脉冲波形的产生与整形课件

第六章 脉冲波形的产生与整形 主要内容主要内容n555定时器的工作原理、逻辑功能 及由555构成的脉冲电路。n由门电路构成的脉冲电路。1脉冲电路分类：脉冲电路分类：脉冲电路作用：脉冲电路作用：脉冲波形的产生和整形。脉冲波形的产生和整形。脉冲电路脉冲电路构成：构成：开关电路开关电路+RC+RC电路电路改变电路的稳态，改变电路的稳态，产生暂态。产生暂态。控制暂稳态时间控制暂稳态时间的变化规律。的变化规律。脉冲电路与数字电路的比较：脉冲电路与数字电路的比较：单稳态电路（单稳态触发器）单稳态电路（单稳态触发器）多谐振荡电路（无稳态）多谐振荡电路（无稳态）施密特电路（施密特触发器）施密特电路（施密特触发器）n数字信号的波形也是一种脉冲电路数字信号的波形也是一种脉冲电路n脉冲电路侧重脉冲电路侧重波形波形，数字电路侧重，数字电路侧重逻辑关系。逻辑关系。6.1 6.1 预备知识预备知识26 61 11 1 脉冲概念脉冲概念几种脉冲信号 矩形脉冲的参数 3 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的应用。1.微分电路 微分电路是一种能够将输入的矩形脉冲变换为正负尖脉冲的波形变换电路。微分电路的形式就是一个RC串联电路，且要求电路的充放电时间常数=RC 远小于输入矩形正脉冲的宽度tw。4微分电路a)电阻下拉式 b)电阻上拉式 c)时序图+V+充电充电放电放电+VDD+V充电充电+V5 当电路的时间常数=RC tw时，即使电路的形式完全一样，但这样的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 的波形近似相同。耦合电路的时序图 6(二)积分电路 积分电路也是一种常用的波形变换电路，它可以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，且要求电路的时间常数=RC远大于输入矩形正脉冲的宽度tw。7积分电路a)电路图 b)波形图8三、阈值电压 集成门电路的输出状态发生翻转时，所对应的临界输入信号电压，用VTH 表示。通常将转折区中点所对应的输入电压称为阈值电压。一般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。反相器的电压传输特性 9三、利用反相器对微积分脉冲进行整形处理前述的微分电路和积分电路虽然可对波形进行变换，但其输出波形并不是一个标准的时钟脉冲，为了得到标准的时钟脉冲信号，可利用反相器对其进行整形处理。10反相器对脉冲波形的整形和处理a）下拉式微分电路 b）上拉式微分电路 c）积分电路11电容充放电知识复习：电容充放电知识复习：(1)(1)电容两端的电压不能突变，电容两端的电压不能突变，VcVc（0 0）VcVc（0 0），电容充放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与电容充放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与 RCRC有关有关,工程上取工程上取33；（2 2）开始充放电（换路）瞬间，阻抗很小，相当短路；）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，充放电结束，电路处于稳态，C C支路电流为支路电流为0 0，阻抗很大，阻抗很大，相当开路；相当开路；（3 3）简单）简单RCRC电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；（4 4）在简单）在简单RCRC电路中电路中)(tvC=)(vC-)(vC)0(vC+et)()()0()(lntvvvvtCCCC-=+或或126.2 5556.2 555定时器定时器 555定时器是将模拟电路和数字电路集定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便成于一体的电子器件。它使用方便,带负载带负载能力较强能力较强,目前得到了非常广泛的应用。目前得到了非常广泛的应用。单定时器单定时器双极型双极型555555单极型单极型75557555双定时器双定时器双极型双极型556556单极型单极型75567556型号：型号：13 555555定时器的内部电路包括以下几部分定时器的内部电路包括以下几部分:两个电压比较器两个电压比较器:C1C1、C2C2;一个基本一个基本RSRS 触发器触发器;一个晶体管一个晶体管T T；由三个相等电阻组成的分压器由三个相等电阻组成的分压器;一个反相器一个反相器等。等。一一、电路组成电路组成14集成555定时器a)内部电路 b)引脚排列图低低低低电平触发端高高高高电平触发端电压控制端复位端低低低低电平有效放电端4.516V电压输出端102VCC/3VCC/315基本RS触发器特性表1 11 11 10 00 00 01 11 10 00 0不定不定16电压比较器UPUNUNUP-UO(sat)+UO(sat)UNUPUO17二二、功功能能和和工工作作原原理理 2/3VCC1/3VCC2/3VCC1/3VCC1/3VCC012/3VCC111/3VCC01同高出低同高出低同低出高同低出高不同保持不同保持复位复位018 三、555构成脉冲波形的产生与整形电路（一）施密特触发器 19 三、555构成脉冲波形的产生与整形电路（一）施密特触发器 当uI2/3VCC时，uO输出低电平；当1/3VCCuI2/3VCC时，u0=0，放电管V饱和导通。随后,C 经脚迅速放电，使uC迅速减小到0V，u0=0状态，这就是它的稳定状态。THTRD126 当脚输入一幅值低于1/3VCC的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。随后，C开始充电，当uC上升到略大于2/3VCC时,u0=0，V饱和导通，C经脚迅速放电，电路从暂稳态又返回稳态。THTRD1 0脉冲宽度：tW1.1RC充充电电27VCC 暂稳时间：暂稳时间：tW1.1RC28图图6-13 图图6.12电路的电压波形电路的电压波形 29(三)多谐振荡器 用555定时器接成的多谐振荡器30(三)多谐振荡器 电路的电压波形电路的电压波形 31 电源接通后，VCC经R1、R2 给电容器C充电，使uC逐渐升高，在uC1.4V1011uo461.4V0.7V1011uo47此施密特触发器的回差电压为：此施密特触发器的回差电压为：UTUTUTUT(UTUD)UD 0.7V缺点是回差太小，且不能调整。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）传输特性uo下限阈值电压下限阈值电压上限阈值电压上限阈值电压回差电压（滞后电压）：回差电压（滞后电压）：U UT T U UT TU UT T481、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 64 43 3 用门电路组成的多谐振荡器用门电路组成的多谐振荡器49多谐振荡器波形图 50（1）工作原理 1.第一暂稳态及其自动翻转的过程 假定在接通电源的瞬间，电路最初处于G1关闭、G2打开状态（设这时为电路的第一暂稳态），即u01=1，u02=0。此时，uO1经电阻R到uO2对电容C充电，uI的电位等于uC与u02之和。随着充电的进行，uI的电位不断上升，当uI上升到G1门的阈值电压VTH后，电路发生下述正反馈过程：10正反馈过程：uI u01u02 结果导致G1门迅速打开，G2门迅速关闭，电路进入第二 暂稳态，即u01=0，u02=1。0 1+51 2.第二暂稳态及其自动翻转的过程：电路进入第二暂稳态瞬间，u02由0上跳至+VDD，由于电容两端电压不能突变，则uI也将上跳VDD。此后，电容C通过电阻R及uo1、uo2开始放电，使uI的电位不断下降，当uI降至G1门的VTH 后，电路又发生下列正反馈过程：01 0 1+正反馈过程：uI u01u02 结果使G1门迅速关闭，G2门迅速打开，电路又返回到第一暂稳态。+52（2）输出脉冲参数的计算 1)振荡周期T 若G1门的阈值电平VTH=VDD/2，则振荡周期可按下式估算 T2.2RC 2)振荡脉冲幅度Um UmVDD 532、可控型多谐振荡器可控型多谐振荡器a）与非门构成 b）或非门构成Uk=0停振Uk=1停振10543、占空比和频率可调的多谐振荡器 占空比q 是指矩形波高电平持续时间与其周期之比占空比和频率可调的多谐振荡器a)电路图 b)波形图10 10554、石英晶体振荡器 石英晶体a)符号 b)阻抗频率特性56石英晶体振荡器a)两级反相器构成 b)一级反相器构成电路的振荡频率仅取决于石英晶体的固有谐振频率电路的振荡频率仅取决于石英晶体的固有谐振频率fS 57不被再次触发不被再次触发（上升沿触发（上升沿触发）tWtWtWtW被再次触发被再次触发（下降沿触发（下降沿触发）分类分类可重复触发可重复触发不可重复触发不可重复触发电路进入暂稳态电路进入暂稳态(被触发状态被触发状态)中，不受触中，不受触发输入影响，只有返回稳态后才可以被再发输入影响，只有返回稳态后才可以被再次触发次触发电路在暂稳态中仍然可以接受输入，可以电路在暂稳态中仍然可以接受输入，可以被重复触发，每触发一次，电路暂稳态会被重复触发，每触发一次，电路暂稳态会继续保持继续保持tW。74121(74121(单单)74221(74221(双双)74122(74122(单单)74123(74123(双双)6.5 6.5 预备知识预备知识6 65 51 1 集成集成单稳态触发器单稳态触发器58 B=1 B=1时时 A:10 A:101.TTL集成单稳态触发器集成单稳态触发器74HC121的逻辑功能和使用方法的逻辑功能和使用方法A A1 1,A,A2 2,B,B触发输入触发输入Q,Q Q,Q 输出输出R Rextext/C/Cextext,C,Cextext,R,Rintint外接电阻外接电阻/电容电容/内接电阻引脚内接电阻引脚0XX01111110X11100XX1010X101X0uouoBA2A1(1)(1)功能表功能表 A A有有0 0时时 B:01 B:01590XX011uouoBA2A1集成单稳态触发器集成单稳态触发器74HC121的外部元件连接方法的外部元件连接方法a)使用外接电阻使用外接电阻(下降沿触发下降沿触发)b)使用内部电阻使用内部电阻(上升沿触发上升沿触发)602.主要参数主要参数R：内接：内接2K 外接外接1.440KC：外接：外接10Pf10f tW0.7RC613.关于集成单稳态触发器的重复触发问题关于集成单稳态触发器的重复触发问题不可重复触发与可重复触发型单稳态触发器的工作波形不可重复触发与可重复触发型单稳态触发器的工作波形a）不可重复触发型）不可重复触发型 b）可重复触发型）可重复触发型624单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用（1）延时与定时 （a）延时 （b）定时单稳态触发器用于脉冲的延时与定时选通单稳态触发器用于脉冲的延时与定时选通 63(2)整形单稳态触发器用于波形的整形646 65 52 2 集成施密特触发器集成施密特触发器1.1.CMOSCMOS集成施密特触发器集成施密特触发器2.2.TTLTTL集成施密特触发器集成施密特触发器3.3.施密特触发器的应用举例施密特触发器的应用举例4.（1）波形的变换和整形）波形的变换和整形波形的变换和整形波形的变换和整形a)a)施密特整形施密特整形 b)b)反相器整形反相器整形65（2）脉冲幅度鉴别666.6 应用电路介绍应用电路介绍应用一：用应用一：用555集成电路构成叮咚门铃电路集成电路构成叮咚门铃电路67应用二：红外线光电开关应用二：红外线光电开关68应用三：噪声消除器应用三：噪声消除器噪声消除器噪声消除器a）电路图）电路图 b）波形图）波形图69P23270思考题与习题思考题与习题71个人观点供参考，欢迎讨论！