第8章 脉冲波形的产生与变换PPT讲稿.ppt

第8章 脉冲波形的产生与变换第1页，共36页，编辑于2022年，星期一一、脉冲信号的定义一、脉冲信号的定义三角波：三角波：锯齿波：锯齿波：微分窄脉冲：微分窄脉冲：8.1 概述概述方波：方波：脉冲信号是指一种持续时间极短的电压或电流波形。脉冲信号是指一种持续时间极短的电压或电流波形。矩形波：矩形波：第2页，共36页，编辑于2022年，星期一A0.9A0.5A0.1ATwtrtfT实际的矩形波实际的矩形波实际的矩形波实际的矩形波脉冲幅度脉冲幅度 A脉冲上升沿脉冲上升沿 tr 脉冲周期脉冲周期 T脉冲下降沿脉冲下降沿 tf 脉冲宽度脉冲宽度Tw 占空比占空比q二、二、脉冲信号的参数脉冲信号的参数 第3页，共36页，编辑于2022年，星期一 8.2 555定时器定时器 555定时器是一种应用广泛的集成电路，它将模定时器是一种应用广泛的集成电路，它将模拟和数字电路集成在同一片硅片上，用于脉冲信号拟和数字电路集成在同一片硅片上，用于脉冲信号的产生、波形的变换和整形，定时、检测、控制等的产生、波形的变换和整形，定时、检测、控制等领域。领域。加上适当的阻容元件即可构成加上适当的阻容元件即可构成多谐振荡多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器器、施密特触发器和单稳态触发器等电路，完成等电路，完成脉冲脉冲信号的产生、定时和整形信号的产生、定时和整形等功能。等功能。常用集成定时器常用集成定时器 555 有有 5G555(TTL)和和CC7555(CMOS)。第4页，共36页，编辑于2022年，星期一一、电路结构与逻辑功能一、电路结构与逻辑功能1.电路组成电路组成 分压器、比较分压器、比较器、基本器、基本RS触触发器、放电三极发器、放电三极管和输出缓冲器管和输出缓冲器组成。组成。QVR1VR22/3VCC1/3VCC第5页，共36页，编辑于2022年，星期一各引脚功能各引脚功能(1)1脚脚接地端接地端(2)2脚（脚（VI2）-触发输入端，与触发输入端，与6脚脚（VI1）阈值输入端共同控制比较器）阈值输入端共同控制比较器C1和和C2的输出，从而控制的输出，从而控制RS锁存器，锁存器，决定输出状态。决定输出状态。(3)3脚脚输出端输出端(4)4脚（脚（RD）-复位输入端，当复位输入端，当RD=0，RS锁存锁存器被复位，输出器被复位，输出vo为低电平。正常工作时，应将为低电平。正常工作时，应将其接高电平。其接高电平。第6页，共36页，编辑于2022年，星期一(5)5脚（脚（VIC）电压控制端，当其悬空时，比较电压控制端，当其悬空时，比较器器C1和和C2的比较电压分别为的比较电压分别为2/3VCC 和和1/3VCC。(6)6脚脚阈值输入端阈值输入端(7)7脚脚放电端放电端(8)8脚脚电源端电源端 第7页，共36页，编辑于2022年，星期一工作原理工作原理1.当当RD=0时，时，Vo=0，T导通导通 2.当当RD=1时时Q=1，T截止，截止，Vo=1 Q=0，T导通，导通，Vo=0 Q、T保持，输出保持不变保持，输出保持不变+-C2S1/3VccvI2+-C1R2/3VccvI1 第8页，共36页，编辑于2022年，星期一2.电路功能电路功能当当VIC无外接电源时，无外接电源时，第9页，共36页，编辑于2022年，星期一8.3 施密特触发器施密特触发器 施密特触发器施密特触发器特点：特点：（1）输出有两种状态（输出为数字信号）；）输出有两种状态（输出为数字信号）；（2）输入采用电平触发（输入为模拟信号）；）输入采用电平触发（输入为模拟信号）；（3）电电路路具具有有回回差差特特性性：对对于于正正向向增增加加和和负负向向减减小小的的输入信号，电路有不同的阈值电平（输入信号，电路有不同的阈值电平（VT+和和VT-）。）。什么是什么是施密特触发器施密特触发器？施密特触发器施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。是具有滞后特性的数字传输门。第10页，共36页，编辑于2022年，星期一 逻辑符号逻辑符号同相传输同相传输反相传输反相传输 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第11页，共36页，编辑于2022年，星期一用用555构成的施密特触发器构成的施密特触发器 电路结构电路结构第12页，共36页，编辑于2022年，星期一QVR1VR2第13页，共36页，编辑于2022年，星期一2/3Vcc1/3VccvI0tvO0t（1）当）当vI1/3Vcc时，时，R=1，S=0，Q=1，vO=1；（2）当）当1/3Vcc vI2/3Vcc时，时，R=1，S=1，Q=1（保持），（保持），vO=1；（3）当）当 vI2/3Vcc时，时，R=0，S=1，Q=0，vO=0；（4）当）当1/3Vcc vI2/3Vcc时，时，R=1，S=1，Q=0（保持），（保持），vO=0；（5）当）当vI1/3Vcc时，时，R=1，S=0，Q=1，vO=1；原理分析原理分析+-C2S1/3VccvI+-C1R2/3VccvI 0vIvO第14页，共36页，编辑于2022年，星期一 主要参数主要参数1.阈值电平阈值电平正向阈值电压正向阈值电压 VT+=2/3Vcc负向阈值电压负向阈值电压 VT-=1/3Vcc2.回差电压回差电压=VT+VT-=1/3Vcc第15页，共36页，编辑于2022年，星期一1、用于波形变换、用于波形变换施密特触发器施密特触发器 应用举例应用举例vot0第16页，共36页，编辑于2022年，星期一2.用于用于脉冲整形、抗干扰脉冲整形、抗干扰第17页，共36页，编辑于2022年，星期一第18页，共36页，编辑于2022年，星期一3.用于用于脉冲鉴幅脉冲鉴幅第19页，共36页，编辑于2022年，星期一8.4 多谐振荡器多谐振荡器 什么是什么是多谐振荡器多谐振荡器？多谐振荡器是一种多谐振荡器是一种自激自激振荡器，在接通电源后，振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号，能自动地产生矩形脉冲。由于输不需要外加触发信号，能自动地产生矩形脉冲。由于输出的矩形波中含有很多谐波分量，故称它为出的矩形波中含有很多谐波分量，故称它为多谐振荡多谐振荡器器，又称，又称方波发生器方波发生器。第20页，共36页，编辑于2022年，星期一用用555构成的多谐振荡器构成的多谐振荡器 电路结构电路结构第21页，共36页，编辑于2022年，星期一 工作原理工作原理1.上上电电时时，vC=0=0，得得R=1，S=0，Q=1，T截止截止,vO O=1=1。3.当当vC 2/3Vcc时时，R=0，S=1，基基本本RS锁锁存存器器被被置置0，Q=0，T导导通，通，vO=0。2.当当Vcc通过通过R1、R2向向C充充电电，vC 逐渐上升逐渐上升;+-C2S1/3VccvI +-C1R2/3VccvI 第22页，共36页，编辑于2022年，星期一5.当当vC下下降降到到vC 1/3Vcc时时，R=1，S=0，RS 锁锁存存器器置置成成1态态，Q=1，T截止，截止，vO O=1=1。对电容对电容C充电又重新开始。充电又重新开始。4.电电容容C将将通通过过R2和和T放放电电，vC逐逐渐渐下降；下降；+-C2S1/3VccvI2+-C1R2/3VccvI1 第23页，共36页，编辑于2022年，星期一T1T2 工作波形工作波形 第24页，共36页，编辑于2022年，星期一2 2、振荡频率的估算、振荡频率的估算（1）电容充电时间）电容充电时间T1：（用三要素法计算）：（用三要素法计算）（2）电容放电时间电容放电时间T2（3）电容振荡周期）电容振荡周期 T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（4）电路振荡频率）电路振荡频率f（5）输出波形占空比）输出波形占空比q第25页，共36页，编辑于2022年，星期一 占空比任意可调的占空比任意可调的 多谐振荡器多谐振荡器 利利用用半半导导体体二二极极管管的的单单向向导导电电特特性性，把把电电容容C充充电电和和放放电电回回路路隔隔离离开开来来，再再加加上上一一个个电电位位器器，便便可可构构成成占占空空比比可可调调的的多多谐谐振振荡荡器。器。第26页，共36页，编辑于2022年，星期一占空比可变的多谐振荡器参数占空比可变的多谐振荡器参数 第27页，共36页，编辑于2022年，星期一 有两种状态：有两种状态：0 0态和态和1 1态，但态，但只有一种状态能长久保只有一种状态能长久保持持，故名，故名单单稳态触发器。稳态触发器。单稳态触发器的特点：单稳态触发器的特点：（1 1）有稳态和暂稳态两种状态；）有稳态和暂稳态两种状态；（2 2）平平时时处处于于稳稳态态，在在外外部部触触发发脉脉冲冲作作用用下下，由由稳稳态态进进入暂稳态；入暂稳态；（3 3）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态。）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态。8.5 单稳态触发器单稳态触发器什么是什么是单稳态触发器？单稳态触发器？第28页，共36页，编辑于2022年，星期一一一 用用555定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器 电路组成及工作原理电路组成及工作原理第29页，共36页，编辑于2022年，星期一（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态）无触发信号输入时电路工作在稳定状态 当当vI=1时，电路工作在稳定状态，即时，电路工作在稳定状态，即vO=0。（2）vI下降沿触发下降沿触发 当当vI下降沿到达时，下降沿到达时，vO由由0跳变为跳变为1，电路由稳态转入暂稳态。，电路由稳态转入暂稳态。（3）暂稳态的维持时间）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，三极管在暂稳态期间，三极管T截止，截止，VCC经经R向向C充电。充电。时间常数时间常数=RC，vC由由0V开始增大，在开始增大，在vC上升到上升到2/3VCC之前，电路保持暂稳态不变。之前，电路保持暂稳态不变。（4）自动返回（暂稳态结束）时间）自动返回（暂稳态结束）时间当当vC上升至上升至2/3VCC时，时，vO由由1跳变跳变0，三极管，三极管T由截止转为导通，由截止转为导通，电容电容C经经T迅速放电，电压迅速放电，电压vC迅速降至迅速降至0V，电路由暂稳态重新转入稳态。，电路由暂稳态重新转入稳态。（5）恢复过程）恢复过程当暂稳态结束后，电容当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的放电三极管通过饱和导通的放电三极管 T放电，时间常放电，时间常数数=RC，经过（，经过（35）后，电容后，电容C放电完毕，恢复过程结束。放电完毕，恢复过程结束。+-C2S1/3VccvI+-C1R2/3Vccvc 第30页，共36页，编辑于2022年，星期一vI0tvC0tvO0tTW2/3Vcc 工作波形工作波形不可重复触发不可重复触发暂稳态期间，触发脉冲暂稳态期间，触发脉冲不再起作用不再起作用第31页，共36页，编辑于2022年，星期一 主要参数估算主要参数估算(1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度Tw（用三要素法计算）（用三要素法计算）单稳态触发器输出脉冲宽度单稳态触发器输出脉冲宽度TW仅决定于定时元件仅决定于定时元件R、C的取值。的取值。（2）恢复时间）恢复时间tre（3）最高工作频率）最高工作频率fmax vI周期的最小值：周期的最小值：Tmin=tWtre 因此，单稳态触发器的最高工作频率应为因此，单稳态触发器的最高工作频率应为:tre（35）RC 第32页，共36页，编辑于2022年，星期一可重复触发可重复触发单稳态触发器单稳态触发器twtvO0tvI0tvC0第33页，共36页，编辑于2022年，星期一脉宽可调脉宽可调单稳态触发器单稳态触发器第34页，共36页，编辑于2022年，星期一单稳态触发器单稳态触发器应用应用 用于整形用于整形第35页，共36页，编辑于2022年，星期一 用于定时用于定时第36页，共36页，编辑于2022年，星期一