脉冲波形的变换与产生-2.ppt

时序电路需连续的工作脉冲 矩形脉冲产生电路 可由门电路组成也可由施密特触发器 单稳态触发器 555时基电路组成 第八章脉冲波形的变换与产生 通过施密特触发器把输入的三角波 正弦波变成矩形波 矩形脉冲信号还可通过施密特触发器 单稳态触发器整形 去除噪音 干扰 基本要求 1 掌握门电路组成的 单稳态触发器 施密特触发器 多谐振荡器电路组成 工作原理 2 掌握555定时器的工作原理和应用 8 1单稳态触发器 8 1 1微分型单稳态触发器 1 电路有一个稳态 一个暂稳态2 外加触发信号 电路由稳态翻转到暂态3 经过一段时间 电路又自动回到稳态4 暂态的持续时间只取决于RC充放电电路参数本身 而与触发信号的宽度无关 1 电路组成 一与非门 或非门 与一反相器经RC微分电路交叉耦合 1 电路稳态 0V 1 0 0 0 1 电路稳态时 C断路 又VI2经R接至VDD 进入暂态 0V vO2 1 vI即使恢复为低电平 暂态仍能维持 1 0 0 1 正反馈 波形陡峭 vI2逐渐升高 VDD VTH VDD VI2应上升到VDD VTH 由于保护二极管的作用 vI2只能上升到VDD 3 当vI2 VTH 返回稳态 1 0 0 0 1 4 恢复过程 电容放电 VC 0VI2 VDD VDD VTH VDD 1 0 0 0 1 tW 0 7RC 输出脉冲宽度tW 恢复时间tre 一般工程上认为 vI的最大工作频率 经过 3 5 RC时间 电容已经放电完毕 即tre 3 5 RC vI的最小工作周期 或非门组成的微分性单稳态触发器 若输入脉冲过宽 vo2输出边沿变缓 可在输入端加微分电路 为改善输出波形 可在输出端加一个反相器 与非门组成的微分型单稳态触发器 0 96RC tre 3 5 RC 亦有 2 触发脉冲的间隔 周期 不得小与tw tre 也要求tpi tw 适合于窄脉冲触发 若输入脉冲过宽 vo2输出边沿变缓 可在输入端加微分电路 为改善输出波形 可在输出端加一个反相器 R 补充 积分型单稳态触发器 宽脉冲触发 触发脉冲宽度要求tpi tW 否则脉冲宽度由tpi决定 而不是由RC参数决定 0 96 R0 R C 积分型单稳态触发器 宽脉冲触发 触发脉冲宽度要求tpi tW 尖峰脉冲干扰不会引起足够宽度的脉冲 抗干扰能力较强 但由于不存在G2输出到G1输入的反馈 输出波形VO2边沿差 分为可重复触发 和不可重复触发两类 不可重复触发型 不被再次触发 被再次触发 电路进入暂稳态中 不再接受触发信号 只有返回稳态后才可以被再次触发 可重复触发型 电路在暂稳态中仍然可以接受触发信号 每触发一次 电路暂稳态会继续保持tW 8 1 2集成单稳态触发器 1 不可重复触发的集成单稳态触发器74121 触发信号控制电路 微分型单稳触发器 电路的连接 R 外接电阻 2 30K 或采用内部电阻 2K C 外接电容 10pF 10 F 输出缓冲电路 输出脉冲宽度 tw 0 7RC 电路的不可重复触发特性 1 工作原理 在暂稳态期间即使有触发信号输入 但由于G4门在此期间关闭 不会被再次触发 电路属于不可重复触发单稳态触发器 集成单稳态触发器74121管脚图 A1 A2 B 触发信号输入端 Rext Cext Cext Rint 外接电阻 电容 内接电阻引脚 74121功能表 逻辑功能表 8 1 3单稳态触发器的应用 1 定时 用单稳态触发器控制了脉冲的定时通过 利用单稳态触发器输出的一定脉宽的单脉冲 作为其他电路的定时信号 2 延时 VO的上升沿相对于Vi延时了tw1时间 74121功能表 3 可组成多谐振荡器 4 噪声消除电路 vI vO 设置tW使之小于有用信号宽度 大于噪声信号宽度 输出信号中消除了干扰信号 8 1 2 9 2 2 判断哪个是稳态 暂态的结束不是由RC过渡过程引起的 而是由触发信号的结束引起的 tW 8 2施密特触发器 输入电压上升和下降两过程对应的阈值电压不同 VT VT VT VT VT 正向阈值电压VT 负向阈值电压 电路特点 电平触发而非脉冲触发 输入为缓慢变化的电压信号 当输入达某一电压值时 输出发生突变 2 电压传输特性具有滞回 迟滞 特性 VT VT VT 回差 滞回电压 反相输出的施密特触发特性 同相输出的施密特触发特性 1 电路组成 G1 G2 反相器 R1 R2 分压器 将vO的一部分送到输入端 2 工作原理 设vI为三角波 Vth 1 2VDD R1 R2 1 vI 0 vO1 1 vO 0 8 2 1用门电路组成的施密特触发器 2 VI vI1 只要vI1 Vth 输出状态不变 3 当vI1 Vth时 G1 G2翻转vO1 1 0vO 0 1 翻转以后 且有 VT t vI VT 5 vI 当vI1 Vth时 G1 G2翻转 vO1 0 1vO 1 0 Vth 4 VI 经最高点 只要vI1 Vth 输出状态不变 改变R1 R2的比值 回差可调 依然有 8 2 3施密特触发器的应用 1 波形变换 三角波 正弦波变换成矩形波 调节VT VT 可以改变矩形波占空比 三角波 矩形波 2 波形的整形与抗干扰 回差电压选小了 回差电压合适 3 脉冲幅度鉴别 可以调节VT 作为鉴别门限 4 构成多谐振荡器 T1 T2 8 3多谐振荡器 一种自激振荡电路 无需外加触发信号即可产生一定频率和幅值的矩形波或方波 没有稳定状态 有两个暂稳态 矩形波含有很多高次谐波分量 称为多谐振荡器 由门电路组成的多谐振荡器 电路需含有 1 开关器件 产生高 低电平 2 使开关器件改变输出状态 矩形波 方波 反馈环节 3 波形有一定周期 延时环节 RC充放电电路 往往反馈环节兼作延时环节 设VON VOFF Vth 1 2VDD 工作原理 2 vO1高电平 vO2低电平 第一暂稳态 1 t 0时刻接通电源 C未充电 设初值vI vO2 0 vO1 1 0 VOL 0V 1 VOH VDD 通过R向C充电 vI电压逐渐升高 工作原理 3 当vI VTH时 门电路翻转 vO1 0 vO2 VDD进入第二暂稳态 C两端电压不能突变应该vI VTH vI VTH VDD 但是由于保护二极管的作用 vI VDD V V D的正向导通压降 工作原理 4 第二暂稳态中vO1 0 vO2 VDD 电容通过R反向充电vI电压逐渐下降 工作原理 5 当vI下降到VTH 门电路再次翻转 vO1 VDD vO2 0又回到第一暂稳态 由于保护二极管的作用 vI只能下降到 V C电压不能突变 应该vI VTH VDD 1 2VDD 工作原理 6 第一暂稳态中vO1 VDD vO2 0 C又开始正向充电 电路继续翻转 振荡 振荡周期计算 RC电路的瞬态响应 三要素法 对于vI的正向充电过程 求T1 vI 0 V 0vI VDDvI t VTH 代入三要素法公式 vI 0 VDD V VDDvI 0vI t VTH 计算T2 C的反向充电过程 RC电路的瞬态响应 三要素法 矩形波周期T T1 T2 电路组成 奇数个反相器首尾相连 RC延时电路作反馈环节 RS 限流保护电阻 补充 RC环形振荡器 实验内容 假设 开始时uo 0 UC初值为0 uA Uth时 uo不翻转 当uA Uth时 uo翻转 uo1 uo2也一起翻转 由于电容电压不能突变 当uo1发生下跳时 uA下降相同数值 只要uA Uth uo就不翻转 uo1 0 uo2 1 电容反向充电 uA上升 当uA Uth时 uo uo1 uo2翻转 由于uo1上跳 电容电压不能突变 所以uA上跳相