脉冲波形产生-课件

脉冲波形产生稳态为1有外部触发暂态自动返转稳态为0有外部触发暂态自动返转学习的重点:为什么会自动返回?需多少时间?8.1 单稳态触发器2、单稳态触发器的组成逻辑门RCRC电路微分型积分型微分电路(RC较小):CRviv0viv0VImVIm在vi突变的瞬间:v0=VIm此后,C开始充电,v0按指数规律下降,因RC较小故v0下降特别快。8.1 单稳态触发器2.单稳态触发器的组成逻辑门RCRC电路微分型积分型8.1 单稳态触发器积分电路(RC较大)CRviv0viv0VImVIm在vi突变的瞬间:v0=0此后,C开始充电,v0按指数规律上升,因RC较大故充电较慢。8 8、1 1、1 1 用CMOSCMOS门电路组成的微分型单稳态触发器1 1、电路组成及工作原理1)确定稳态:电源接通后,在没有外来触发脉冲时电路处于稳定状态:1VDDG1VI1 1VCCG2RV02V01+-CdvI2若稳态为v01=1,v02=00011若稳态为v01=0,v02=1VDD通过R向C充电使vI2上升,经一定时间后,vI2=1电路的稳态为v01=1,v02=00VDDG1VI1 1VCCG2RV02V01+-CdvI20100000018.1 单稳态触发器2)有触发脉冲加入电路进入暂态V01=0此后,VDD向VC充电,使vI2升高01当vI2=1时,V02=0经一定时间后,电路又自动回到稳态:v01=1,v02=0Cd和Rd组成微分电路vivRdVImVImVTHVDDG1VI1 1VCCG2RV02V01+-CdvI2Rd1000此瞬间vI2=00100000018 8、1 1、1 1 用CMOSCMOS门电路组成的微分型单稳态触发器8.1 单稳态触发器12 2、主要参数的计算1).1).暂态宽度t tW W暂态宽度t tW W取决于RCRC充放电时间常数、将电路vc(0+)=0,vc()=VDD,=RC,VTH=VDD/2代入上式得:2).2).恢复时间t trere暂稳态结束后,要使电路恢复到触发前的起始状态,还需要经一段恢复时间,使电容上的电荷释放完。3).3).最高工作频率f fmaxmax设触发信号v vI I的周期为T,T,为了使单稳态电路能正常工作,应满足:T(t:T(tw w+t+trere););其最高工作频率为;1 1、不可重复触发集成单稳态触发器:可重复触发8.1.2 集成单稳态触发器8.1 单稳态触发器不可重复触发 在进入暂稳态期间,若有触发脉冲作用,电路的工作过程不受其影响。只有当电路的暂稳态结束后,触发信号脉冲才会影响电路状态。电路输出脉宽由RC参数确定v0vIv0vItwtwtw741211)电路由三部分组成:输入控制电路微分型单稳态触发器输出缓冲器决定暂态宽度2)集成单稳态触发器74121的符号QNCA1A2BQGNDVCCNCRext/CextNCCextRintNC74121A1A2BCextRextCextRintVccv0v0543161011149GND774121触发方式3个触发信号输入端:A1、A2、B。在下列情况下,电路可由稳态翻转到暂稳态若A1、A2两个中至少有一个为低电平,B发生由0到1的正跳变。若B为高电平,A1、A2两个中至少有一个为高电平,同时有一个或两个产生由1到0的负跳变CRextVCC定时使用外接电阻Rext的电路连接使用内部电阻Rint的电路连接tw=0、7RextCtw=0、7RintC电路为下降沿触发时的连接方式、VCC当电容在10pF10F之间,得到的暂稳态取值范围在20ns 200ms可重复触发8.1.2 集成单稳态触发器8.1 单稳态触发器不可重复触发两种可重复触发集成单稳态触发器:在暂稳态期间,若在t (t tw)时间后又有触发脉冲作用,电路会被新的触发脉冲触发,其暂稳态时间又重新开始。因此,输出脉宽将为:tw+t 特点:v0vItwv0vIt1t2tw输出脉宽将为:tw+t1+t2MC14528TR+TR-三个组成部分:由门G10、G11、G12和T1、T2组成三态门由门G1G9组成控制电路由门G13G16组成输出缓冲电路三个控制端:TR+:为下降沿触发输入端TR-:为上升沿触发输入端R：为复位端工作原理:在没有触发信号(TR+=1、TR-=0)时电路处于稳态,v0=01100101接通电源瞬间:vCext=000111vO7由vO4决定若vO4=000101最终vO4=10截止截止充电0100111导通0101电路进入暂态。0100110截止0101暂态结束1稳态:0稳态暂态放电充电1、定时当 v/O=1时,与 门 打 开,vO=vF。当v/O=0时,与门关闭,vO为低电平。显然与门打开的时间是恒定不变的,就是单稳输出脉冲v/O的宽度tW。1&vIOvvO单稳与门vFtWvIvOvFOv8.1.3 单稳态触发器的应用8.1 单稳态触发器8.1.3 单稳态触发器的应用8.1 单稳态触发器1.定时2、延时0tvI0tvo00tvo从波形图能够看出,vo脉冲的上升沿相对输入信号vI的上升沿延迟了tw1时间。AABextCextR1274121(0)R1extCVCCC1vIvO0QAABextCextR1274121(1)R2extCVCCC2vOQVCC8.1.3 单稳态触发器的应用8.1 单稳态触发器1.定时2.延时3、整形 单稳态触发器能够把不规则的输入信号vI,整形成为幅度和宽度都相同的标准矩形脉冲vO。vO的幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平,宽度tW决定于暂稳态时间。例、用单稳进行波形的整形、用晶体振荡器产生计数器的计数脉冲(数字测速系统)放大器电机圆盘红外发射红外接收单稳整形计数器定时器(晶体振荡器)显示译吗器数码显示器uiuo转/分分频器uiuo第二十三讲 施密特触发器是一种受输入信号电平直截了当控制的双稳态触发器。它有两个稳定状态,在外加信号的作用下,只要输入信号变化到某一电平常,电路就从一个稳定状态转换到另一个稳定状态,而且稳定状态的保持也与输入信号的电平紧密相关。它在性能上有两个重要的特点:8.2 8.2 施密特触发器 第一、输入信号从低电平上升的过程中,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过程中对应的输入转换电平不相等。第二、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的特别陡。tt0uIu00UTUTUOLUOH正向阈值电压回差电压UU负向阈值电压施密特触发器的两种传输特性曲线tt0uIu00UTUTUOLUOH施密特触发器的特性曲线1uIuOUT+UT-同相输出的施密特触发器的传输特性18.2 8.2 施密特触发器1)同相输出的施密特触发器tt0uIu00UTUTUOLUOH施密特触发器的特性曲线2uIuOUT+UT-反相输出的施密特触发器的传输特性22)反相输出的施密特触发器施密特触发器的两种传输特性曲线8.2 8.2 施密特触发器1）同相输出的施密特触发器1、电路形式同相输出反相输出8.2.1 用门电路组成的施密特触发器8.2 8.2 施密特触发器11R1R2G1G2vIv0v0v01vIvIv01vIv01假设G1和G2的阈值电压均为VDD/2。且R2R1当vI=0时v0=0,v01=v0=1当vI从0开始升高并使vI达到G1的VTH时，发生如下正反馈过程：vIv01v0特别快使:v0=VDD,v0=0v0由状态转换为（VDD）状态时对应的输入电平T+为:vIVTHv0tt2、工作原理当vI从高电平开始下降且vIVTHv0=1当vI下降到vI=VTH且再下降一点点时,又会发生一个正反馈过程:vIv01v0瞬间使v01VDD,v00 vIVT+v0ttVDDVT-v0由1状态转换为0状态时对应的输入电平vI 为:由此的VT-:3、电压传输特性tt0uIu00UTUTVOLVOHuIuOVT+VT-VTH1.电路形式8.2.1 用门电路组成的施密特触发器8.2 8.2 施密特触发器11R1R2G1G2vIv0v0v01vI2.工作原理tt0uIu00UTUTUOLUOHuIuOUT+UT-R1R22VTH4.结论例、8、2、1如图,VDD=10V,G1、G2选用CC4069反相器,其负载电流最大允许值I(0H)max=1、3mA,门的阈值电压VTH=VDD/2=5V,且R1/R2=0、51)求VT+、VT-和VT2)选择R1、R2的值解、1)求VT+、VT-和VT2)选择R1、R2的值 为保证反相器G2输出高电平常的负载电流不超过最大允许值IOH(max),应使:因VOHVDD=10V,因此有若选R2=15K,则有R1=7、5K8.2 8.2 施密特触发器8.2.2 集成施密特触发器CC401061、电路形式和符号施密特电路整形电路输出电路2、工作原理(自学)一、波形变换 利用施密特触发器在状态转换过程中的正反馈作用,能够将边沿变化缓慢的周期性信号(如正弦波、三角波等)变换成边沿陡峭的矩形脉冲。将不规则的波形变换成边沿陡峭的矩形波形。8.2.3 施密特触发器的应用8.2 8.2 施密特触发器一、波形变换8.2.3 施密特触发器的应用8.2 8.2 施密特触发器二、脉冲整形和抗干扰 矩形波经过传输后波形往往会发生畸变,其中比较常见的有如图所示的三种情况:矩形波的边沿变缓在矩形波的边沿处产生振荡矩形波被叠加上干扰如、转速测量装置反光片VCCvOvOttvOVT+VT-一、波形变换8.2.3 施密特触发器的应用8.2 8.2 施密特触发器二、脉冲整形和抗干扰三、用于 脉冲鉴幅 从一系列幅度不等的脉冲中,鉴别出幅度超过某一电压值的波形。多谐振荡器是一种无稳态电路,它在接通电源后,不需要外加触发信号,电路状态能够自动地不断变换,产生矩形波的输出。由于矩形波中的谐波分量特别多,因此又常称为多谐振荡器8.3 多谐振荡器多谐振荡器的输出:1.电路组成2 2、工作原理8、3、1 用门电路组成的多谐振荡器(1).第一个暂稳态及电路自动反转过程假设在t=0时接通电源,电容C尚未充电,电路初始状态为第一个暂稳态。00导通截止1截止导通VTHvI当vI升高到VTH时,电路发生正反馈:vIv01v0瞬间使:v01=0,v0=1电路进入第二个暂稳态011+(2)、第二个暂稳态及电路自动反转过程110导通截止导通截止瞬间过后,电容开始放电,实际上是反方向充电。VTHvI当vI降到VTH后电路发生正反馈:vIv01v0瞬间使:v01=1,v0=0电路又回到第一个暂稳态。+C100由此可见:多谐振荡器的两个暂稳态的转换过程是通过电容C充放电来实现,而电容的充、放电又集中体现在vI的变换上、1.电路组成8.3 多谐振荡器2.2.工作原理8.3.1 用门电路组成的多谐振荡器3.振荡周期的计算设电路的第一个暂态和第二个暂态时间分别为T1、T2若VTH=VDD/28.3 多谐振荡器8.3.1 用门电路组成的多谐振荡器8.3.2 用施密特触发器构成多谐振荡器1、电路形式viVImv0VImD2D1CRviv02.工作原理v0tvItVT+VT-T1T23.占空比可调的多谐振荡器充电:R2、D2放电:R1、D18.3 多谐振荡器8.3.1 用门电路组成的多谐振荡器8.3.2 用施密特触发器构成多谐振荡器8.3.3 石英晶体多谐振荡器一、多谐振荡器的幅度和频率的稳定问题 前面介绍的多谐振荡器中,幅度的稳定性较好,但频率稳定性比较差。二、石英晶体谐振荡器 在多谐振荡器电路中接入石英晶体,组成了一个频率稳定的所谓石英晶体多谐振荡器。石英晶体的符号三、石英晶体的电抗频率特性可见,当外加电压的频率为f0时,它的阻抗最小,因此把它接入多谐振荡器的正反馈环路中以后,频率为f0的电压信号最容易通过它,并在电路中形成正反馈,而其它频率信号经过石英晶体时被衰减。因此,振荡器的工作频率也必定是f0。尽管555555定时器产品的型号繁多,但它们的电路结构、功能及外部引脚排列都是基本相同的。8、4、1 555定时器的电路结构与功能8.4 555定时器及其应用由三个阻值为5 k5 k的电阻组成的分压器;两个高精度的电压比较器C C1 1和C C2 2;一个基本RSRS触发器;一个作为放电通路的晶体三极管T;T;一个非门G,G,为了提高电路的驱动能力。1、电路结构-1-+2&1T5K5K5KRSGVCCRDv0vICvI1vI2v0接地端触发输入端输出端直截了当复位端控制电压端阈值输入端放电端电源端8、4、1 555定时器的电路结构与功能8.4 555定时器及其应用2、工作原理V VICIC悬空时:-1-+1&1T5K5K5KRSGVCCRDv0vICvI1vI2v0VR1VR211RS触发器状态不变,T和输出的状态也不变。8.4.1 555定时器的电路结构与功能8.4 555定时器及其应用2.工作原理V VICIC悬空时：-1-+1&1T5K5K5KRSGVCCRDv0vICvI1vI2v0VR1VR210101T截止8.4.1 555定时器的电路结构与功能8.4 555定时器及其应用2.工作原理V VICIC悬空时：-1-+1&1T5K5K5KRSGVCCRDv0vICvI1vI2v0VR1VR200101T截止8.4.1 555定时器的电路结构与功能8.4 555定时器及其应用2.工作原理VIC悬空时：-1-+1&1T5K5K5KRSGVCCRDv0vICvI1vI2v0VR1VR101010T导通555功能表输 入 输 出 RDvI1vI2v0TD状态0低(0)导通111123VCC13VCC低(0)导通13VCC23VCC保持不变23VCC13VCC高(1)截止23VCC13VCC高(1)截止8、4、1 555定时器的电路结构与功能8.4 555定时器及其应用8、4、2 用555定时器接成的施密特触发器tvi23VCC13VCCtv0tv0vIv013VCC23VCCV可见:-1-+1&1T5K5K5KRSGVCCRDv0vICvI1vI2v0VR1VR2假如在5脚VIC处,外接参考电压,则:VCO先设定控温范围:用555555定时器构成施密特触发器用作温度控制电路。555应用举例：VT+VT 220V 220V6215483555JVCOMVI:被测温度的电压信号（热电偶，传感器）运行前,先调整第五脚V VCOCO电压的大小,使施密特触发器上升转换电平V VT T+和下降转换电平V VT T 与所控制的温度上、下限相对应。工作原理：当:VI VCO,VO=0,T止,保温,VI当:VI 1/2 VCO,VO=1,T导,加热,VI改变V VCOCO就能够改变温度的上、下限。第二十四讲8.4.1 555定时器的电路结构与功能8.4 555定时器及其应用8.4.2 用555定时器接成的施密特触发器8.4.3 用555定时器接成的单稳态触发器62154835550.01f7C-1-+2&1T5K5K5KRSGVCCRDv0vCvIVR1VR20.01fCR稳态的确定:假定无触发信号(vi=1)电路处于稳态。若v0=0T导通vc=0RS触发器保持v0保持0态若v0=1T截止C充电,结束后0100v0=0故,稳态为01-1-+2&1T5K5K5KRSGVCCRDv0vCvIVR1VR20.01fCR工作原理:10100若在vI端加触发信号1截止C充电,vC按指数规律上升,当vC上升到2VCC/3时,vC2VCC/301010导通C迅速放电,使vC=0,电路返回到稳态。-1-+2&1T5K5K5KRSGVCCRDv0vCvI0.01fCR无触发信号稳态C无电加入触发脉冲TD截止,C充电C迅速放电暂态viv0vc2VCC3555应用举例：爆光定时器48351267555RCVCCR1KD1D2220VJ 工作过程:暗室工作时,不按开关K,v0=0,继电器线圈无电流通过,常闭触点不动作,安全灯(红)亮。按下开关K,电路进入暂稳态过程,同时输出为1,继电器线圈一电流通过,常闭触点断开,常开触点闭合爆光灯(白、)亮。开始爆光。爆光时间为1、1RC,爆光时间到自动恢复为初始状态。要改变爆光时间,只要改变R、C值即可。8.4.1 555定时器的电路结构与功能8.4 555定时器及其应用8.4.2 用555定时器接成的施密特触发器8.4.3 用555定时器接成的单稳态触发器8.4.4 用555定时器接成的多谐振荡器62154835550.01f7CvC-1-+2&1T5K5K5KRSGVCCRDv0VR1VR20.01fCR1R2开始vC=001101T截止C开始充电uo保持1v0=1tVT+VT-vctv010010T导通C开始放电332CCCCCCVuVuv0=03CCCCVuu继续01101v0=1T截止C开始充电周期:占空比:T62154835550.01f7C充电回路:放电回路:VCC R1 R2 C 地R2 C 地t1=0、7(R1+R2)Ct2=0、7R2CT=0、7(R1+2R2)Cq=t1T S1S8代表八个琴键开关,按下不同的琴键时,振荡器接入不同的电阻,电路产生不同的振荡频率。假如R21R28阻值选配得当,喇叭便能够发出八个不同音阶。F1 1、电子琴电路 多谐振荡器应用举例2 2、模拟声响电路 多谐振荡器应用举例FF 用两个多谐振荡器组成模拟声响电路。适当选择定时元件,使:由于低频振荡器A A的输出接高频振荡器B B的复位端(4 4),),当V VO1O1输出高电平常,B B振荡器才能振荡,V VO1O1输出低电平常,B B振荡器置0 0,停止振荡。因此使扬声器发出1KH1KHZ Z的间歇声响信号。工作波形VO1VO2 通过这个例子能够作出警笛、救护等声音效果、感谢您的聆听！