第9章-脉冲波形的产生和变换概要课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,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,*,第九章 脉冲波形的产生和整形,9.1,多谐振荡器,9.2,单稳态触发器,9.4 555,定时器的原理和应用,*,9.3,施密特触发器,教学要求,理解多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的电路结构和工作原理。,重点、难点：,多谐振荡器、单稳态触发器的工作原理。,作业：,多谐振荡器又称矩形波发生器。,它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成。,（一）最简单的环形振荡器,利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器:,&,&,&,3,2,1,u,o,3,u,o,2,u,o,1,一.门电路构成的多谐振荡器,9.1,多谐振荡器,&,&,&,3,2,1,u,o,3,u,o,2,u,o,1,设 u,o,3,的初始状态为,0,:,0,1,0,1,0,1,用波形图来表示,则为:,u,o,3,0,t,优点:,电路结构简单,所用元件少。,缺点:,频率太高,并且不可调整。,1,2,3,R,R,S,100,C,A,u,o,1,u,o,u,o,2,3,2,1,u,o,3,u,o,2,u,o,1,在原电路的基础上添加,RC延时电路,便可以克服上图的不足:,下面将结合它的工作波形说明其工作原理:,（二）RC环行振荡器,多串联门电路可降低频率？,0,t,u,o,0,t,u,o,2,0,t,u,o,1,0,t,u,A,U,T,1,2,3,R,R,S,100,C,A,u,o,1,u,o,u,o,2,假设：开始时u,o,=0,电容上的电流，,u,A,下降,u,A,U,T,时，u,o,不反转。,0,t,u,o,0,t,u,o,2,0,t,u,o,1,0,t,u,A,U,T,1,2,3,R,R,S,100,C,A,u,o,1,u,o,u,o,2,当u,A,=U,T,时，u,o,反转，u,o1,、u,o2,也一起反转。,1,2,3,R,R,S,100,C,A,u,o,1,u,o,u,o,2,0,t,u,o,0,t,u,o,2,0,t,u,o,1,0,t,u,A,U,T,由于电容电压不能 突变,当,u,o,1,发生下跳时,u,A,有一突变。,U,1,2,3,R,R,S,100,C,A,u,o,1,u,o,u,o,2,0,t,u,o,0,t,u,o,2,0,t,u,o,1,0,t,u,A,U,T,U,U,o1,u,o2,，电容充电,u,A,上升。,只要u,A,U,T,，u,o,就,不反转。,1,2,3,R,R,S,100,C,A,u,o,1,u,o,u,o,2,0,t,u,o,0,t,u,o,2,0,t,u,o,1,0,t,u,A,U,T,U,当u,A,=U,T,时，u,o,、u,o1,、u,o2,反转,1,2,3,R,R,S,100,C,A,u,o,1,u,o,u,o,2,0,t,u,o,0,t,u,o,2,0,t,u,o,1,0,t,u,A,U,T,U,由于u,o1,上跳，电容电压不能突变，所以u,A,上跳，然后u,A,开始下降,电流方向,1,2,3,R,R,S,100,C,A,u,o,1,u,o,u,o,2,T,0,t,u,o,0,t,u,o,2,0,t,u,o,1,0,t,u,A,U,T,U,输出信号的周期近似为:,T=2.2 RC,(三）、,石英晶体,多谐振荡器,电阻,R,1,、,R,2,的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性放大区。对TTL反相器，常取,R,1,R,2,R,0.7 k2k，而对于CMOS门，则常取,R,1,R,2,R,10k100k；,C,1,C,2,C,是耦合电容，它们的容抗在石英晶体谐振频率,f,0,时可以忽略不计；石英晶体构成选频环节。,振荡频率等于石英晶体的谐振频率,f,0,。,9.2,单稳态触发器,单稳态触发器简称单稳。,它的突出特点是:输出端只有一个稳定状态,另一个状态则是暂稳态.加入触发信号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是,经过一定时间以后,它又会自动返回原来的 稳定状态。,稳定状态,稳定状态,暂稳态,由外界触发,自动返回,学习的重点:为什么会自动返回?需多少时间?,（1）没有触发信号时电路工作在稳态,当没有触发信号时，,u,i,为低电平。因为门G,2,的输入端经电阻,R,接至,V,DD,，,V,A,为高电平，因此,u,o2,为低电平；门G,1,的两个输入均为0，其输出,u,o1,为高电平，电容,C,两端的电压接近为0。这是电路的稳态，在触发信号到来之前，电路一直处于这个状态：,u,o1,1，,u,o2,0。,0,0,1,1,1,1,0,（2）外加触发信号使电路由稳态翻转到暂稳态,当正触发脉冲,u,i,到来时，门G,1,输出,u,o1,由1变为0。由于电容电压不能跃变，,u,A,也随之跳变到低电平，使门G,2,的输出,u,O2,变为1。这个高电平反馈到门G,1,的输入端，此时即使,u,i,的触发信号撤除，仍能维持门G,1,的低电平输出。但是电路的这种状态是不能长久保持的，所以称为暂稳态。暂稳态时，,u,o1,0，,u,o2,1。,0,0,1,1,（3）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态,在暂稳态期间，,V,DD,经,R,和G,1,的导通工作管对,C,充电，随着充电的进行，,C,上的电荷逐渐增多，使,u,A,升高。当,u,A,上升到阈值电压,U,T,时，G,2,的输出,u,o2,由1变为0。由于这时G,1,输入触发信号已经过去，G,1,的输出状态只由,u,o2,决定，所以G,1,又返回到稳定的高电平输出。,u,A,随之向正方向跳变，加速了G,2,的输出向低电平变化。最后使电路退出暂稳态而进入稳态，此时,u,o1,1，,u,o2,0。,脉冲宽度：t,p,=0.7RC,TR,-A,、,TR,-B,是两个下降沿有效的触发信号输入端，,TR,+,是上升沿有效的触发信号输入端。,Q,和是两个状态互补的输出端。,R,ext,/,C,ext,、,C,ext,是外接定时电阻和电容的连接端，外接定时电阻,R,（,R,=1.4k40k）接在,V,CC,和,R,ext,/,C,ext,之间，外接定时电容,C,（,C,=10pF10F）接在,C,ext,（正）和,R,ext,/,C,ext,之间。74121内部已设置了一个2k的定时电阻，,R,in,是其引出端，使用时只需将,R,in,与,V,CC,连接起来即可，不用时则应将,R,in,开路。,74121的输出脉冲宽度：,t,p,0.7,RC,TR,-A,、,TR,-B,是两个下降沿有效的触发信号输入端，,TR,+A,、,TR,+B,是两个上升沿有效的触发信号输入端。,Q,和是两个状态互补的输出端。,R,ext,/,C,ext,、,C,ext,、,R,in,3个引出端是供外接定时元件使用的，外接定时电阻,R,（,R,=5k50k）、电容,C,（无限制）的接法与74121相同。R,D,为直接复位输入端，低电平有效。,当定时电容C1000pF时，74122的输出脉冲宽度：,t,p,0.32,RC,3、单稳态触发器的应用,脉冲整形,整形成宽度和幅度一定的脉冲串,0,t,v,0,v,t,脉冲整形,2.,脉冲定时,使某电路在Tw时间内动作或不动作,单稳电路,V,O,V,A,V,B,V,t,(a)逻辑图,(b)波形图,V,t,V,B,V,A,V,O,T,W,3,.脉冲延时,Vo下降沿比Vi下降沿滞后Tw时间,(a)逻辑图,(b)波形图,T,W,T,W,t,t,V,O,V,O,V,t,V,t,单稳电路,0,0,t1,t2,9.3,施密特触发器,自学,教学要求,掌握555定时器电路结构和工作原理，组成单稳触发器、多谐振荡器的方法，外接元件参数计算。,重点、难点：,555定时器工作原理。,作业：,9.4 555,定时器的原理和应用,555,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,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。,555定时器的工作原理,555定时器的内部电路包括以下几部分:一个由三个相等电阻组成的分压器;两个电压比较器:A,1,、A,2,;一个 RS 触发器;一个反相器和一个晶体管T。具体的 结构见后图。,R,S,Q,Q,+,+,-,-,A,1,A,2,V,CC,TH,CO,TR,D,T,u,o,R,D,8,7,6,4,5,3,2,1,R,R,R,R,S,Q,Q,+,+,-,-,A,1,A,2,V,CC,TH,CO,TR,D,u,o,R,D,8,7,6,4,5,3,2,1,R,R,R,1,2,3,4,5,6,7,8,555,V,CC,D,TH,CO,GND,TR,U,o,R,D,电源,放电,阈值,电控压制,地,触发,输出,复位,电源电压范围:,4.5V 18V,R,S,Q,Q,+,+,-,-,A,1,A,2,V,CC,TH,CO,TR,D,T,u,o,R,D,8,7,6,4,5,3,2,1,R,R,R,三个电阻构成的分压器给 两个比较器提供,基准电压,:A,1,的为,2V,CC,/,3,A,2,的为,V,CC,/,3,。,首先讨论上图中,加彩色部分,的电路的工作原理。,1,0,1,0,0,0,阈值端,触发端,TH,TR,R,S,比较的结果,2V,CC,/,3,小于,2V,CC,/,3,小于,V,CC,/,3,大于,V,CC,/,3,小于,V,CC,/,3,大于,大于,2V,CC,/,3,S,R,+,+,-,-,A,1,A,2,V,CC,TH,CO,TR,8,7,6,5,2,1,R,R,R,阈值端,触发端,晶体管T,R,S,Q,u,o,1,0,0,1,0,0,保持,0,1,1,0,保持,保持,导通,截止,R,S,Q,1,0,0,1,0,0,0,1,0,1,保持,保持,Q,1,1,禁止,禁止,RS 触发器功能表,附录:,V,CC,TH,CO,TR,D,u,o,R,D,3,1,R,S,Q,Q,+,+,-,-,A,1,A,2,T,8,7,6,4,5,2,R,R,R,综合以上的分析结果,便可得到,555的功能表,:,阈值端,触发端,TH,TR,2V,CC,/,3,V,CC,/,3,大于,大于,2V,CC,/,3,2V,CC,/,3,V,CC,/,3,V,CC,/,3,小于,小于,小于,大于,保持,保持,R,D,晶体管,T,u,o,0,1,1,1,0,0,1,导通,导通,截止,R,S,Q,Q,+,+,-,-,A,1,A,2,V,CC,TH,CO,TR,D,u,o,R,D,8,7,6,4,5,3,2,1,R,R,R,T,555定时器的应用,(,1,).,双稳态触发器,:微电机起动停车控制电路。,4,8,1,6,2,3,5,S,2,S,1,R,R,C,V,CC,TH,TR,u,o,M,微电机,555,S,1,:,起动按钮,S,2,:,停车按钮,4,8,1,6,2,3,5,S,2,S,1,R,R,C,V,CC,TH,TR,M,微电机,555,u,o,阈值端,触发端,TH,TR,大于,大于,小于,小于,小于,大于,保持,保持,R,D,晶体管,T,u,o,0,1,1,1,0,0,1,导通,导通,截止,V,CC,/,3,2V,CC,/3,V,CC,/,3,2V,CC,/,3,2V,CC,/,3,V,CC,/3,仅,按下,起动按钮,S,1,则,TR,V,CC,/,3,;,未按,S,2,当然,TH,V,CC,/,3,TH,2V,CC,/,3,未按,S,1,当然,TR,V,CC,/,3,这时,u,o,=,0,电机停止运行,。,如果松开,S,2,电机仍不转动。,(,2,).单稳态触发器:洗相曝光定时器,4,8,1,6,2,3,5,7,u,o,u,i,V,CC,R,R,T,C,T,D,TH,TR,S,若S打开,则,u,