电工技术电子技术-清华-36脉冲信号的产生与整形.ppt

2020/10/17 电工技术 第 36讲 第 16章 脉冲信号的产生与整形 16.1 由门电路构成的多谐振荡器和 单稳态触发器 16.2 集成单稳 74123 16.3 集成定时器 555 2020/10/17 电工技术 第 16章 脉冲波形的产生与整形 16.1 由门电路构成的多谐振荡器和单稳态触发器 16.1.1由门电路构成的多谐振荡器 16.1.2由门电路构成的单稳态触发器 16.2 集成单稳态触发器 74LS123 16.2.1集成单稳态触发器 74LS123的功能 16.2.2集成单稳态触发器 74LS123的应用举例 16.3集成定时器 555 16.3.1 555定时器的工作原理 16.3.2 555定时器的应用 2020/10/17 电工技术 16.1由门电路构成的多谐振荡器和单稳态触发器 一、由奇数个非门组成的多谐振荡器 利用门电路的传输延迟时间，将奇数个非门 首尾相接，就可以构成一个简单的多谐振荡器 （环行振荡器） : 1 1 1 u1 u2 u3 0 t u3 缺点 : 因门电路传输延迟时间很短（ 10nS左右），所 以振荡频率太高 ,并且不可调整。

16.1.1由门电路构成的多谐振荡器 2020/10/17 电工技术 二、带 RC延时电路的多谐振荡器 1 1 1 u1 u2 u3 C A R RS G1 G2 G3 时间常数 RC门电路传输延迟时间 u3 周期： T 2.2 RC RS：限流电阻，几百 输出 2020/10/17 电工技术 0 t u3 0 t u2 0 t u1 0 t uA UT 假设：开始时 u3=0 当 uAUT时， u3不反转 u1 C R1 u2 =0.3V A 1 1 1 u1 u2 u3 C A R RS G1 G2 G3 带 RC延时电路的环行振荡器分析 2020/10/17 电工技术 0 t u3 0 t u2 0 t u1 0 t uA UT 当 uA=UT时， u3反转， u1、 u2也同时反转 1 1 1 u1 u2 u3 C A R RS G1 G2 G3 2020/10/17 电工技术 0 t u3 0 t u2 0 t u1 0 t uA UT 由于电容电压不能 突 变 ,当 u1 发生下跳时 ,uA 有一突变 1 1 1 u1 u2 u3 C A R RS G1 G2 G3 2020/10/17 电工技术 0 t u3 0 t u2 0 t u1 0 t uA UT 1 1 1 u1 u2 u3 C A R RS G1 G2 G3 u2u1，电容反向充电 , uA上升。

2020/10/17 电工技术 0 t u3 0 t u2 0 t u1 0 t uA UT 当 uA=UT 时， u3、 u1、 u2反转 1 1 1 u1 u2 u3 C A R RS G1 G2 G3 2020/10/17 电工技术 0 t u3 0 t u2 0 t u1 0 t uA UT U 由于 u1上跳，电容电压不 能突变，所以 uA上跳，然 后 uA下降 ，进入下一个周 期 1 1 1 u1 u2 u3 C A R RS G1 G2 G3 2020/10/17 电工技术 T 0 t u3 0 t u2 0 t u1 0 t uA UT U 可以推导，输出信号的 周期近似为 : T 2.2 RC 1 1 1 u1 u2 u3 C A R RS G1 G2 G3 2020/10/17 电工技术 三、 RC耦合式振荡器 0 t uo 0 t uA 1 1 R1 R2 C2 C1 uo A 当 R1=R2=R , C1=C2=C时 输出信号的周期近似为 : T 1.4 RC 2020/10/17 电工技术 四、石英晶体振荡器 输出方波 uO的频率 = 石英晶体的固有谐振频率 石英晶体等效电路 石英晶体 1 1 R1 R2 C uo A R1=R2=1k C=0.1F 优点：振荡频率稳定，精度高，常用作基准信号源 2020/10/17 电工技术 单稳态触发器 : 输出端只有一个稳定状态 , 另一 个状态则是暂稳态。

加入触发信号后，它可以由 稳定状态转入暂稳态，经过一定时间以后，它又 会自动返回原来的稳定状态 稳定状态 稳定状态 暂稳态 16.1.2 由门电路构成的 单稳态触发器 由外部触发后，由稳 定状态变为暂稳态 经延时电路延时后， 又自动返回稳定状态 2020/10/17 电工技术 一、由门电路构成的积分型单稳态触发器 0 t ui u1 uA u2 0 t 0 t 0 t t1 当 ui=0时 u1 u2 R C 1 & ui A ui：外部触发脉冲 当 ui上跳时， u1下跳 因 uA不能突变，所以 u2下跳 2020/10/17 电工技术 0 t ui u1 uA u2 0 t 0 t 0 t t1 u1下跳后， C放电， uA下降 UT TW TW=1.1RC u1 u2 R C 1 & ui A 当 uA=UT时， u2上跳，输出 一个宽度为 TW的负脉冲 当 ui下跳时， u1上跳， C再 充电， uA上升为高电平 2020/10/17 电工技术 uA 0 t UT u2 0 t 0 t ui u1 0 t t1 t3 缺点： 若 C的放电太慢，在 t1- t3期间 , uAUT , 失去对 u2 低 电平宽度的控制作用 u1 u2 R C 1 & ui A u2将随着 ui变为 0而变为 1 2020/10/17 电工技术 u1 u 2 R C 1 & u i A & ui , 1 u 3 ( a ) ( b ) 改进型电路 u1 u2 R C 1 & ui A 2020/10/17 电工技术 u1 uA u2 0 t 0 t 0 t ui 0 t UT 0 t ui t1 t1 改进的积分型单稳触发器 工作原理 特点 : 输出脉冲宽度不受 输入脉冲宽度的影响 u1 u2 R C 1 & ui A & ui , 1 u 3 2020/10/17 电工技术 二、由门电路构成的微分型单稳态触发器 (略 ) 2020/10/17 电工技术 16.2 集成单稳态触发器 74LS123 74LS123 内部包括两个独立的单稳。

单稳输出脉 冲的宽度，主要由外接的定时电阻 ( RT )和定时电 容 ( CT )决定单稳的翻转时刻决定于 A、 B、 CLR 三个输入信号 A B Q Q CLR RT/CT CT A B Q Q CLR RT/CT CT 1 2 16.2.1 集成单稳态触发器 74LS123的功能 2020/10/17 电工技术 触发 74LS123功能表 A B Q Q CLR RT/CT CT +5V 清 0 CLR A B Q Q 说明 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 稳态 稳态 触发 触发时： Q端得到正脉冲 Q端得到负脉冲 2020/10/17 电工技术 A B Q Q CLR RT/CT CT +5V A B Q Q CLR RT/CT CT +5V “1” TW = 0.45 RT CT 单位 RT： k, CT: pF, tW: nS C T 1000PF RT CT CT RT TW A Q Q TW B Q Q 2020/10/17 电工技术 16.2.2集成单稳态触发器 74LS123应用举例 例 1.用 单稳进行 彩灯的延时控制 B TW Q Q A B Q Q CLR RT/CT CT +5V CT RT 延时时间 2020/10/17 电工技术 QA QC QB QD CP CLR R S0 S1 QA QC QB QD CP CLR R S0 S1 A B C D E F G H 7 4 L S 1 9 4 ( 1 ) 7 4 L S 1 9 4 ( 2 ) R2 C2 A Q2 R1 C1 A Q1 B + 5V 移位输入 DW1 DW2 时钟 +5V +5V 9108 发光二极管 串行移位寄存器 单稳态触发器 彩灯控制 过程 :全亮 由左到右逐个灭 全灭 延时 全亮 ,周而复始 2020/10/17 电工技术 例 2.用单稳进行波形的整形、用晶体振荡器产生计 数器的计数脉冲 (数字测速系统 ) 放大器 电机 圆盘 红外发射 红外接收 单稳整形 计数器 定时器 (晶体振荡器 ) 显示译吗器 数码显示器 ui uo 转 /分 分频器 ui uo 2020/10/17 电工技术 16.3 集成定时器 555 16.3.1 555定时器的工作原理 一、内部电路组成 内部电路组成 : (1)分压器 (3个 R) (2)电压比较器 (A1、 A2） (3)RS触发器 (4)反相器 (5)晶体管 T + A1 + A2 R S Q Q TR CV TH RD T VCC UO 6 GND 5 4 3 2 1 7 8 D R R R 2020/10/17 电工技术 1端 GND 地 2端 TR 低电平触发输入 3端 UO 输出 4端 RD 直接清 0 5端 CV 电压控制，不用 时经 0.01F电容 接地 6端 TH 高电平触发输入 7端 D 三极管集电极 8端 VCC 电源 (4.5V18V) 16.3.1 555定时器的工作原理 (续 ) 二、引脚功能 + A1 + A2 R S Q Q TR CV TH RD T VC C UO 6 GND 5 4 3 2 1 7 8 D R R R 2020/10/17 电工技术 16.3.1 555定时器的工作原理 (续 ) 三、工作原理 各部分的功能 + A1 + A2 R S Q Q TR CO TH RD T VC C UO 6 GND 5 4 3 2 1 7 8 D R R R (1)分压器为比较器提供 基准电压， A1的基准电 压为 ， A2的基准 电压为 。

3/2 CCV 3/CCV （ 2）阈值端（ TH）和 触发端（ TR）的外加输 入信号和两基准电压比 较当 TH 时 ， A1输出高电平；当 TR< 时， A2输 出高电平反之，两比 较器输出低电平 3/2 CCV 3/CCV （ 3） A1、 A2的输出作为 RS 触发器的输入 R=1时， Q=0； S=1时， Q=1 （ 4） RS触发器的反相输出端 经反相驱动后输出 UO,即 UO=Q (5)当 Q=0时 ,T导通； Q=1时， T截止 2020/10/17 电工技术 16.3.1 555定时器的工作原理 (续 ) 三、工作原理 功能表 555定时器的功能表 RD TH TR UO T 1 0 0 0 1 1 0 0 导通 导通 截止 保持 3/2 CCV 3/CCV 3/2 CCV 3/2 CCV 3/CCV 3/CCV 2VCC/3时， uo=0, T导通 ,电容 C很快放电 , 电路恢复到初始状态 2020/10/17 电工技术 555单稳电路波形图 Cu Ou 3/2 CCV iu 上电清 0：由于 CS的作用， 上电后 uo=0， T导通， uc=0 2020/10/17 电工技术 555单稳电路波形图 Cu Ou 3/2 CCV iu 当 ui为高电平时， uo保持，仍为 uo=0 2020/10/17 电工技术 555单稳电路波形图 Cu Ou 3/2 CCV iu 当 ui由高电平变为低电平时， uo=1 T截止， C开始充电 2020/10/17 电工技术 555单稳电路波形图 Cu Ou 3/2 CCV iu ui脉冲足够窄 , ui变为高电平后 , uo保持为 1,C继续充电 2020/10/17 电工技术 555单稳电路波形图 Cu Ou 3/2 CCV iu 当 C充电 2VCC/3时， uo=0, T导通 ,电容 C很快放电 , 电路恢复到初始状态。

2020/10/17 电工技术 555单稳电路波形图 Cu Ou 3/2 CCV iu tw 输出脉冲宽度： RCtW 1.1 。