工学第六章脉冲波形的产生和整形.pptx

第六章第六章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形6.1 概述概述6.2 施密特触发器施密特触发器6.3 单稳态触发器单稳态触发器6.4 多谐振荡器多谐振荡器6.5 555定时器及其应用定时器及其应用本章小结本章小结作业：一、二、四、作业：一、二、四、11、19、286.1 概述概述矩形脉冲波形的产生和矩形脉冲波形的产生和整形电路整形电路产生矩形波：产生矩形波：多谐振荡多谐振荡器器整形电路：整形电路：施密特触发施密特触发器、单稳态触发器器、单稳态触发器组成：组成：SSIC构成；构成；555定时器构成；定时器构成；集成施密特触发器；集成施密特触发器；集成单稳态触发器。集成单稳态触发器。矩形脉冲的几个主要参数：矩形脉冲的几个主要参数：6.2 施密特触发器施密特触发器特点：特点：1、具有两个稳定状态、具有两个稳定状态2、状态转换依赖、状态转换依赖vI，状态维持也依赖，状态维持也依赖vI 3、两次触所需的电平不同，有回差、两次触所需的电平不同，有回差4、内部有正反馈，使输出电压波形的边沿变得很陡。、内部有正反馈，使输出电压波形的边沿变得很陡。6.2.1 用门电路组成的施密特触发器用门电路组成的施密特触发器一、电路组成一、电路组成CMOS反相器组成的施密特触发器反相器组成的施密特触发器R1、R2分压电阻将分压电阻将vO反馈到反馈到vI，且，且R1 R2；G1、G2组成正反馈电路，其阈值电组成正反馈电路，其阈值电压为压为VTH1/2VDD。图图6.2.1(a)1、vI0时，时，vO VOL 0，vI 02、vI ，vI ，当，当vI VTH时时，发生转换，发生转换 vO=VOH VDD 此时的此时的vI V T+（V T+正向阈值电压）正向阈值电压）二、工作原理二、工作原理即：即：3、vI 继续继续 ，达到最大值，达到最大值VDD后，后，开始下降，在开始下降，在vI 下降到下降到VTH前，前，vO 保持保持 VOH VDD不变。不变。4、vI ，vI ，当当vI VTH时时，又发生转换，又发生转换vO=VOL 0此时的此时的vI V T（V T 负向阈值电压）负向阈值电压）因为因为所以所以即：即：将将代入上式，得代入上式，得5、vI ，仍保持仍保持vO=VOL；以后以后vI ，达到，达到VT再发生转换。再发生转换。三、回差电压三、回差电压施密特触发器的电压传输特性施密特触发器的电压传输特性图图6.2.1(b)施密特触发器的图形符号施密特触发器的图形符号改变改变R R1 1 、R R2 2的比值，的比值，可以调节可以调节V VT+T+、V VT T、V VT T 。但但R R1 1 必须小于必须小于R R2 2，否则电路进入自锁状态，否则电路进入自锁状态，不能正常工作。不能正常工作。同相触发器同相触发器反相触发器反相触发器6.2.2 集成施密特触发器集成施密特触发器由于施密特触发器的应用广泛由于施密特触发器的应用广泛,TTL、CMOS都有单片集成的产品。都有单片集成的产品。1、TTL集成施密特触发器集成施密特触发器7413TTL集成施密特触发器集成施密特触发器7413参数如下：参数如下：2、CMOS集成施密特触发器集成施密特触发器CC40106VT+和和VT受受VDD影响，且分散性较大影响，且分散性较大但有单一特性（整形，提高抗干扰性）但有单一特性（整形，提高抗干扰性）6.2.3 施密特触发器的应用施密特触发器的应用一、波形变换一、波形变换 将边沿缓慢变化的周期性将边沿缓慢变化的周期性信号变换为矩形波。信号变换为矩形波。（正反馈）（正反馈）二、用于脉冲整形二、用于脉冲整形振荡振荡噪声噪声1、传输线上电容、传输线上电容C较大时，边沿变换较大时，边沿变换2、传输线长且阻抗不匹配，上下沿、传输线长且阻抗不匹配，上下沿振荡振荡3、其它噪声脉冲耦合干扰、其它噪声脉冲耦合干扰基于上述原因，需要整形。基于上述原因，需要整形。图图 6.2.9 用施密特触发器对脉冲整形用施密特触发器对脉冲整形四、构成多谐振荡器四、构成多谐振荡器（见（见6.4.4节）节）只有幅度大于的脉冲只有幅度大于的脉冲V V T+T+才会在输出端产生输出信号。才会在输出端产生输出信号。三、脉冲鉴幅三、脉冲鉴幅应用：应用：整形、延时、定时整形、延时、定时6.3 单稳态触发器单稳态触发器特点：特点：1 1、有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。、有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。2 2、在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，暂稳态、在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，暂稳态 维持一段时间自动返回稳态。维持一段时间自动返回稳态。3 3、暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉、暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉 冲的宽度和幅度无关。冲的宽度和幅度无关。6.3.1 门电路组成的单稳态触发器门电路组成的单稳态触发器一、微分型单稳态触发器（自学）一、微分型单稳态触发器（自学）单稳态触发器的暂稳态通常是靠单稳态触发器的暂稳态通常是靠RCRC电路的充、放电过程来维持。电路的充、放电过程来维持。二、积分型单稳态触发器二、积分型单稳态触发器1、电路组成、电路组成R、C为积分环节，为积分环节，R tpo，图图 6.3.5 积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器2、工作原理、工作原理（1）电路的稳态）电路的稳态vI未加入前未加入前vI=0，vO1=1、vO=1，vA VOH(1)。vI输入正脉冲，输入正脉冲，vO1跳变为低电平，跳变为低电平，但但vA不突变，仍为高电平，不突变，仍为高电平，所以所以vO为低电平，为低电平，暂稳态开始；暂稳态开始；电容开始放电，电容开始放电，门门G G2 2输入端关闭，输入端关闭，i R1R10 0，C C放电通路如图。放电通路如图。(R+R(R+R0 0)C,)C,当当vAVTH时，时，门门G G2 2关闭，关闭，输出变高，输出变高，暂稳态结束。暂稳态结束。由于由于tpitpotpitpo，所以，所以vI仍为高，仍为高，vO1仍为低，仍为低，vA继续放电，继续放电，但多了但多了V VCCCC、R R1 1、C C一路。一路。（2）电路的暂稳态）电路的暂稳态（3）恢复过程）恢复过程当当vI由低变高时，对由低变高时，对G G2 2无影响；无影响；而而vO1由低变高时，对电容由低变高时，对电容C C充电，等效电路如图。充电，等效电路如图。(R+R(R+R0 0)C)C恢复时间：恢复时间：3、主要技术指标、主要技术指标（1）输出脉宽：利用过渡过程三要素法计算）输出脉宽：利用过渡过程三要素法计算（2）输出幅度：）输出幅度：（3）分辨时间：）分辨时间：三要素：三要素：4、单稳态触发器的应用、单稳态触发器的应用（1）整形）整形（2）延时）延时（3）定时）定时6.3.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器TTL集成单稳态触发器集成单稳态触发器74121，微分型单稳，微分型单稳，3个触发端个触发端输出脉宽：输出脉宽：Rext：2k30kCext：10pF10F则则tW：20ns200ms74121工作波形图工作波形图74121功能表功能表6.4 多谐振荡器多谐振荡器6.4.1 对称式多谐振荡器对称式多谐振荡器一、电路组成：一、电路组成：由两个由两个TTL反相器反相器G1、G2将耦合电容将耦合电容C1、C2连接起来组成连接起来组成正反馈电路。正反馈电路。接通电源后，不需外加出发信号，便能自动产生矩形脉冲。由于含丰富的高接通电源后，不需外加出发信号，便能自动产生矩形脉冲。由于含丰富的高次谐波分量，又将矩形波振荡器称为多谐次谐波分量，又将矩形波振荡器称为多谐 振荡器。振荡器。为了产生自激振荡，为了产生自激振荡，RF的选择应使的选择应使G1、G2工作在电压传输特性的工作在电压传输特性的转折区。转折区。利用叠加原理，可求出输入电压为：利用叠加原理，可求出输入电压为：vO与与vI是线性关系，因为：是线性关系，因为：所以其斜率为：所以其斜率为：当当vO 0时，时，对于对于74系列，系列，RF：0.5k1.9k。二、工作原理二、工作原理接通电源后，接通电源后，由于外界干扰使由于外界干扰使vI1 ，则，则正反馈正反馈第一暂稳态：第一暂稳态：vO1 0，vO2 1则则C1充电，两路，快充电，两路，快C2放电，一路，慢放电，一路，慢当当vI2上升到上升到G2的阈值电压的阈值电压VT时，引起正时，引起正反馈。反馈。二、工作原理二、工作原理正反馈正反馈由于正反馈，由于正反馈，使使G1止，止，G2通，通，进入第二暂稳态：进入第二暂稳态：vO1 1，vO2 0则则C2充电，两路，快充电，两路，快 C1放电，一路，慢放电，一路，慢当当C2充电到充电到G1的阈值电压的阈值电压VT时，引起正反馈，使时，引起正反馈，使G1通，通，G2止，止，又回到第一暂稳态：又回到第一暂稳态：vO1 0，vO2 1以后周而复始，形成振荡。以后周而复始，形成振荡。三、波形图及振荡周期的计算三、波形图及振荡周期的计算根据过渡过程三要素公式计算，根据过渡过程三要素公式计算，得到：得到：振荡周期为：振荡周期为：若若RF1=RF2，C1=C2对于对于74LS系列系列取取VOH3.4V，VIK1V，VTH1.1V，则，则对于对于74系列系列取取VOH3.6V，VOL0.3V，VTH1.4V，T1.4RFC。6.4.2 非对称式多谐振荡器非对称式多谐振荡器多用于多用于CMOS门组成的多谐振荡器，门组成的多谐振荡器，RF的选择必须保证静态时的选择必须保证静态时G1和和G2工作在电压传输特性的转折区；工作在电压传输特性的转折区；振荡原理与对称式多谐振荡器类似，振荡周期振荡原理与对称式多谐振荡器类似，振荡周期T2.2RFC。6.4.3 环形振荡器环形振荡器一、奇数个反相器组成的环形振荡器一、奇数个反相器组成的环形振荡器利用门电路的传输延迟时间将奇数个反相器首尾相接组成，例如利用门电路的传输延迟时间将奇数个反相器首尾相接组成，例如振荡周期振荡周期 T=6 tpd若为若为n个（个（n为奇数）反相器，为奇数）反相器，则振荡周期则振荡周期 T=2 n tpd很难获得较低的振荡频率，很难获得较低的振荡频率，且无法调节。且无法调节。可以附加可以附加RC延迟环节。延迟环节。缺点：缺点：二、带有二、带有RC延迟环节的环形振荡器延迟环节的环形振荡器1、电路组成：、电路组成：加入加入RC延迟环节，延迟环节，RS为限流电阻，要求为限流电阻，要求R+RS V-时，则时，则vo=VOH(1)；V+V-时，则时，则vo=VOL(0)。电阻分压器使电阻分压器使VR12/3VCC VR21/3VCC2、基本、基本RS触发器触发器 由与非门由与非门G1、G2构成，构成，RD为置零输入端，低电平有效。为置零输入端，低电平有效。3、晶体管、晶体管TD和输出缓冲和输出缓冲G3、G4 G4有较大的电流驱动能力，隔离定时器及负载有较大的电流驱动能力，隔离定时器及负载 TD起开关作用，当起开关作用，当vo3 1时，时，TD通；通；vo30时，时，TD止。止。TH：高触发端；：高触发端；TR：低触发端：低触发端RD：置零端；：置零端；DISC：开路输出：开路输出VCO：控制电压输入端，悬空或通：控制电压输入端，悬空或通过电容接地过电容接地CB555VCCDISCTHVCOGNDTROUTTRTRRD二、工作原理二、工作原理即功能表即功能表6.5.2 用用555定时器接成的施密特触发器定时器接成的施密特触发器一、电路构成一、电路构成提高参考提高参考电压稳定性电压稳定性将定时器的两个输入端将定时器的两个输入端vI 1、vI 2连在一起作为连在一起作为信号输入端信号输入端即构成施密特触发器即构成施密特触发器VCCVCCRDvITHTRGND OUTvOCO0.01当当1/3VCC vI 2/3VCC时时保持原态，保持原态，vo=VOH当当vI 2/3VCC时时vo=VOL1、vI从从0逐渐升高逐渐升高:(1)(2)(3)VT+=2/3Vcc二、工作原理二、工作原理当当1/3VCC vI 2/3VCC时时保持原态，保持原态，vo=VOL当当vI 1/3VCC，电容，电容C充电，充电，当当vC TH=2/3VCC时，时，vO VOL，TD导通，导通，vC放电到放电到0。因为因为TR1/3VCC，TH2/3VCC，所以所以vO保持保持VOL2、加触发信号、加触发信号vI，则，则TR1/3VCC，TH2/3VCC，所以，所以vO VOL，TD导通。导通。3、恢复过程：因为、恢复过程：因为TD导通，导通，vC放放电，经恢复时间后，电，经恢复时间后，vC 0。三、输出脉宽三、输出脉宽根据过渡过程三要素法：根据过渡过程三要素法：输出脉宽输出脉宽R：几百几兆欧：几百几兆欧C：几十：几十pF几百几百pF6.5.4 用用555定时器接成的多谐振荡器定时器接成的多谐振荡器 多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号便能自动的产生矩形脉冲。触发信号便能自动的产生矩形脉冲。VCCVCCRDTHTRGND OUTvOCO0.01DISCR1CR2一、电路的组成一、电路的组成二、工作原理及波形图二、工作原理及波形图三、振荡周期的计算三、振荡周期的计算1、充电时间、充电时间T1：vC(O+)1/3VCCvC()VCC 1（R1+R2)CvC(t1)2/3VCC2、放电时间、放电时间T2：vC(O+)2/3VCCvC()0 2R2CvC(t2)1/3VCC输出脉冲占空比输出脉冲占空比振荡频率振荡频率振荡周期振荡周期四、占空比可调的多谐振荡器四、占空比可调的多谐振荡器充电充电 1R1C放电放电 2R2C占空比占空比若取若取R1 R2，则，则q50则振荡周期则振荡周期+_+_RSQQR+VCCuoC2R1CTuc多谐振荡器应用举例多谐振荡器应用举例R2_R2光电二极管光电二极管当光电二极管无光照时，呈现高阻，复位端接地，当光电二极管无光照时，呈现高阻，复位端接地，Q=0Q=0。当有光照时，光电二极管呈现低阻，复位端达高电平。当有光照时，光电二极管呈现低阻，复位端达高电平。5K 5K 5K C C本章小结1.555定时器的结构原理2.555定时器构成的三种脉冲电路的组成原理及参数计算3.三种脉冲电路的特点及其门电路的实现