数电第7章-脉冲波形的产生与整形

第7章脉冲波形的产生与整形,1,第7章脉冲波形的产生与整形,本章课时：4学时,第7章脉冲波形的产生与整形,2,作业,7-2题的1，2，37-3题的1，27-57-8选做7-1,第7章脉冲波形的产生与整形,3,目录,7.1概述7.2矩形脉冲的产生7.3集成555定时器7.4应用电路实例7.5脉冲产生与整形电路的系统应用,第7章脉冲波形的产生与整形,4,矩形脉冲作为时钟信号控制和协调着整个数字系统的工作。理想的时钟信号标准的矩形波，上升和下降时间为0。,7.1概述,第7章脉冲波形的产生与整形,5,实际的时钟信号存在上升时间和下降时间,周期,脉宽,上升时间,下降时间,脉冲幅度,第7章脉冲波形的产生与整形,6,7.2矩形脉冲的产生,方法一：通过矩形波振荡电路产生（无输入信号）方法二：通过波形变换产生（需外加输入信号）,第7章脉冲波形的产生与整形,7,7.3集成555定时器,集成555定时器是一种将模拟和数字电路结合的、多用途的单片集成电路，如在其外部配上少许阻容元件，便能构成多种用途的振荡、整形及定时等多种应用电路。555定时器由电阻分压器、两个比较器、RS锁存器、开关三极管和输出缓冲器五个基本单元组成。,第7章脉冲波形的产生与整形,8,组成：电阻分压器比较器RS锁存器开关三极管输出缓冲器,第7章脉冲波形的产生与整形,9,7.3.1555定时器的电路结构,电阻分压器无外加电压VCO时，外加电压VCO时，,第7章脉冲波形的产生与整形,10,电压比较器C1、C2为集成运算放大器,7.3.1555定时器的电路结构,第7章脉冲波形的产生与整形,11,集成运算放大器,集成运算放大器为多用于模拟信号运算（如比例、求和、积分、乘除等）的集成放大电路，简称为集成运放。集成运放的逻辑符号、简化的集成运放低频等效电路及其电压传输特性,第7章脉冲波形的产生与整形,12,理想集成运放的主要参数为：1）开环增益为无穷大，Aod=；2）输入电阻无穷大，Rid=；3）输出电阻为零，Ro=0。,第7章脉冲波形的产生与整形,13,开环时，集成运放作为电压比较器使用。当V+V-时，输出为+VOM当V+V-时，输出为-VOM,第7章脉冲波形的产生与整形,14,7.3.1555定时器的电路结构,电压比较器C1、C2将两个触发端与VR1、VR2的比较结果作为锁存器的输入。,第7章脉冲波形的产生与整形,15,SR锁存器由电压比较器的输出vO1、vO2作为其触发信号R、S，决定了触发器输出端Q的状态。,第7章脉冲波形的产生与整形,16,开关三极管用来构成放电开关，当Q=1时，G3输出为低电平，V截止；当Q=0时，G3输出为高电平，V导通。,输出缓冲器G4,第7章脉冲波形的产生与整形,17,7.3.2工作原理,两个触发端加不同的信号与VR1、VR2比较，使比较器的输出控制RS锁存器，使其分别工作在置0、置1和保持状态。如VCO悬空，功能表为：,第7章脉冲波形的产生与整形,18,1,0,0,1,0,第7章脉冲波形的产生与整形,19,1,1,第7章脉冲波形的产生与整形,20,0,1,0,1,第7章脉冲波形的产生与整形,21,低触发端,高触发端,控制电压,放电端,输出端,复位端,第7章脉冲波形的产生与整形,22,7.4应用电路实例,1、概述施密特触发器是脉冲变换电路。其特点：有两个稳定状态，状态的维持和转换均与输入电压有关，且有两个阈值电压：VT+和VT-，且VT+VT-。其传输特性具有滞回特性。输出波形边沿陡峭，具有整形功能。,7.4.1施密特触发器,第7章脉冲波形的产生与整形,23,施密特触发器的符号和传输特性,反相型施密特触发器，VT+和VT-分别为两个阈值。,第7章脉冲波形的产生与整形,24,2、用555定时器构成施密特触发器,将两个触发端连接作为输入。,第7章脉冲波形的产生与整形,25,工作原理,当viVR1时，输出vO为高电平，vi上升到VR1和VR2之间时，输出vO仍保持高电平，直到viVR2后，vO才降为低电平。vi上升到最大值后开始下降，当vi下降到VR1和VR2之间时，输出vO仍保持低电平，直到viVR2后，vO又恢复为高电平。,第7章脉冲波形的产生与整形,26,电压传输特性曲线（输出电压与输入电压之间的关系曲线,第7章脉冲波形的产生与整形,27,VR1和VR2分别为上、下阈值电压，两电压之差为回差电压。,第7章脉冲波形的产生与整形,28,3.施密特触发器的应用,1）波形变换,输入图示正弦波555无外加控制电压，电源电压为10V.其上升到上阈值（10V）时输出下降；输入下降到下阈值（5V）时输出上升。,将正弦波变换为矩形波。,第7章脉冲波形的产生与整形,29,2)整形,输入矩形波有波形畸变，通过施密特触发器整形，只要畸变部分不超过阈值电压，就可以得到比较理想的矩形波,波形畸变,第7章脉冲波形的产生与整形,30,3、鉴幅,将高于10V（VT+）的脉冲选出，其他脉冲去掉，称为鉴幅功能。,第7章脉冲波形的产生与整形,31,7.4.2单稳态触发器,1、概述单稳态电路有一个稳态，在外加触发脉冲的作用下，电路进入暂稳态，经过（tW）时间后，能自动返回稳态。其中暂稳态维持的时间仅取决于电路本身元件的参数，与触发脉冲的宽度无关。通过触发脉冲产生矩形波。,第7章脉冲波形的产生与整形,32,2、用555定时器构成单稳态触发器,第7章脉冲波形的产生与整形,33,工作原理,负触发脉冲到来前，低触发端处于高电平，输出状态保持低电平（稳态）。当加入触发负脉冲后，电路的输出uO由低电平跳变为高电平，三极管V截止，VCC通过R向C充电。uC按指数规律增加，电路处于暂稳态。uC充电到VR1时，三极管导通，C放电，uo返回低电平。,第7章脉冲波形的产生与整形,34,工作波形,第7章脉冲波形的产生与整形,35,脉冲宽度的计算,脉冲宽度（tW）为电容充电时从0到上阈值所需的时间，如果上阈值为2VCC/3，根据三要素法，计算如下：,第7章脉冲波形的产生与整形,36,3、集成单稳态触发器及应用,74121TTL集成单稳态触发器，其中，A1、A2和B为触发脉冲输入端，可以选择上升沿触发或下降沿触发，为输出。外接Rext、Cext充、放电元件，也可选用内部电阻（2K左右）。输出脉冲的宽度为：,第7章脉冲波形的产生与整形,37,第7章脉冲波形的产生与整形,38,集成单稳态触发器74121的功能表,第7章脉冲波形的产生与整形,39,7.4.3多谐振荡器,1、概述多谐振荡器有两个暂稳态，不需要外加输出（或触发）信号，就能在两个暂稳态之间连续交替转换，产生矩形脉冲信号。,第7章脉冲波形的产生与整形,40,2、用555定时器构成多谐振荡器,特点：将高、低触发端连接（施密特触发器）再外接R、C,第7章脉冲波形的产生与整形,41,3、工作原理,无稳定状态，电源接通时输出应为随机状态。输出高电平时，内部三极管截止，电源通过R1、R2向C充电。uC指数规律增加。当uCVR1时，输出为低电平，三极管截止。C通过R2放电，uC指数规律下降。当uCVR2时，输出再次为高电平形成矩形波。,第7章脉冲波形的产生与整形,42,4、工作波形,第7章脉冲波形的产生与整形,43,5、参数计算,T1uC从VR2到VR1的充电时间充=（R1+R2）C、uC（0）=VR1、uC（）=VCC如：VR1=2VCC/3、VR2=VCC/3，则：,第7章脉冲波形的产生与整形,44,T2uC从VR1到VR2的放电时间放=R2C、uC（0）=VR2、uC（）=0如：VR1=2VCC/3、VR2=VCC/3，则：,第7章脉冲波形的产生与整形,45,频率与占空比,输出脉冲的周期、频率,输出脉冲的占空比（1/2）,第7章脉冲波形的产生与整形,46,6、占空比可调的多谐振荡器,第7章脉冲波形的产生与整形,47,利用RP调节R1和R2的比值，可以达到调节占空比的作用。,充电回路为：VCCR1VD1C地（三极管截止）放电回路为：CVD2R2V（三极管导通）地。,因为：充=R1C放=R2C所以：T1=R1Cln2、T2=R2Cln2。T=T1+T2=（R1+R2）Cln2,第7章脉冲波形的产生与整形,48,3、石英晶体振荡器构成的多谐振荡器,1）石英晶体的的特点：当外加信号的频率f等于石英晶体的固有频率f0时，其等效阻抗最小且为纯电阻，信号最容易通过。利用石英晶体的这个特点，将其接入多谐振荡器中，使多谐振荡器的振荡频率仅由石英晶体的固有频率f0决定。,第7章脉冲波形的产生与整形,49,2）TTL非门与石英晶体构成的多谐振荡器,非门与电容构成正反馈,第7章脉冲波形的产生与整形,50,工作原理,调节R使TTL非门工作在电压传输特性的转折区（1.4V左右），使其具有较高的放大能力。当振荡频率等于石英晶体的固有频率f0时，因为石英晶体等效阻抗呈现两个特征：一是阻抗最小，信号最容易通过；二是为纯电阻，附加相移=0，满足振荡的相位条件。所以，该电路的振荡频率为石英晶体的固有频率f0。而与外接电阻和电容的参数无关。,第7章脉冲波形的产生与整形,51,3）改进可控石英晶体振荡器,S断开时工作，输出频率为f0的矩形波信号；S闭合时G1被封锁，振荡停止。优点是起振容易且起、停振可以控制。,第7章脉冲波形的产生与整形,52,7.5脉冲产生与整形电路的系统应用,利用石英晶体振荡器产生32768Hz稳定的矩形波信号，通过分频电路（CC4046）和D触发器，得到1Hz（秒脉冲）时钟脉冲信号。广泛用于计时电路中。,第7章脉冲波形的产生与整形,53,本章小结,本章介绍了产生时钟信号的部分电路及