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第1章脉冲电路本讲稿第一页，共五十五页联系方式联系方式玉泉校区行政楼305房间 Email: Email:电话:13575450320课程助教辅导课程助教辅导:周锋周锋 课程主讲课程主讲:金晓峰金晓峰 本讲稿第二页，共五十五页学习方法学习方法课堂学习与课后复习相结合系统性概念与典型例题相结合集中思想、独立思考勤！理论学习与电路实践相结合懒！本讲稿第三页，共五十五页本课程总体要求本课程总体要求围绕电子信号的产生、传输与处理的线索围绕电子信号的产生、传输与处理的线索内容多内容多/课时少课时少/要求高要求高在元器件物理机理理解的基础上在元器件物理机理理解的基础上注重：元器件注重：元器件/芯片芯片性能特性性能特性、工作机制工作机制与与电路电路 分析方法分析方法的理解、掌握的理解、掌握本讲稿第四页，共五十五页本课程主要内容本课程主要内容1、脉冲电路2、主要元件：二极管、三极管、场效应管3、放大电路（差分放大、多级放大、功率放大）4、反馈5、频响特性6、振荡电路7、AD/DA本讲稿第五页，共五十五页第第1 1章章 脉冲电路脉冲电路1.1 概述概述 1.2 施密特触发器施密特触发器1.3 单稳态触发器单稳态触发器 1.4 多谐振荡器多谐振荡器1.5 555 555定时器定时器本讲稿第六页，共五十五页1.1 1.1 概述概述一、脉冲信号一、脉冲信号 脉冲是脉冲是脉动脉动和和短促短促的意思，凡是具有的意思，凡是具有不连续波形不连续波形的信号均可的信号均可称为脉冲信号。广义讲，各种称为脉冲信号。广义讲，各种非正弦信号非正弦信号都是脉冲信号。都是脉冲信号。(a)(a)矩形波矩形波(b)(b)方波方波(c)(c)尖脉冲尖脉冲(d)(d)锯齿波锯齿波本讲稿第七页，共五十五页1.1 1.1 概述概述 在在数数字字系系统统中中常常常常需需要要用用到到各各种种幅幅度度、宽宽度度以以及及具具有有陡陡峭峭边沿的矩形脉冲信号边沿的矩形脉冲信号，如触发器的时钟脉冲（，如触发器的时钟脉冲（CPCP）。）。获取这些脉冲信号的方法通常有两种：获取这些脉冲信号的方法通常有两种：脉冲产生电路直接产生；脉冲产生电路直接产生；利用已有的周期信号整形、变换得到。利用已有的周期信号整形、变换得到。脉冲整形、变换电路脉冲整形、变换电路单稳态触发器单稳态触发器 施密特触发器施密特触发器；脉冲产生电路脉冲产生电路多谐振荡器；多谐振荡器；多用途的定时电路多用途的定时电路555定时器定时器。本讲稿第八页，共五十五页1.1 1.1 概述概述1.1.21.1.2、脉冲信号的参数、脉冲信号的参数trtftWT0.9 Um0.5 Um0.1 UmUm矩形脉冲信号的主要参数矩形脉冲信号的主要参数 脉脉冲冲幅幅度度 脉冲周期脉冲周期脉冲宽度脉冲宽度上升时间上升时间下降时间下降时间占空比占空比D D脉冲宽度与脉冲周期的比值，脉冲宽度与脉冲周期的比值，D Dt tW W/T/T 。本讲稿第九页，共五十五页1.1 1.1 概述概述1.1.31.1.3、脉冲产生电路的暂态分析、脉冲产生电路的暂态分析脉冲波形产生与整形电路多是由脉冲波形产生与整形电路多是由RCRC充放电电路充放电电路构成的。构成的。开开关关闭闭合合的的一一瞬瞬间间，电电容容器器上上电电压压不不能能突突变变，满满足足开开关关定定理理U UC C(0(0+)=)=U UC C(0(0-)。充充电电暂暂态态过过程程结结束束后后，流流过过电电容容器器的的电电流流i iC C()()为为0 0，即即电电容容器器相相当于开路当于开路。tMU(t)UTtU()0U(0+)CCCUC(t)SUCR本讲稿第十页，共五十五页令令u uC C(t(tW W)=U)=UT T，则则从从暂暂态态过过程程的的起起始始值值U UC C(0(0+)变变到到U UT T所所经经历历的的时时间间t tW W（脉冲宽度）可用下式计算：（脉冲宽度）可用下式计算：电电路路的的时时间间常常数数=RCRC，决决定定了了暂暂态态时时间间的的长长短短。根根据据三三要要素公式素公式，可以得到电压随时间变化的方程为，可以得到电压随时间变化的方程为 1.1 1.1 概述概述tWU(t)UTtU()0U(0+)CCC本讲稿第十一页，共五十五页1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器施密特触发器是又一种常用的施密特触发器是又一种常用的施密特触发器是又一种常用的施密特触发器是又一种常用的脉冲信号整形电路脉冲信号整形电路脉冲信号整形电路脉冲信号整形电路。工作特性：工作特性：具有具有两个稳态两个稳态；属于属于电平触发电平触发 电路状态转换时，电路状态转换时，上升上升与与下降下降时对应的时对应的不同不同阈值电压阈值电压。电电压压传传输输特特性性输入信号输入信号上升上升时对应的转换电平时对应的转换电平V VH H，称为称为正向正向阈值电压；阈值电压；输入信号输入信号下降下降时对应的转换电平时对应的转换电平V VL L ，称，称为为负向负向阈值电压；阈值电压；差值差值V VV VH HV VL L，称为，称为回差电压回差电压。本讲稿第十二页，共五十五页1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器反相输出的逻辑反相输出的逻辑符号符号同同相输出的逻辑相输出的逻辑符号符号反相输出电压传输特性反相输出电压传输特性本讲稿第十三页，共五十五页1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器正弦波正弦波矩形脉冲波矩形脉冲波,将变化较慢的上升将变化较慢的上升/下降沿变得更陡峭下降沿变得更陡峭增大回差电压，有利于增大回差电压，有利于抗干扰抗干扰（输出信号幅度）（输出信号幅度）本讲稿第十四页，共五十五页1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器一、门电路构成的施密特触发器一、门电路构成的施密特触发器1R1vo1vi1viR2vo1vivo1vovOHvOLvOLvOHv+v-本讲稿第十五页，共五十五页1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器一、门电路构成的施密特触发器一、门电路构成的施密特触发器IN一开始为一开始为0V，则，则Q1截止截止，Q2饱和导通饱和导通，Q2集电极输出集电极输出低低电平电平输入升高，输入升高，Q1开始导通开始导通，Q1集电极电压下集电极电压下降降，降低到触发电平，降低到触发电平，Q2转而截止转而截止，Q2集集电极输出高电平电极输出高电平输入电压继续升高，只会保持输入电压继续升高，只会保持Q1导通导通Q2截截止的状态，电路输出不变止的状态，电路输出不变输入电压降低，当使得输入电压降低，当使得Q1的基极电压比的基极电压比Q2的的基极电压低时，基极电压低时，Q2将开始导通将开始导通，Q1集电极电流集电极电流减小，其集电极电压上升，减小，其集电极电压上升，加快加快 Q2导通导通，电路电路切换回切换回Q1截止截止Q2饱和导通饱和导通本讲稿第十六页，共五十五页1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器一、门电路构成的施密特触发器一、门电路构成的施密特触发器正向阈值电压正向阈值电压反向阈值电压反向阈值电压本讲稿第十七页，共五十五页1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器一、集成施密特触发器一、集成施密特触发器TTLTTL系列系列7413图形符号本讲稿第十八页，共五十五页1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器一、集成施密特触发器一、集成施密特触发器CMOSCMOS系列系列40106本讲稿第十九页，共五十五页1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器1.2.31.2.3、施密特触发器的应用、施密特触发器的应用1.1.波形变换波形变换 施密特触发器可以施密特触发器可以将将边沿变化缓慢边沿变化缓慢的周的周期性信号变换成边沿陡期性信号变换成边沿陡峭的峭的矩形脉冲矩形脉冲信号。信号。本讲稿第二十页，共五十五页1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器2.2.波形整形波形整形通过施密特触发通过施密特触发器整形器整形,可以可以消除消除振铃与干扰振铃与干扰。若。若适当增大回差电适当增大回差电压，可提高电路压，可提高电路的抗干扰能力。的抗干扰能力。本讲稿第二十一页，共五十五页 一一系系列列幅幅度度不不同同的的脉脉冲冲，需需要要对对其其中中幅幅度度达达到到一一定定大大小小的的脉脉冲冲计计数数，可可以通过设置阈值电压，鉴出脉冲以通过设置阈值电压，鉴出脉冲1.2 1.2 施密特触发器施密特触发器3.3.脉冲鉴幅脉冲鉴幅本讲稿第二十二页，共五十五页1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器单稳态触发器是一种常用的单稳态触发器是一种常用的单稳态触发器是一种常用的单稳态触发器是一种常用的脉冲整形电路脉冲整形电路脉冲整形电路脉冲整形电路，简称单稳。，简称单稳。，简称单稳。，简称单稳。由外界触发由外界触发自动返回自动返回稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态恢复期恢复期工作特性：工作特性：它有它有稳态稳态和和暂稳态暂稳态两个不同的工作状态；两个不同的工作状态；在在外界触发脉冲外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，电路能态维持一段时间以后，电路能自动返回稳态自动返回稳态；暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参暂稳态不能长久保持，其维持时间的长短取决于电路自身参数，与外界触发脉冲无关。数，与外界触发脉冲无关。本讲稿第二十三页，共五十五页1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器1.3.1 1.3.1 门电路构成的单稳态触发器门电路构成的单稳态触发器（1）没有触发信号时电路工作在稳态没有触发信号时电路工作在稳态 当没有触发信号时，输入低电平，G2的输入端经电阻R接至+V，VA为高电平，因此G2输出Q为低电平；门G1的两个输入均为0，其输出为高电平，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：Q0。本讲稿第二十四页，共五十五页1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器1.3.1 1.3.1 门电路构成的单稳态触发器门电路构成的单稳态触发器（2）触发信号暂稳态触发信号暂稳态 当触发信号时，G1输入高电平，G1的输出为低电平，电容电压不能跃变，使得G2的输入为低，G2输出Q为高电平；同时电源V通过R给电容充电。高电平Q反馈到门G1的输入端，此时即使输入触发信号撤除，仍能维持门G1的低电平输出。本讲稿第二十五页，共五十五页1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器（3）电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态电容充电使电路由暂稳态自动返回到稳态电容充电，使得门G2的输入端电压升高，达到触发电平，G2反转，输出Q为低电平，反馈到门G1的2个输入均为0，其G1输出为高电平；而电容电压不能跃变，因此门G2的输入端有一个正向跳变，然后进入恢复期。本讲稿第二十六页，共五十五页1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器1.3.1 1.3.1 门电路构成的单稳态触发器门电路构成的单稳态触发器 输出脉冲宽度本讲稿第二十七页，共五十五页1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器1.3.1 1.3.1 门电路构成的单稳态触发器门电路构成的单稳态触发器 单稳态触发器图形符号单稳态触发器接法本讲稿第二十八页，共五十五页1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器1.3.2 1.3.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 非重复触发单稳态触发器非重复触发单稳态触发器本讲稿第二十九页，共五十五页1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器1.3.21.3.2、集成单稳态触发器、集成单稳态触发器 可可重复触发触发器重复触发触发器本讲稿第三十页，共五十五页1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器 集成单稳态触发器集成单稳态触发器 74121内部内部2K电阻电阻1，A1和和A2中的任一个输入低电平，中的任一个输入低电平，B出现出现上升沿（上升沿（）；）；2，B输入高电平，输入高电平，A1和和A2的的至少至少其中一个出其中一个出现下降沿（现下降沿（）触发条件触发条件本讲稿第三十一页，共五十五页1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器 集成单稳态触发器典型应用与接法集成单稳态触发器典型应用与接法 16347591011141使用外接电阻使用外接电阻R Rextext(下降沿触发）下降沿触发）1634759101114使用内部电阻使用内部电阻R Rintint(上升沿触发）上升沿触发）本讲稿第三十二页，共五十五页1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器 可可重复触发触发器重复触发触发器74122 内部内部10K电阻电阻触发条件：触发条件：与门输出出现上升沿与门输出出现上升沿脉冲宽度约为 本讲稿第三十三页，共五十五页1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器1.3.31.3.3、单稳态触发器的应用、单稳态触发器的应用1.1.脉冲整形脉冲整形IutWOu 单稳态触发器能够把输入的单稳态触发器能够把输入的不规则不规则脉冲信号，整形为具脉冲信号，整形为具有一定幅度和一定宽度的标准有一定幅度和一定宽度的标准矩形脉冲矩形脉冲。幅度取决于单稳。幅度取决于单稳态电路输出的高、低电平，宽度态电路输出的高、低电平，宽度t tW W决定于定时元件决定于定时元件R R和和C C。单稳态触发器的整形波形单稳态触发器的整形波形本讲稿第三十四页，共五十五页tWuOuFOu1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器2 2、选通定时、选通定时 由于单稳触发器可产生宽度为由于单稳触发器可产生宽度为t tW W的矩形脉冲，利用这个矩形的矩形脉冲，利用这个矩形脉冲去控制某电路使它在脉冲去控制某电路使它在t tW W的时间内动作或不动作，这就是单稳态的时间内动作或不动作，这就是单稳态触发器的触发器的定时作用定时作用。定时时间为。定时时间为t tW W，可通过调节定时元件，可通过调节定时元件R R和和C C来调节定时时间。来调节定时时间。单稳态触发器的定时波形单稳态触发器的定时波形本讲稿第三十五页，共五十五页1.3 1.3 单稳态触发器单稳态触发器3.3.脉冲信号延时脉冲信号延时脉冲延时宽度脉冲延时宽度 本讲稿第三十六页，共五十五页1.4 1.4 多谐振器多谐振器 多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器是一种是一种是一种是一种自激振荡器自激振荡器自激振荡器自激振荡器，接通电源以后，接通电源以后，接通电源以后，接通电源以后，不需要外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲，不需要外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲，不需要外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲，不需要外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲，由于矩形脉冲中含有丰富的高次谐波分量，由于矩形脉冲中含有丰富的高次谐波分量，由于矩形脉冲中含有丰富的高次谐波分量，由于矩形脉冲中含有丰富的高次谐波分量，所以习惯上把矩形波振荡器叫做所以习惯上把矩形波振荡器叫做所以习惯上把矩形波振荡器叫做所以习惯上把矩形波振荡器叫做多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器多谐振荡器。无稳态多谐振荡器无稳态多谐振荡器，工作状态在两个暂稳态之间工作状态在两个暂稳态之间自主切换，电路输出始终在振荡，用于产生时钟自主切换，电路输出始终在振荡，用于产生时钟信号信号。本讲稿第三十七页，共五十五页1.4 1.4 多谐振器多谐振器 1.4.1 环形振荡器环形振荡器假设在时间点0，非门I1的输入由0变到1。经I1传播时延t，其输出（也即I2的输入）在t1由1变为0。再I2的时延 t，非门I3的输入在t2由0变为1，并使非门I1的输入端在t3由1变到0本讲稿第三十八页，共五十五页1.4 1.4 多谐振器多谐振器 1.4.2 施密特触发器构成多谐振荡器施密特触发器构成多谐振荡器开始上电，开始上电，C两端电压为零，两端电压为零，1低低，2高高电容电容C充电充电 1增高增高到到VH，2低低 电容电容C放电放电 1降低到降低到VL 2高高 C再次充电。再次充电。本讲稿第三十九页，共五十五页1.4 1.4 多谐振器多谐振器 1.4.3 单稳态触发器构成多谐振荡器单稳态触发器构成多谐振荡器两片两片74121单稳态触发器构成多谐振荡器。开始单稳态触发器构成多谐振荡器。开始时时工工作在稳态，作在稳态，Q1、Q2均为低。如果将开关均为低。如果将开关SW断开，断开，1B，触发，触发Q1为为高。经高。经t1后，后，Q1回到低，回到低，2A1，触发触发Q2为为高高。经。经t2，Q2回到低，回到低，1A1 、1A2 ，Q1为为高。高。本讲稿第四十页，共五十五页1.5 5551.5 555定时器定时器1 Q Q S R 1 或非门构成或非门构成RS触发器（高电平有效）触发器（高电平有效）与非门构成与非门构成RS触发器（低电平有效）触发器（低电平有效）&Q Q S R&R SQ Qn+1n+11 11 1不定（禁止）不定（禁止）1 01 01 10 10 10 00 00 0Q Qn n（不变）（不变）真值表真值表R SQ Qn+1n+10 00 0不定不定0 10 10 01 01 01 11 11 1Q Qn n真值表真值表本讲稿第四十一页，共五十五页1.5 5551.5 555定时器定时器(芯片芯片)555555定时器是一种多用途的数字定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路。模拟混合集成电路。双极型双极型产品型号最后数码为产品型号最后数码为555555，CMOSCMOS型型产品型号最后数码为产品型号最后数码为75557555。其功能和外部引脚排列完全相同。其功能和外部引脚排列完全相同1 Q Q S R 1 本讲稿第四十二页，共五十五页1.5 5551.5 555定时器定时器真值表真值表不变不变不变不变1截止截止11导通导通01导通导通00V 状态状态OUT=QRD2输入输入TR6输入输入TH输输 出出 输输 入入 直接置直接置 0 端端 RD 低电低电平有效，平有效，优先级最高。优先级最高。不用不用时应使其为时应使其为1.本讲稿第四十三页，共五十五页1.5.2 用用555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器1.5 5551.5 555定时器定时器当当输输入入为为低低电电（小于（小于）时时，输输出出为为高高电电平平VCC；当；当输输入入为为高高电电平（大于平（大于）时时，输输出出为为低低电电平（平（0）当）当输输入介于入介于这这两个两个电压电压之之间时间时，输输出保持不出保持不变变。本讲稿第四十四页，共五十五页1.5.3 用用555构成单稳态触发器1.5 5551.5 555定时器定时器电路连接图本讲稿第四十五页，共五十五页1.5.3 用用555构成单稳态触发器1.5 5551.5 555定时器定时器初始，初始，触发输入高电平触发输入高电平（低（低电平有效）电平有效），接通电源，电源接通电源，电源通过电阻通过电阻R向电容向电容C充电，充电，U6上升导致上升导致RS触发器置触发器置1，Uo=0，Q1导通，电容导通，电容C又通过导电又通过导电管管V1迅速放电，直到迅速放电，直到UC=0，电，电路进入稳态路进入稳态，输出低电平。，输出低电平。1、初始稳态、初始稳态本讲稿第四十六页，共五十五页1.5.3 用用555构成单稳态触发器1.5 5551.5 555定时器定时器当触发输入电平低于当触发输入电平低于 时，时，Ts，占空比将大于，占空比将大于50%本讲稿第五十二页，共五十五页1.5.4 用用555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器1.5 5551.5 555定时器定时器占空比小于占空比小于50%的矩形脉冲信号的矩形脉冲信号产生产生在在R2两端并联一个二极管，在两端并联一个二极管，在C1充电充电过程中使过程中使R2被旁路被旁路只要只要R1比比R2小小本讲稿第五十三页，共五十五页 将振荡器将振荡器A A的输出电压的输出电压u uo1o1，接到振荡器，接到振荡器B B中中555555定时器的定时器的复位复位端端（4 4脚）。当脚）。当u uo1o1为高电平时振荡器为高电平时振荡器B B振荡，当振荡，当u uo1o1为低电平时为低电平时555555定定时器复位，振荡器时器复位，振荡器B B停止振荡。停止振荡。84762351555A0.01FCR1AR2A847623155550.01FCR1BR2BRduo18uo25FUCCuo1uo2(a)(b)B1.5.4 用用555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器1.5 5551.5 555定时器定时器本讲稿第五十四页，共五十五页第第1 1章章 小结小结1.1.正确理解正确理解施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的的工作原工作原理及应用理及应用2.2.熟悉熟悉不可重复单稳态触发器不可重复单稳态触发器7412174121工作原理及应用工作原理及应用3.3.熟练掌握熟练掌握555555定时器的工作原理定时器的工作原理及应用及应用，利用，利用555555定时器构成定时器构成施密特触发器、施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器单稳态触发器和多谐振荡器的工作方法的工作方法；作业：作业：1.2;1.3;1.5;1.6;1.81.2;1.3;1.5;1.6;1.8本讲稿第五十五页，共五十五页