zch脉冲波形的产生与变换实用教案

1、18 脉冲脉冲(michng)波形的产波形的产生与变换生与变换8.4 多谐振荡器（由CMOS门）8.3 单稳态触发器8.2 施密特触发器（由CMOS门）8.1 555定时器及其应用(yngyng) 第1页/共40页第一页，共41页。2多谐振荡器 -用于产生(chnshng)脉冲单稳态触发器-用于脉冲波形的变换(binhun)和定时施密特触发器-用于脉冲波形的变换，尤其(yuq)是 将模拟量转换成数字波形第2页/共40页第二页，共41页。3 教学(jio xu)基本要求 正确理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的电路(dinl)组成及工作原理。 掌握多谐、单稳、施密特电路(dinl)的逻辑

2、功能及主要指标计算。 掌握555定时器的工作原理。 掌握由555定时器组成的多谐、单稳、施密特电路(dinl)工作原理及外接参数及电路(dinl)指标的计算。第3页/共40页第三页，共41页。48.1 555定时器及其应用(yngyng) * 555定时器是一种应用方便的中规模集成电路,只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。 第4页/共40页第四页，共41页。5 8.1.1 555定时器导通00截止11CC31V CC32V 导通01CC31V CC32V 保持1CC31V CC32V 保持CC31V CC32V 截止禁止1阈值vI1触

3、发vI2复位RD输出vO放电T10101011001第5页/共40页第五页，共41页。6 8.1.1 555定时器第6页/共40页第六页，共41页。7 一、一、 用用555定时器组成定时器组成(z chn)多谐振多谐振荡器荡器 8.1.2 定时器应用(yngyng) VCC vC vO 0.01 F C 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R1R2v 2 3 VCC 1 3 VCC vC 0 t1 t2 tPLtPHtPL=R2CR2C tpH = (R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C PLPH1211.43(2)fttRR C 不变不变导通0截止(jizh)1导通0 T VOVI

4、2VI1输 出输 入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 截止导通第7页/共40页第七页，共41页。8 一、一、 用用555定时器组成定时器组成(z chn)多谐多谐振荡器振荡器 8.1.2 定时器应用(yngyng)v 2 3 VCC 1 3 VCC vC 0 t1 t2 tPLtPHtPL=R2CR2C tpH = (R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C PLPH1211.43(2)fttRR C 第8页/共40页第八页，共41页。9 VCC R1 vO 0.01F C RB 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R2 RA RB R3 D2 +

5、vC D1 tPL=RBCRBC tpH = RACRAC PLPH11.43()ABfttRR CAAB(%)100%RQRR占空比可调 用555定时器组成(z chn)多谐振荡器 8.1.2 定时器应用(yngyng)举例第9页/共40页第九页，共41页。10 8.1.2 定时器应用(yngyng)第10页/共40页第十页，共41页。11 8.1.3 定时器应用(yngyng)举例 VCC VCC1 8 4 555 6 2 vI R vO2 vO1 VIC 0.01F 7 3 5 1 t vO 1 VO H 0 t 1 3 VCC 2 3 VCC vI 0 不变不变导通0截止1导通0 T

6、VOVI2VI1输 出输 入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 013VCC23VCCvIvOVOH第11页/共40页第十一页，共41页。128.1 单稳态触发器单稳态触发器第12页/共40页第十二页，共41页。13 t vO VOH o vI o t vC o 1 3 VCC 2 3 VCC t t2 t1 0 8.1.2 定时器应用(yngyng) VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 C1_C2+不变不变导通0截止1导通0 T VOVI2VI1输 出输 入CC31V CC31V CC31V CC32V

7、CC32V CC32V b、当输入信号(xnho)下降沿到达时, 电路进入暂稳态 C1+tWtw=RCRC c、电容放电(fng din), 电路自动返回到稳态 1、工作原理第13页/共40页第十三页，共41页。142、用555定时器组成可重复(chngf)触发单稳，即心电信号检测器 55576218435RR1CT+-vovIVCC0.01 F8.1.2 8.1.2 定时器应用定时器应用(yngyng)(yngyng)*电容器上电压大于2VCC/3、RSFF置0，电路输出(shch)为0，电容器放电为0， 。 第14页/共40页第十四页，共41页。158.4 多谐振荡器 组成特点: 开关电路

8、 - 如门电路、电压比较器等，产生高、低电平； 反馈延迟环节 -将输出电压恰当地反馈给开关器件使之改变(gibin)输出状态； 多谐振荡器是一种自激振荡器， 电路在接通电源后，无需外加触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形(jxng)波、脉冲波或方波。 无稳态：输出 Q 从0、1、0，两个状态都是暂稳。8.4.1 门电路组成(z chn)的多谐振荡器第15页/共40页第十五页，共41页。16附： CMOS反相器的传输(chun sh)特性)(IOufu iD+VDDB1G1D1S1+uI -uOTNTPB2D2S2G2VSSABCDEFUTNVDDUTHUTP0uO /VuI /V转折(zhun

9、zh)电压阈值电压：UTH阈值电压:UTH =0.5( VDD)(IOufu 第16页/共40页第十六页，共41页。17 8.4.1 门电路组成(z chn)的多谐振荡器 1 1 vI vO1 vO2 C R G1 G2 图9.1.1 由CMOS门电路组成(z chn)的多谐振荡器 vI D1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vO2 G1 G2 +VDD VC 组成特点: 开关电路 - 如门电路、电压比较器等，产生高、低电平； 反馈延迟环节 -将输出电压恰当地反馈给开关器件使之改变输出状态；010101第17页/共40页第十七页，共41页。18 vI D1 D2 TP

10、 TN vO1 R C D4 D3 TP TN vO2 G1 G2 +VDD VC设vI = 0, vo1=1, vo2=0010 t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0vI vTH vo1 vo2(1) 第一暂稳态及电路(dinl)的翻转 101进入 第二暂稳态 第18页/共40页第十八页，共41页。19 vI D1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vO2 G1 G2 +VDD VC010 t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD02 DDO0thVVVVFFNvI vTH vo1 vo2(1) 第一暂稳态

11、及电路(dinl)的翻转 101(2) 第二暂稳态及电路的翻转 回到 第一暂稳态 TT2T1第19页/共40页第十九页，共41页。20 2. 振荡周期振荡周期T的计算的计算(j sun) t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0TT2T1T=T1(充电(chng din)+T2(放电) ththDD221)(lnVVVVRCTTTDD2 DDthVV TRCRC 周期T取决于RC 和 Vth，频率稳定性较差。 第20页/共40页第二十页，共41页。21工作(gngzu)原理： 8.4.2 石英(shyng)晶体振荡器特点：频率(pnl)稳定，精度高。1. 符号和选

12、频特性符号当 f = f0 时,电抗 X = 0fXf0电感性电容性2. 石英晶体多谐振荡器1. 反相器静态工作在转折区（放大）2. 石英晶体 X = 0, 回路构成正反馈;电阻取值范围：TTL反相器：R1= R2 = 0.7 2 kCMOS反相器：R1= R2 =10 100 M第21页/共40页第二十一页，共41页。223. CMOS 石英(shyng)晶体多谐振荡器为保证 CMOS 反相器静态(jngti)时工作在转折区，偏置电阻RF 取值为 :RF =10 100 MC1RFC2uo11100 M20 pF5 50 pF f04. 秒信号发生器RC1C211C1C1C1C1FF0FF1

13、FF14FF15Q0Q1Q14Q15T触发器32768 Hz16384 Hz1 Hz2 Hz第22页/共40页第二十二页，共41页。23 石英(shyng)晶体振荡器应用 1 2 1 & 石 英 晶 体 振 荡 器 1J 1K VCC CP vO Q Q & C1 CPQ12第23页/共40页第二十三页，共41页。248.2 施密特触发器 施密特触发器属于电平触发器件，适用于缓慢变化的信号，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。 电路有两个阈值电压。 输入信号增加和减少时，电路的阈值电压不同，电路具有如下图所示的传输特性 。 o vI vO VOH VOL VT-

14、VT+ o vI vO1 VOH VOL VT- VT+ 1 vovI 1 vovI第24页/共40页第二十四页，共41页。25普通(ptng)反相器和施密特反相器的比较AY1普通(ptng)反相器uAUTHuYTTL：1.4 VCMOS：DD21V施密特反相器AYuAUT+UT上限(shngxin)阈值电压下限阈值电压uY回差电压： TTTUUU第25页/共40页第二十五页，共41页。26UTHTTL：1.4 VCMOS：DD21VUT+UT上限(shngxin)阈值电压下限(xixin)阈值电压回差电压(diny)： TTTUUU第26页/共40页第二十六页，共41页。27UT+UT上限(

15、shngxin)阈值电压下限(xixin)阈值电压回差电压(diny)： TTTUUU第27页/共40页第二十七页，共41页。28 8.2.2 集成(j chn)施密特触发器CC401061A1Y2A2Y3A3Y6A6Y5A5Y4A4YVDDVSS1234567141312111098CC40933A3B3Y4Y4A4BVDDVSS12345671413121110 9 81A1Y1B2A2Y2B第28页/共40页第二十八页，共41页。29 8.2.3 施密特触发器的应用(yngyng)vIVT+VT 0tvOVOHVOL 0ttpovOvI1 vovIvovT2vT1ttt合理选择(xunz

16、)回差电压，可消除干扰信号。 为去掉干扰信号回差电压应如何选择？第29页/共40页第二十九页，共41页。30 2. 幅度幅度(fd)鉴别鉴别 8.2.3 施密特触发器的应用(yngyng) vovI00ttVth(VT+)第30页/共40页第三十页，共41页。31 3. 多谐振荡器多谐振荡器 8.2.3 施密特触发器的应用(yngyng) CvovIR112DDTT+DDTTDDTT+DDTT-lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVVvovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t第31页/共40页第三十一页，共41页。328.3 单稳态触发器 电路(dinl)有一个稳态，一

17、个暂稳态。 外来触发脉冲使：电路(dinl)由稳态暂稳态稳态。 暂稳态的持续时间仅仅决定于电路(dinl)中RC的参数。8.3.1 门电路组成(z chn)的微分型单稳态触发器8.3.2 集成单稳态触发器8.3.3 单稳态触发器的应用定时：产生一定宽度的方波。延时：将输入信号延迟一定时间后输出。整形：把不规则波形变为宽度、幅度都相等的脉冲。第32页/共40页第三十二页，共41页。33 8.3.1 门电路组成(z chn)的微分型单稳态触发器 vO1vO2vcRvI&CMOS与非门构成(guchng)的微分型单稳态触发器（图） CMOS或非门构成的微分型单稳态触发器（图） vO1vO2v

18、cvI1 1 RVDD第33页/共40页第三十三页，共41页。34 2. 工作工作(gngzu)原理原理 8.3.1 门电路组成(z chn)的微分型单稳态触发器vO1vO2vcvI1 1 RVDD t t t t tpi vI vo1 vR vo2 VDD VDD Vth tw t1 t2 稳态 a)无触发(chf)信号电路处于稳态 01001暂稳态b)外加触发信号进入暂稳态100110c)电容充电暂稳态自动稳态00稳态 第34页/共40页第三十四页，共41页。35 vOvItwtw8.3.2 集成(j chn)单稳态触发器 基本(jbn)形式：外接定时元件电容C，电阻(dinz)R（有的内

19、含电阻(dinz)）触发信号的形式：正沿触发、负沿触发具有两个对称互补输出端 Q 和 /Q定时周期通常在几十纳秒到数百毫秒之间集成单稳型号：非可重复触发型：如LS121、LS221可重复触发型：如LS122、LS123、MC14538不可重复触发 vOvItwtw被重复触发第35页/共40页第三十五页，共41页。36 1. 不可不可(bk)重复触发的集成单稳态重复触发的集成单稳态触发器触发器 & 1 & & & 1 1 & 1 1 G9 G8 G7 G6 G5 G4 G2 G1 G3 a B A1 A2 Q Q Rint Cext Rext +VCC 74121触发信号控制电路窄脉冲(michng)形成微分型单稳触发器输出缓冲第36页/共40页第三十六页，共41页。37 工作工作(gngzu)原理原理 & 1 & & & 1 1 & 1 1 G9 G8 G7 G6 G5 G4 G2 G1 G3 a B A1 A2 Q Q Rint Cext Rext +VCC 关键: 窄脉冲形成不可(bk)重复触发稳态 0100101A1 A2 B Q Q