脉冲波形的产生和整形

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 脉冲波形的产生和整形,6.1,概述,6.2,施密特触发器,6.3,单稳态触发器,6.4,多谐振荡器,6.5 555,定时器及其应用,重点掌握各类器件的工作特性及其应用,6.1,概述,一、获取矩型脉冲的途径有两种,1.,由多谐振荡器产生矩型脉冲。,2.,由整形电路把已有的频率和幅度均符合要求,的波形变换为需要的矩形脉冲。,二、,矩型脉冲的主要参数,:,理想情况：,实际情况：存在上升时间与下降时间，需用一组参数来描述。,矩型脉冲的主要参数,:,6.2,施密特触发器,施密特触发器,(,Schmit,Trigger),是波形变换中的常用电路。,特点,:,1.,输出信号状态变化时,(,由,1,到,0,、由,0,到,1,）,所对应的输入电平不同。,2.,输出矩形波边沿很陡峭,。,(,电路状态转换,时,内部存在正反馈工作过程,),应用,:,波形变换、脉冲整形、脉冲鉴幅等。,一、用门电路构成的施密特触发器,1.,电路图及逻辑符号,同相输出,反相输出,环路构成了正反馈,2.,工作原理,设,:G1,、,G2,为,CMOS,门,V,TH,=1/2V,DD,R1R2(,分压电阻,),当,I,=0,时,O,=V,OL,0,I,0.,当,I,由0升高到,I,=,V,TH,时,正反馈使,O,=V,OH,V,DD,.,I,O1,O,电压传输特性的转折区具有很强的放大作用,存在,:,V,T+,称正向阈值电压或上限阈值电压,为,I,上升到,V,TH,时的,I,值。,整理后得,:,计算时等效电路为,:,V,T+,I,=,V,TH,V,O,R1,R2,O,=V,OL,*当,I,由,V,DD,下降,到,I,=,V,TH,时,又一个正反馈使,O,=V,OL,0.,I,O1,O,存在,:,V,DD,=2 V,TH,V,T-,V,T-,称反向阈值电压或下限阈值电压,为,I,下降到,V,TH,时的,I,值。,整理后得,:,计算时等,效电路为,:,V,T-,I,=,V,TH,V,O,R1,R2,O,=V,DD,V,T+,V,T-,定义它们的差,为回差电压,V,T,V,T,=V,T+,-V,T-,电路电压传输特性为,:,V,T+,V,T-,V,T,二、,TTL,集成施密特触发器,7413,1.,电路图及逻辑符号,2.,电压传输特性,定型产品的,V,T+,、,V,T-,均为固定值，不能调节。,三、施密特触发器的应用,1.,用于,波形变换,.,2.,用于脉冲整形,.,4.,构成多谐振荡器,.,3.,用于脉冲鉴幅,.,当,V,T+,、,V,T-,设置,得当时能得到满意效果。,6.3,单稳态触发器,特点,:,1.,具有稳态和暂稳态两种工作状态。,2.,在触发脉冲作用下,能从稳态翻转到暂稳态,在暂,稳态维持一段时间后能自动返回稳态。,3.,暂稳态持续时间的长短取决于电路参数,与触发,脉冲无关。,分类：,单稳态触发器的暂稳态通常是靠,RC,电路的充、放,电过程实现的，据,RC,接成微分电路形式还是接成,积分电路形式单稳态触发器分为,积分型,和,微分型,两,种。,用应,:,广泛用于脉冲整形、延时、定时。,延时：产生滞后于触发脉冲的输出脉冲。,定时：产生固定宽度的脉冲信号,。,一、用门电路构成的单稳态触发器,1.,积分型单稳态触发器,（,1,）电路结构,RC,构成积分环节。,R,取值较小以保证,O1,为低电平时,A,在,V,TH,以下。,（,2,）工作原理,当,I,=0,时,O,=V,OH,.,同时,A,=,O1,=V,OH,。,为稳定状态,。,RC,积分,电路形式,当输入正脉冲后，,O1,跳变为,低电平，,C,放电，,A,指数下降，,在,A,下降到,V,TH,以前相当高电,平，使,O,=V,OL,。,进入暂稳态,。,随着,C,的放电，,A,进一步下降，,至,A,V,TH,后，相当低电平,使,O,=V,OH,，,又回到稳态,。,工作波形如图示,:,上升沿触发,输出脉冲宽度,T,W,为,C,开始放电至,A,下降到,V,TH,所需的时间。,恢复时间,:,由暂稳态进入稳态后,O1,跳变为高电平,该高电平,使电容,C,充电至,V,OH,所需时间。,t,re,(35)(R+R,0,)C,R,0,:,门,G1,输出高电平时,的输出电阻。,分辨时间,:,触发脉冲宽度,T,TR,与恢复时间,t,re,之和。,T,d,=T,TR,+,t,re,优点,:,抗干扰能力较强,.,缺点,:,输出波形边沿较差,要求触发脉冲宽度,T,TR,大于输出脉,冲宽度,T,W,。,2.,微分型单稳态触发器,（,1,）电路结构与工作原理,(2),工作波形,RC,微分,电路形式,稳态：,I,=0,、,d,=0,、,I2,=V,DD,、,V,O,=0,因,d,=0,、,V,O,=0,，故,V,O1,=V,DD,C,上无电压,。,触发脉冲加到输入端时：,当,d,上升到,V,TH,，,正反馈迅速使,V,O1,=0,、,I2,=0,、,O,=V,DD,，,进入暂稳态。,随着,C,的充电,，,当,I2,=V,TH,时又一个正反馈迅速使,V,O1,=1,、,I2,=1,使,V,O,=0,返回稳态。,T,W,为,I2,从,0,上升到,V,TH,所需时间,。,上升沿触发,V,TH,暂稳态,持续时间,二、集成单稳态触发器,TTL74121,简化原理图,:,外接,R,、,C,元件,上升沿与,下降沿输入,控制电路,输出缓,冲电路,微分单稳态,TTL74121,功能表,:,TTL74121,波形图,:,具有上升沿触发、下降沿触发两种触发方式,。,TTL74121,应用,:,使用外接电阻,可得到较宽输,出脉冲宽度,使用内,置电阻,（,2K,左右）,目前集成单稳态触发器定型产品有,不可重复触发型,和,可重复触发型,，有的还设置有复位端可随时终止暂稳态过程。,6.4,多谐振荡器,矩型波振荡器又称多谐振荡器。,特点：,无须外加输入触发信号便有矩形脉冲输出。,没有稳态，有两个暂稳态。,一、对称式多谐振荡器,1.,电路结构,G,1,、,G,2,、,C,1,、,C,2,构成正反馈环路。,R,F1,、,R,F2,为偏置电阻，用以提供偏置电压，保证静态时,G,1,、,G,2,工作在转折区（放大状态）。,只要,R,F,选择,合适，静态工,作点,P,位于,转折区,由于,P,点在转折区，电路的静态是极不稳定的，只要,G1,、,G2,的输入电压捎有扰动，就会被正反馈回路放大而引起,振荡。,2.,工作原理,当电路上电后，若外界干扰或电源波动使,I1,有微小正跳变，,则引起正反馈：,I1,O1,I2,O2,使电路迅速,进入第一个,暂稳态。,这时,C1,开始充电、,C2,开始放电，如下图：,C,1,通过,R,F2,和,R,1,两条支路充,电速度快，,I2,首先升到门,G,2,的,V,TH,，,从而引起另一个正,反馈过程。,充电,放电,I2,O2,I1,O1,使电路迅速,进入第二个,暂稳态。,这时,C2,开始充电、,C1,开始放电，由于电路对称，其过程和,上述,C1,充电,C2,放电对应，如图示：,充电,放电,电路不停地在两个,暂稳态之间进行转,换，循环往复，形,成振荡，输出矩形,脉冲。,充、放电,等效电路,充电,放电,V,IK,指,TTL,门输入,端钳位二极管的,负钳位电压值,.,T,1,T,2,3.,各点工作波形,电路对称时,:T,1,=T,2,T=2 T,1,若选用,74LS,系列反相器,取,:V,OH,=3.4V,V,IK,=-1V,V,TH,=1.1V,C,1,=C,2,=C,R,F1,=R,F2,=R,F,且,R,F,R,、,V,OL,0,、,V,E,V,OH,R,E,R,、,V,OH,=3V,、,V,TH,=1.4V,可以推导出,:,T1=RC ln(2,V,OH,-,V,TH,)/(V,OH,-,V,TH,),T2,RC ln(2,V,OH,+,V,TH,)/,V,TH,T,2.2RC,（,4,）参数计算,四、用施密特触发器构成的多谐振荡器,（,自学,）,五、石英晶体多谐振荡器,目前，在频率稳定性要求较高的场合，普遍采用的稳频方法是在多谐振荡器电路中接入石英晶体，构成石英晶体多谐振荡器。,1.,特点,:,(,1),石英晶体的谐振频率由晶体本身的结晶方向及,外型几何尺寸决定，,频率稳定性及高,。,(,其频率稳定度,f,0,/f,0,可达,10,-10,10,-11,),(,2),石英晶体多谐振荡器的振荡频率仅取决于石英,晶体固有的谐振频率，而与外接电路的电路参,数无关。,.,2.,符号、电抗特性及振荡电路,f,0,:,石英晶体的固有谐振频率,频率为,f,0,的电压信号,最容易通过,并在电,路中形成正反馈,其,它频率信号被衰减,故电路的谐振频率为,f,0,6.5 555,定时器及其应用,第,6,章,6.5,555,定时器是数字,-,模拟混合电路，用途十分广泛。,能方便的构成施密特触发器、单稳态触发器、多谐,振荡器。故在波形的产生与变换、测量与控制、家,电、玩具等诸多领域得到了普遍应用。,不同厂家产品型号繁多，双极型产品最后数码都是,555,，,CMOS,产品最后数码都是,7555,。,556,（,双极型）、,7556,（,CMOS,）,为双定时器。,555,定时器电压范围宽，负载电流大。,双极型电压范围：,5,16V,，,最大负载电流：,200mA,。,CMOS,型电压范围：,3,18V,，,最大负载电流：,4mA,。,一、,555,定时器的电路结构与功能,由电阻分压器、比较器、,基本,RS,触发器、放电三,极管、输出单元组成。,结构：,比较器：比较两输入端,信号的大小。,功能特点,:U-U+,时,U,O,=0,U-2/3,V,CC,R=0,U,TR,1/3,V,CC,S=1,Q=0,U,o,=0,T,导通。,0,1,1,0,置,0,U,R1,=2/3,V,CC,U,R2,=1/3,V,CC,参考电压：,第,6,章,6.5,二、,555,定时器工作原理,u,I1,u,I2,+,_,+,_,R,S,Q,Q,5K,5K,5K,R,U,R1,U,R2,8(,V,CC,),4(,R,D,),5,(V,CO,),6(,TH,),2,(TR),7,1,(GND),3(,U,O,),C,1,C,2,U,R1,=2/3,V,CC,U,R2,=1/3,V,CC,U,TH,1/3,V,CC,S=1,U,o,保持,原状态，,T,保持,原状态。,置,0,第,8,章,8.4,第,6,章,6.5,u,I1,u,I2,+,_,+,_,R,S,Q,Q,5K,5K,5K,R,U,R1,U,R2,8,(,V,CC,),4,(R,D,),5,(V,CO,),6,(TH),2,(TR),7,1,(GND),3,(,U,O,),C,1,C,2,U,R1,=2/3,V,CC,U,R2,=1/3,V,CC,0,1,U,TH,2/3,V,CC,R=1,U,TR,1/3,V,CC,S=0,Q=1,U,o,=1,T,截止。,1,0,置,0,第,8,章,8.4,第,6,章,6.5,u,I1,u,I2,+,_,+,_,R,S,Q,Q,R,+,V,CC,u,o,C,1,C,2,R,C,T,u,i,u,c,三、,集成,555,定时器应用,1.,构成,单稳态触发器,接入滤波电容,C,0,，,为了提高参考电压的稳定性。,第,8,章,8.4,5K,5K,5K,C,0,第,6,章,6.5,稳态,：,无触发脉冲时,u,i,=,1,u,O,=0,在外加触发信号作用下，电路能从稳态翻转到暂稳态，经过一定时间后，它会自动返回到稳态。,0,+,_,+,_,R,S,Q,Q,R,+,V,CC,u,o,C,1,C,2,R,C,T,u,i,u,c,1,0,1,1,当,u,C,2/3,V,CC,比较器,C,1,输出低电平，使,Q=0,，,Q=1,三极管,T,导通，电容,C,经,T,迅速放电。,u,C,2/3,V,CC,比较器,C,1,、,C,2,均输出,高电