脉冲的产生和整形电路讲稿.ppt

关于脉冲的产生和整形电路2023/4/82023/4/8第一页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.1概述在数字电路中，时钟脉冲信号可以利用多谐震荡器产生或通过整形电路变换得到。整形电路分为两类，施密特触发器和单稳态触发器。矩形脉冲的性能指标。Umtrtf0.9Um0.5Um0.1UmtwT第二页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8脉冲周期T周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲间的时间间隔。有时也用频率f=1/T表示，f代表单位时间内脉冲重复的次数。脉冲幅度Um脉冲电压最大变化的幅值。脉冲宽度Tw从脉冲前沿0.5Um始，到脉冲后沿0.5Um止的一段时间。上升时间tr 脉冲从0.1Um上升到0.9Um所需的时间。下降时间tf 脉冲从0.9Um下降到0.1Um所需的时间。上述几个指标反映了一个矩形脉冲的基本特性。第三页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.2施密特触发器 施密特触发器能把变化缓慢的波形变换成矩形脉冲。输入电压上升的翻转电平为上限阀值电平UT+；输入电压下降的翻转电平为下限阀值电平UT-。两者的值不同，且UT+UT-。它们差称为回差电压。输入和输出为反向关系的施密特触发器为反向施密特触发器，输入和输出为同向关系的施密特触发器为同向施密特触发器。6.2.1 门电路构成的施密特触发器6.2.2 集成施密特触发器6.2.3 施密特触发器应用举例第四页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.2.1门电路构成的施密特触发器 下图(a)是用两个CMOS非门和电阻构成的施密特触发器，设UTVDD/2，且R1R2。11uIuou oR1R2G1G2uI(a)电路上限阀值电压 UT+=（1+R1/R2）UT下限阀值电压 UT-=（1-R1/R2）UT电路回差电压 U=UT+-UT-=2UTR1/R2第五页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8UT+UT-t tuOuI(b)波形图可见，电路输出的状态由输入电压的大小决定，改变R1和R2就可调节回差电压VT的大小。第六页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.2.2集成施密特触发器 TTL集成施密特触发器有：74LS14，74132，7413等。性能如下表：型号Tpd（ns）Pw（mW）UT（V）74141525.50.874LS132158.80.8741316.58.750.8表6.2.1 TTL集成施密特触发器CMOS集成施密特触发器有：CD40106，CD4093和CD4584等。第七页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.2.3施密特触发器应用举例1.脉冲整形电路 在数字测量和控制系统中，由传感器送来的信号波形边沿较差，利用施密特电路可以对这些信号进行整形。将边沿较差或畸变脉冲uI作为施密特电路的输入，其输出uO为矩形波。t脉冲整形波形图tttuIuOuIuOUT+UT-UT+UT-第八页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/82.脉冲变换电路 施密特电路在状态转换速度极快输出的矩形波的前后沿总是很陡峭。利用这一特点，施密特电路可以把变化比较缓慢的正弦波、三角波等变换成矩形脉冲信号。uIuOVDDUT+UT-VDDtt一种变换波形图第九页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/83.3.鉴幅电路鉴幅电路 在一串幅度不相等的脉冲信号 中，如果要剔除幅度不够大的脉冲，此时可利用施密特触发器。右图示出在施密特触发器的输入端送入一串幅度不等的脉冲时相应的输出波形。uIuO鉴幅电路UT+UT第十页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8 施密特触发器有同相传输和反相传输两种电路施密特触发器有同相传输和反相传输两种电路 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施密特触发器施密特触发器 0OvIvOHVOLV?TV?TV第十一页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8施密特触发器施密特触发器 施密特触发器特点：施密特触发器特点：（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）对对于于正正向向和和负负向向增增长长的的输输入入信信号号，电电路路有有不不同同的的阈阈值值电电平平（VT+和和VT-）。）。第十二页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8施密特触发器施密特触发器 应用举例应用举例 脉冲变换脉冲变换 脉冲整形脉冲整形第十三页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8施密特触发器施密特触发器 应用举例应用举例 脉冲鉴幅脉冲鉴幅tt00OvtvV6T?VV2T?V 构成多谐振荡器构成多谐振荡器第十四页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.3.1 门电路构成的单稳态触发器6.3.2 集成单稳态触发器6.3.3 单稳态触发器的应用举例第十五页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8微分电路（高通滤波电路）输出电压与电流成微分关系微分电路（高通滤波电路）输出电压与电流成微分关系 微、积分电路微、积分电路 第十六页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8 当微分电路输入方波信号时，输出波形应如何？当微分电路输入方波信号时，输出波形应如何？设设RCTW 补充微积分电路补充微积分电路 第十七页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8积分电路积分电路概概 述述 第十八页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.3单稳态触发器在触发脉冲的作用下，单稳态触发器从稳态翻转到暂稳态，经过时间tw后又自动翻回稳态，并在输出端产生一个宽度为tw的矩形脉冲。单稳态触发器通常由门电路和RC电路元件组成。暂稳态的时间取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度无关。单稳态触发器常用于数字系统的整形、延时和定时电路中。第十九页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.3.1用门构成的单稳态触发器1.微分型微分型单稳态单稳态电路的组成电路的组成 门1的输出经微分电路RC接到门2的输入端，门2的输出直接耦合到门1的输入端。应选R tw，为使单稳电路能按要求自动返回，则应通过微分电路RPCP再输入到与非门1，如下图6.3.2所示。门3改善了输出波形，起反相和整形的作用。&1CPRPG1G2uO2uO1G3CRuI图6.3.2 输入带微分环节的单稳态触发器第二十四页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.3.2集成单稳态触发器 由于单稳态触发器在数字系统中应用十分普遍，目前已有各种单片集成电路。TTL系列的有74121、74122、74123等；CMOS系列的有4098、4528、4538等。这些器件只要外接很少的电阻和电容，就可构成单稳态触发电路。使用起来非常方便。第二十五页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/874121是在普通微分型单稳态触发器的基础上附加输入控制电路和输出缓冲级而形成的。1.TTL1.TTL集成单稳态触发器（集成单稳态触发器（74121）图6.3.3 单稳态触发器74121的的逻辑图&11111BG1G2G3G4G5G6G7G8G9输入控制电路微分型单稳态触发器输出缓冲级&QCextRextVCC第二十六页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8输出脉冲宽度 可由下式估算(推导略)通常 值取在2K30K。值取在10 10uF之间，得到的 范围可达20ns 200ms。DM74121:30ns 28s 另外，74121内部2K电阻 可代替 。门G5、G6、G7和外接电阻 电容 组成的电路是一个用或非或非门构成的微分型单稳态触发器，它由G4给出的正脉冲触发，而输出脉冲宽度则由 和 决定。门G1G4组成输入控制电路，用于实现上升沿与下降沿触发控制。输出缓冲级由G8和G9组成，用于提高电路的负载能力。内部电路不需要掌握内部电路不需要掌握第二十七页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8集成单稳态触发器（集成单稳态触发器（74121）功能表）功能表第二十八页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8 两种不同接法两种不同接法正脉冲触发负脉冲触发集成单稳态触发器集成单稳态触发器使用内部电阻使用外部电阻第二十九页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/82.CMOS集成单稳态触发器45384538的符号图如图6.3.7(a)所示(a)符号图 (b)管脚图 图6.3.7 集成单稳态触发器45381891645384538是CMOS精密单稳态触发器。由于采用了线性精密单稳态触发器。由于采用了线性CMOSCMOS技术，可得到高精度的输出脉冲宽度。技术，可得到高精度的输出脉冲宽度。ABCR第三十页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.3.3单稳态触发器的应用举例1 1 脉冲的整形脉冲的整形脉冲的整形脉冲的整形图6.3.9 脉冲整形uIuOVCC B Q A1 A2uOcxCx/RXu1第三十一页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8单稳态触发器单稳态触发器应用应用 用于定时用于定时(或延时、脉冲拓宽或延时、脉冲拓宽)B第三十二页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8回答问题：以下题目本身是否有问题？(9)TTL集成单稳态电路的暂稳态时间tW为_。(10)CMOS精密单稳态触发器的暂稳时间tW为_第三十三页，讲稿共五十四页哦6.3.2 6.3.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器集成单稳态触发器集成单稳态触发器一、非重复触发单稳态触发器一、非重复触发单稳态触发器 74121非重复触发非重复触发 只能在稳态接受输入信号。只能在稳态接受输入信号。1.图形符号图形符号 11&TRATRBTR+RintCextRICXRX/CXRext/Cext 下降沿触发输入下降沿触发输入上升沿触发输入上升沿触发输入非重复触发非重复触发外接定时外接定时电阻、电容电阻、电容VCC内接接定时电阻引出端内接接定时电阻引出端第三十四页，讲稿共五十四页哦二、可重复触发单稳态触发器二、可重复触发单稳态触发器 74122可重复触发可重复触发 在暂稳态期间在暂稳态期间,能够接受新的触发信号。能够接受新的触发信号。1.图形符号图形符号1TRATRBTR+ARintCextRICXRX/CXRext/Cext&RTR+BRD直接复位直接复位可重复触发可重复触发第三十五页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.4多谐振荡器 多谐振荡器是一种无稳态电路，它在接通电源以后，不需外加触发信号，就能自动地不断来回翻转，产生矩形脉冲。由于输出的矩形波中含有很多谐波分量，故通常将它称为多谐振荡器，又称方波发生器。6.4.1 门电路构成的多谐振荡器6.4.2 石英晶体多谐振荡器第三十六页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.4.1集成门电路构成的多谐振荡器 图6.4.1表示用三个集成非门构成的方波发生器。这些门组成一个环形，所以称为环形振荡器环形振荡器。它是利用门电路的时延tpd来产生方波振荡的。1图6.4.1环型振荡器11uOuI图6.4.2 环行单稳态的波形uIuOuFtpd2tpd第三十七页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8 电路组成及工作原理电路组成及工作原理11G2G1RCvO1vO2vI1由门电路构成多谐振荡器由门电路构成多谐振荡器（1）设电路的初态为设电路的初态为vO1=1,vO2=0，这种状态下不可能持久维持；，这种状态下不可能持久维持；1 10 00 01 1（2）通过）通过vO1RCvO2向向C充电，使充电，使vI1不断上升；不断上升；（3）当）当vI1VT时，时，G1输出低电平，输出低电平，G2输出高电平，即输出高电平，即vO1=0，vO2=1。第三十八页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8 工作原理工作原理11G2G1RCvO1vO2vI1由门电路构成多谐振荡器由门电路构成多谐振荡器（4）vO1=0，vO2=1这个状态也不能持久；这个状态也不能持久；1 10 00 01 1（5）通过）通过vO2CRvO1对电容对电容C反向充电，反向充电，vI1逐步减少；逐步减少；（6）当）当vI1VT时，时，G1输出高电平，输出高电平，G2输出低电平，即又回到输出低电平，即又回到vO1=1，vO2=0的状态。的状态。（7）周而复始产生方波。）周而复始产生方波。第三十九页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8 工作波形工作波形11G2G1RCvO1vO2vI1由门电路构成多谐振荡器由门电路构成多谐振荡器 T1T2tvO10tvO20vI1t0T1、T2的计算公式请同学自己推导。的计算公式请同学自己推导。UT第四十页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.4.2石英晶体多谐振荡器1.1.石英晶体的基本特性石英晶体的基本特性石英晶体的符号如图6.4.4所示。频率稳定性能达到10-510-8，高质量石英晶体振荡器，频率稳定性可达10-11。QR图6.4.4石英晶体的电路符号2.CMOS石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器 图6.4.5所示为方波发生器的简化电路，其中虚线以上部分制作在集成电路内，而石英谐振器QR及C1、C2为外接分立元件。在有些集成电路中，C2也做在芯片内。G1RQRC1C21uO图6.4.5石英晶体多谐振荡器 第四十一页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.5555定时器及其应用555定时器是一种中规模集成电路，目前在仪器、仪表和自动化控制装置中应用很广。它可组成定时、延时和脉冲调制等各种电路。本节先简单介绍该定时器内部电路原理和参数，然后着重介绍由它组成的施密特电路、单稳态电路和多谐振荡电路。6.5.1 555定时器 6.5.2 555构成的施密特触发器6.5.3 555构成的单稳态触发器6.5.4 555构成的多谐振荡器第四十二页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.5.1555定时器图6.5.1 NE555集成定时器1+OUT5627VCCTHC-UDIS31+GNDOUT C-U TH DIS VCC第四十三页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8表6.5.1 555功能表不变TH OUTDISLL导通HL导通H不变HH截止1+OUT5627VCCTHC-UDIS31+当当2个触发信号高于其域值电压，基本个触发信号高于其域值电压，基本RS触发触发器清器清0，输出为，输出为0；当触发端处于功能表第三行，当触发端处于功能表第三行，RS触发端均触发端均无效，输出不变；无效，输出不变；当同相端触发信号低于其域值电压，基当同相端触发信号低于其域值电压，基本本RS触发器置触发器置1，输出为，输出为1。第四十四页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.5.2用555构成的施密特触发器 VDD RDTH OUTTR C-UuOVDDuI图6.5.2 555构成的施密特电路 ttuIuOVDD图6.5.3 三角波变换矩形波电路 uOuIUTLUTH图6.5.4 回差特性UT+=UT=2VDD/3UT=UTL=VDD/3UT=VDD/3第四十五页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.5.3用555构成的单稳态触发器图6.5.5 555构成的单稳态触发器及工作波形(a)电路图VDD RDTHTRDISC-UOUTVDDGNDuOuICR(b)工作波形VDD/32VDD/3tw充电放电uIuCuOt图6.5.5 555构成的单稳态触发器及工作波形tttw=1.1RC第四十六页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8应用：丢失脉冲检测器ui为连续脉冲输入端，信号周期比该单稳电路的脉宽窄为连续脉冲输入端，信号周期比该单稳电路的脉宽窄第四十七页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/86.5.4用555构成的多谐振荡器图6.5.6 555定时器构成的多谐振荡器及工作波形（a）电路图 VDD RD DIS OUTTR 555TH C-U GND R1R2CuCuOVDD（b）波形图ttt1t2t3t4T1T2uCuO图6.5.6 555定时器构成的多谐振荡器及工作波形第四十八页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8充电时间T1为：T1=(R1+R2)C ln2=0.693(R1+R2)C (6.5.3)放电时间T2为:T2=R2C ln2=0.693R2C (6.5.4)频率f为:f=1/(T1+T2)=1.44/(R1+2R2)C (6.5.5)占空比为:q=T1/T=T1/(T1+T2)=(R1+R2)/(R1+2R2)50%(6.5.6)如果R1R2，则占空比接近于1，此时，uC近似地为锯齿波。第四十九页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8占空比可调的多谐振荡器占空比可调的多谐振荡器如图6.5.7所示。图中，T1=0.693RAC，T2=0.693RBC，因此输出脉冲占空比q=T1/(T1+T2)=RA/(RA+RB)0.01FVCCRDDISTHTRuOOUTC-UGNDRARBCD2D1555VCC图6.5.7 占空比可调的多谐振荡器第五十页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8 思考题思考题用用555构成的多谐振荡器构成的多谐振荡器如图所示是一个由如图所示是一个由555定时器构成的防盗报警电路，定时器构成的防盗报警电路，a、b两端被一细铜丝接通，此铜丝置于盗窃者必经两端被一细铜丝接通，此铜丝置于盗窃者必经之路，当盗窃者闯入室内将铜丝碰断后，扬声器即之路，当盗窃者闯入室内将铜丝碰断后，扬声器即发出报警声。说明本报警电路的工作原理。发出报警声。说明本报警电路的工作原理。第五十一页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/81.施施施施密密密密特特特特触触发发器器具具有有两两个个稳稳态态、单单稳稳态态触触发发器器具具有有一一个个稳稳态，而多谐振荡器没有稳态。态，而多谐振荡器没有稳态。3.无无论论电电路路的的具具体体结结构构如如何何，凡凡是是含含有有RC元元件件的的脉脉冲冲电电路路，分分析析的的关关键键就就是是电电容容的的充充放放电电，而而关关键键连连接接点点就就是是与电容相连的端子。与电容相连的端子。2.555定定时时器器是是一一种种应应用用广广泛泛的的集集成成电电路路，它它是是早早期期模模拟拟电电路和数字电路结合的典范。路和数字电路结合的典范。小小 结结 第五十二页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8作作 业业6.26.46.1教材教材171171页页7.266.56.76.9第五十三页，讲稿共五十四页哦2023/4/82023/4/8感感谢谢大大家家观观看看第五十四页，讲稿共五十四页哦