脉冲的产生和整形电路ppt课件

1、 内容摘要 本章主要讨论脉冲产生和整形的根本电路。 在脉冲整形部分，引见了两类整形电路施密特触发器和单稳态触发器。 在脉冲产生部分，引见了门电路构成的多谐震荡器和石英晶体震荡器。6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 施密特触发器施密特触发器6.3 6.3 单稳态触发器单稳态触发器6.4 6.4 多谐振荡器多谐振荡器6.5 5556.5 555定时器及其运用定时器及其运用在数字电路中，时钟脉冲信号可以利用多谐震荡器产生或经过整形电路变换得到。整形电路分为两类，施密特触发器和单稳态触发器。矩形脉冲的性能目的。Umtrtf0.9Um0.5Um0.1UmtwT脉冲周期T周期性反复的脉冲序列中，两个相

2、邻脉冲间的时间间隔。有时也用频率f = 1/T表示， f代表单位时间内脉冲反复的次数。脉冲幅度Um脉冲电压最大变化的幅值。脉冲宽度Tw从脉冲前沿0.5Um始，到脉冲后沿0.5Um止的一段时间。上升时间tr 脉冲从0.1Um上升到0.9Um所需的时间。下降时间tf 脉冲从0.9Um下降到0.1Um所需的时间。 上述几个目的反映了一个矩形脉冲的根本特性。 施密特触发器能把变化缓慢的波形变换成矩形脉冲。输入电压上升的翻转电平为上限阀值电平UT+；输入电压下降的翻转电平为下限阀值电平UT-。两者的值不同，且UT+ UT-。它们差称为回差电压。 输入和输出为反向关系的施密特触发器为反向施密特触发器，输入

3、和输出为同向关系的施密特触发器为同向施密特触发器。6.2.1 门电路构成的施密特触发器6.2.2 集成施密特触发器6.2.3 施密特触发器运用举例 以下图(a)是用两个CMOS非门和电阻构成的施密特触发器，设UTVDD/2，且R1R2。11uIuou oR1R2G1G2uI(a) 电路上限阀值电压 UT+=1+R1/R2UT下限阀值电压 UT- = 1-R1/R2UT电路回差电压 U= UT+- UT- =2UTR1/R2UT+UT- t tuOuI(b)波形图可见，电路输出的形状由输入电压的大小决议，改动R1和R2就可调理回差电压VT的大小。 TTL集成施密特触发器有：74LS14，7413

4、2，7413等。性能如下表： 型号TpdnsPwmWUTV74141525.50.874LS132158.80.8741316.58.750.8表6.2.1 TTL集成施密特触发器CMOS集成施密特触发器有：CD40106，CD4093和CD4584等。1.脉冲整形电路 在数字丈量和控制系统中，由传感器送来的信号波形边沿较差，利用施密特电路可以对这些信号进展整形。将边沿较差或畸变脉冲uI作为施密特电路的输入，其输出uO为矩形波。 t脉冲整形波形图tttuIuOuIuOUT+UT-UT+UT-2.脉冲变换电路 施密特电路在形状转换速度极快输出的矩形波的前后沿总是很峻峭。利用这一特点，施密特电路可

5、以把变化比较缓慢的正弦波、三角波等变换成矩形脉冲信号 。uIuOVDDUT+UT-VDDtt一种变换波形图 在一串幅度不相等的脉冲信号 中，假设要剔除幅度不够大的脉冲，此时可利用施密特触发器。右图示出在施密特触发器的输入端送入一串幅度不等的脉冲时相应的输出波形 。uIuO鉴幅电路UT+UT 施密特触发器有同相传输和反相传输两种电路施密特触发器有同相传输和反相传输两种电路 施密特触发器的电压传输特性施密特触发器的电压传输特性0OvIvOHVOLV?TV?TV 施密特触发器特点：施密特触发器特点：1输出有两种形状输出为数字信号；输出有两种形状输出为数字信号； 2输入采用电平触发输入为模拟信号；输入

6、采用电平触发输入为模拟信号；3对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值电平电平VT+和和VT-。 脉冲变换脉冲变换1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:23-Apr-2000Sheet of File:D:T_sdnt_sdn74201.schDrawn By:(a)+t(c)TIvVv-(b)OVT1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:23-Apr-2000Sheet of File:D:T_sdnt_sdn74201.schDrawn

7、By:(a)+t(c)TIvVv-(b)OVT 脉冲整形脉冲整形 脉冲鉴幅脉冲鉴幅1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:23-Apr-2000Sheet of File:D:T_sdnt_sdn74201.schDrawn By:(a)+t(c)TIvVv-(b)OVTtt00OvtvV6T?VV2T?V 构成多谐振荡器构成多谐振荡器6.3.1 门电路构成的单稳态触发器6.3.2 集成单稳态触发器6.3.3 单稳态触发器的运用举例微分电路高通滤波电路输出电压与电流成微分关系微分电路高通滤波电路输出电压与电流成微分关系 RCtteVevvvtv

8、IMOOOO0)()()()(CCCC( )( )(0 )( )tv tvvve 三要素： 当微分电路输入方波信号时，输出波形应如何？当微分电路输入方波信号时，输出波形应如何？设设RCRCTW TW 积分电路积分电路)()()()()(RCtteVeVVVtv10IMOOOO 在触发脉冲的作用下，单稳态触发器从稳态翻转到暂稳态，经过时间tw后又自动翻回稳态，并在输出端产生一个宽度为tw的矩形脉冲。 单稳态触发器通常由门电路和RC电路元件组成。暂稳态的时间取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度无关。 单稳态触发器常用于数字系统的整形、延时和定时电路中。1.微分型单稳态电路的组成微分型单稳态电路的

9、组成 门1的输出经微分电路RC接到门2的输入端，门2的输出直接耦合到门1的输入端。 应选R tw，为使单稳电路能按要求自动前往，那么应经过微分电路RPCP再输入到与非门1，如以下图6.3.2所示。门3改善了输出波形，起反相和整形的作用。 &1CPRPG1G2uO2uO1G3CRuI图6.3.2 输入带微分环节的单稳态触发器 由于单稳态触发器在数字系统中运用非常普遍，目前已有各种单片集成电路。TTL系列的有74121、74122、74123等；CMOS系列的有4098、4528、4538等。这些器件只需外接很少的电阻和电容，就可构成单稳态触发电路。运用起来非常方便。 74121是在普通微分型单稳

10、态触发器的根底上附加输入控制电路和输出缓冲级而构成的。图6.3.3 单稳态触发器74121的的逻辑图& 111111A2ABG1G2G3G4G5G6G7G8G9输入控制电路微分型单稳态触发器输出缓冲级&QQCextRextVCC输出脉冲宽度 可由下式估算(推导略) Wextextextext20.7tR C lnR CWtextRextCextRextC通常 值取在2K30K。 值取在10 10uF之间，得到的 范围可达20ns 200ms。DM74121: 30ns 28s 另外，74121内部2K电阻 可替代 。extRextCFpWtintRextR门G5 、G6 、G7和外接电阻 电容

11、 组成的电路是一个用或非门构成的微分型单稳态触发器，它由G4给出的正脉冲触发，而输出脉冲宽度那么由 和 决议。门G1G4组成输入控制电路，用于实现上升沿与下降沿触发控制。输出缓冲级由G8和G9组成，用于提高电路的负载才干。 内部电路不需求掌握 两种不同接法两种不同接法正脉冲触发负脉冲触发运用内部电阻运用外部电阻4538的符号图如图6.3.7(a)所示(a)符号图 (b) 管脚图 图6.3.7 集成单稳态触发器4538 18916ABCRxCXXCRQ图6.3.9 脉冲整形uIuOVCC B Q A1 A2uOcxCx/RXu1 用于定时用于定时(或延时、脉冲拓宽或延时、脉冲拓宽)B (9) T

12、TL集成单稳态电路的暂稳态时间tW 为_。 (10) CMOS精细单稳态触发器的暂稳时间tW为_一、非反复触发单稳态触发器一、非反复触发单稳态触发器 74121非反复触发非反复触发 只能在稳态接受输入信号。只能在稳态接受输入信号。1. 图形符号图形符号 11 &QQTRATRBTR+RintCextRICXRX/CXRext / Cext 下降沿触发输入下降沿触发输入上升沿触发输入上升沿触发输入非反复触发非反复触发外接定时外接定时电阻、电容电阻、电容VCC内接接定时电阻引出端内接接定时电阻引出端)(BA TRTRTRTR二、可反复触发单稳态触发器二、可反复触发单稳态触发器 74122可反复触发

13、可反复触发 在暂稳态期间在暂稳态期间, 可以接受新的触发信号。可以接受新的触发信号。1. 图形符号图形符号1QQTRATRBTR+ARintCextRICXRX/CXRext / Cext &RTR+BRD直接复位直接复位)(BABA TRTRTRTRTR可反复触发可反复触发W0.32tRC 多谐振荡器是一种无稳态电路，它在接通电源以后，不需外加触发信号，就能自动地不断来回翻转，产生矩形脉冲。由于输出的矩形波中含有很多谐波分量，故通常将它称为多谐振荡器，又称方波发生器。 6.4.1 门电路构成的多谐振荡器6.4.2 石英晶体多谐振荡器 图6.4.1表示用三个集成非门构成的方波发生器。这些门组成

14、一个环形，所以称为环形振荡器。它是利用门电路的时延tpd来产生方波振荡的。 1图6.4.1环型振荡器11uOuI图6.4.2 环行单稳态的波形uIuOuFtpd2tpd 电路组成及任务原理电路组成及任务原理11G2G1RCv O1v O2vI11 设电路的初态为设电路的初态为vO1=1, vO2=0，这种形状下不能够，这种形状下不能够耐久维持；耐久维持；1 10 00 01 12经过经过vO1RCvO2向向C充电，使充电，使vI1不断上升；不断上升；3当当vI1VT时，时，G1输出低电平，输出低电平，G2输出高电平，即输出高电平，即vO1=0， vO2=1。 任务原理任务原理11G2G1RCv

15、 O1v O2vI14 vO1=0， vO2=1这个形状也不能耐久；这个形状也不能耐久； 1 10 00 01 15经过经过vO2CRvO1对电容对电容C反向充电，反向充电，vI1逐渐减逐渐减少；少；6当当vI1VT时，时，G1输出高电平，输出高电平， G2输出低电平，即又输出低电平，即又回到回到vO1=1，vO2=0的形状。的形状。 7周而复始产生方波。周而复始产生方波。 任务波形任务波形11G2G1RCv O1v O2vI1T1 T2tvO10tvO20vI1t0T1、T2的计算公式请同窗本人推导。的计算公式请同窗本人推导。UT1.1.石英晶体的根本特性石英晶体的根本特性 石英晶体的符号如

16、图6.4.4所示。频率稳定性能到达10-510-8，高质量石英晶体振荡器，频率稳定性可达10-11。QR图6.4.4石英晶体的电路符号2. CMOS石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 图6.4.5所示为方波发生器的简化电路，其中虚线以上部分制造在集成电路内，而石英谐振器QR及C1、C2为外接分立元件。在有些集成电路中，C2也做在芯片内 。G1RQRC1C21uO图6.4.5石英晶体多谐振荡器 555定时器是一种中规模集成电路，目前在仪器、仪表和自动化控制安装中运用很广。它可组成定时、延时和脉冲调制等各种电路。本节先简单引见该定时器内部电路原理和参数，然后着重引见由它组成的施密特电路、单稳态电

17、路和多谐振荡电路。 6.5.1 555定时器 6.5.2 555构成的施密特触发器6.5.3 555构成的单稳态触发器6.5.4 555构成的多谐振荡器图6.5.1 NE555集成定时器1+OUT5627VCCDRTHC-UDISTR31+GNDTROUT C-U TH DIS VCCDRRS表6.5.1 555功能表不变TH OUTT RDRDISLL导通 C C13VC C23VHL导通 C C23VC C13VH不变C C13VHH截止1+OUT5627VCCDRTHC-UDISTR31+RS当当2个触发信号高于其域值电压，根个触发信号高于其域值电压，根本本RS触发器清触发器清0，输出为

18、，输出为0；当触发端处于功能表第三行，当触发端处于功能表第三行，RS触触发端均无效，输出不变；发端均无效，输出不变；当同相端触发信号低于其域值电压，当同相端触发信号低于其域值电压，根本根本RS触发器置触发器置1，输出为，输出为1。 VDD RDTH OUTTR C-UuOVDDuI图6.5.2 555构成的施密特电路 ttuIuOVDD2/3DDV/ 3DDV图6.5.3 三角波变换矩形波电路 uOuIUTLUTHUT+=UT=2VDD/3 UT =UTL=VDD/3 UT=VDD/3图6.5.5 555构成的单稳态触发器及任务波形(a) 电路图VDD RDTHTRDISC-UOUTVDDGN

19、DuOuICR(b) 任务波形VDD/32VDD/3tw充电放电uIuCuOt图6.5.5 555构成的单稳态触发器及任务波形tttw = 1.1RCui为延续脉冲输入端，信号周期比该单稳电路的脉宽窄为延续脉冲输入端，信号周期比该单稳电路的脉宽窄图6.5.6 555定时器构成的多谐振荡器及任务波形a电路图 VDD RD DIS OUTTR 555TH C-U GND R1R2CuCuOVDDb波形图ttt1t2t3 t4T1 T2uCD D2/3VD D/3VuO图6.5.6 555定时器构成的多谐振荡器及任务波形CCCC( )( )(0 )( )tv tvvve 三要素：充电时间T1为： T1 = (R1+R2)C ln2 = 0.693 (R1+R2)C (6.5.3)放电时间T2为: T2= R2C ln2=0.693R2C (6.5.4)频率f为: f =1/(T1+T2) =1.44/(R