第16章 脉冲波形的产生与变换

1、第十七章 脉冲波形的产生与变换17.117.217.3单稳态触发器多谐振荡器概述17.4施密特触发器17.5555定时器及应用15.1 概述p 脉冲数字电路脉冲数字电路 数字电路又称为脉冲数字电路。 数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。 数字电路中的时钟脉冲、控制信号等是由脉冲发生器产生的。本章介绍几种脉冲发生和脉冲变换电路。17.1 概述p 脉冲数字电路脉冲数字电路17.1 概述p 脉冲数字电路脉冲数字电路 脉冲幅度：脉冲的高低电平之差，反映脉冲信号的大小 脉宽tw：脉冲起始和终止时刻之间的时间间隔 重复周期T：相邻两个脉冲对应点之间的时间间隔 占空比：脉宽

2、和重复周期的比值 上升时间：脉冲电压从0.1Um上升到0.9Um所需时间 下降时间：脉冲电压从0.9Um上升到0.1Um所需时间 重点关注矩形脉冲的产生17.1 概述p 脉冲电路分析脉冲电路分析脉冲电路与数字电路的比较：脉冲电路侧重波形波形，数字电路侧重逻辑关系逻辑关系。数字电路的信号波形也是一种脉冲波形。脉冲电路：能产生和变换脉冲波形的数字电路。17.1 概述p 脉冲电路分析脉冲电路分析脉冲电路分类脉冲电路分类：脉冲电路作用：脉冲电路作用： 脉冲波形的产生和整形。脉冲电路构成：脉冲电路构成：开关电路 + RC电路破坏电路的稳态，破坏电路的稳态，产生暂态。产生暂态。控制暂稳态时控制暂稳态时间的

3、长短。间的长短。单稳态电路（单稳态触发器）多谐振荡（无稳态）电路施密特电路（施密特触发器）RCRC电路暂态方程：电路暂态方程：17.1 概述p 脉冲电路分析脉冲电路分析开关初始位置为2，电路稳定后，在t=0时，开关由位置2转换到1，画出电容两端电压波形。12SR10KC100pF10V6V+- -uc1.求初始值。t=0 以前： Uc (0+ +) = Uc (0- -) = - - 6V 2.求稳态值。Uc () = (10-6)V= 4 4V 3.求时间常数。 = RC = 110-6 = 1uS1uS Uc (t) = Uc ()+Uc (0+ +) - Uc () e -t/ = (4

4、-10 e t ) V 17.1 概述p 微分电路微分电路uO = RC duidttui0tuo017.1 概述p 积分电路积分电路uO = ui dt RC1tui0tuo017.2 单稳态触发器p 单稳态触发器的特点单稳态触发器的特点 电路有一个稳态、一个暂稳态； 在外来触发脉冲作用下，电路由稳态转到暂稳态；暂稳态维持一段时间后，电路会自动返回稳态。 暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。17.2 单稳态触发器稳定状态稳定状态着重理解 : 为什么电路可以自动返回稳态 ? 在“暂稳态”上停留的时间有多长? 该时间由什么决定?p 单稳态触发器的特点单稳态触发器

5、的特点由外界触发暂稳态暂稳态自动返回17.2 单稳态触发器p 单稳态触发器的分类单稳态触发器的分类 单稳态触发器的暂稳态是通过RC电路的充放电过程来维持的。 根据RC电路的不同接法单稳态触发器分为： 微分型微分型和积分型积分型两大类。17.2 单稳态触发器p 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2UOH UDD , UOH 0, UTH UDD/2 近似认为：近似认为：稳态ui = 0, ui2 = UDD uo = 0, uo1 = UDD , C上没有电压上没有电压 当触发脉冲 ui 加到输入端时：当 ud uo1 ui2 uo 进入暂稳态17

6、.2 单稳态触发器p 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2UOH UDD , UOH 0, UTH UDD/2 近似认为：近似认为：稳态ui = 0, ui2 = UDD uo = 0, uo1 = UDD , C上没有电压上没有电压 当触发脉冲 ui 加到输入端时：当 ui2 uo uo1 进入暂稳态此时，电容C开始充电。当 ui2 = UTH ， ud UTH时：时： 17.2 单稳态触发器p 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2 如果触发脉冲消失( ud =0), uo1, ui2 迅速跳变为

7、高电平，并使输出返回 uo =0 的状态。 同时，电容C进行放电 电路进入到稳定状态17.2 单稳态触发器p 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2tuiotudotuo1o17.2 单稳态触发器p 微分型单稳态触发器微分型单稳态触发器11uiuoCdudRduo1CR UDDui2tuiotui2otuoo17.2 单稳态触发器p 积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器1&Ruo1Cuoui优点：抗干扰能力强稳态ui = 0 uo1 , uo 输出均为高电平输出均为高电平电容电容C充电结束，触发器处于稳定状态充电结束，触发器处于稳定状态当触

8、发脉冲 ui (高电平高电平)加到输入端时：uo1 ，uo 输出均为低电平输出均为低电平进入暂稳态由于C两端为高电平，非门输出端为低电平，电容C通过电阻和非门进行放电。当uC1 &QQTRA1TRA2TR+RintCextRICXRX/CXRext / Cext 表示不属于逻辑状态连接表示不属于逻辑状态连接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重复触发非重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17.2 单稳态触发器p 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用定时应用定时应用17.2 单稳态触发器p 单稳态触发器的应用单稳

9、态触发器的应用脉冲展宽脉冲展宽17.3 多谐振荡器p 概述概述是一种是一种无稳态无稳态触发器，接通电源后，不需触发器，接通电源后，不需外加触发信号，就能产生矩形波输出。外加触发信号，就能产生矩形波输出。 由于矩形波中含有丰富的谐波，故称为多谐振荡器。由于矩形波中含有丰富的谐波，故称为多谐振荡器。 触发器和时序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器触发器和时序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的。产生的。 多谐振荡器 VCC17.3 多谐振荡器p 概述概述 开关电路延时环节开关器件：产生高、低电平； 多谐振荡器电路的构成反馈延迟环节：利用RC电路的充放电特性实现延时，将输出电压恰当地反馈给开关器

10、件使之改变输出状态，以获得所需要的振荡频率。17.3 多谐振荡器p 概述概述 电路组成开关器件：反馈延迟环节：逻辑门电路逻辑门电路R R、C C 电路电路11RCuiuo2uo1自激多谐振荡器17.3 多谐振荡器p 基本原理基本原理11RCuiuo2uo1假设接通电源后的初始状态为：uo1 = 1， uo2 = 0 第一暂稳态第一暂稳态 ui uo1 uo2 当 ui 升高时升高时， 且且ui UTH 时：时： uo1 = 0， uo2 = 1 第二暂稳态第二暂稳态ui 经经RC放电放电， 当当ui UTH 时：时： ui uo1 uo2 石英晶体振荡器常用作数字系统的基准信号。为获得稳定的振

11、荡频率， 可在振荡电路中串接石英晶体，组成石英晶体振荡器。石英晶体石英晶体11RFRFCCG1G2uo17.3 多谐振荡器p 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器17.3 多谐振荡器p 石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器17.4 施密特触发器p 概述概述施密特触发器是一种双稳态触发器。其特点是：属于电平触发,当输入信号达到一定电压值时,输出电压会发生突变，输入信号增加和减少时，电路有不同的阈值电平；VT-VT+VOVIVOLVOH施密特触发器的电压传输特性17.4 施密特触发器p 概述概述施密特触发器是一种双稳态触发器。其特点是：属于电平触发,当输入信号达到一定电压值时,输出电压会发生突变，

12、输入信号增加和减少时，电路有不同的阈值电平；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。广泛应用于整形、延时电路。广泛应用于整形、延时电路。17.4 施密特触发器p 门电路构成施密特触发器门电路构成施密特触发器&A AB B1uitoui0.71.4当 ui = 0 时时S=1，R=0，触发器置，触发器置 0第一稳态第一稳态当 ui 升高且升高且ui 1.4 V 时时S=0，R=1，触发器置，触发器置 117.4 施密特触发器p 门电路构成施密特触发器门电路构成施密特触发器toui0.71.4&A AB B1ui返回第一稳态返回第一稳态此时 ui

13、下降下降，当当ui 0.7V 时时维持维持R=1，触发器状态不变，触发器状态不变R端口电压大于端口电压大于1.4VS=1，R=0，触发器置，触发器置 0当 ui 0.7 V 时时17.4 施密特触发器toui0.71.4p 门电路构成施密特触发器门电路构成施密特触发器工作波形图工作波形图touoVDD17.4 施密特触发器p 集成思密特触发器集成思密特触发器17.4 施密特触发器p 思密特触发器的应用思密特触发器的应用 接口电路MOSMOS或或CMOSCMOS1把缓变输入信号转换为把缓变输入信号转换为TTLTTL系统要求的脉冲系统要求的脉冲正弦波正弦波振荡器振荡器1 整形输入输入输出输出UT+

14、UT17.4 施密特触发器 构成多谐振荡器p 思密特触发器的应用思密特触发器的应用CuO1RUOHUOLUOH 脉冲鉴幅输入输入UTUT+输出输出p 概述概述17.5 555定时器及应用 555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器及其它实用电路。 由于使用灵活、方便，555定时器在波形的产生与变换、信号的测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到广泛的应用。双极型双极型 （TTL）电源电源: 4.5 16V单极型单极型 （CMOS）电源电源: 3 18V带负载能力强。带负载能力强。12348765OUTCOTHCCVp 电路构成电路构成17.5 555定时器及应用放电端放电端触发输入触发输入阈值输入阈值输入控制电压控制电压接地端接地端分分压压比比较较RSRS触发器触发器缓冲缓冲输出输出p 555555定时器实现单稳态触发器定时器实现单稳态触发器17.5 555定时器及应用p 555555定时器实现施密特触发器定时器实现施密特触发器17.5 555定时器及应用p 555555定时器实现多谐振荡器定时器实现多谐振荡器17.5 555定时器及应用p 555555定时器实现多谐振荡器定时器实现多谐振荡器17.5 555定时器及应用17.5 555定时器及应用p 应用应用p 应用应用17.5 555定时