机、喇叭、继电器等 负载。 6.2.2 555时基电路的工作原理 一、双极型555时基电路的工作原理 下图6.2.3是美国无线电公司生产的CA555 时基电路的内部等效电路图。 从上图中可看到，VT1~VT4、VT5、VT7 组成上比较器A1，VT7的基极电位接在由三个 5kΩ电阻组成的分压器的上端，电压为2/3Vcc; VT9~VT13组成下比较器A2，VT13的基极接分 压器的下端，参考电位为1/3Vcc。 在电路设计时，要求组成分压器的三个 5kΩ电阻的阻值严格相等，以便给出比较精确 的两个参考电位 1/3Vcc和2/3Vcc。 VT14~VT17与一个R10(4.7kΩ)的正反馈电阻 组合成一个双稳态触发电路。VT18~ VT21组成一 个推挽式功率输出级，能输出约200mA的电流. VT8为复位放大级，VT6是一个能承受50mA以上 电流的放电晶体三极管。双稳态触发电路的工作 状态由比较器A1、A2的输出决定。 555时基电路的工作过程如下：当2端加进 电位低于 1/3Vcc的触发信号时，则VT9、 VT11 导通，给VT14提供一偏流,使VT14饱和导通，它 的饱和压降Vces钳制VT15的基极处于低电平， 使VT15截止， VT17饱和导通，从而使VT18截止, VT19导通，VT20完全饱和导通， VT21截止。因 此，输出端3端输出高电平。 触发信号消失后，VT9、VT11截止，VT14因 无偏流而截止，此时若6端无触发输入，则VT17 的Vces饱和压降通过4.7kΩ电阻维持VT15截止, 使VT17饱和稳态