电子技术4第 12 章　脉冲波形的产生和整形ppt课件

1、1第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-3第 12 章脉冲波形的产生和整形 单稳态触发器单稳态触发器555集成定时器及应用集成定时器及应用本章小结本章小结多谐振荡器多谐振荡器施密特触发器施密特触发器2第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-3 数字系统中，经常用到脉冲信号。这些信号来自于脉冲波形的产生与整形电路。而这些电路可以分为如下三种基本种类：施密特触发器施密特触发器Schmitt Trigger）单稳态触发器单稳态触发器Monostable Trigger）多谐振荡器多谐振荡器Multivibrator）3第第 1

2、2 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-312.1 多谐振荡器主要要求：主要要求： 理解多谐振荡器的概念和特点。理解多谐振荡器的概念和特点。了解多谐振荡器的多种构成电路。了解多谐振荡器的多种构成电路。4第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-312.1.1 RC环形振荡器环形振荡器多谐振荡器是能产生矩形脉冲的自激振荡器，它产生的脉多谐振荡器是能产生矩形脉冲的自激振荡器，它产生的脉冲具有高、低两种状态并交替转换，称为两个暂态。故又冲具有高、低两种状态并交替转换，称为两个暂态。故又称为无稳态电路。由于矩形脉冲波形是由基波和许多高次称为

3、无稳态电路。由于矩形脉冲波形是由基波和许多高次谐波组成的，故称为多谐振荡器。谐波组成的，故称为多谐振荡器。不同于触发器，多谐振荡器没有信号输不同于触发器，多谐振荡器没有信号输入端，只要接上直流电源，就有如下图入端，只要接上直流电源，就有如下图的波形信号输出。的波形信号输出。 注意注意5第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-3构成电路：构成电路：RCT3 . 2其周期可以用下面公式计算其周期可以用下面公式计算6第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-3RCT4 . 1其振荡周期可以用下面公式计算其振荡周期可以用下面公式计算

4、12.1.2 RC基本多谐振荡器基本多谐振荡器7第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-3石英晶体的选频特性非常好，只有石英晶体的选频特性非常好，只有在频率为在频率为f0的信号最容易通过，而的信号最容易通过，而其他频率的信号均会被晶体所衰减。其他频率的信号均会被晶体所衰减。石英晶体的谐振频率是由它的大小、石英晶体的谐振频率是由它的大小、几何形状及材料所决定的。几何形状及材料所决定的。12.1.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器8第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-312.2 单稳态触发器主要要求：主要要求： 理解单稳态触

5、发器的概念和特点。理解单稳态触发器的概念和特点。掌握单稳态触发器的应用。掌握单稳态触发器的应用。9第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-312.2.1 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器单稳态触发器有一个稳定工作状态和一个暂稳态，无外加单稳态触发器有一个稳定工作状态和一个暂稳态，无外加触发信号时处于稳态。在外加触发输入信号作用下，它由触发信号时处于稳态。在外加触发输入信号作用下，它由稳态进入暂稳态，维持一段时间后，有自动返回到稳态。稳态进入暂稳态，维持一段时间后，有自动返回到稳态。暂稳态维持时间长短之于电路中阻容元件参数决定，与外暂稳态维持时间长短之于电

6、路中阻容元件参数决定，与外加触发脉冲信号无关。加触发脉冲信号无关。微分型单稳态触发器由微分型单稳态触发器由G1的的输出到输出到G2的输入将其耦合，的输入将其耦合，RC为定时电路，其中为定时电路，其中R数值数值小于小于G2的关门电阻，以保证的关门电阻，以保证G2关门静态时）。关门静态时）。10第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-3微分型单稳态触发器的暂稳微分型单稳态触发器的暂稳态时间可以用以下公式估算态时间可以用以下公式估算CRRow)(7 . 0tRO为与非门的输出电阻为与非门的输出电阻11第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2

7、022-2-312.2.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器单稳态触发器可以分为不可重复触发型和可重复触发型。单稳态触发器可以分为不可重复触发型和可重复触发型。不可重复触发型不可重复触发型可重复触发型可重复触发型74121、74221、74LS221都都是不可重复触发的集成单稳是不可重复触发的集成单稳态触发器，而态触发器，而74122、74LS122、74123、74LS123等属于可重复触发等属于可重复触发的集成单稳态触发器。的集成单稳态触发器。在在tw时间内再次触发时间内再次触发将持续暂稳态。将持续暂稳态。12第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-32

8、lnextextWCRtextext7 . 0CR74121集成单集成单稳态触发器逻稳态触发器逻辑符号辑符号74121集成单集成单稳态触发器内稳态触发器内部简化逻辑图部简化逻辑图其输出脉冲宽度为其输出脉冲宽度为单稳态触发器单稳态触发器74121的工作波形的工作波形1.不可重复触发的单稳态触发器不可重复触发的单稳态触发器7412113第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-3 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 174121集成单稳态触发器功能表集成单稳态触发器功能表1A2ABQQ14第第 12 12 章脉冲波形

9、的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-32. 可重复触发的单稳态触发器可重复触发的单稳态触发器74HC123 1 1 0 1 0 1 触发 触发 触发 0 0 1 低电平置0 1 0 0 1 0 1 为高电平，置0 为低电平，置0DRTRTRQQ逻逻辑辑符符号号工工作作波波形形TRTRDRDRTRTRextextW7 . 0CRt同样有输出脉冲宽度15第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-312.2.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用1.脉冲定时脉冲定时上图是单稳态触上图是单稳态触发器的模块逻辑发器的模块逻辑表达。用较小的表达。用较小的宽度

10、的脉冲去触宽度的脉冲去触发，可以获得确发，可以获得确定宽度的脉冲输定宽度的脉冲输出，实现定时控出，实现定时控制如下图）。制如下图）。16第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-32.脉冲延迟脉冲延迟某些电路中，要求输入信号出现后电路不立即工作，某些电路中，要求输入信号出现后电路不立即工作，而应延迟一段时间后再工作。将输入信号而应延迟一段时间后再工作。将输入信号uI1加入第加入第一级单稳态电路，再级联一级单稳态就获得了延迟一级单稳态电路，再级联一级单稳态就获得了延迟tw时间的脉冲输出。时间的脉冲输出。17第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生

11、和整形2022-2-33.脉冲整形脉冲整形将外形不规则的脉冲作触发脉冲，经单稳输出，可获将外形不规则的脉冲作触发脉冲，经单稳输出，可获得规则的脉冲波形输出。得规则的脉冲波形输出。18第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-312.3 施密特触发器主要要求：主要要求： 理解施密特触发器的概念和特点理解施密特触发器的概念和特点掌握施密特触发器的传输特性和应用掌握施密特触发器的传输特性和应用19第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-3施密特触发器有两个稳定的工作状态，所以是双稳态触发施密特触发器有两个稳定的工作状态，所以是双稳

12、态触发器的一种。但是又不同于一般的双稳态触发器，其两个稳器的一种。但是又不同于一般的双稳态触发器，其两个稳态互相翻转所需的输入信号电平不相同，具有滞后电压传态互相翻转所需的输入信号电平不相同，具有滞后电压传输特性，即回差特性。如图输特性，即回差特性。如图12.1.1所示其输出信号与输入所示其输出信号与输入信号关系的电压传输特性曲线图。信号关系的电压传输特性曲线图。其中其中UT+UT+为正向阈值电为正向阈值电压，压，UT-UT-为负向阈值电为负向阈值电压，压，UHUH为滞后电压或为滞后电压或回差电压。回差电压。12.3.1 用门电路组成的施密特触发用门电路组成的施密特触发器器20第第 12 12

13、 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-3可以用可以用CMOS基本门电基本门电路组成施密特触发器：路组成施密特触发器：输入信号上升时按照输入信号上升时按照UT+阈值翻转阈值翻转输出信号由高输出信号由高High翻转为低翻转为低Low）输入信号下降时按照输入信号下降时按照UT-阈值翻转阈值翻转输出信号由低输出信号由低LowLow翻转为高翻转为高HighHigh）21第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-312.3.2 集成施密特触发器集成施密特触发器CT1014电路原理图电路原理图集成施密特集成施密特触发器逻辑触发器逻辑符号符号V8 . 0

14、V85. 0V63. 1THTUUU，回差，此电路22第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-3集成单稳态触集成单稳态触发器发器74HC14逻辑符号逻辑符号集成六单稳态触发器集成六单稳态触发器74HC14引脚引脚图图其基本逻辑功能仍是输入低电平输出为高电平，输入高电其基本逻辑功能仍是输入低电平输出为高电平，输入高电平输出为低电平，但具有回差，其负压传输特性同前所述。平输出为低电平，但具有回差，其负压传输特性同前所述。23第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-312.3.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用1.波形变换

15、波形变换施密特触发器利施密特触发器利用其迟滞翻转的用其迟滞翻转的传输特性可以将传输特性可以将三角波、正弦波、三角波、正弦波、锯齿波等变换为锯齿波等变换为矩形波。矩形波。24第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-32.脉冲整形脉冲整形数字系统中矩形数字系统中矩形波经传输后可能波经传输后可能发生畸变。左图发生畸变。左图是当传输线上电是当传输线上电容较大时，产生容较大时，产生消尖波形的整形消尖波形的整形过程过程左图是当传输线左图是当传输线较长且接受段阻较长且接受段阻抗与传输线的阻抗与传输线的阻抗不匹配时，产抗不匹配时，产生自激波形的整生自激波形的整形过程形过程左

16、图是当其他脉左图是当其他脉冲信号通过导线冲信号通过导线间的分布电容或间的分布电容或公共电源线叠加公共电源线叠加到矩形信号上时，到矩形信号上时，产生附加噪声干产生附加噪声干扰的整形过程扰的整形过程25第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-33.脉冲鉴幅脉冲鉴幅将一系列幅度各将一系列幅度各异的脉冲信号加异的脉冲信号加到施密特触发器到施密特触发器的输入端时，只的输入端时，只有那些幅度大于有那些幅度大于UT+的脉冲才会的脉冲才会在输出端产生输在输出端产生输出信号，即将幅出信号，即将幅度大于度大于UT+的脉的脉冲选出，叫做鉴冲选出，叫做鉴幅。幅。26第第 12 12

17、 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-34.方波产生方波产生利用电容的充放电，施密特触发器可以用来组利用电容的充放电，施密特触发器可以用来组成方波产生电路。成方波产生电路。27第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-312.4 555集成定时器及应用主要要求：主要要求： 理解理解555555定时器的工作原理。定时器的工作原理。掌握掌握555555定时器的三种基本应用及其定时器的三种基本应用及其外围电路构成。外围电路构成。28第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-312.4.1 555电路组成电路组成

18、555集成定时器，是一种模拟和数字电路相结合的集成电集成定时器，是一种模拟和数字电路相结合的集成电路。应用路。应用555电路可以构成极简约的多谐振荡器、施密特电路可以构成极简约的多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器，其工作电压范围宽，输出具有一触发器和单稳态触发器，其工作电压范围宽，输出具有一定的负载能力，因而应用广泛。以下是其结构图。定的负载能力，因而应用广泛。以下是其结构图。555定时器分为：定时器分为：三个三个5K电阻分压器电阻分压器A1A2组成的电压比较组成的电压比较器器基本基本RS触发器触发器1有效）有效）放电管放电管VT倒相缓冲输出门倒相缓冲输出门G共五个部分，右图为引共五个部分

19、，右图为引脚图。脚图。29第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-32/3 UCC1/3 UCC其其5脚无效时，由于集成运放的脚无效时，由于集成运放的“虚断特性，虚断特性，A1输入端以输入端以2/3 UCC为参考电压，为参考电压，A2以以1/3 UCC为参考电压。为参考电压。电压比较器输入端电压比较器输入端uI12/3UCC时，时，A1输出接入输出接入R端为端为0，否则为，否则为1；uI21/3UCC时，时，A2输出接入输出接入S端端为为1，否则为，否则为0。1有效的基本有效的基本RS触发器，当触发器，当R=S=0时时Q保持原态，保持原态，R=1、S=0时清

20、零，时清零，R=0、S=1时置时置1，R=S=1时输出状态不定。时输出状态不定。G将触发器的反相输出将触发器的反相输出倒相并加强输出电流。倒相并加强输出电流。放电管放电管VT当当uO输出为输出为1时截止，为时截止，为0时导通放电时导通放电端端7脚和接地端脚和接地端1脚。脚。12.4.2 工作原理工作原理30第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-3uI1uI2RSuoVT010导通导通10101截止截止1010导通导通00保持保持保持保持保持保持QDRCCU32CCU31CCU32CCU31CCU31CCU32综合综合555集成定时器内部五个基本部分的功能可

21、以得到集成定时器内部五个基本部分的功能可以得到以下的功能表，也就是以下的功能表，也就是555集成定时器的具体功能描述。集成定时器的具体功能描述。当当5 5脚脚UREFUREF端作用时，上表中的参考电位应相应端作用时，上表中的参考电位应相应换为换为UREFUREF和和1/2 UREF1/2 UREF。此时，门限值可自由设定，。此时，门限值可自由设定，由此拓展了由此拓展了555555芯片的使用范围。芯片的使用范围。31第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-312.4.3 555定时器的典型应用定时器的典型应用1.多谐振荡器多谐振荡器555芯片外围如图接芯片外围

22、如图接入电阻和电容即可入电阻和电容即可构成多谐振荡器。构成多谐振荡器。起初由于其内部集起初由于其内部集成运放的成运放的“虚断虚断性质而对电容充电。性质而对电容充电。当充电到当充电到uI1=uI2=2/3UCC =uC时，对照上表，时，对照上表，输出输出Q应翻转为低电应翻转为低电平，与此同时平，与此同时VT管管导通，电容导通，电容C经由经由7脚向接地的脚向接地的1脚放电。脚放电。32第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-3对应以上过程，在电容对应以上过程，在电容C上的电压上的电压uC波形对应输出波形对应输出uo波波形如下图。形如下图。起初对电容充电时，起初对

23、电容充电时，uC从从0V充到充到2/3UCC，输出，输出为高。时间为：为高。时间为：C)(7021RR.T充uC充电到充电到2/3UCC时，电时，电容开始放电，输出为低。容开始放电，输出为低。时间为：时间为：C702R.T放而放电使而放电使uC减少到减少到1/3UCC时，由功能表输时，由功能表输出再次为高，由此充电与出再次为高，由此充电与放电过程交替循环，形成放电过程交替循环，形成输出高低交替的矩形波形。输出高低交替的矩形波形。33第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-3由上，矩形波的周期即：由上，矩形波的周期即：单位秒放充CRRTTT)2(7 . 021

24、21212%100RRRRTTTq放充充占空比为上述多谐振荡电路搭上述多谐振荡电路搭好之后占空比固定，好之后占空比固定，而实际中往往需要波而实际中往往需要波形占空比可调。可利形占空比可调。可利用滑动变阻器电位用滑动变阻器电位器来组成器来组成555外部电外部电路，如图，如需路，如图，如需q大些大些只需向右移动滑动变只需向右移动滑动变阻器即可。阻器即可。34第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-32.施密特触发器施密特触发器波形变换波形变换将将555的的uI12脚与脚与uI2（ 6脚连接在一起作输入脚连接在一起作输入uI，UREF4脚与脚与 （5脚都不起作用时

25、，就构成了一脚都不起作用时，就构成了一个施密特触发器。其中个施密特触发器。其中3脚为输出。脚为输出。DR可以构成波形变换、波形整形、鉴幅等多种电路。可以构成波形变换、波形整形、鉴幅等多种电路。35第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-3工作原理：工作原理：在在uI2UCC/3时，由时，由555功能表输出为低，直到翻转为高为止此为第功能表输出为低，直到翻转为高为止此为第II稳态；稳态；在在UCC/3uI2UCC/3时，由时，由555功能表，此时保持原来状态不变。功能表，此时保持原来状态不变。即输入为上升趋势，保持原输出为高；输入为下降趋势则保持原输出即输入为

26、上升趋势，保持原输出为高；输入为下降趋势则保持原输出为低电平。为低电平。综上，正向阈值综上，正向阈值UT+UT+为为2UCC/32UCC/3，负向阈值，负向阈值UT-UT-为为UCC/3UCC/3，滞后电，滞后电压或回差电压压或回差电压UHUH为为UCC/3 UCC/3 。坚持坚持状态状态第第I稳态稳态第第II稳态稳态36第第 12 12 章脉冲波形的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-33.单稳态触发器单稳态触发器555芯片外围如图接入电阻芯片外围如图接入电阻R和电容和电容C即可构成单稳态触发即可构成单稳态触发器。器。R一般几百一般几百到几到几M，C一般几百一般几百pF到几百到几百

27、F，使得，使得单稳态触发器的暂稳态一般可以达到几单稳态触发器的暂稳态一般可以达到几S到几分钟。到几分钟。稳态时，稳态时，UCC通过通过R给给C充电，充电，会使得会使得6脚电压高于正向阈值，脚电压高于正向阈值，而由而由555功能表会将放电管功能表会将放电管VT导通，使得导通，使得7脚向接地脚向接地1脚脚放电，输出为低，而放电，输出为低，而2脚独立脚独立作输入，使得放电过程无负向作输入，使得放电过程无负向阈值，所以稳态输出为低，只阈值，所以稳态输出为低，只要要uI2脚输入低于脚输入低于UCC/3就就会有翻转，从而出现暂稳态会有翻转，从而出现暂稳态输出高）。输出高）。37第第 12 12 章脉冲波形

28、的产生和整形章脉冲波形的产生和整形2022-2-3当当uI接到触发信号短暂低电平），单稳态触发器进入暂稳接到触发信号短暂低电平），单稳态触发器进入暂稳态，此时输出为高，放电管态，此时输出为高，放电管VT截止，充电过程开始，一直充截止，充电过程开始，一直充电到正向阈值电到正向阈值2UCC/3为止，此段暂稳态时间长度只与为止，此段暂稳态时间长度只与R和和C的数值有关，与触发电平时间长短无直接关系。有暂稳态时的数值有关，与触发电平时间长短无直接关系。有暂稳态时间：间：RCRCTW1 .13ln暂稳态完成后，暂稳态完成后，由于放电通路中由于放电通路中无电阻，放电过无电阻，放电过程迅速，立即又程迅速，立即又恢复到稳态，等恢复到稳态，等待下一次触发电待下一次触发电平的来到。平的来到。38第