脉冲产生与整形电路-课件

脉冲产生与整形电路6 6、1 1 概述一、脉冲信号 脉冲是脉动和短促的意思,凡是具有不连续波形的信号均可称为脉冲信号。广义讲,各种非正弦信号都是脉冲信号。(a)(a)矩形波(b)(b)方波(c)(c)尖脉冲(d)(d)锯齿波6 6、1 1 概述 在数字系统中常常需要用到各种幅度、宽度以及具有陡峭边沿的矩形脉冲信号,如触发器的时钟脉冲(CPCP)。获取这些脉冲信号的方法通常有两种:脉冲产生电路直截了当产生;利用已有的周期信号整形、变换得到。脉冲整形、变换电路单稳态触发器 施密特触发器；脉冲产生电路多谐振荡器；多用途的定时电路555定时器。6 6、1 1 概述二、脉冲信号的参数trtftWT0.9 Um0.5 Um0.1 UmUm矩形脉冲信号的主要参数 脉冲幅度 脉冲周期脉冲宽度上升时间下降时间占空比D D脉冲宽度与脉冲周期的比值,D Dt tW W/T/T。6 6、1 1 概述三、脉冲产生电路的暂态分析脉冲波形产生与整形电路多是由RCRC充放电电路构成的。开关闭合的一瞬间,电容器上电压不能突变,满足开关定理U UC C(0(0+)=)=U UC C(0(0-)。充电暂态过程结束后,流过电容器的电流i iC C()()为0 0,即电容器相当于开路。tMU(t)UTtU()0U(0+)CCCUC(t)SUCR令u uC C(t(tW W)=U)=UT T,则从暂态过程的起始值U UC C(0(0+)变到U UT T所经历的时间t tW W(脉冲宽度)可用下式计算:电路的时间常数=RCRC,决定了暂态时间的长短。依照三要素公式,能够得到电压随时间变化的方程为 6 6、1 1 概述tWU(t)UTtU()0U(0+)CCC一、555555定时器的电路结构6 6、2 5552 555定时器 555 555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路,能够方便地构成单稳态触发器,施密特触发器和多谐振荡器。双极型产品型号最后数码为555555,CMOSCMOS型产品型号最后数码为75557555。其功能和外部引脚排列完全相同。TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu12348765地2oRDUCC放电端6UCO555uuu6 6、2 5552 555定时器TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu1 1、分压器电压控制端55脚悬空时，；55脚外接控制电压U UCOCO时，。注:当5 5脚不加控制电压时,通常经过一个0 0、01F01F的电容接地,以抑制干扰。6 6、2 5552 555定时器TRC1 1UR15k5kC2 25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu2 2、电压比较器U U+U U-时，C Ci i1 1；U U+U U-时，C Ci i0 0。阈值输入端触发输入端3 3、基本RSRS触发器R SR SQ Qn+1n+10 00 0不定0 10 10 01 01 01 11 11 1Q Qn n异步清零端6 6、2 5552 555定时器TRC1UR15k5kC25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu4 4、放电三极管VTVT是一个集电极开路的放电三极管。当u uO O0 0时，VTVT导通；当u uO O1 1时，VTVT截止。二、555555定时器的功能6 6、2 5552 555定时器TRC1 1UR15k5kC2 25kUR2&14G1RQQG2SG3G43VT8UCCUCOu6(TH)5()6217oRD2放电端uu5 5脚不外接控制电压。定时器的主要功能取决于两个比较器输出对RSRS触发器和放电管VTVT状态的控制。6 6、2 5552 555定时器不变不变不变不变1 1 1 1导通导通0 0 0 01 1 1 1截止截止1 1 1 11 1 1 1导通导通0 0 0 00 0 0 0VTVTu uOOu u2 2u u6 6输出输出输入输入555555定时器功能表5 5脚不接控制电压，则 ，。6 6、3 3 单稳态触发器单稳态触发器是一种常用的脉冲整形电路单稳态触发器是一种常用的脉冲整形电路,简称单稳。简称单稳。由外界触发自动返回稳定状态稳定状态暂稳态恢复期工作特性:它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态;在外界触发脉冲作用下,能从稳态翻转到暂稳态,在暂稳态维持一段时间以后,电路能自动返回稳态;暂稳态不能长久保持,其维持时间的长短取决于电路自身参数,与外界触发脉冲无关。6 6、3 3 单稳态触发器一、门电路构成的单稳态触发器11VDDCdRdRCvdvo1vovi26 6、3 3 单稳态触发器二、555555定时器构成的单稳态触发器48762315uCCuouIRUCC0.01F5555 5脚经过0.010.01FF电容接地，则 ，。6 6、3 3 单稳态触发器1 1、工作原理 稳态:无触发信号时,u uI I为高电平。电容先充电后放电,当u uC C0 0时,电路进入稳态:u uO O0 0。暂稳态：u u2 2触发脉冲下降沿到达时（），电路进入暂稳态，u uO O1 1。当 时，u uO O0 0，暂稳态结束。6 6、3 3 单稳态触发器1 1、工作原理 恢复期:VTVT导通,电容C C迅速放电,直到使u uC C00,电路又恢复到稳态。6 6、3 3 单稳态触发器1 1、工作原理 6 6、3 3 单稳态触发器TuI13UCC0uo0tWTWuC023UCCtttUCC48762315uCCuouIRUCC0.01F555波形图 电路对输入触发脉冲的宽度有一定要求,它必须小于t tW W。若输入触发脉冲宽度大于t tW W时,应在u u2 2输入端加入微分电路。因此可得 6 6、3 3 单稳态触发器2 2、输出脉冲宽度t tW W 输出脉冲宽度t tW W是暂稳态的停留时间，即电容C C的电压从0 0充电到 所需的时间。根据电容C C的充电过程可知：上式说明:单稳态触发器输出脉冲宽度t tW W仅决定于定时元件R R、C C的取值,且成正比关系,而与输入触发信号和电源电压无关,因此调节R R、C C的大小,即可方便地改变t tW W。矩形脉冲的周期与输入的触发信号周期相同。6 6、3 3 单稳态触发器三、单稳态触发器的应用1 1、脉冲整形IutWOu 单稳态触发器能够把输入的不规则脉冲信号u uI I,整形为具有一定幅度和一定宽度的标准矩形脉冲u uO O。u uO O的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平,宽度t tW W决定于定时元件R R和C C。单稳态触发器的整形波形6 6、3 3 单稳态触发器2 2、脉冲延时 脉冲延时电路一般要用两个单稳态触发器完成。延时时间为t tW1W1,它决定于第一级单稳态触发器的定时元件R R和C C。11uIu0（tW1）（tW2）单稳态触发器的延时波形6 6、3 3 单稳态触发器3 3、定时 由于单稳触发器可产生宽度为t tW W的矩形脉冲,利用这个矩形脉冲去控制某电路使它在t tW W的时间内动作或不动作,这就是单稳态触发器的定时作用。定时时间为t tW W,可通过调节定时元件R R和C C来调节定时时间。1&uIOuuO单稳与门uFtWuIuOuFOu单稳态触发器的定时波形6 6、4 4 施密特触发器施密特触发器是又一种常用的脉冲信号整形电路。施密特触发器是又一种常用的脉冲信号整形电路。工作特性:具有两个稳态;属于电平触发,缓慢变化的信号也能够作为输入信号,当输入信号达到某一特定值时,输出电平就发生突变;输入信号从低电平上升时,电路状态转换时对应的输入电平,与输入信号从高电平下降时对应的输入转换电平不同。uo0UU+uI电压传输特性输入信号上升时对应的转换电平U U+,称为正向阈值电压;输入信号下降时对应的转换电平U U ,称为负向阈值电压;差值U UU U+U U-,称为回差电压。6 6、4 4 施密特触发器一、门电路构成的施密特触发器1R1vo1vi1viR2vo1vivo1vovOHvOLvOLvOHv+v-反向输出施密特触发器6 6、4 4 施密特触发器二、555555定时器构成的施密特触发器1 1、电路结构和逻辑符号846210.01F3UCCuIuo5555uot00uI13UCC23UCCtUU+uOHuOL2 2、工作原理6 6、4 4 施密特触发器5 5脚经过0.010.01FF电容接地，则 ，。uot00uI13UCC23UCCtUU+uOHuOL2 2、工作原理6 6、4 4 施密特触发器(1)(1)上升过程：时，u uO O1 1；时，u uO O保持不变；时，输出翻转u uO O0 0。uot00uI13UCC23UCCtUU+uOHuOL2 2、工作原理6 6、4 4 施密特触发器(2)(2)下降过程：时，u uO O0 0；时，u uO O保持不变；时，输出翻转u uO O1 1。综之：当5 5脚不接控制电压时，当5 5脚接控制电压U UCOCO时，比较电压变为U UCOCO和（1/21/2）U UCOCO，uot00uI13UCC23UCCtUU+uOHuOL2 2、工作原理6 6、4 4 施密特触发器6 6、4 4 施密特触发器三、施密特触发器的应用1 1、波形变换 施密特触发器能够将边沿变化缓慢的周期性信号变换成边沿陡峭的矩形脉冲信号。6 6、4 4 施密特触发器2 2、波形整形 施密特触发器能够将不规则的波形整形为矩形波。若适当增大回差电压,可提高电路的抗干扰能力。回差电压是由5脚接入的控制电压UCO来控制的。uot0uot0uIt0U+UU(a)(b)(c)从一系列幅度不同的脉冲信号中选出幅度大于正向阈值电压U U+的输入脉冲,即对幅度进行鉴别。6 6、4 4 施密特触发器3 3、幅度鉴别uIU+Ut0uo0t同向输出施密特触发器6 6、4 4 施密特触发器4 4、构成多谐振荡器工作原理:电容上初始电压为零,即u uI I0 0,则u uO O1 1,并经R R向C C充电,当充至u uI IU U+时,输出翻转u uO O0 0。电容C C又经R R进行放电,当放电至u uI IU U-时,输出翻转u uO O1 1。6 6、5 5 多谐振荡器多谐振荡器是一种常用的脉冲信号产生电路。多谐振荡器是一种常用的脉冲信号产生电路。工作特性:无稳态,具有两个暂稳态;自激振荡器在接通电源后,不需外加触发信号,便能自动产生矩形脉冲;矩形波中除基波外,还含有丰富的高次谐波故称为多谐振荡器。自动触发自动返回暂稳态0暂稳态1暂稳态06 6、5 5 多谐振荡器一、门电路构成的多谐振荡器1vo1RCvivo16 6、5 5 多谐振荡器二、555555定时器构成的多谐振荡器1 1、电路结构48762315CUCCR1R2555uo0.01FuC6 6、5 5 多谐振荡器uC13UCCuo0T123UCCttUCCT202 2、工作原理 接通电源后,电容C C来不及充电,u uc c0 0,则u uO O1(1(第一个暂稳态),VTVT截止。这时UccUcc经R R1 1和R R2 2向C C充电,当充至u uc c2/3Ucc2/3Ucc时,输出翻转u uO O0(0(第二个暂稳态),VTVT导通;这时电容C C经R R2 2和VTVT放电,当降至u uc c1/3Ucc1/3Ucc时,输出翻转u uO O1 1。6 6、5 5 多谐振荡器3 3、参数的估算电容充电时间T T1 1:电容放电时间T T2 2:电路振荡周期T T:uC13UCCuo0T123UCCttUCCT20T电路振荡频率f f:通过改变R R、C C的参数可改变振荡周期和振荡频率。输出波形占空比D D:6 6、5 5 多谐振荡器若R R2 2RR1 1,则D D1/21/2,即输出为对称方波。(D50)6 6、5 5 多谐振荡器4 4、改进电路占空比可调的多谐振荡器 利用二极管的单向导电性,把电容C C充电和放电回路隔离开来,再加上一个可调电位器R RW W,便可构成占空比可调的多谐振荡器。电容充电时间T T1 1:T T1 10 0、7R7R1 1C C电容放电时间T T2 2:T T2 20 0、7R7R2 2C C输出波形占空比D D:电路振荡周期T T:T TT T1 1+T+T2 20 0、7(R7(R1 1+R+R2 2)C)C若R R1 1=R=R2 2,则D=50%D=50%。847623UCCR1R2555RWuo0.01FCVD2VD1516 6、5 5 多谐振荡器5 5、555555定时器构成的振荡器应用实例模拟声响发生器 将振荡器A A的输出电压u uo1o1,接到振荡器B B中555555定时器的复位端(4 4脚)。当u uo1o1为高电平常振荡器B B振荡,当u uo1o1为低电平常555555定时器复位,振荡器B B停止振荡。如此,扬声器便发出“呜呜”的间歇声响。84762351555A0.01FCR1AR2A847623155550.01FCR1BR2BRduo18uo25FUCCuo1uo2(a)(b)B 当频率为谐振频率f f0 0时,石英晶体的等效阻抗最小,信号最容易通过,而其它频率信号均被衰减掉。晶体的选频特性极好。为了提高振荡器的频率稳定度,往往使用石英晶体多谐振荡器。6 6、5 5 多谐振荡器三、石英晶体多谐振荡器555555构成的多谐振荡器的特点:优点:工作可靠,调节方便。缺点:振荡频率不能太高,一般不超过几百千赫;受电源波动、温度变化等影响,频率稳定性较差。f f0 0只与晶体的材料、几何形状和尺寸大小有关,而与电路中的R R、C C数值无关。输出频率稳态性特别高。X0f0f石英晶体的图形符号和电抗频率特性石英晶体的固有频率或谐振频率6 6、5 5 多谐振荡器石英晶体振荡器电阻R R1 1、R R2 2的作用:保证两个反相器在静态时都能工作在线性放大区。对TTLTTL反相器,常取R R0 0、7k7k2k2k,而关于CMOSCMOS门,则常取R R10M10M;C C1 1是耦合电容;C C2 2的作用:抑制高次谐波。电路的振荡频率等于石英晶体的谐振频率f f0 0。11RRC1f0G1G2C2感谢您的聆听！