第7章脉冲的产生与整形

第7章脉冲的产生与整形,习题与思考题,7.1概述,7.2555定时器及其脉冲电路,7.2.1555定时器及其工作原理,7.2.2由555定时器构成的单稳态触发器,7.2.3由555定时器构成的施密特触发器,7.2.4由555定时器构成的多谐振荡器,7.1概述,7.1.1矩形脉冲及其基本特性,1.脉冲周期T,脉冲频率f=1/T(频率决定了时序逻辑电路状态变化的速度，即电路的工作速度)；2.脉冲幅度VM(也称峰峰值VPP,可靠性和速度的折衷);3.脉冲宽度tW(功率);4.占空比q=tW/T;5.上升时间tR(带宽);6.下降时间tF;,常用标准时钟的频率,本章主要内容:产生CLK信号和对CLK信号进行整容的3种电路1.施密特触发器（其实是一种特殊的门电路）特点是有两个门限电压。如图其电压传输特性曲线的比较,VT,滞回特性迟滞特性,施密特触发器抗干扰能力强！,3.多谐振荡器，状态包括两个暂稳态，产生CLK信号。,4.重点内容：(1)555定时器工作原理(2)用555定时器构成3种电路的方式(3)参数计算,A-stable,2.单稳态触发器，状态包括一个稳态和一个暂稳态，简称暂态,Mono-stable/oneshot,7.2555定时器及其脉冲电路,7.2.1555定时器及其工作原理,基本SRFF,输出缓冲器,晶体管开关,Q,Q,分压器,比较器,2/3VCC,1/3VCC,清零端,控制电压端,阈值端、高触发端,触发端、低触发端,放电端,电路工作原理：,555定时器(Timer)可以看成置1、清0电平不同的基本SRFF.,00通,12/3VCC1/3VCC010通清0,11/3VCC11保持不变保持,12/3VCC2/3VCC1/3VCC001截止,VC1VC2Q,VI1相当于清0端,VI2相当于置1端,2/3VCC,1/3VCC,555TimerDatasheet(1),555TimerDatasheet(2),555TimerDatasheet(3),555TimerDatasheet(4),7.2.3由555定时器构成的施密特触发器(SchmittTrigger)P281,1)Vco悬空或通过电容接地VT+=2/3VCCVT-=1/3VCCVT=1/3VCC2)Vco/VR1端接一电压源VcoVT+=VcoVT-=1/2VcoVT=1/2Vco,置1,保持,清0,保持,施密特触发器应用(双阈值-抗干扰能力强;触发器-边沿特性好),1）波形转换,如果用普通的门电路实现上述功能会有何差异？,2）脉冲整形,a)边沿陡峭b)滞回特性使之具有更强的抗干扰能力！,3）脉冲鉴幅(信号的提取),4）构成多谐振荡器（链接到公式推导）,占空比:,清0+保持,置1+保持,放电,充电,占空比可调的多谐振荡器,计算过程中忽略了二极管正向导通压降的影响,典型的施密特触发器芯片型号The7400seriesdevicesincludeaSchmitttriggerontheirinputoroneachoftheirinputs:7413:DualSchmitttrigger4-inputNANDGate,7414:HexSchmitttriggerInverter7418:DualSchmitttrigger4-inputNANDGate,7419:HexSchmitttriggerInverter74121:MonostableMultivibratorwithSchmittTriggerInputs74132:Quad2-inputNANDSchmittTrigger74221:DualMonostableMultivibratorwithSchmittTriggerInput74232:QuadNORSchmittTrigger,74310:OctalBufferwithSchmittTriggerInputs74340:OctalBufferwithSchmittTriggerInputsandthree-stateinvertedoutputs74341:OctalBufferwithSchmittTriggerInputsandthree-statenoninvertedoutputs74344:OctalBufferwithSchmittTriggerInputsandthree-statenoninvertedoutputs74(HC/HCT)7541OctalBufferwithSchmittTriggerInputsandThree-StateOutputsSN74LV8151isa10-bituniversalSchmitt-triggerbufferwith3-stateoutputsAnumberof4000seriesdevicesincludeaSchmitttriggeroninputs,forexample:4017:DecadeCounterwithDecodedOutputs,4020:14-StageBinaryRippleCounter4022:OctalCounterwithDecodedOutputs,4024:7-StageBinaryRippleCounter4040:12-StageBinaryRippleCounter,4093:Quad2-InputNAND40106:HexInverter,14538:DualMonostableMultivibratorDualSchmittinputconfigurablesingle-gateCMOSlogic,AND,OR,XOR,NAND,NOR,XNORNC7SZ57Fairchild,NC7SZ58Fairchild,SN74LVC1G57TexasInstruments,SN74LVC1G58TexasInstruments,7.2.2由555定时器构成的单稳态触发器P277,1单稳态触发器电路特点,1)有两个状态稳态、暂稳态(简称为暂态)；,2)在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动返回到稳态；,3)暂态维持时间取决于电路本身参数,与触发脉冲宽度和幅度无关,2.电路结构,它的稳态是1状态还是0状态？,R,S,低电平触发,3.工作原理,稳态：VO=“0”，VC0V，TD导通,置1TD截止充电,5应用,1）延时,2）定时,单稳态触发器能够产生一定脉冲宽度的矩形脉冲。,3）整形,改变输入脉冲的占空比,6使用注意事项,当输入信号不满足窄脉冲要求时，输出信号的脉冲宽度就会受输入信号的控制，与电路的参数无关。,可在输入端加微分电路,即输入端改为交流耦合,用计数器能否实现单稳态触发器的功能？！,7.2.4由555定时器构成的多谐振荡器(Astablemultivibrator),VO,5占空比可调的多谐振荡器,7.5.2石英晶体多谐振荡器,fs称为固有频率,fs的稳定度极高可达10101011（fs/fs）,石英晶体多谐振荡器是在多谐振荡器电路中接入石英晶体。,石英晶体主要起选频/滤波的作用,无源晶振,有源晶振=无源晶振+逻辑电路,补充：RC一阶电路响应=零状态响应+零输入响应=充电+放电,返回,零状态响应(充电过程),零输入响应(放电过程),总结,脉冲的产生与整形,施密特触发器单稳态触发器多谐振荡器,电路构成高低阈值和回差电压应用,电路构成暂稳态时间长度,电路构成脉冲频率/周期/占空比,转换整形鉴幅构成多谐振荡器,tW=15s,C=10F,题7.5试用555定时器设计一个单稳态触发器，要求输出脉冲宽度在15s范围内连续可调，取定时电容10F。,习题与思考题,注意单位：电阻是欧姆，电容是法F，时间是秒S,题7.6用555定时器连接电路，要求输入如图所示，输出为矩形脉冲。连接电路并画出输出波形。,用施密特触发器,波形变换,题7.7用555定时器构成的多谐振荡器，欲改变其输出频率可改变哪些参数。,欲改变输出频率可改变R1,R2,C,VCO,VCC,题7.8若用555定时器构成一个电路，要求当VCO端分别接高、低电平时，VO端接的发声设备能连续发出高、低音频率，连接电路并写出输出信号周期表达式。,输出频率f会随VCO的增大而减小。,用多谐振荡器：,VCO,所以此电路有时称为压控振荡器VCO,*哎呦电路计算VO1高电平持续时间TH=1.11s，低电平TL=1.04s；VOH=11V，据等效电路图可以算出VCO=8.75VVOL=0.2V，据等效电路图可以算出VCO=6V计算得到低音611Hz和高音877.8Hz，分别持续1.1s和1.04s可以按照电路学中的节点法、网孔电流法、回路法和等效电路求VCO，如节点法有：,*等效电路图,R3数值中应该包括VO1的输出电阻，由于比较小，所以忽略了,*简易电子琴电路PNP三极管共集电极组态,即射极跟随器,VE-VB=0.3V（锗管导通电压低,硅管为0.7V）。1.当所有按键断开时,VB0,VE0.3V,多谐振荡器不振,即不发声2.当按键按下时,VB数值改变,VE随之改变才,振荡器振荡,VCOVE如S1按下时，基极电流很小，可忽略,有:,最后求出振荡频率为457Hz(如用硅管，振荡频率为416Hz),音符对应频率(Hz)：262、294、330、349、392、440、494(乘2高音，除2低音),题7.9电路中L1，L2，L3分别是什么电路。若R1=R2=48K，C=10F，输出信号VO的频率是多少。,L1为多谐振荡器;,L2为施密特触发器;,L3为单稳态触发器。,施密特触发器和单稳态触发器均不改变输入信号的频率，VO的频率仅由L1的频率决定。,通过元件数量判断电路功能,题7.10555定时器构成的开机延时电路。C=25F，R=91k，VCC=12V，计算开关S断开后，经过多长时间跳变为高电平。,此处用电阻两端电压计算时间更方便：,S断开，电阻R上的电压降到1/3Vcc,也可用电容两端电压计算时间