第六章脉冲波形的产生和整形课件

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,本章的重点：,1.施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器典型电路的工作原理，以及电路参数和性能的定性关系；,2555定时器的应用；,3脉冲电路的分析方法。,本章的难点：,分析脉冲电路时使用的是分析非线性电路过渡过程的方法，而且在分析电路时必须考虑集成电路在不同工作状态下输入端和输出端的等效电路。因此，脉冲电路的分析方法是本章的难点。,1,第六章 脉冲波形 的产生和整形本章的重点：1,第六章 脉冲波形 的产生和整形,第一节 概述,本章只讨论矩形脉冲。,矩形脉冲的主要参数：,脉冲周期T；,脉冲频率：,脉冲幅度V,M,；,脉冲宽度t,W,；,上升时间t,r,；,下降时间t,f,；,本章讨论三种脉冲电路：施密特触发器；单稳态触发器；多谐振荡器。,每种电路都有三种构成方式：集成；用门电路构成；用555电路构成。,本章主要介绍用555电路构成的脉冲电路。,f = 1/T,占空比q：,q=t,w,/T .,2,第六章 脉冲波形 的产生和整形第一节 概述本章只讨论矩形脉冲,第二节 555定时器及其应用,一、555定时器的电路结构与功能,555电路又称为,集成定时器,。,1972年由Signetics公司推出。既有双极型产品，也有MOS型产品。它们产品型号的最后3位数码都是555.如：,CB555 是国产双极型电路；,CH7555是CMOS型电路。,清零端,控制电压,阈值端、,高触发端,触发端、,低触发端,放电端,CB555,电路结构图,双极型,555电路,CMOS型,555电路,电源电压范围,最大负载电流,516V,318V,200mA,4mA,3,第二节 555定时器及其应用一、555定时器的电路结构与功能,R,D,TH TR T,D,状态,低,导通,1,低,导通,1,导通,低,（不变）,高,截止,1,1,高,截止,（不变）,V,CO,V,CO,2,电路的功能：,当在V,CO,端外接控制电压时，阈值电压将变化：,变为V,CO,;,变为V,CO,/2。,有两个阈值电压：,V,R1,=2V,CC,/ 3,V,R2,=V,CC,/ 3,随着TH端和TR端的电压不同，其工作状态将发生变化：,2V,CC,/ 3,V,CC,/ 3,0,4,RD TH,二、构成施密特触发器（Schmitt Trigger）,（一）电路的特点：,1.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电平不同。,2.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很陡。,工作原理：,分析输入电压由0V上升到V,CC,和由V,CC,下降到0V时，电路状态如何变化。,将TH端和TR端并联作输入端，接输入电压,5,二、构成施密特触发器（Schmitt Trigger）（一,0,t,0,t,V,CC,V,CC,/3,2V,CC,/3,V,T+,:,正向阈值电压,或,上限阈值电压,V,T-,:,负向阈值电压,或,下限阈值电压,V= V,T+,- V,T-,：,回差,电压传,输特性,若改变V,CO,值V,T+,V,T-,的值将改变。,V,OH,0.01,特点：,由于有比较器，允许输入信号,慢变化,；,由于有触发器，输出端边沿好。,V,T+,V,T-,6,0t0tVCCVCC/32VCC/3V T+:正向阈值电压或,（二）施密特触发器的应用,1.波形变换,2.脉冲整形,3.脉冲鉴幅,波形变换,脉,冲,整,形,脉冲鉴幅,7,（二）施密特触发器的应用1.波形变换2.脉冲整形3.脉冲鉴幅,（三）其他类型的施密特触发器,用门电路也可构成施密特触发器；,还有集成的施密特触发器。,用门电路构成的施密特触发器已很少使用，这里不作介绍。,集成施密特触发器既有TTL型，也有CMOS型。,如74LS14是集成施密特触发六反相器；74LS132是施密特触发的四2输入与非门。,如CC40106是集成施密特触发六反相器；CC4093是施密特触发的四2输入与非门。,8,（三）其他类型的施密特触发器用门电路也可构成施密特触发器；,三、构成单稳态触发器,（一）电路的特点,1.有两个状态稳态、暂稳态；,2.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后，再自动返回；,3.暂稳态维持时间长短取决于电路本身参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。,单稳态触发器,t,W,t,W,由电路内部参数决定,暂稳态,稳态,9,三、构成单稳态触发器（一）电路的特点 1.有两个状,R,C,（二）工作原理,1.稳态,=,V,H,设T,D,工作在饱和状态，则：,V,C,=V,TH,=,0V, 555电路处于保持状态，且一定是,V,O,=V,L,，,这是因为若假设T,D,截止，则不合理。,2.触发,555电路状态翻转为,V,O,=V,H,此时,T,D,截止,，V,C,保持0V不变。,3.暂稳态,电容C充电,=V,IL,充,其三要素为：,(0)=0V,( )=V,CC，,=RC,4.自动返回,V,CC,+,10,RC（二）工作原理1.稳态=VH , 设TD工作在饱和状态,V,CC,当 =2/3 V,CC,时，555电路翻转为输出V,L,而 保持不变。,5.恢复,由于T,D,导通，电容C向T,D,放电，使 迅速下降为0V。,R,C,充,+,4.自动返回,11,VCC当 =2/3 VCC时，555电路翻转为输,(t),（三）参数计算,V,CC,t,W,1.脉冲宽度t,W,得到公式：,t,W,V,CC,0V,2.恢复时间t,re,:,t,re,=(35)r,ce,c,3.分辨时间t,d,:,t,d,=t,w,+t,re,t,re,（四）电路特点：,窄脉冲触发。,触发脉冲的最小周期,触发脉冲宽度要小于输出脉冲宽度,RC,2/3V,CC,12,(t)（三）参数计算VCCtW1.脉冲宽度tW得到公式：tW,t,0,V,CC,R,C,若条件不满足可在输入端加微分电路：,13,t0VCCRC若条件不满足可在输入端加微分电路：13,（五）应用,1.整形改变输入脉冲的占空比。,2.定时（延时）,控制脉冲,被测脉冲,&,单 稳,计数器,CP,输出频率值,例1：数字频率计。,例2：延时触发,单稳一,单稳二,t,t,t,0,0,0,t,W2,t,W1,能输出固定宽度的脉冲。,宽度为1秒的正脉冲,延迟时间为t,W1,，输出脉宽为Tw,2,.,14,（五）应用1.整形改变输入脉冲的占空比。2.定时（延时）,（六）其他类型的单稳态触发器,用门电路可构成单稳态触发器；,也有集成的单稳态触发器。,1.集成单稳态触发器,既有TTL电路产品，也有CMOS电路产品。介绍74121。只介绍如何使用。,有三个输入端：,A,1,A,2,为下降沿触发输入端；,B为上升沿触发输入端。,有两个互补的输出端V,O,、V,O,。,电容需外接；电阻可选择内部的，也可外接。接法如图。,可用功能表或波形图说明起工作原理。,15,（六）其他类型的单稳态触发器用门电路可构成单稳态触发器；也有,保,持,A端触发,B端触发,16,保A端触发B端触发16,工作波形：,输出脉宽的计算：,从器件手册可查到计算公式。74121的公式如下：,t,W,0.69R,ext,C,ext,R,ext,的取值在2K 到30K 之间；,Cext的取值在10pF到10 F之间。,t,W,的范围在20nS到200mS之间。,也可使用内部电阻R,int,代替外接电阻R,ext,。R,int,约为2K 。,74121是不可重复触发的。而74122是可重复触发的。见图示。,17,工作波形：输出脉宽的计算：从器件手册可查到计算公式。7412,2.CMOS微分型单稳态触发器,（1）工作原理,输入端微分电路提取 的上升沿。,稳态：,=V,DD,，,=0，,=0。,触发：,暂稳态：,=0，,=V,DD,，,=V,DD,。,i,充,C充电,V,DD,三要素为：,(0)=0，,( )=V,DD,，,=RC。,自动返回：,条件： V,TH,。,+,18,2.CMOS微分型单稳态触发器（1）工作原理 输入端,i,充,V,DD,=0，,=V,DD,，,V,DD,。,恢复过程：,电容C放电至起始状态。所用时间为：,T,re,=(35)CR,ON,（2）计算脉宽t,W,等于 由0V上升到V,TH,所用的时间：,门G,1,的输出电阻,0.5V,DD,取消输入微分电路会使输出后沿变坏。,+,19,i充VDD=0，=VDD， VDD。恢复过程：电容C放,三、构成多谐振荡器,（一）电路的特点,（二）电路的原理,不需输入信号即可产生矩形脉冲。,刚接通电源：,=0V,T,D,截止。,此时为,暂稳态1：,i,充,C充电,V,CC,三要素为：,(0)=0V,1/3V,CC,( )=V,CC,充,=(R,1,+R,2,)C,在t,1,时刻 =2/3V,CC,，555电路翻转。,t,1,C放电,0,t,2,i,放,=V,H ，,进入,暂稳态2, =V,L,，T,D,导通。,+,20,三、构成多谐振荡器（一）电路的特点（二）电路的原理不需输入信,V,CC,t,1,三要素为：,(0)=2/3V,CC,，,( )=0V，,放,=R,2,C,0,在t,2,时刻 =1/3V,CC,，555电路翻转。,t,2,（三）计算周期T=T,1,+T,2,i,充,i,放,充,1/3v,cc,2/3v,cc,占空比：,(#),+,f = 1/T,21,VCCt1三要素为：(0)=2/3VCC，( )=0,（四）改进电路,占空比可调的多谐振荡器,T,1,=R,1,Cln2,T,2,=R,2,Cln2,q=,T=(R,1,+R,2,)Cln2,解：,可选V,CC,=5V,由(#)式，且q=2/3可求出：,R,1,=R,2,由于,T=(R,1,+2R,2,)Cln2,R,1,=48K,选C=10 F代入上式求出,R,2,=R,1,=48K,上述电路占空比始终大于50%,且不可调。,例：用CB555设计多谐振荡器。要求T=1s,3vv,M,U,T,时，,u,o,不反转。,1,2,3,R,R,S,100,C,A,u,o1,u,o,u,o2,0,1,0,30,0tuo0tuo20tuo10tuAUT假设：开始时uo=0,0,t,u,o,0,t,u,o2,0,t,u,o1,0,t,u,A,U,T,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,o1,u,o,u,o2,31,0tuo0tuo20tuo10tuAUT当uA=UT时，uo,0,t,u,o,0,t,u,o2,0,t,u,o1,0,t,u,A,U,T,由于电容电压不能 突变,当,uo1,发生下跳时,u,A,有一突变。,U,1,2,3,R,R,S,100,C,A,u,o1,u,o,u,o2,32,0tuo0tuo20tuo10tuAUT 由于电容电压不能,0,t,u,o,0,t,u,o2,0,t,u,o1,0,t,u,A,U,T,U,t,1,后，,u,o2,u,o1,，电容反向充电,u,A,上升。,只要,u,A,U,T,，,u,o,就,不反转。,t,1,1,2,3,R,R,S,100,C,A,u,o1,u,o,u,o2,33,0tuo0tuo20tuo10tuAUTUt1 后，uo2,0,t,u,o,0,t,u,o2,0,t,u,o1,0,t,u,A,U,T,U,当,u,A,=,U,T,时(,t,2,) ，,u,o,、,u,o1,、,u,o2,再次反转。,t,2,1,2,3,R,R,S,100,C,A,u,o1,u,o,u,o2,34,0tuo0tuo20tuo10tuAUTU当uA=UT 时(,0,t,u,o,0,t,u,o2,0,t,u,o1,0,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,o1,u,o,u,o2,35,0tuo0tuo20tuo10tuAUTU由于uo1上跳，电,T,0,t,u,o,0,t,u,o2,0,t,u,o1,0,t,u,A,U,T,U,输出信号的周期近似为:,T =,2.2,RC,1,2,3,R,R,S,100,C,A,u,o1,u,o,u,o2,36,T0tuo0tuo20tuo10tuAUTU 输出信号的周期,练习,自我检测题（二）,0,t,自我检测题（五）,加大输出脉冲宽度可采取：,（3）加大C.,其他四种都不可：,（1）加大R,D,，（2）减小R，,（4）提高V,DD,，（5）增加输入脉冲宽度。,37,练习自我检测题（二）0t自我检测题（五）加大输出脉冲宽度可采,（六）为提高振荡频率可采取：,（2）减小电阻R值。,不可采取：（1）加大电容C容量，（3）提高电源电压。,【题6.31】,振荡频率：代入公式得9.66KHz.,延迟时间：,=11S,38,（六）为提高振荡频率可采取：（2）减小电阻R值。不可采取：（,