zch09-脉冲波形的产生与变换ppt课件

1、8.4 多谐振荡器由多谐振荡器由CMOS门门8.3 单稳态触发器单稳态触发器8.2 施密特触发器由施密特触发器由CMOS门门8.1 555定时器及其运用定时器及其运用 多谐振荡器多谐振荡器 -用于产生脉冲用于产生脉冲单稳态触发器单稳态触发器-用于脉冲波形的变换和定时用于脉冲波形的变换和定时施密特触发器施密特触发器-用于脉冲波形的变换，尤其是用于脉冲波形的变换，尤其是 将模拟量转换成数字波形将模拟量转换成数字波形 正确了解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触正确了解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的电路组成及任务原理。发器的电路组成及任务原理。 掌握多谐、单稳、施密特电路的逻辑功能及主要掌握

2、多谐、单稳、施密特电路的逻辑功能及主要目的计算。目的计算。 掌握掌握555定时器的任务原理。定时器的任务原理。 掌握由掌握由555定时器组成的多谐、单稳、施密特电路定时器组成的多谐、单稳、施密特电路任务原理及外接参数及电路目的的计算。任务原理及外接参数及电路目的的计算。 555定时器是一种运用方便的中规模集成电路定时器是一种运用方便的中规模集成电路,只需外只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多调和施密特触发器。接少量的阻容元件就可以构成单稳、多调和施密特触发器。广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。 导通导通00截止截止11CC31V CC32V 导通导

3、通01CC31V CC32V 坚持坚持1CC31V CC32V 坚持坚持CC31V CC32V 截止截止制制止止1阈值阈值vI1触发触发vI2复位复位RD输出输出vO 放电放电T10101011001 8.1.2 定时器运用定时器运用 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=R2C1n20.7R2C tpH = (R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C PLPH1211.43(2)fttRR C 不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输

4、 出出输输 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 截止截止导通导通 8.1.2 定时器运用定时器运用v 2 3 VCC 1 3 VCC vC 0 t1 t2 tPLtPHtPL=R2C1n20.7R2C tpH = (R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C PLPH1211.43(2)fttRR C VCC R1 vO 0.01F C RB 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R2 RA RB R3 D2 + vC D1 tPL=RBC1n20.7RBC tpH = RAC1n20.7RAC PLPH11.43()ABfttRR CAAB(%)10

5、0%RQRR占空比可调占空比可调 用用555定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器 8.1.2 定时器运用举例定时器运用举例 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 不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 013VCC23VCCvIvOVOH t vO VOH o vI o t vC o 1 3 VCC 2 3 VCC t t2 t1 0

6、 VCC vI R vO 0.01 F C vC 8 4 555 7 6 2 3 5 1 C1_C2+不变不变不变不变导通导通0截止截止1导通导通0 T VOVI2VI1输输 出出输输 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V b、当输入信号下降沿到达时、当输入信号下降沿到达时, 电路进入暂稳态电路进入暂稳态 C1+tWtw=RC1n31.1RC c、电容放电、电容放电, 电路自动前往到稳态电路自动前往到稳态 1、任务原理、任务原理2、用、用555定时器组成可反复触发单稳，即心电信号检测器定时器组成可反复触发单稳，即心电信号检测器 55576218435RR1

7、CT+-vovIVCC0.01 F*电容器上电压大于电容器上电压大于2VCC/3、RSFF置置0，电路输出为电路输出为0，电容器放电为，电容器放电为0， 。 组成特点组成特点: 开关电路开关电路 - 如门电路、电压比较器如门电路、电压比较器等，产生高、低电平；等，产生高、低电平； 反响延迟环节反响延迟环节 -将输出电压恰当地将输出电压恰当地反响给开关器件使之改动输出形状；反响给开关器件使之改动输出形状； 多谐振荡器是一种自激振荡器，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波、脉冲波或方波。和幅

8、值的矩形波、脉冲波或方波。 无稳态：输出无稳态：输出 Q 从从0、1、0，两个形状都是暂稳。，两个形状都是暂稳。8.4.1 门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器)(IOufu iD+VDDB1G1D1S1+ +uIuI - -uOTNTPB2D2S2G2VSSABCDEFUTNVDDUTHUTP0uO /VuI /V转机电压转机电压阈值电压：阈值电压：UTH阈值电压阈值电压:UTH =0.5( VDD)(IOufu 1 1 vI vO1 vO2 C R G1 G2 图图9.1.1 由由CMOS门电路组成的多谐振荡器门电路组成的多谐振荡器 vI D1 D2 TP TN vO1 R C D

9、4 D3 TP TN vO2 G1 G2 +VDD VC 组成特点组成特点: 开关电路开关电路 - 如门如门电路、电压比较器等，电路、电压比较器等，产生高、低电平；产生高、低电平； 反响延迟环节反响延迟环节 -将输出电压恰当地反将输出电压恰当地反响给开关器件使之改响给开关器件使之改动输出形状；动输出形状；010101 vI D1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vO2 G1 G2 +VDD VC设设vI = 0, vo1=1, vo2=0010 t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0vI vTH vo1 vo2(1) 第一暂稳态及电路的

10、翻转第一暂稳态及电路的翻转 101进入进入 第二暂稳态第二暂稳态 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) 第一暂稳态及电路的翻转第一暂稳态及电路的翻转 101(2) 第二暂稳态及电路的翻转第二暂稳态及电路的翻转 回到回到 第一暂稳态第一暂稳态 TT2T1 t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0TT2T1T=T1(充电充电)+T2(放电放电) ththDD22

11、1)(lnVVVVRCTTTDD2 DDthVV TRC1n41.4RC 周期周期T取决于取决于RC 和和 Vth，频率稳定性较差。，频率稳定性较差。 任务原理：任务原理：特点：频率稳定，精度高。特点：频率稳定，精度高。1. 符号和选频特性符号和选频特性符号符号当当 f = f0 时时,电抗电抗 X = 0fXf0电电感感性性电电容容性性2. 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器1. 反相器静态任务在转机区放大反相器静态任务在转机区放大2. 石英晶体石英晶体 X = 0, 回路构成正反响回路构成正反响;电阻取值范围：电阻取值范围：TTL反相器：反相器：R1= R2 = 0.7 2 k CMOS

12、反相器：反相器：R1= R2 =10 100 M 3. CMOS 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器为保证为保证 CMOS 反相器静态时任反相器静态时任务在转机区，偏置电阻务在转机区，偏置电阻RF 取值为取值为 :RF =10 100 M C1RFC2uo11100 M20 pF5 50 pF f04. 秒信号发生器秒信号发生器RC1C211C1C1C1C1FF0FF1FF14FF15Q0Q1Q14Q15T触发器触发器32768 Hz16384 Hz1 Hz2 Hz 1 2 1 & 石 英 晶 体 振 荡 器 1J 1K VCC CP vO Q Q & C1 CPQ12 施密

13、特触发器属于电平触发器件，适用于缓慢变化的信号，施密特触发器属于电平触发器件，适用于缓慢变化的信号，当输入信号到达某一定电压值时，输出电压会发生突变。当输入信号到达某一定电压值时，输出电压会发生突变。 电路有两个阈值电压。电路有两个阈值电压。 输入信号添加和减少时，电路的输入信号添加和减少时，电路的阈值电压不同，电路具有如以下图所示的传输特性阈值电压不同，电路具有如以下图所示的传输特性 。 o vI vO VOH VOL VT- VT+ o vI vO1 VOH VOL VT- VT+ 1 vovI 1 vovI普通反相器和施密特反相器的比较普通反相器和施密特反相器的比较AY1普通反相器普通反

14、相器uAUTHuYTTL：1.4 VCMOS：DD21V施密特反相器施密特反相器AYuAUT+UT上限阈值电压上限阈值电压下限阈值电压下限阈值电压uY回差电压：回差电压： TTTUUUUTHTTL：1.4 VCMOS：DD21VUT+UT上限阈值电压上限阈值电压下限阈值电压下限阈值电压回差电压：回差电压： TTTUUUUT+UT上限阈值电压上限阈值电压下限阈值电压下限阈值电压回差电压：回差电压： TTTUUUCC401061A1Y2A2Y3A3Y6A6Y5A5Y4A4YVDDVSS1234567141312111098CC40933A3B3Y4Y4A4BVDDVSS12345671413121

15、110 9 81A1Y1B2A2Y2BvIVT+VT 0tvOVOHVOL 0ttpovOvI1 vovIvovT2vT2vT1vT1ttt合理选择回差电压，可消除干扰信号。合理选择回差电压，可消除干扰信号。 为去掉干扰信号回差电压应如何选择？为去掉干扰信号回差电压应如何选择？ 8.2.3 施密特触发器的运用施密特触发器的运用 vovI00ttVth(VT+) 8.2.3 施密特触发器的运用施密特触发器的运用 CvovIR112DDTT+DDTTDDTT+DDTT-lnln()lnTTTVVVRCRCRVVVVVCVVVVvovIVT+VT_VOLVOHT1T20t0t 电路有一个稳态，一个暂

16、稳态。电路有一个稳态，一个暂稳态。 外来触发脉冲使：电路由稳态外来触发脉冲使：电路由稳态暂稳态暂稳态稳态。稳态。 暂稳态的继续时间仅仅决议于电路中暂稳态的继续时间仅仅决议于电路中RC的参数。的参数。8.3.1 门电路组成的微分型单稳态触发器门电路组成的微分型单稳态触发器8.3.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器8.3.3 单稳态触发器的运用单稳态触发器的运用定时：产生一定宽度的方波。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。延时：将输入信号延迟一定时间后输出。整形：把不规那么波形变为宽度、幅度都相等的脉冲。整形：把不规那么波形变为宽度、幅度都相等的脉冲。 vO1vO2vc

17、RvI&CMOS与非门构成的微分型与非门构成的微分型单稳态触发器图单稳态触发器图9.2.1a CMOS或非门构成的微分型或非门构成的微分型单稳态触发器图单稳态触发器图9.2.1b vO1vO2vcvI1 1 RVDD 8.3.1 门电路组成的微分型单稳态触发器门电路组成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 稳态稳态 a)无触发信号无触发信号电路处于稳态电路处于稳态 01001暂稳态暂稳态b)外加触发信号外加触发信号进入暂稳态进入暂稳态100110c)电容充电电容充电暂稳态自

18、动暂稳态自动稳态稳态00稳态稳态 vOvItwtw 根本方式：根本方式：外接定时元件电容外接定时元件电容C，电阻，电阻R有的内含电阻有的内含电阻触发信号的方式：正沿触发、负沿触发触发信号的方式：正沿触发、负沿触发具有两个对称互补输出端具有两个对称互补输出端 Q 和和 /Q定时周期通常在几十纳秒到数百毫秒之间定时周期通常在几十纳秒到数百毫秒之间集成单稳型号：集成单稳型号：非可反复触发型：如非可反复触发型：如LS121、LS221可反复触发型：如可反复触发型：如LS122、LS123、MC14538不可反复触发不可反复触发 vOvItwtw被反复触发被反复触发 & 1 & & & 1 1 & 1 1 G9 G8 G7 G6 G5 G4 G2 G1 G3 a B A1 A2 Q Q Rin