数字电路脉冲波形的产生和整形.ppt

*,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,资料仅供参考,不当之处，请联系改正。,数字电路区别于模拟电路的主要特点之一是：它的工作信号是离散的脉冲信号。,最常用的脉冲信号是方波(矩形波)。,如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是本章讨论的重点。,脉冲电路分类,：,脉冲电路作用：,脉冲波形的产生和整形。,脉冲电路构成：,开关电路+RC电路,破坏电路的稳态，产生暂态。,控制暂稳态时间的长短。,脉冲电路与数字电路的比较：,单稳态电路（单稳态触发器）,多谐振荡（无稳态）电路,施密特电路（施密特触发器）,数字电路的信号波形也是一种脉冲波形。,脉冲电路侧重,波形,，数字电路侧重,逻辑关系。,电容充放电知识复习：,(1)电容两端的电压不能突变，,Vc,（0,）,Vc,（0,）,，,电容充放电需要时间，有过渡过程，其时间长短只与,RC有关,工程上取3；,（,2）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，C支路电流为0，阻抗很大，,相当开路；,（3）简单RC电路中，各处电压、电流均按指数规律变化；,（4）在简单RC电路中,),(,t,v,C,=,),(,v,C,-,),(,v,C,),0,(,v,C,+,e,t,),(,),(,),0,(,),(,ln,t,v,v,v,v,t,C,C,C,C,-,-,=,+,或,本章讲授,2,集成门构成的脉冲电路,1,555,定时器的原理和应用,学习要求,1 555,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。,单定时器,双极型最后3位数555,单极型最后4位数7555,双定时器,双极型最后3位数556,单极型最后4位数7556,型号：,一、555定时器的电路结构和基本功能,555定时器的内部电路包括以下几部分:,两个电压比较器:,C1,、,C2,;,一个基本,RS,触发器;,一个晶体管T；,由三个相等电阻组成的分压器;,一个反相器,等。,1.电路结构,由三个相等电阻组成的分压器,一个基本,RS,触发器,一个晶体管T,一个反相器,两个电压比较器:,C1,、,C2,v,o,+,+,-,-,8,4,5,6,2,7,1,3,1,R,R,R,Rb,TH,CO,TR,D,Q,Q,+Vcc,R,D,C,1,C,2,T,触发,输入端,阈值,输入端,电压,控制端,复位端,低,电平有效,放电端,4.518V,输出端,地,v,o,+,+,-,-,8,4,5,6,2,7,1,3,1,R,R,R,Rb,TH,CO,TR,D,Q,Q,+Vcc,R,D,C,1,C,2,T,电源电压范围:,4.5V 18V,555定时器的管脚图,1,2,3,4,5,6,7,8,555,V,CC,D,TH,CO,GND,TR,V,o,R,D,电源,放电,阈值,电控压制,地,触发,输出,复位,2.基本工作状态,v,o,+,+,-,-,8,4,5,6,2,7,1,3,1,R,R,R,Rb,TH,CO,TR,D,Q,Q,+Vcc,R,D,C,1,C,2,T,三个电阻构成的分压器给两个比较器提供,基准电压,:分别为 和 。,0,0,1,v,o,+,+,-,-,8,4,5,6,2,7,1,3,1,R,R,R,Rb,TH,CO,TR,D,Q,Q,+Vcc,R,D,C1,C2,T,工作状态：,在,TH、TR、RD,端施,加不同电平的控制,信号，得到555的几,种不同工作状态。,需了解,C1,、,C2,、,T、,Q、Q、Vo,的工作情,况。,b,TH,CO,TR,D,+,V,cc,R,D,v,o,+,+,-,-,8,4,5,6,2,7,1,3,1,R,R,R,R,Q,Q,C,1,C,2,2/3V,CC,1/3 V,CC,0,0,0,1,1,1,TH,CO,TR,D,+,V,cc,R,D,v,o,+,+,-,-,8,4,5,6,2,7,1,3,1,R,R,R,R,Q,Q,C,1,C,2,2V,CC,/3,V,CC,/3,1,1,0,1,0,b,TH,CO,TR,D,+,V,cc,R,D,V,o,+,+,-,-,8,4,5,6,2,7,1,3,1,R,R,R,R,Q,Q,C,1,C,2,2V,CC,/3,2/3,VCC,1/3,VCC,0,导通,1/3,VCC,保持,保持,2/3,VCC,2/3,VCC,1/3,VCC,0,导通,1/3,VCC,保持,保持,2/3,VCC,2/3,VCC。,充电时间决定于RC的大小,。,V6=V,TH,V2=V,TR,Vo,T,2/3,VCC,1/3,VCC,0,导通,1/3,VCC,保持,保持,2/3,VCC,2/3V,CC,时，Vo0，T导通，C放电。,V6=V,TH,V2=V,TR,Vo,T,2/3,VCC,1/3,VCC,0,导通,1/3,VCC,保持,保持,2/3,VCC,2/3,VCC,1/3,VCC,0,导通,1/3,VCC,保持,保持,2/3,VCC,2/3,VCC,1/3,VCC,0,导通,1/3,VCC,保持,保持,2/3,VCC,2/3,VCC,1/3,VCC,0,导通,1/3,VCC,保持,保持,2/3,VCC,1/3,VCC,1,截止,2/3,V,CC,t,v,i,0,0,v,C,t,0,v,o,t,自动返回,（,V,I,1）,:,由以上过程可以看出:每来一次负脉冲,v,o,便输出一个正脉冲,其宽度,t,W,由,R C,决定。,v,I,v,O,V,CC,R,C,v,C,0.01uF,1,2,3,4,8,7,6,5,2/3,V,CC,t,v,i,0,0,v,C,0,v,o,t,t,t,W,输出脉冲宽度,t,w,t,w,是Vc从0指数上升到2V,CC,/3时所需的时间,注意:,t,w,宽度的增加，将降低定时精度和稳度。,t,w,的范围为几秒到几分钟。,2/3,V,CC,t,v,i,0,0,v,C,0,v,o,t,t,t,W,t,w,1.1RC,2/3Vcc,v,C,v,I,(S),v,O,在充电过程中（,C1=1）,如,V,I,再次触发,C2=10,Q仍保持为1，电路状态不变（T 截止，C保持充电状态）。,多次触发时的情况：,故该电路为,不可重复触发,型单稳态触发器：,v,I,v,O,V,CC,R,C,v,C,0.01uF,1,2,3,4,8,7,6,5,电路图：,可重复触发的单稳态触发器,+,V,cc,R,D,v,o,+,+,-,-,8,4,5,6,2,7,1,3,R,R,R,R,Q,Q,C,1,C,2,R,C,v,I,T,b,T1,可重复触发的单稳态触发器（续）,+,V,cc,R,D,v,o,+,+,-,-,8,4,5,6,2,7,1,3,R,R,R,R,Q,Q,C,1,C,2,R,C,v,I,T,b,T1,工作过程,b.触发时:,a.稳态时:,V,I,=1,T1截止,电路状态同,普通单稳。,V,I,=0，电路触发翻转，Vo1,V,I,=0期间,T1导通,电容不能充电。,V,I,=1后，T1截止,电容开始充电。,可重复触发的单稳态触发器（续）,+,V,cc,R,D,v,o,+,+,-,-,8,4,5,6,2,7,1,3,R,R,R,R,Q,Q,C,1,C,2,R,C,v,I,T,b,T1,工作过程,（续）,c.重复触发时:,当Vc2/3Vcc,Q=0,V,O,=0,恢复稳态，,T导通,电容放电,单稳态触发器的应用,一般用于,定时,（产生一定宽度的矩形波）,整形,（把不规则的波形转换成宽度、,幅度都相等的波形）,延时,（把输入信号延迟一定时间后输出）,1)定时,3)整形,单稳态,微分,限幅,tw,tw,tw,a,c,b,d,2)延时,555定时器做多谐振荡器,多谐振荡器的特点：,（1）不需外触发的自激振荡器；,（2）无稳定状态，均为暂稳态；,（3）矩形波中含有丰富的高次谐波，习惯称多谐振荡器。,外接,R1,R2,C,电路：,+,V,cc,R,D,v,o,+,+,-,-,8,4,5,6,2,7,1,3,R,R,R,Rb,Q,Q,C,1,C,2,T,R1,C,R2,V6=V,TH,V2=V,TR,Vo,T,2/3,VCC,1/3,VCC,0,导通,1/3,VCC,保持,保持,2/3,VCC,1/3,VCC,1,截止,v,O,V,CC,R,1,C,v,C,0.01uF,1,2,3,4,8,7,6,5,R,2,Vcc通过R1、R2向C充电,在,V,C,没有充电到 2,V,CC,/3 之,前,V,o,保持,1,不变。,当,V,C,2,V,CC,/3时,V,o,由1翻转为,0,。,T,导通,电容,C,经,R2,、,T,放电。,v,C,0,t,0,t,v,o,V,CC,/3,2,V,CC,/3,t,1,t,2,t,3,当Vc降至,V,CC,/3时，使得,V,o,回到 1,T,截止,电容,C,再充电,，,进入循环,.,原理,V,CC,/,3,2,V,CC,/,3,所需的时间：,3,/,1,V,CC,3,/,2,ln,2,V,C,R,t,CC,w2,=,0.7,R,2,C,第一个暂稳态的脉冲宽度,t,w1,，,Vc,从,V,CC,/3,充电上升到,2V,CC,/3,所需的时间：,第二个暂稳态的脉冲宽度,t,w2,，,V,c,从,2V,CC,/3,放电下降到,V,CC,/3,3,/,2,3,/,1,ln,),(,2,1,V,V,V,V,C,R,R,t,CC,CC,CC,CC,w1,-,-,+,=,0.7(,R,+,R,),C,2,1,v,O,t,W2,t,W1,v,c,),(,),(,),0,(,),(,ln,t,v,v,v,v,t,C,C,C,C,-,-,=,+,占 空 比：,频 率：,振荡周期,：,电路特点：,充放电电路各自独立。,充电回路：,t,w1,=R,A,Cln2,放电回路：,t,w2,=,R,B,Cln2,占空比：,q,=,t,w1,/(,t,w1,+,t,w2,)=,R,A,/(R,A,+R,B,),通过调节R2来调节占空比,v,O,V,CC,R,1,C,0.01uF,1,2,3,4,8,7,6,5,R,2,R,3,R,A,R,B,占空比可调,多谐振荡器:,555定时器做施密特触发器,施密特触发器,的特点：,（1）双稳态触发器，有两个稳定的状态；,（2）电平触发电压达到某个值时电路状态翻转；,（3）具有滞后电压传输特性回差特性,（两次翻转输入电平不同）；,电路,：,2，6端连在一起作为信号输入端,+,V,cc,R,D,v,o,+,+,-,-,8,4,5,6,2,7,1,3,R,R,R,R,Q,Q,C,1,C,2,v,I,V,cc1,v,o,1,V,I,2/3V,CC,时，C10，C21，,V,O,=0,构成,集电,极开,路型,输出,端。,R,v,i,8 4,6 7,555 3,2 5,1,v,o1,+,V,CC,+,V,CC1,v,o,v,CO,控制电压,调节回差,v,i,v,o,t,t,0,0,U,T+,U,T,2,V,CC,/,3,V,CC,/,3,工作原理：,（,a,）当,V,i,0,时，由于比较器,C,1,=1,、,C,2,=0,，触发器置,1,，即,Q,1,、,0,=,Q,，,。,升高时，在未到达,2V,cc,/3,以前，,的状态不会改变。,V,O,1,V,i,V,O,1,V6=V,TH,V2=V,TR,Vo,T,2/3,VCC,1/3,VCC,0,导通,1/3,VCC,保持,保持,2/3,VCC,1/3,VCC,1,截止,R,v,i,8 4,6 7,555 3,2 5,1,v,o1,+,V,CC,+,V,CC1,v,o,v,CO,控制电压,调节回差,v,i,v,o,t,t,0,0,U,T+,U,T,2,V,CC,/,3,V,CC,/,3,（,b,）,v,i,升高到,2V,CC,/3,时，比较器,C,1,输出为,0,、,C,2,输出为,1,，触发器置,0,，即,Q,0,、,1,=,Q,，,v,o,=0,。此后，,v,i,上升到,V,CC,，然后再降低，但在未到达,V,CC,/3,以前，,v,o,0,的状态不会改变。,（,a,）当,v,i,0,时，由于比较器,C,1,=1,、,C,2,=0,，触发器置,1,，即,Q,1,、,0,=,Q,，,v,o,1,。,v,i,升高时，在未到达,2V,CC,/3,以前，,v,o,1,的状态不会改变。,R,v,i,8 4,6 7,555 3,2 5,1,v,o1,+,V,CC,+,V,CC1,v,o,v,CO,控制电压,调节回差,v,i,v,o,t,t,0,0,U,T+,U,T,2,V,CC,/,3,V,CC,/,3,（,c,）,v,i,下降到,V,CC,/3,时，比较器,C,1,输出为,1,、,C,2,输出为,0,，触发器置,1,，,即,Q,1,、,0,=,Q,，,v,o,=1,。此后，,v,i,继续下降到,0,，但,v,o,1,的状态,不会改变。,（,b,）,v,i,升高到,2V,CC,/3,时，比较器,C,1,输出为,0,、,C,2,输出为,1,，触发器置,0,，即,Q,0,、,1,=,Q,，,v,o,=0,。此后，,v,i,上升到,V,CC,，然后再降低，但在未到达,V,CC,/3,以前，,v,o,0,的状态不会改变。,（,a,）当,v,i,0,时，由于比较器,C,1,=1,、,C,2,=0,，触发器置,1,，即,Q,1,、,0,=,Q,，,v,o,1,。,v,i,升高时，在未到达,2V,CC,/3,以前，,v,o,1,的状态不会改变。,下限阈值电压,v,o,v,i,(b)逻辑符号,(a)传输特性,V,T,V,T+,上限阈值电压,回差电压（滞后电压）,：,V,T+,=2/3V,CC,;V,T-,=1/3V,CC,V,T,V,T,V,T,=1/3V,CC,v,I,v,O,在7脚外接一电阻，并与V,CC1,相连，,v,O,=1时，,v,O1,=V,CC1,;,v,O,=0时，,v,O1,=0,，,可以实现电平移动。,在5脚上加控制电压,V,CO,可以改变V,T+,V,T-,，,以调节回差电压的大小,R,v,i,8 4,6 7,555 3,2 5,1,v,o1,+,V,CC,+,V,CC1,v,o,v,CO,控制电压,调节回差,说明：,施密特触发器的应用：,波形变换三角波、正弦波变换成方波,v,I,t,v,O,t,V,T+,V,T-,V,T+,V,T-,v,I,t,v,O,t,正弦波,方波,三角波,方波,调节V,T+,V,T-,可以改变宽度,波形整形消除噪声干扰,v,I,t,v,O,t,V,T+,V,T-,v,I,t,v,O,t,V,T+,V,T-,回差电压比较小,回差电压比较大,幅度鉴别,v,I,t,v,O,t,V,T+,V,T-,可以调节V,T+,作为鉴别门限,构成多谐振荡器,1,v,C,v,O,v,C,0,t,t,v,o,V,CC,/3,2,V,CC,/3,2 集成门构成的脉冲电路,一、单稳态触发器,RC,不同接法,微分型,积分型（没有正反馈，波形不好）,1.微分型单稳态触发器,v,O1,v,O2,G,2,G,1,v,I,v,R,由,与非门,和,RC 微分电路,构成，二个与非门首尾,相接交叉耦合，,RC,为定时元件。,窄脉冲触发,RR,off,(1)电路构成:,v,o1,v,o2,R,C,v,i,v,R,(a)稳态,v,I,=1,无触发，,电路处于稳态，,v,O1,=0，,v,O2,=1,v,C,0,=1,=0,=1,=0,v,O1,v,O2,G,2,G,1,v,I,v,R,v,I,v,O1,v,R,v,O2,（2）工作原理：,RR,off,v,I,v,O1,v,R,v,O2,(b)外加触发信号,v,I,=0,v,O1,=1,电容电压不能突变,v,R,=1,v,O2,=0,进入,暂稳态,v,O2,=0,v,O1,=1,v,O2,=0,形成正反馈，自锁，,v,I,即使为1也不影响。,=,0,=,1,=,1,=,0,v,O1,v,O2,G,2,G,1,v,I,v,R,(c)自动返回,=1,电容,C,按指数上充电，,v,R,按指数逐渐降低；,v,O1,v,O2,G,2,G,1,v,I,v,R,v,I,v,O1,v,R,v,O2,V,TH,当,v,R,下降到达门电路,阈值电压（1.4V）,时，电路状态将发生翻转,v,I,即使恢复为高电平，由于电路中的正反馈，输出仍能维持。,v,R,下降，电路状态改变,v,R,下降,v,O2,=1,v,O1,=0,电容电压不能突变,v,C,=V,TH,v,R,下降V,v,I,v,O1,v,R,v,O2,V,TH,v,O1,v,O2,G,2,G,1,v,I,v,R,(d)恢复稳态,电容放电，,v,C,恢复,电路恢复到稳态,v,I,=1,v,O1,=0,v,O2,=1,v,R,=0,v,O1,v,O2,G,2,G,1,v,I,v,R,v,I,v,O1,v,R,v,O2,V,TH,G1的输出电阻,v,R,v,O2,t,W,V,TH,7,.,0,0,ln,-,=,t,W,=,0.7（R R,0,）C,v,O1,v,O2,G,2,G,1,v,I,v,R,v,R,v,O1,R,R,0,0,（,RR,0,）,C,t,W,=,),(,),),(,ln,t,v,v,R,R,-,(,v,R,-,),0,(,v,R,+,（,RR,0,）,C,-,R,R R,0,V,OH,(3)输出脉冲宽度,t,W,V,TH,（,RR,0,）,C,取,V,OH,3.6V,R=330,R,0,=100,V,TH,=1.4V,t,re,一般认为经过（35)RC时间，电容已经放电完毕即,最大工作频率：,v,O2,(4)恢复时间,t,re,t,re,=(35)RC,（1）微分型单稳态触发器电路适于窄脉冲触发，若宽脉冲触发，输入端需另加微分电路,说明,：,（2）微分型单稳态触发器窄脉冲触发，容易引起误动作；,v,d,v,i,(,R,d,R,on,),C,d,R,d,v,o1,v,o2,R,C,(V,i,),v,R,(,R2/3,VCC,1/3,VCC,0,导通,1/3,VCC,保持,保持,2/3,VCC,1/3,VCC,1,截止,接通,V,CC,后：,C,充电，当,V,c,上升。,上电过程（,V,I,1，,C,2,1）,充电到2V,CC,/3时:,比较器C,1,=0，,将触发器置0，,V,o,0。,T导通,C,放电,V,c,0,比较器C,1,=C,2,=1,电路状态不变。,电路进入稳态。,V,c,0，T导通，,V,o,0。,+Vcc,RD,vo,+,+,-,-,8,4,5,6,2,7,1,3,R,R,R,R,Q,Q,C1,C2,R,C,v,I,