第10章-脉冲的产生和整形

第10章脉冲的产生和整形,南京信息工程大学信息与控制学院,2020/5/15,2,一、重点掌握的内容：,(1)555定时器及其应用.(2)石英晶体多谐振荡器.,二、一般掌握的内容：,(1)施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的工作特点和典型应用。(2)施密特触发器、单稳态触发器输入电压与输出电压之间的关系；多谐振荡器振荡周期的估算方法。,2020/5/15,3,脉冲周期T,脉冲幅度Vm,上升时间tr,下降时间tf,占空比：,脉冲宽度TW,10.1矩形脉冲的特性参数,2020/5/15,4,矩形脉冲信号的获取方法有两种：,产生：不用信号源，加上电源自激振荡，直接产生波形。,整形：对输入信号，进行整形.,脉冲产生电路：多谐振荡器,脉冲整形（变换）电路：施密特触发器、单稳态触发器,2020/5/15,5,施密特触发器：是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。,10.2施密特触发器,2020/5/15,6,10.2.1施密特触发电路的工作原理,2020/5/15,7,2020/5/15,8,UI,UO,VDD,VTH,求回差电压UT,当VDD一定时，调R1、R2，可调UT，即可调VT+VT-，可调UO脉宽。,VT-,VT+,2020/5/15,9,正向阈值电压,负向阈值电压,滞回电压传输特性，即输入电压的上升过程和下降过程的阈值电平不同。这是施密特触发器固有的特性。,同相输出的施密特触发器,反相输出的施密特触发器,VT+,VT-,VT+,VT-,2020/5/15,10,输入信号上升和下降过程中，引起输出状态转换的输入电平是不同的，即VT+不等于VT-。由于输出状态转换时有正反馈过程发生，所以输出电压波形的边沿很陡，可以得到比较理想的矩形输出脉冲。,施密特触发电路的两个重要特点：,2020/5/15,11,10.2.2施密特触发器的应用,1.用施密特触发电路进行脉冲整形,2020/5/15,12,2.用施密特触发电路实现波形变换,2020/5/15,13,3.用施密特触发电路进行脉冲鉴幅：,施密特触发器能将幅度大于VT+的脉冲选出。,2020/5/15,14,10.3单稳态触发器,1、电路中有一个稳态和一个暂稳态两个工作状态；2、在外界触发脉冲作用下，电路能从稳态翻转至暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动翻转至稳态；3、暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲无关。,工作特点：,10.3.1用门电路组成的单稳态触发器,单稳态触发器因为电路具有一个稳定状态而得名。它由两个门电路、一个RC电路组成，它的暂稳态通常都是靠RC电路的充、放电过程来维持的。,2020/5/15,15,0,1,1,1,0,稳态:vI=0，vO=0,微分型单稳态电路：,1,0,0,能稳定不变？,1,0,2020/5/15,16,1,足够大！,电容充电较慢，门电路响应很快！,0,0,1,1,能稳定不变？,不能！,Why？,1,0,0,2020/5/15,17,单稳态电路电压波形输出脉宽tw：,电容充电等效电路,2020/5/15,18,电容在恢复时间的放电等效电路,在vo返回低电平以后，还要等到电容C放电完毕电路才恢复为起始的稳态。一般认为经过35倍于电路时间常数的时间以后，放电过程基本结束，RC电路已基本达到稳态。,恢复时间：,分辨时间td：是指在保证电路能正常工作的前提下，允许两个相邻触发脉冲之间的最小时间间隔，故有,2020/5/15,19,否则，在电路由暂稳态返回到稳态时，会因为vI的高电平，使vo的下降沿变缓。,脉冲宽度要窄,微分作用,高通滤波,2020/5/15,20,10.3.2集成单稳态触发器,，式中RT为外接的Rext或者内部的Rint。,2020/5/15,21,集成单稳态触发器74121的功能表,2020/5/15,22,10.4多谐振荡器,多谐振荡器：自激振荡器。在接通电源之后，无需外加触发信号，自动产生矩形脉冲波。矩形脉冲波中含有丰富的高次谐波分量，又被称为多谐（多次谐波）振荡器。,性能特点：没有稳态，有两个暂稳态。工作不需要外加信号源，只需要电源。,2020/5/15,23,10.4.1对称式多谐振荡器,(1)静态（未振荡）时应是不稳定的,1.对称式多谐振荡电路,为了产生自激振荡，电路不能有稳定状态。也就是说，在静态下(电路没有振荡时)它的状态必须是不稳定的。,2020/5/15,24,2020/5/15,25,电压波形:,2020/5/15,26,振荡周期计算:,2020/5/15,27,在许多应用场合下都对多谐振荡器的振荡频率稳定性有严格的要求。在对频率稳定性有较高要求时，应采用石英晶体多谐振荡器。,2.石英晶体多谐振荡电路,电路的振荡频率取决于石英晶体的固有振荡频率。,2020/5/15,28,10.5555定时器及其应用,555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路。该电路功能灵活、适用范围广，只要外围电路稍作配置，即可构成施密特触发器、单稳态触发器或多谐振荡器，因而可应用于定时、检测、控制、报警等方面。,集成555定时器因为其内部有3个精密的5K电阻而得名。后来国内外许多公司和厂家都相继生产出双极型和CMOS型555集成电路。虽然CMOS型3个分压电阻不再是5K,但仍然延用555名称。,2020/5/15,29,集成555定时器具体元件简介555定时器的封装一般有两种八脚圆形封装：,八脚双列直插式封装：,2020/5/15,30,控制电压,复位端,输出,放电端,阈值输入,电源516V,触发输入,10.5.1555定时器的电路结构和工作原理,2020/5/15,31,放电三极管,精密电阻,SR锁存器,2020/5/15,32,注意：工作中不使用VCO时，一般都通过一个0.01F的电容接地(交流接地），以旁路高频干扰。,当VCO悬空时，VR1=2/3Vcc,VR2=1/3Vcc,2020/5/15,33,由电路框图和功能表可以得出如下结论：1555定时器有两个阈值电压，分别是和。2在7脚外接有上拉电阻时，3脚和7脚的状态一致,2020/5/15,34,10.5.2555定时器接成施密特触发器,二六搭一,2020/5/15,35,交流接地,VT-,VT+,回差电压:,2020/5/15,36,2020/5/15,37,10.5.3555定时器接成单稳态触发器,七六搭一，上R下C,2020/5/15,38,vI下降沿到达,vO输出高电平，TD截止，VCC经R向C充电；当vC=2/3VCC时(此时VI已经回到高电平)，触发器翻转，vO输出低电平，电容C经TD迅速放电。,Vi负脉冲触发，产生一个高电平可调的方波；,2020/5/15,39,特性：,该单稳态触发器是负脉冲触发的。,该电路输出脉冲宽度为tw1.1RC。,2020/5/15,40,10.5.4555定时器接成多谐振荡器,充