数字电子技术第10章脉冲波形的产生.ppt

1,10.1 概述,主要内容： 多谐振荡器的概念 单稳态触发器的概念 施密特触发器的概念,2,（1）双稳态触发电路又称为触发器，它具有两个稳定状态.两个稳定状态之间的转换都需要在外加触发脉冲的作用下才能完成。 （2）单稳态触发电路又称为单稳态触发器。它只有一个稳定状态，另一个是暂时稳定状态（简称“暂稳态”）. 在外加触发信号作用下，可从稳定状态转换到暂稳态，暂稳态维持一段时间后，电路自动返回到稳态，暂稳态的持续时间取决于电路的参数。 （3）多谐振荡器能够自激产生连续矩形脉冲，它没有稳定状态，只有两个暂稳态。其状态转换不需要外加触发信号触发，而完全由电路自身完成。 若对该输出波形进行数学分析，可得到许多各种不同频率的谐波，故称“多谐”。,3,10.2 多谐振荡器,主要内容： 门电路构成多谐振荡器的工作原理 石英晶体多谐振荡器电路及其优点 秒脉冲信号产生电路的构成方法,4,10.2.1 门电路构成的多谐振荡器,利用门电路的传输延迟时间，将奇数个非门首尾相接就构成一个简单的多谐振荡器。如图所示，它由三个非门首尾相连而成，这个电路没有稳定状态。,5,从任何一个非门的输出端都可得到高、低电平交替出现的方波。该电路的输出波形：,在某一时刻输出uo由低电平0跳变为高电平1，则G1门、G2门和G3门将依次翻转，经过三级门的传输延迟时间3tpd后，使输出uo又由高电平1跳变为低电平0。如此循环跳变而形成矩形波。,6,其振荡周期为6tpd。这种简单的多谐振荡器周期小，频率高，且频率不易调整和不稳定，所以在实际电路中很少使用。,7,为了克服上述多谐振荡器的缺点，可在电路中引入RC延迟环节，构成如图所示电路。,使uA电压延迟下降,8,工作原理分析(1),设在t0时刻，uI=uo为低电平，则uo1为高电平，uo2为低电平。此时uo1经电容C、电阻R到uo2形成电容的充电回路。 电容C上uc的电压逐渐增大， uA相应减小，当接近门电路的阈值电压UTH时，形成下述正反馈过程：,uAuouo1,正反馈的结果，使电路在t1时刻，uI=uo变为高电平，则uo1为低电平，uo2为高电平。,9,工作原理分析(2),电路在t1时刻，uI=uo变为高电平，uo1为低电平，uo2为高电平。 此时uo2经电阻R、电容C到uo1形成电容的放电回路。 此后的过程与上相似，最后使电路在t2时刻返回到uI=uo变为低电平，uo1为高电平，uo2为低电平的状态。,10,工作原理分析(3),充电,放电,放电,充电,11,10.2.2 采用石英晶体的多谐振荡器,两种常见的石英晶体振荡器电路：,具有各种谐振频率的石英晶体（简称“晶振”）已被制成标准化和系列化的产品出售。,12,例10-1 秒脉冲信号产生电路的设计。,秒信号产生电路(1),13,秒信号产生电路(2),14,从Q4 Q10和Q12 Q14各输出端可分别得到频率为2048 Hz，1024 Hz，512 Hz，256 Hz，128 Hz，64 Hz，32 Hz，8 Hz，4 Hz和2 Hz的脉冲信号。,15,10.3 单稳态触发器,主要内容： 单稳态触发器的工作特点 门电路构成单稳态触发器的工作原理 不可重复触发和可重复触发的区别 集成单稳态触发器74LS121和74LS122的使用方法 单稳态触发器在波形整形、定时和延时等方面的应用方法,16,10.3.1 门电路构成的单稳态触发器,1电路结构,微分型单稳态触发器,RROFF,17,工作原理分析(1),原理概述：在外触发信号的作用下，电路由稳态进入暂稳态，然后在电容充放电的作用下，电路自动返回到稳定状态。,（1）无触发信号时uI为高电平。考虑到RROFF，所以稳态时uI2为低电平，则uo为高电平。故uo1为低电平，电容C两端的电压近似为0V。只要触发信号不到来，电路就维持在uo1为低电平，uo为高电平这一稳定状态。,18,工作原理分析(2),（2）假设在t1时刻，输入端有触发信号（负脉冲信号）出现，则与非门G1的输出uo1变为高电平。 由于电容C两端的电压不能突变，故uI2随uo1跳变为高电平，uo跳变为低电平。该低电平反馈到G1的输入端，使uo1仍维持在高电平。电路处于uo1为高电平、uo为低电平的暂稳状态。,19,工作原理分析(3),在暂稳态期间，经电容C和电阻R到地形成充电回路，电容C开始充电， uI2开始逐渐下降。 当接近门电路的阈值电压UTH时（设此时触发脉冲已消失），出现下述正反馈过程：,uI2 uouo1,此正反馈的结果，使电路自动返回到uo1为低电平，uo为高电平的稳定状态。电容开始放电，为下一次触发作准备。,20,微分型单稳态触发器的工作波形,充电,放电,21,10.3.2 集成单稳态触发器,目前使用的集成单稳态触发器有不可重复触发和可重复触发,其工作波形如图所示。,不可重复触发的单稳态触发器一旦被触发进入暂稳态之后，即使再有触发脉冲作用，电路的工作过程也不受其影响； 可重复触发单稳态触发器在暂稳态期间，如又有触发脉冲作用，电路会被重新触发，使暂稳态继续延迟一个tW时间。,22,集成单稳态触发器中，74121、74LS121、74221、74LS221等是不可重复触发的单稳态触发器。74122、74123、74LS123等是可重复触发的单稳态触发器。,23,外接电阻Rext 的取值范围为2k40k，外接电容Cext取值为10pF1000F。 Cext接在10、11脚之间，Rext接在11和电源UCC（14脚）之间，此时9脚开路。,当需要电阻较小时，可以直接使用阻值约为2k的内部电阻Rint，此时将Rint接UCC，即9、14脚相接。,24,有两种边沿触发方式。输入A1或A2是下降沿触发，输入B是上升沿触发。,看懂功能表,25,10.3.3 单稳态触发器的应用,1脉冲整形,2定时控制,26,3脉冲延时 脉冲延时一般包括两种情况，一是边沿延时，输出脉冲信号的下降沿相对于输入脉冲信号的下降沿延时了tw；二是脉冲信号整体延时一段时间。,27,（a)利用一个单稳态触发器即可实现; (b)可采用两个单稳态触发器来实现。其中，第一个单稳态触发器采用上升沿触发，其输出脉冲宽度等于所要求的延时时间；第二个单稳态触发器采用下降沿触发，并使其输出脉冲宽度等于第一个单稳态触发器输入脉冲的宽度即可。,第一个单稳态触发器,第二个单稳态触发器,28,仿真软件演示脉冲延时。,29,10.4 施密特触发器,主要内容： 施密特触发器的电压传输特性 施密特触发器进行波形变换的工作原理 施密特触发器进行波形整形的工作原理 施密特触发器构成多谐振荡器的工作原理,30,10.4.1概述,施密特触发器的输出与输入信号之间的关系可用电压传输特性表示：,31,TTL集成施密特触发器有74LS13、74LS14、74LS132等。 74LS13为施密特触发的双四输入与非门，74LS14为施密特触发的六反相器，74LS132为施密特触发的四两输入与非门。 CMOS集成施密特触发器有74C14、74HC14等。,32,10.4.2施密特触发器的应用,1波形变换 利用施密特触发输入反相器可以把正弦波、三角波等变化缓慢的波形变换成矩形波。,仿真软件演示,33,2脉冲整形 有些信号在传输过程中或放大时往往会发生畸变。通过施密特触发器电路，可对这些信号进行整形。,34,3幅度鉴别,35,4构成多谐振荡器 由7414施密特触发器构成的多谐振荡器。该电路非常简单，仅有两个施密特触发器、一个电阻和一个电容组成。,36,接通电源瞬间，电容C上的电压为0，因此输出uo1为高电平。此时uo1通过电阻R对电容C充电，电压uI逐渐升高。 当uI达到UT+时，施密特触发器翻转，输出uo1为低电平。此后电容C又通过R放电，uI随之下降。 当uI降到UT-时，触发器又翻转。如此周而复始地形成振荡。,充电,放电,37,仿真软件演示,38,10.5 555定时器及其应用,主要内容： 555定时器的内部电路结构及工作原理 555定时器的逻辑功能 555定时器构成施密特触发器 555定时器构成单稳态触发器 555定时器构成多谐振荡器,39,1电路结构,10.5.1 电路组成及工作原理,（1）电阻分压电路； （2）两个电压比较器C1和C2； （3）基本RS触发器； （4）一个放电三极管T。,40,工作原理分析(1),RD的功能：复位 5脚的功能：控制或改变比较器的参考电压，通常悬空。 此时，比较器C1的参考电压为 比较器C2的参考电压为,41,工作原理分析(2),四种情况下输出信号及三极管T状态的分析：（表102）,42,10.5.2 555定时器构成施密特触发器,将555定时器的uI6和uI2输入端连在一起作为信号的输入端，即可组成施密特触发器。,假设输入信号是一个三角波，根据功能表10-2分析：,43,10.5.3 555定时器构成单稳态触发器,（1）稳定状态为0。如果没有外加触发脉冲到来，则该输出状态一直保持不变。,稳态,44,稳态,（2）暂稳态为1。当外加负触发脉冲（UCC/3 ）后，输出状态保持暂稳态1不变。 当电容C继续充电到大于 2UCC/3 时，电路又发生翻转，输出uo回到0，T导通，电容