脉冲波形的产生和整形专业知识讲座

脉冲波形的产生和整形专业知识讲座脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第1页脉冲电路分类：脉冲电路作用：脉冲波形产生和整形。脉冲电路组成：开关电路+RC电路改变电路稳态，产生暂态。控制暂稳态时间改变规律。脉冲电路与数字电路比较：单稳态电路（单稳态触发器）多谐振荡电路（无稳态）施密特电路（施密特触发器）数字信号波形也是一个脉冲电路脉冲电路侧重波形，数字电路侧重逻辑关系。6.1预备知识脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第2页6．1．1脉冲概念几个脉冲信号

矩形脉冲参数

脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第3页6.1.2微分电路和积分电路

RC电路在脉冲信号产生与转换电路中有着广泛应用。1.微分电路微分电路是一个能够将输入矩形脉冲变换为正负尖脉冲波形变换电路。微分电路形式就是一个RC串联电路，且要求电路充放电时间常数τ=RC

远小于输入矩形正脉冲宽度tw。脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第4页微分电路a)电阻下拉式b)电阻上拉式c)时序图+V+充电放电+VDD+V充电+V脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第5页

当电路时间常数τ=RC>>tw时，即使电路形式完全一样，但这么RC电路是耦合电路，而不是微分电路，其输出电压uo与输入电压uI

波形近似相同。

耦合电路时序图脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第6页(二)积分电路积分电路也是一个常见波形变换电路，它能够将矩形脉冲变换成近似三角波。其电路也是一个RC串联电路，但从电容上取出输出电压，且要求电路时间常数τ=RC远大于输入矩形正脉冲宽度tw。脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第7页积分电路a)电路图b)波形图脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第8页三、阈值电压集成门电路输出状态发生翻转时，所对应临界输入信号电压，用VTH

表示。通常将转折区中点所对应输入电压称为阈值电压。普通TTL门电路取1.4V作为阈值电压，CMOS门电路取1/2电源电压作为阈值电压。反相器电压传输特征脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第9页三、利用反相器对微积分脉冲进行整形处理前述微分电路和积分电路即使可对波形进行变换，但其输出波形并不是一个标准时钟脉冲，为了得到标准时钟脉冲信号，可利用反相器对其进行整形处理。脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第10页反相器对脉冲波形整形和处理a）下拉式微分电路b）上拉式微分电路c）积分电路脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第11页电容充放电知识复习：(1)电容两端电压不能突变，Vc（0＋）＝Vc（0－），电容充放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与

τ＝RC相关,工程上取3τ；（2）开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小，相当短路；充放电结束，电路处于稳态，C支路电流为0，阻抗很大，相当开路；（3）简单RC电路中，各处电压、电流均按指数规律改变；（4）在简单RC电路中)(tvC＋=)(vC

∞-)(vC∞)0(vC+［］eτt)()()0()(lntvvvvτtCCCC-

-∞=+∞或脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第12页6.2555定时器

555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体电子器件。它使用方便,带负载能力较强,当前得到了非常广泛应用。单定时器双极型——555单极型——7555双定时器双极型——556单极型——7556型号：脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第13页

555定时器内部电路包含以下几个别:①两个电压比较器:C1、C2;②一个基础RS

触发器;③一个晶体管T；④由三个相等电阻组成分压器;⑤一个反相器等。

一、电路组成脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第14页集成555定时器a)内部电路b)引脚排列图低电平触发端高电平触发端电压控制端复位端低电平有效放电端4.5～16V电压输出端102VCC/3VCC/3••脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第15页基础RS触发器特征表1110001100不定脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第16页电压比较器UP>UNUN>UP-UO(sat)+UO(sat)UNUPUO脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第17页二、功效和工作原理

2/3VCC1/3VCC••>2/3VCC>1/3VCC<2/3VCC>1/3VCC01<2/3VCC11<1/3VCC01同高出低同低出高不一样保持复位0脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第18页

三、555组成脉冲波形产生与整形电路（一）施密特触发器

脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第19页

三、555组成脉冲波形产生与整形电路（一）施密特触发器当uI<1/3VCC时，uO输出高电平；当uI>2/3VCC时，uO输出低电平；当1/3VCC<uI<2/3VCC时，uO输出保持原来状态不变。

uI由小变大时，uI=2/3VCC时触发翻转；

uI由大变小时，uI=1/3VCC才翻转。形成输出对输入滞后特征。

THTR脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第20页施密特触发器a）电路图b）传输特征c）波形图因为该施密特触发器两阈值电平为1/3VCC和2/3VCC，因而该电路存在1/3VCC回差电压。脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第21页思索题与习题脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第22页稳定状态稳定状态暂稳态由外界触发自动返回学习重点:为何会自动返回?需多少时间?暂稳态：脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第23页(二)单稳态触发器单稳态触发器a)电路图b)波形图脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第24页(二)单稳态触发器单稳态触发器a)电路图b)波形图脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第25页

当接通电源后，＋VCC经R给C充电，uC不停升高。当uC>2/3VCC时，u0=0，放电管V饱和导通。随即,C经⑦脚快速放电，使uC快速减小到0V，u0=0状态，这就是它稳定状态。

THTRD1脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第26页

当②脚输入一幅值低于1/3VCC窄负脉冲触发信号时，u0=1、放电管V截止，电路由稳态进入暂稳态。随即，C开始充电，当uC上升到略大于2/3VCC时,u0=0，V饱和导通，C经⑦脚快速放电，电路从暂稳态又返回稳态。THTRD1►0脉冲宽度：tW≈1.1RC充电脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第27页VCC●暂稳时间：tW≈1.1RC脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第28页图6-13图6.12电路电压波形脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第29页(三)多谐振荡器

用555定时器接成多谐振荡器脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第30页(三)多谐振荡器

电路电压波形脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第31页

电源接通后，＋VCC经R1

、R2

给电容器C充电，使uC逐步升高，在uC<1/3VCC时，u0输出高电平。当uC上升到超出1/3VCC时，输出u0仍为高电平。充电(第一暂稳态)脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第32页

当uC继续上升略超出2/3VCC时，输出u0=0。放电管V饱和导通。随即，C经R2及⑦脚内导通放电管V到地放电，uC快速下降。当uC下降到略低于1/3VCC时，输出u0=1。放电管V截止，电容器又再次充电，其电位再次上升，如此循环下去，输出端u0就连续输出矩形脉冲。充电+1(第二暂稳态)脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第33页

输出脉冲参数计算

tP1≈0.7(R1+R2)C

tP2≈0.7R2C

振荡周期:T=tP1+tP2≈0.7(R1+2R2)C

振荡频率:f=1/T=1/[0.7(R1+2R2)C]

占空比q=tP1/（tP1+tP2）=R1+R2/（R1+2R2）充电+放电演示脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第34页占空比可调矩形脉冲发生器充电回路VCC→R1→VD1→C→地放电回路C→VD2→R2→⑦脚V→地忽略二极管正向导通电阻估算:

tP1≈0.7R1C

tP2≈0.7R2C

振荡周期T=tP1+tP2≈0.7(R1+R2)C

占空比q=R1/(R1+R2)充电+1放电演示脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第35页思索题与习题脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第36页脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第37页6.4门电路组成脉冲波形产生与整形电路RC不一样接法微分型√积分型（没有正反馈，波形不好）1.微分型单稳态触发器由与非门和RC微分电路组成，二个与非门首尾相接交叉耦合，RC为定时元件。窄脉冲触发微分电路(1)电路组成:6．4．1用门电路组成单稳态触发器脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第38页阈值电压集成门电路输出状态发生翻转时，所对应临界输入信号电压，用VTH

表示。通常将转折区中点所对应输入电压称为阈值电压。普通TTL门电路取1.4V作为阈值电压，CMOS门电路取1/2电源电压作为阈值电压。反相器电压传输特征脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第39页脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第40页2.积分型单稳态触发器（P209～P211）脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第41页施密特触发器a）逻辑图b）逻辑符号c）波形图d）传输特征6．4．2用门电路组成施密特触发器脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第42页01100uo脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第43页0.7V1110uo脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第44页1.4V111►00►1►0uo脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第45页>1.4V1011uo脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第46页>1.4V～0.7V1011uo脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第47页此施密特触发器回差电压为：ΔUT＝UT＋－UT－＝UT－(UT－UD)＝UD＝0.7V缺点是回差太小，且不能调整。施密特触发器a）逻辑图b）逻辑符号c）波形图d）传输特征uo下限阈值电压上限阈值电压回差电压（滞后电压）：ΔUT＝

UT＋－UT－脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第48页1、CMOS型多谐振荡器

G1、G2

为两个反相器，R、C是定时元件。多谐振荡器a）原理图b）实际电路图6．4．3用门电路组成多谐振荡器脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第49页多谐振荡器波形图脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第50页

（1）工作原理

1.第一暂稳态及其自动翻转过程假定在接通电源瞬间，电路最初处于G1关闭、G2打开状态（设这时为电路第一暂稳态），即u01=1，u02=0。此时，uO1经电阻R到uO2对电容C充电，uI电位等于uC与u02之和。伴随充电进行，uI电位不停上升，当uI上升到G1门阈值电压VTH后，电路发生下述正反馈过程：

10正反馈过程：

uI↑→u01↓→u02↑┗━━━━━┛

结果造成G1门快速打开，G2门快速关闭，电路进入第二暂稳态，即u01=0，u02=1。►0►1+脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第51页

2.第二暂稳态及其自动翻转过程：电路进入第二暂稳态瞬间，u02由0上跳至+VDD

，因为电容两端电压不能突变，则uI也将上跳VDD

。今后，电容C经过电阻R及uo1、uo2开始放电，使uI电位不停下降，当uI降至G1门VTH

后，电路又发生以下正反馈过程：

01►0►1+正反馈过程：

uI↓→u01↑→u02↓└─────┘结果使G1门快速关闭，G2门快速打开，电路又返回到第一暂稳态。

+脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第52页

（2）输出脉冲参数计算

1)振荡周期T

若G1门阈值电平VTH=VDD/2，则振荡周期可按下式估算

T≈2.2RC2)振荡脉冲幅度Um

Um≈VDD

脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第53页2、可控型多谐振荡器可控型多谐振荡器a）与非门组成b）或非门组成Uk=0停振Uk=1停振10脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第54页3、占空比和频率可调多谐振荡器占空比q

是指矩形波高电平连续时间与其周期之比占空比和频率可调多谐振荡器a)电路图b)波形图1010脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第55页4、石英晶体振荡器石英晶体a)符号b)阻抗频率特征脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第56页石英晶体振荡器a)两级反相器组成b)一级反相器组成电路振荡频率仅取决于石英晶体固有谐振频率fS

脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第57页不被再次触发（上升沿触发）tWtWtWtW被再次触发（下降沿触发）分类可重复触发不可重复触发电路进入暂稳态(被触发状态)中，不受触发输入影响，只有返回稳态后才能够被再次触发电路在暂稳态中依然能够接收输入，能够被重复触发，每触发一次，电路暂稳态会继续保持tW。74121(单)74221(双)74122(单)74123(双)6.5预备知识6．5．1集成单稳态触发器脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第58页B=1时

A:1→01.TTL集成单稳态触发器74HC121逻辑功效和使用方法A1,A2,B触发输入Q,Q输出Rext/Cext,Cext,Rint外接电阻/电容/内接电阻引脚0XX01111110X11100XX1010X101X0uouoBA2A1(1)功效表A有0时

B:0→1脉冲波形的产生和整形专业知识讲座第59页0X