脉冲波形的产生与整型

脉冲波形的产生与整型8.1概述获取这些脉冲信号的方法通常有两种：①直接产生(利用多谐振荡器)；②利用已有信号整形变换得到。脉冲波形的整形电路：①施密特触发器②单稳态触发器第2页,共51页，2024年2月25日，星期天脉冲信号的定义脉冲信号是指一种持续时间极短的电压或电流波形。按非正弦规律变化。2、三角波3.锯齿波4、微分窄脉冲1、矩形波（方波）

数字系统中所用的脉冲信号波形，一般是矩形脉冲。第3页,共51页，2024年2月25日，星期天26.1概述矩形脉冲的参数A0.9A0.5A0.1ATwtrtfT实际的矩形波脉冲幅度A脉冲上升沿tr

脉冲周期T脉冲下降沿tf

脉冲宽度Tw占空比q理想的方波信号上升时间和下降时间均为零。第4页,共51页，2024年2月25日，星期天8.2施密特触发器

1.基本概念施密特触发器是一种重要的脉冲整形电路，能把变化缓慢的波形换成矩形脉冲。

施密特触发器特点：（1）输出有两种状态（输出为数字信号）；

（2）输入采用电平触发（输入为模拟信号）；（3）对于正向增加和负向减小的输入信号，电路有不同的阈值电平（）。正向阈值电平反向阈值电平ΔVT＝VT+－VT-

回差电压：第5页,共51页，2024年2月25日，星期天

2.电路符号与传输特性

逻辑符号同相传输反相传输

施密特触发器的电压传输特性同相ST传输特性反相ST传输特性第6页,共51页，2024年2月25日，星期天3、由CMOS非门构成的施密特触发器▲电路结构条件：R1<R2▲工作原理

I为三角波假定：（1）当vI=0V时，vO1＝VDD，所以vO＝0V.vI↗时,↗, 只要’

I

<VTH，则保持=0V

O(2)当=VTH，G1和G2输出状态将翻转υ’I正向阈值电压（如何求？）第7页,共51页，2024年2月25日，星期天（3）当时，电路迅速转到另一稳态：

⇒vO=VOH≈VDD迅速⇒vO1=0在状态转换过程中将引发如下正反馈现象：第8页,共51页，2024年2月25日，星期天第9页,共51页，2024年2月25日，星期天（5）当vI小于VT－时，电路迅速转到另一稳态：vO1≈VDD，vO≈0V。这时，电路同样存在正反馈现象：（6）回差电压第10页,共51页，2024年2月25日，星期天

8.2施密特触发器4、施密特触发器应用1.波形变换vot0VT+VT_第11页,共51页，2024年2月25日，星期天2.波形整形第12页,共51页，2024年2月25日，星期天第13页,共51页，2024年2月25日，星期天时间多20分钟14

8.2施密特触发器3.鉴幅

第14页,共51页，2024年2月25日，星期天

oυI第15页,共51页，2024年2月25日，星期天4、用于构成多谐振荡器

第16页,共51页，2024年2月25日，星期天8.3单稳态触发器—第22讲一、单稳态触发器的基本概念

稳态：能够长久保持的状态。

暂稳态：不能长久保持的状态单稳态触发器的特点：（1）它有稳态和暂稳态两种状态；（2）平时处于稳态，在外部触发脉冲作用下，由稳态进入暂稳态；（3）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态。

(4)暂态维持时间由电路参数决定，与触发脉冲无关。第17页,共51页，2024年2月25日，星期天单稳态触发器第22讲二、门电路构成的单稳态触发器

微分型

(CMOS门，或非，正脉冲触发)微分型单稳态触发器由门电路和RC微分电路组成。微分型单稳态触发器中的门电路既可以是与非门，也可以由或非门，既可以是CMOS门电路，也可以是TTL门电路。

电路结构

(CMOS门，与非，负脉冲触发)第18页,共51页，2024年2月25日，星期天1、CMOS或非门电路构成的微分型单稳态触发器（1）电路结构正脉冲触发（2）工作原理分析解决三个问题：①什么是稳态？②如何在外部触发脉冲作用下，由稳态进入暂态？③暂稳态如何自动地回到稳态？第19页,共51页，2024年2月25日，星期天（2）工作原理分析①单稳态触发器的稳态◆无触发脉冲正脉冲触发◆=0V为低电平◆电容C无充放电，相当于开路vI2=VDD

∴vO1=VDD

o=0单稳态触发器的稳态

c=0②当输入端VI加一正脉冲时，由稳态进入暂态vO1=0Ｖ由于电容两端的电压不能突变

c=0vI2=0Ｖ

o=ＶＤＤ第20页,共51页，2024年2月25日，星期天③暂态自动回到稳态电路进入暂稳态

I2设定CMOS反相器的阈值电压

I2

I2=VTH迅速使

o1=

1

o=0如果触发脉冲已经消失，即vI已由高电平回到低电平回到稳态电容放电

c=0

I2=VＤＤVDD经过R向电容C充电第21页,共51页，2024年2月25日，星期天图2单稳态触发器的工作波形暂稳态维持时间ＴW就是电容C开始充电至电压升高到VDD/2所需要的时间。第22页,共51页，2024年2月25日，星期天（３）触发脉冲对单稳态触发器工作得影响第23页,共51页，2024年2月25日，星期天2、集成单稳态触发器TTL和CMOS电路均有，应用时，外电路简单，少许几个元件即可工作，脉冲宽度计算方便。TTL—74LS121集成单稳态触发器74LS121简化原理图

当出现以下几种情况时，控制电路将产生窄脉冲：（1）若A1、A2中至少有一个接低电平时，同时在B端输入一上升沿；（2）若B端接高电平时，A1、A2中至少有一个输入下降沿。74LS121功能表

第24页,共51页，2024年2月25日，星期天74LS121在使用时，要在芯片10、11引脚之间接电容，根据输出脉宽的要求，定时电阻R可采用外接电阻或芯片内部的电阻。第25页,共51页，2024年2月25日，星期天3单稳态触发器的应用

用于整形将宽度和幅度不规则的脉冲整形为规则的脉冲。第26页,共51页，2024年2月25日，星期天

用于定时第27页,共51页，2024年2月25日，星期天8.4多谐振荡器—第23讲多谐振荡器也称自激振荡器，是产生矩形脉冲波的典型电路，常用来做脉冲信号源。

多谐振荡器没有输入端，接通电源便自激振荡。多谐振荡器一旦起振之后，电路没有稳态，只有两个暂稳态，它们交替变化，输出连续的矩形脉冲信号，因此又称它为无稳态电路。第28页,共51页，2024年2月25日，星期天一、由门电路构成的多谐振荡器1、最简单的环形多谐振荡器环形振荡器是利用门电路固有的传输延迟时间，将奇数个反相器首尾相接而形成的工作原理若ui1的周期为6tpd，则ui1与uo波形相同。输出波形的周期为6tpdT=6tpd=2Ntpd(N=3)第29页,共51页，2024年2月25日，星期天结论根据上述原理，将任何大于、等于3的奇数个反相器首尾相连地串接在一起均可构成环形振荡器，而且振荡频率为T=2ntpd其中n为串联门的个数。这种振荡器的突出优点是电路极为简单。但是由于门电路的传输延迟时间极短，TTL电路只有几十纳秒，CMOS电路也不过一、二百纳秒，所以难于获得稍低一些的频率，而且频率不易调节。为了克服这些缺点，引入了一些改进电路。第30页,共51页，2024年2月25日，星期天2、RC环形多谐振荡器假定电路初态：=1vO1=0vOvC=0V电容充电vCvIvI当=VTH时，迅速使G1导通、G2截止电路进入第二暂态vO2=1vO1=0=0vO1=1vO（1）第一暂稳态（初态）电容充电，电路自动翻转到第二暂稳态vIvO1vO工作原理vIVDDVTH0ttvOVDD0第31页,共51页，2024年2月25日，星期天（2）第二暂稳态电容放电，电路自动翻转到第一暂稳态电容放电vCvIvI当=VTH时，迅速使得G1截止、G2导通电路返回第一暂稳态υO2=0υO1=1vIvO1vOT＝RC1n4≈1.4RC

第32页,共51页，2024年2月25日，星期天3、石英晶体多谐振荡器上面介绍的多谐振荡器的一个共同特点就是振荡频率不稳定，容易受温度、电源电压波动和RC参数误差的影响。在数字系统中，矩形脉冲信号常用作时钟信号来控制和协调整个系统的工作。因此，控制信号频率不稳定会直接影响到系统的工作，显然，前面讨论的多谐振荡器是不能满足要求的，必须采用频率稳定度很高的石英晶体多谐振荡器。

石英晶体具有很好的选频特性。当振荡信号的频率和石英晶体的固有谐振频率fo相同时，石英晶体呈现很低的阻抗，信号很容易通过，而其它频率的信号则被衰减掉。第33页,共51页，2024年2月25日，星期天40其它多谐振荡器第34页,共51页，2024年2月25日，星期天416.5555定时器—第24讲6.5555定时器第24讲

555定时器是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。它可以构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器、压控振荡器等多种应用电路。

因IC内部含有3个5kΩ电阻而得名。

1975年推出：NE555TTLCMOS单双四555556558755575567558第35页,共51页，2024年2月25日，星期天426.5555定时器1.555定时器电路结构①组成C1、C2：电压比较器5k×3：精密电阻G1、G2

：RS触发器TD：放电三极管②引脚排列第36页,共51页，2024年2月25日，星期天=⎨=⎨43

6.5555定时器

③引脚功能

RD:复位端(异步)VCO:控制电压输入端，VR1VR2⎧2/3VCC(VCO开路)⎩VCO⎧1/3VCC(VCO开路)⎩1/2VCOTH:阈值端，TH>VR1⇒VC1=L;TH<VR1⇒VC1=H;

TR:触发端，TR>VR2⇒VC1=H;TR<VR2⇒VC1=L;D:放电端，vO=L，TD导通；VCC:4.5~16V第37页,共51页，2024年2月25日，星期天THTRvOTD>VR1>VR2<VR1>VR2<VR1<VR2>VR1<VR2L保HH*导通

持

截止 截止

6.5555定时器

工作原理RD=0:电路复位(vO=L)H*:电路直接进入保持时，输出不定。

44第38页,共51页，2024年2月25日，星期天vI=~VCC保持vO=H555vOC:稳定VCOvI<VCCvO=H456.5555定时器2.555定时器应用VCORDTHTR DVCC

C0.01vIvO

构成施密特触发器①电路②原理

1 3 12 3323vIVCC>vO=L1233~vI=VCC保持vO=L13vIVCC<vO=H③传输特性VT+=23VCCVT−=13VCC第39页,共51页，2024年2月25日，星期天555vO466.5555定时器构成单稳态触发器DVCORDTHTRVCC0.01

vIvOR触当vC上升到2VCC/3时，发器置0，

vO＝0，TD导通，C放电，进入稳态。C①电路(负脉冲触发)②原理(vI=H)接通电源，VCC通过R对C充电，vI=

触发器置1，vO变为1，TD截止，电路进入暂态。VCC通过R对C充电，当vC上升到2VCC/3时，触发器置0，TD对C放电，电路进入稳态。不可重复触发。第40页,共51页，2024年2月25日，星期天476.5555定时器THTR DVCORDVCC555vO0.01vIvOR③波形④参数tW=RCln

VCC−0VCC−2VCC/3=RCln3=1.1RCtW

CRC第41页,共51页，2024年2月25日，星期天6.5555定时器构成多谐振荡器电路构成THTR DVCORDVCC555vORC电路R1R2C施密特触发器放电回路 工作原理①接通电源:vC=0，vO=H，TD截止。②VCC经R1、2对C充电:vC<VCC/3:vO=HvC=1/3~2/3VCC:保持vO=HvC=2/3VCC:vO=LTD导通，R2对C放电。

48第42页,共51页，2024年2月25日，星期天555vO6.5555定时器

VCCVCORDTHTR DR1

R2

C

VCC/3vO

49

③R2对C放电:vC

=1/3~2/3VCC:保持vO=LvC=1/3VCC:

vO=H

VCC经R1、2对C充电。 波形图

vC

2VCC/3第43页,共51页，2024年2月25日，星期天555vOT11+R2)ClnVCC−VCC/3=(R1+R2)Cln2q==0−2VCC/3T0−VCC/3=R2Cln2T=(R12)Cln2如何使q<或=0.5?506.5555定时器参数计算

VCCVCORDTHTRR1

R2vCvO2VCC/3VCC/3T1T2VCC−2VCC/3

=(RT2=R2Cln+2RT1=

C D

R1+R2R1+2R2

R1+R2

2(R1+R2)−R112>第44页,共51页，2024年2月25日，星期天6.5555定时器改进电路—占空比可调OVCC

VCORDTH555vTR DR1

CR2vO

电路因加入了二极管，使电容器的充电和放电回路不同，可以调节R1、R2使充、放电时间常数改变。

T1=0.7R1C T2=0.7R2C如果R1=R2，占空比＝50%。

51第45页,共51页，2024年2月25日，星期天52C1R1uo184736555Ⅰ2510.01μFuo1

6.5555定时器3.555定时器应用实例A.模拟声响电路

VCCR2(a)电路(b)工作波形C2R3uo284736