[课件资料]第十章 脉冲波形的产生和整形

第十章脉冲波形的产生和整形,介绍矩形脉冲波形的产生和整形脉冲整形电路：施密特触发器；单稳态触发器；脉冲振荡电路（多谐振荡器电路）对称式/非对称式多谐振荡器环形振荡器用施密特触发器构成的多谐振荡器石英晶体多谐振荡器,555定时器的电路结构与功能构成施密特触发器构成单稳态触发器构成多谐振荡器,RC电路的过渡过程*RC电路特点：*一阶RC回路：,解:,求解一阶微分方程得：,其中：uC(t)电容两端在某一时刻t的电压值t充/放电至u(t)的所需时间,波形特点：,1.电容C上的电压UC不可突变2.对简单电路，时间常数=RC,波形特点：,微分电路与积分电路：,对C充电,使UC增加,UC增加,UR减小,UC不可突变,UR跳变,初始状态,K接电压,微分电路与积分电路：,10.1概述一、获取矩形脉冲波形的途径1.多谐振荡器电路直接产生2.周期性变化波形经整形电路变换而成,采用整形的方法获取矩形脉冲时，以找到频率和幅度都符合要求的一种已有电压信号为前提,同步时序电路中，作为时钟信号的矩形脉冲控制和协调着整个系统的工作,时钟脉冲的特性直接关系到系统能否正常工作,二、描述矩形脉冲特性的主要参数,脉冲周期T：两个相邻脉冲之间的时间间隔。脉冲幅度VM：脉冲电压的最大变化幅度。脉冲宽度tW：从脉冲前沿到达0.5VM起，到后沿到达0.5VM止的时间上升时间tr：脉冲上升沿从0.1VM上升到0.9VM所需要的时间下降时间tf：脉冲下降沿从0.9VM下降到0.1VM所需要的时间占空比q=tW/T：脉冲宽度与脉冲周期的比值,10.2施密特触发器(SchmittTrigger)特点：1.输入信号从低电平上升的过程中电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同2.电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿很陡应用：1.边沿变化缓慢的信号波形边沿陡峭的矩形波2.清除叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声,vI从0逐渐升高,正向阈值电压VT+-vI上升过程中电路状态发生转换时对应的输入电平,10.2.1用门电路组成的施密特触发器,G1和G2为CMOS反相器,同相输出端,反相输出端,vI从高电平VDD逐渐下降,负向阈值电压VT-:vI下降过程中电路状态发生转换时对应的输入电平,回差电压VT,同相输出,反相输出,电压传输特性,否则电路进入自锁状态,已知反相施密特触发器输入波形如图，其VT+=5V，VT-=2.5V,画出输出波形。,波形图,10.2.2集成施密特触发器,一、TTL电路集成施密特触发器7413,二、CMOS集成施密特触发器CC40106,10.2.3施密特触发器的应用一、用于波形变换利用正反馈,可将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号输入信号=直流分量+正弦分量变换条件：输入信号幅度VT+变换结果：同频率的矩形脉冲信号,二、用于脉冲整形,矩形脉冲经传输后发生波形畸变,a.传输线上电容较大，波形的上升沿和下降沿变坏,b.接收端和传输线的阻抗不匹配，产生振荡,c.附加噪声,三、用于脉冲鉴幅,将幅度大于VT+的脉冲选出，具有脉冲鉴幅的能力,10.3单稳态触发器(MonostableMultivibrator)特点：有稳态和暂稳态两个工作状态。在外界触发脉冲作用下，能从稳态暂稳态，维持一段时间后自动返回稳态。暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关应用：脉冲整形；延时（产生滞后于触发脉冲的输出脉冲）；定时（产生固定时间宽度的脉冲信号）。,10.3.1用门电路组成的单稳态触发器暂稳态：靠RC电路的充、放电过程维持一、微分型单稳态触发器G1和G2为CMOS门,微分电路,微分电路,1.原理分析,暂稳态,充电,稳态,放电,2、性能参数计算,输出脉冲宽度tw:电容C开始充电到vI2上升至VTH的时间,电容C充电的等效电路,暂稳态,充电,放电,2、性能参数计算（续）,输出脉冲幅度Vm,电容C放电的等效电路,恢复时间tre,分辨时间td保证电路正常工作的前提下，允许两个相邻触发脉冲之间的最小时间间隔,微分型单稳态触发器可以用窄脉冲触发,二、积分型单稳态触发器,G1和G2为TTL门1、原理分析,R的阻值不能很大,正脉冲触发,C上电压不能突变,积分电路,稳态,暂稳态,放电,充电,2.性能参数计算,输出脉冲宽度tw:电容C开始放电到vA下降至VTH的时间,电容C放电的等效电路,vA的波形,2、性能参数计算（续）,输出脉冲幅度Vm,恢复时间tre,分辨时间td两个相邻触发脉冲之间的最小时间间隔,优点抗干扰能力强,缺点a.输出波形的边沿比较差；b.必须在触发脉冲的宽度大于输出脉冲宽度时才能工作；,充电时间常数的35倍,触发脉冲宽度,没有正反馈,3、窄脉冲可以触发的积分型单稳态触发器,负脉冲触发,1,0,反馈,10.3.2集成单稳态触发器一、TTL集成单稳态触发器74121,输入控制电路,微分型单稳态触发器,输出电路，提高带负载能力,微分型单稳态触发器,边沿触发,上升沿触发,不触发,下降沿触发,下降沿触发,集成单稳态触发器的工作波形图,输出脉冲宽度tw:,集成单稳态触发器74121的外部连接方法,使用外接电阻（下降沿触发）,使用内部电阻（上升沿触发）,不可重复触发V+V输出为“1”;V+2/3VCC1/3VCC010导通,11/3VCC11保持不变,12/3VCC2/3VCC1/3VCC001截止,VC1VC2Q,VC1=RVC2=SVO=Q,10.5.2用555定时器接成施密特触发器,滤波电容,一、电路结构1,*滤波电容：提高参考电压VR1和VR2的稳定性,二、工作原理,11/3VCCVI2/3VCC010导通,1VI1/3VCC101截止,VC1VC2Q,阈值电压,施密特触发器-1,施密特触发器-2,滤波电容,外接电压,10.5.3用555定时器接成单稳态触发器,触发信号,一、电路结构,单稳态触发器特点：有稳态和暂稳态两个工作状态。在外界触发脉冲作用下，能从稳态暂稳态，维持一段时间后自动返回稳态。暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关应用：脉冲整形；延时（产生滞后于触发脉冲的输出脉冲）；定时（产生固定时间宽度的脉冲信号）。,二、工作原理,低电平触发,性能参数：暂稳态输出的宽度,10.5.4用555接成多谐振荡器,工作原理:（初态时：VC=0V0=1）,Vc,充电,放电,振荡周期,振荡频率较低,仍需使用高速门电路接成多谐振荡器,占空比,用555定时器组成的占空比可调的多谐振荡器,脉冲占空比可调的多谐振荡器,充电时间,放电时间,占空比,矩形脉冲的参数施密特触发器的特点及应用单稳态触发器的特点及分类多谐振荡器的特点及分类555定时器的应用构成施密特触发器（VT+、VT-、VT）构成多谐振荡器（f、q）,第十章复习要点：,介绍矩形脉冲波形的产生和整形脉冲整形电路：施密特触发器；单稳态触发器；脉冲振荡电路（多谐振荡器电路）对称式/非对称式多谐振荡器环形振荡器用施密特触发器构成的多谐振荡器石英晶体多谐振荡器,555定时器的电路结构与功能构成施密特触发器构成单稳态触发器构成多谐振荡器,作业：10.1，10.3，10.16，10.18，10.19，10.22，10.25，10.26,本章习题类型与解题方法,1.施密特触发器阈值电压的计算,【解题方法和步骤】例如：题10.1，10.3a.确定输入为0时电路的状态；b.找出输入电压上升过程中电路状态发生转换是由哪一点的电压控制；c.计算出该点电压引起电路状态发生变化时所对应的输入电压值，即VT+；d.分析输入高于VT+以后电路的状态；e.找出输入电压下降过程中电路状态发生转换是由哪一点的电压控制。f.计算该点电压引起电路状态发生变化所对应的输入电压值，即VT-。,题10.3计算正向阈值电压、负向阈值电压和回差电压，并画出输出电压波形？,如题10.16，10.18一、计算振荡周期、频率、占空比二、输出脉冲幅度的计算输出高电平VOH和输出低电平VOL之差；,2.多谐振荡器的分析计算,多谐振荡器电路对称式/非对称式多谐振荡器（了解）环形振荡器（重点）用施密特触发器构成的多谐振荡器（重点）石英晶体多谐振荡器（了解）,题10.16求每个门的平均传输延迟时间？,题10.18求R1和R2比值、震荡频率、占空比等参数？,3.555定时器应用电路的分析计算，如10.19、22、25、26,一、确定555定时器的工作模式构成施密特触发器；构成单稳态触发器；构成多谐振荡器。二、根据工作模式，计算相应的性能参数,题10.19Vcc=12或9V时，求正/负向阈值电压、回差电压。,题10.22555接成多谐振荡器，求振荡频率。,10.25直接计算，延迟11s，发声频率9.66kHz,施密特,多谐振荡器,10.26哎呦电路计算VO1高电平持续时间TH=1.11s，