第十章-脉冲波形的产生和整形 3

第十章脉冲波形的产生和整形,目录,10.1概述10.2555定时器10.3施密特触发器10.4单稳态触发器10.5多谐振荡器,10.1概述,一、获取矩形脉冲的方法,1、脉冲波形发生电路2、脉冲波形整形电路,二、描述矩形脉冲特性的主要参数,脉冲周期,脉冲幅度,脉冲宽度,上升时间,下降时间,占空比脉冲宽度与脉冲周期的比值。,返回,低电平触发端,高电平触发端,电压控制端,复位端低电平有效,放电端,4.516V,10.2555定时器,返回,比较器,SR锁存器,三极管,0,0,1,返回,2VCC/3,VCC/3,0,0,0,1,1,返回,2VCC/3,VCC/3,1,0,1,1,0,返回,2VCC/3,VCC/3,1,1,1,0,0,返回,CB555的电路结构图,返回,功能表,返回,由门电路构成的施密特触发器,由555定时器构成的施密特触发器,施密特触发器的应用,10.3施密特触发器,（常用的一类脉冲整形电路）,返回,施密特触发器特点：,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。,在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。,利用这个特点可以将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波。,返回,一、由门电路构成的施密特触发器,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。,0,0,1,1,返回,(1)ui=0时，R=1,S=0,uo为高电平，这是第一种稳态。,0,1,1,1,返回,(2)ui=UD=0.7V时，R=1,S=1，RS触发器不翻转，uo仍为高电平，电路仍维持在第一种稳态。,1,1,0,0,返回,(3)ui继续上升到1.4V时，R=0,S=1，RS触发器翻转，uo为低电平，这是第二种稳态。电路翻转后ui再上升，电路状态不变。,0,1,1,0,返回,(4)ui上升到最大值后下降时，若ui下降到1.4V，R=1，S=1，RS触发器不翻转，电路仍维持在第二种稳态。,0,0,1,1,返回,(5)ui继续下降到0.7V时，R=1，S=0，RS触发器翻转，uo为高电平，电路返回到第一种稳态。,下限阈值电压,上限阈值电压,回差电压（滞后电压）：UTUTUT,施密特触发器的回差电压为：UTUTUTUT(UTUD)UD0.7V缺点:回差太小，且不能调整。,返回,集成施密特触发器,返回,二、由555定时器构成的施密特触发器,(1)当ui=0时，由于比较器C1=1,C2=0，触发器置1，即Q=1，Q=0，uo1=uo=1,ui继续升高时，但在未到达2VCC/3以前，uo1=uo=1的状态都不会改变。,返回,将555定时器的ui1和ui2两个输入端连在一起作为信号输入端，可得到施密特触发器。,（2）ui升高到2VCC/3时，比较器C1输出为0、C2输出为1，触发器置0，即Q0、Q=1，uo1=uo=0。此后，ui上升到VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3以前，uo1uo0的状态都不会改变。,返回,（3）ui下降到VCC/3时，比较器C1输出为1、C2输出为0，触发器置1，即Q1、Q=0，uo1=uo=1。此后，ui继续下降到0，但uo1uo1的状态不会改变。,返回,三、施密特触发器的应用,1、用于波形变换,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。,返回,二、用于脉冲整形,返回,设置合适的VT+和VT-，获得理想的矩形脉冲波形。,三、用于脉冲鉴幅,幅度大于VT+的脉冲才会在输出端产生输出信号。,返回,本节小结,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。而且由于具有滞回特性，所以抗干扰能力也很强。施密特触发器可以由分立元件构成，也可以由门电路及555定时器构成。施密特触发器在脉冲的产生和整形电路中应用很广。,返回,10.4单稳态触发器,返回,由门电路构成的单稳态触发器,由555定时器构成的单稳态触发器,单稳态触发器的应用,定时产生一定宽度的矩形波；整形把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形延时把输入信号延迟一定时间后输出。,单稳态触发器在数字电路中一般用于：,返回,电路有一个稳态和一个暂稳态；在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态；暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。但电路暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。,单稳态触发器具有下列特点：,返回,一、由门电路构成的单稳态触发器,微分型单稳态触发器,积分型单稳态触发器,返回,（1）没有触发信号时电路工作在稳态当没有触发信号时，ui为低电平。因为门G2的输入端经电阻R接至VDD，VA为高电平，因此uo2为低电平；门G1的两个输入均为0，其输出uo1为高电平，此时，电容两端电压差几乎为0，这是电路的稳态，在触发信号到来之前，电路一直处于这个状态：uo11，uo20。,0,0,1,1,微分型单稳态触发器,返回,1,1,0,（2）外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态当正触发脉冲ui到来时，门G1输出uo1由1变为0。由于电容电压不能跃变，uA也随之跳变到低电平，使门G2的输出uO2变为1。这个高电平反馈到门G1的输入端，此时即使ui的触发信号撤除，仍能维持门G1的低电平输出。但是电路的这种状态是不能长久保持的，所以称为暂稳态。暂稳态时，uo10，uo21。,返回,换路瞬间，电容上的电压、电感中的电流不能突变的原因：,自然界物体所具有的能量不能突变，能量的积累或衰减需要一定的时间。所以：,返回,0,0,1,1,（3）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态在暂稳态期间，VDD经R和G1的导通工作管对C充电，随着充电的进行，C上的电荷逐渐增多，使uA升高。当uA上升到阈值电压UT时，G2的输出uo2由1变为0。由于这时G1输入触发信号已经过去，G1的输出状态只由uo2决定，所以G1又返回到稳定的高电平输出。uA随之向正方向跳变，加速了G2的输出向低电平变化。最后使电路退出暂稳态而进入稳态，此时uo11，uo20。,脉冲宽度：tp=0.7RC,返回,因此，暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。但电路暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。,当ui的触发脉冲宽度很宽时，可在单稳态触发器的输入端加一个RC微分电路，否则，在电路由暂稳态返回到稳态时，由于门G1被ui封住了，会使uo2的下降沿变缓。,电路的改进,返回,稳态时，ui1，G1、G2均导通。uo10，uA0，uo20。ui负跳变到0时，G1截止，uo1随之跳变到1。由于电容电压不能跃变，uA仍为0，故门G2截止，uo2跳变到1。在G1、G2截止时，C通过R和G1的导通管放电，使uA逐渐上升。当uA上升到管子的开启电压UT时，如果ui仍为低电平，G2导通，uo2变为0。当ui回到高电平后，G1导通，C又通过R和G1的导通管充电，电路恢复到稳定状态。,积分型单稳态触发器,返回,74121的输出脉冲宽度：tp0.7RC,集成单稳态触发器,返回,二、由555定时器构成的单稳态触发器,以555定时器的ui2端作为触发信号的输入端，并将由TD和R组成的反相器输出电压接至ui1端，同时在ui1对地接入电容C，就构成了单稳态触发器。,返回,返回,接通VCC后瞬间，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，uo0。这时Q=1，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。ui到来时，因为uiVCC/3，使C20，触发器置1，uo又由0变为1，电路进入暂稳态。放电管T截止，VCC经R对C充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器C2的输出变为1，但充电继续进行，直到uc上升到2VCC/3时，比较器C1输出为0，将触发器置0，电路输出uo0，T导通，C放电，电路恢复到稳定状态。,返回,三、单稳态触发器的应用,1、用于延迟与定时,返回,2、用于波形整形,返回,本节小结,单稳态触发器具有一个稳态和一个暂稳态。,单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，其“触发”信号是由电路内部电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。,单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，用途很广。,返回,10.5多谐振荡器,返回,由门电路构成的多谐振荡器,由555定时器构成的多谐振荡器,多谐振荡器的应用,一、由门电路构成的多谐振荡器,1、RC环形多谐振荡器,多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源以后，不需要外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲。,返回,在t1时刻，ui1（uo）由0变为1，于是uo1（ui2）由1变为0，uo2由0变为1。由于电容电压不能跃变，故ui3必定跟随ui2发生负跳变。这个低电平保持uo为1，以维持已进入的这个暂稳态。在这个暂稳态期间，uo2（高电平）通过电阻R对电容C充电，使ui3逐渐上升。在t2时刻，ui3上升到门电路的阈值电压UT，使uo（ui1）由1变为0，uo1（ui2）由0变为1，uo2由1变为0。同样由于电容电压不能跃变，故ui3跟随ui2发生正跳变。这个高电平保持uo为0。至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二个暂稳态。,第一暂稳态及其自动翻转的工作过程,返回,第二暂稳态及其自动翻转的工作过程,在t2时刻，uo2变为低电平，电容C开始通过电阻R放电。随着放电的进行，ui3逐渐下降。在t3时刻，ui3下降到UT，使uo（ui1）又由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂稳态，又开始重复前面的过程。,返回,2、CMOS多谐振荡器,在t1时刻，uo由0变为1，由于电容电压不能跃变，故ui1必定跟随uo发生正跳变，于是ui2（uo1）由1变为0。这个低电平保持uo为1，以维持已进入的这个暂稳态。在这个暂稳态期间，电容C通过电阻R放电，使ui1逐渐下降。在t2时刻，ui1下降到门电路的开启电压UT，使uo1（ui2）由0变为1，uo由1变为0。同样由于电容电压不能跃变，故ui1跟随uo发生负跳变，于是ui2（uo1）由0变为1。这个高电平保持uo为0。至此，第一个暂稳态结束，电路进入第二个暂稳态。,第一暂稳态及其自动翻转的工作过程,返回,第二暂稳态及其自动翻转的工作过程,在t2时刻，uo1变为高电平，这个高电平通过电阻R对电容C充电。随着充电的进行，ui1逐渐上升。在t3时刻，ui1上升到UT，使uo（ui1）又由0变为1，第二个暂稳态结束，电路返回到第一个暂稳态，又开始重复前面的过程。,返回,二、由555定时器构成的多谐振荡器,返回,把施密特触发器的反相输出端经RC积分电路接回到它的输入端，就构成了多谐振荡器。,接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。,返回,第一个暂稳态的脉冲宽度tp1，即uc从VCC/3充电上升到2VCC/3所需的时间：,返回,第二个暂稳态的脉冲宽度tp2，即uc从2VCC/3放电下降到VCC/3所需的时间：,返回,本节小结,多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。,多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。由门电路构成的多谐振荡器和基本RS触发器在结构上极为相似，只是用于反馈的耦合网络不同。RS触发器具有两个稳态，多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电路。在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另