szdl_10_脉冲波形.ppt

1、第十章 脉冲波形的产生和整形,概述 施密特触发器 单稳态触发器 多谐振荡器 集成定时器555及其应用 小结,一. 脉冲电路 概述,脉冲信号,非正弦变化的电压/电流信号(一般指矩形脉冲信号),脉冲信号的获取,常见脉冲波形:,一. 脉冲电路 概述,常用的有施密特触发器和单稳态触发器。,获取脉冲信号的方法,脉冲信号产生与整形电路的实现,是一种多用途集成电路，只要外接少量阻容元件就可构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等，使用方便、灵活，应用广泛。,施密特触发器,主要用以将缓慢变化或快速变化的非矩形脉冲变换成陡峭的矩形脉冲。,单稳态触发器,主要用以将宽度不符合要求的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。

2、,脉冲信号产生与整形的方法,一. 脉冲电路 概述（续1）,一. 脉冲电路 概述（续2）,矩形脉冲信号的主要参数：,脉冲周期 T 脉冲幅度 Vm 脉冲宽度 tw 上升时间 t r 下降时间 t f 占空比 q=tw /T,RC 电路的过渡过程 过渡过程公式：,其中： u(t)元件两端在某一时刻t的电压值 t 充/放电至u(t) 所需的时间,一. 脉冲电路 概述（续2）,RC电路的过渡过程 *RC 电路特点： *一阶RC 回路：,解,求解一阶微分方程得：,其中： uC(t)电容两端在某一时刻t的电压值 t 充/放电至u(t) 的所需时间,波形特点：,1.电容C 上的电压UC 不可突变 2.对简单电

3、路，时间常数为RC,一. 脉冲电路 概述（续3）,波形特点：,微分电路与积分电路：,一. 脉冲电路 概述（续4）,微分电路与积分电路：,二. 施密特触发器,施密特触发器的主要特点:,(1) 电路状态转换时所需的输入电平不同。(有两个阈值电压） (2) 通过正反馈电路,使输出电压波形的边沿变得很陡。,施密特触发器的逻辑符号与特性 门电路组成的施密特触发器 其它的施密特触发器 施密特触发器的应用,2.施密特触发器 逻辑符号与特性,逻辑符号 阈值电压和传输特性,* 正向阈值电压 VT+：输入电压从低电平上升到高电平的阈值电压 负向阈值电压 VT- ：输入电压从高电平下降到低电平的阈值电压 回差电压

4、V= VT+VT-,* 传输特性,同相输出 反相输出,VT+,VT-,3.门电路组成的施密特触发器（1）,电路图(P458 图10.2.1） 组成及电路特点： 原理分析 门电路施密特波形图及参数,两级CMOS反相器 输出V0为同相输出端，输出V0为反相输出端 分压电阻把输出端的电压反馈到输入端,已知反相施密特触发器输入波形如图，其VT+ = 5V， VT- =2.5V, 画出输出波形。,波形图 参数 正向阈值电压： 负向阈值电压： 回差电压：,门电路施密特波形图及主要参数,其他的施密特触发器,2. TTL门电路组成的施密特触发器(分析略),集成施密特触发器,4. 集成施密特触发器及主要参数,组

5、成：二极管与门+施密特电路+电平偏移+输出（非） 施密特电路分析（VT+ 、 VT- 分析 R2R3 ） 电平偏移电路的作用,5. 施密特触发器的应用,1. 用于波形变换,2. 用于脉冲整形 (例:整形、消除干扰信号),3. 用于脉冲鉴幅 (例:鉴出幅度大于V T+的信号),三. 单稳态触发器,单稳态触发器的特点:,(1) 有稳态和暂稳态两个不同的工作状态; (2) 在外界触发脉冲作用下，能从稳态进入到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，会自动地回到稳态； (3) 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。,微分型单稳态触发器 积分型单稳态触发器 施密特构成的单稳态触发

6、器 集成单稳态触发器 单稳态触发器的应用,1.门电路组成的单稳态触发器,电路图 (微分型单稳态触发器) 组成: RC 微分电路 G1、G2为CMOS门,原理分析 波形图及计算,微分型单稳态触发器波形及计算,微分型单稳态触发器波形图,脉冲宽度计算 （输出脉冲宽度（V0=1）Vi2 从0充电至VTH的时间。CMOS电路VTH=1/2 VDD ）,积分型单稳态触发器,电路图(积分型单稳态触发器) 组成: RC积分电路 G1、G2为TTL门,原理分析,波形图及计算,积分型单稳态触发器波形及计算,积分型单稳态触发器波形图,计算脉冲宽度（输出脉冲宽度为VA从VOH放电至VTH的时间）,2. 施密特触发器构

7、成的单稳态触发器,电路图,工作原理,3. 集成单稳态触发器,常用集成单稳态触发器 TTL 74121、74221、74122、74123 CMOS CC4098、CC12548 集成触发器的触发方式 两种类型：不可重复触发型（a) 、 可重复触发型(b),集成单稳态触发器74121,单 稳 态 触 发 器,暂稳态期间如再次被触发，对原暂稳时间无影响，输出脉冲宽度 tW 仍从第一次触发开始计算。,暂稳态期间如再次被触发，输出脉冲宽度可在此前暂稳态时间的基础上再展宽 tW 。,单稳态触发器的触发方式,下面通过工作波形的分析来说明可重复触发型和不可重复触发型触发器的区别。,单稳态触发器工作波形举例,

8、暂稳态期间不能再次触发。,暂稳态期间能再次触发。其输出脉宽将在原暂稳态时间基础上再展宽 tW 。,(1). 集成单稳态触发器（74121）,逻辑图,控制附加电路,微分型单稳电路,两种输出形式 (同相、反相),触发脉冲控制端,(1). 集成单稳态触发器（74121）,触发信号特点,集成74121逻辑符号,(1). 集成单稳态触发器（74121）,两种常用的连接方式,图1：通常取Rext = 2 40 k， Cext = 10 pF 10 F。,t W 0.7 RextCext,主要参数,图2：当输出脉宽很小时，可用内部电阻 Rint = 2 k取代 Rext 。,图1 图2,(2). 单稳态触发

9、器的应用,单稳态触发器的应用,经过长距离传输后，脉冲信号的边沿会变差或波形上叠加某些干扰， 利用整形可使其变成符合要求的波形。,2. 脉冲定时,1. 脉冲整形,因此，利用单稳态触发器可以控制门开通与否以及开通多长时间。,逻辑门的定时时间即为单稳态触发器的暂稳态持续时间。,uC 为与门 G 开通与否的控制信号。 uC = 1，门 G 开通，信号 uB 通过门 G 输出； uC = 0，门 G 关闭，uB 不能输出。,若已知 Rext = 10 k，Cext = 1 F 则可得 tW 0.7 RextCext = 7 ms,*脉冲展宽电路和工作波形,3. 脉冲展宽,单稳态触发器的应用,接成正脉冲

10、触发方式,四. 多谐振荡器,多谐振荡器的特点: 环形多谐振荡器 石英晶体多谐振荡器 施密特构成的多谐振荡器 对称式多谐振荡器 非对称式多谐振荡器,(1) 具有两个暂稳态; (2) 由暂稳态维持一段时间后，会自动地进入暂稳态；在暂稳态维持一段时间后，又会自动地回到暂稳态；在两个暂稳态之间来回变化，形成振荡。 (3) 暂稳态维持时间的长短由电路参数决定。,1.环形多谐振荡器,(利用门电路的传输延迟时间将奇数个反相器首尾相连形成振荡),脉冲周期的计算,电路图与波形图:,原理分析,T = 2ntPD （n 反相器个数。 n必须为奇数。 tPD 门电路传输延迟时间）,带RC 延迟电路的环形多谐振荡器,0

11、,1,0,1,1,0,1,0,2. 带RC 延迟电路的环形多谐振荡器,电路图,* 利用RC 电路的充、放电，可延迟电路状态的转换时间 * RC 电路的延迟远大于电路的传输延迟时间，可调节性好,特点：,3. 石英晶体多谐振荡器,电路图: 特点:,* 石英晶体多谐振荡器的振荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率fo ,而与外接电阻R、电容C 无关。 * 石英晶体具有很好的选频特性，频率稳定性高。,4. 施密特构成的多谐振荡器,电路图及波形图:,占空比可调的施密特多谐振荡器,工作原理:,占空比可调的施密特多谐振荡器,电路图:,工作原理:,5. 对称式多谐振荡器,电路图: （TTL）,* TTL反相器构成

12、对称结构 * 工作状态、等效电路和波形分析 *计算振荡周期：,分析:,对称式多谐振荡器计算振荡周期,电路图: （TTL）,振荡周期计算 （设：RF1=RF2，C1=C2）,6. 非对称式多谐振荡器,电路图:（CMOS）,* CMOS反相器构成非对称结构 * 工作状态、等效电路和波形分析 *计算振荡周期:,分析:,非对称式多谐振荡器计算振荡周期,电路图（CMOS）,* 不考虑保护电路,* 考虑保护电路,振荡周期计算,五. 集成定时器555及其应用,集成定时器555 555构成施密特触发器 555构成单稳态触发器 555构成多谐振荡器,*555 定时器简介,555定时器是一种多用途的数字-模拟混合

13、集成电路。使用灵活方便。在波形产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等多个领域得到广泛应用。 555定时器电源电压范围宽(双极型：516V，CMOS ： 318V)，可提供与 TTL 及 CMOS 数字电路兼容的接口电平，还可输出一定功率，驱动微电机、指示灯、扬声器等。 TTL单定时器型号的最后3位数字为555，双定时器的为 556； CMOS单定时器的最后4位数为 7555，双定时器的为 7556。,1. 555 定时器的工作原理和逻辑功能,集成定时器555_组成和原理,集成定时器555的构成、管脚图和逻辑符号,组成及功能 分压器 三个相同阻值R组成 比较器 两个比较器C1和C2组成 S

14、R触发器 控制输出（G3、G4）和放电管TD 一般连接 几个管脚的常规连接,分压器,比较器,SR 锁存器,放电管TD,集成定时器555分压器和比较器,555分压器和比较器,*比较器: ( V+ V 输出为“1”; V+ V 输出为“0” ),分压器,分压值：2/3 VCC,分压值：1/3 VCC,比较器,*分压器：3个等值电阻分压为：2/3 VCC ，1/3 VCC,3个等值电阻,集成定时器555SR 锁存器、输出及放电管状态,555分压器和比较器,*比较器: ( V+ V 输出为“1”; V+ V 输出为“0” ),*清零端RD：当RD=0 VO =0,SD,RD,SR 锁存器,1,0,1,

15、1,0,1,2/3 VCC,1/3 VCC,0,保持,1,集成定时器555_逻辑符号及一般连接,集成定时器555逻辑符号及一般连接 工作电压（8脚） 清零端（4脚） 输出端 （3脚） 接地端（1脚）,555_构成施密特触发器,555构成施密特触发器,工作原理 阈值电压,555施密特触发器_阈值电压,阈值电压 图(1) 图(2),555_构成单稳态触发器,555构成单稳态触发器,工作原理 脉冲宽度的计算,555单稳态触发器计算脉冲宽度,555构成单稳态触发器,脉冲宽度的计算,555_构成多谐振荡器,555构成多谐振荡器,工作原理 （初态时： VC =0 V0 =1）,计算脉冲周期和占空比,555

16、多谐振荡器计算脉冲周期和占空比,555构成多谐振荡器,计算脉冲周期 T = t1（充电）+ t2（放电）,计算脉冲周期和占空比(续),计算脉冲周期 T = t1（充电）+ t2（放电）,占空比q :,占空比q 可调的555多谐振荡器,占空比可调的555多谐振荡器,电路图（局部）,计算脉冲周期 T = t1（充电）+ t2（放电）,第十章 脉冲波形的产生和整形学习要点,脉冲波形的基本概念、整形和产生电路 施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的工作特点 分析电路的工作过程，等效电路，电路各点电压波形，计算电路参数 集成定时器555构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器电路、参数计算和波形分析,六. 小结和要求,掌握施密特触发器的工作特点和应用 掌握单稳态触发器的工作特点和应用 掌握多谐振荡器的工作特点和应用 掌握施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的典型电路、参数计算、波形图 掌握555定时器构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器的电路图、参数计算和画波形图,六. 小结和要求（续1）,主要参数的计算 * 施密特触发器（ VT+ 、 VT- ；输出波形图） 对555: * 单稳态触发器（脉冲宽度TW ） 对555： * 多谐振荡器（脉冲周期T、占