脉冲波形的产生与整形精选PPT.ppt
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1、脉冲波形的产生与整形第1页,此课件共96页哦6.1.1 脉冲产生电路和整形电路的特点脉冲产生电路和整形电路的特点 获得矩形脉冲的方法通常有两种:一种是用脉冲产生电路直接产生;另一种是对已有的信号进行整形,然后将它变换成所需要的脉冲信号。脉冲产生电路能够直接产生矩形脉冲或方波,它由开关元件和惰性电路组成,开关元件的通断使电路实现不同状态的转换,而惰性电路则用来控制暂态变化过程的快慢。典型的矩形脉冲产生电路有双稳态触发电路、单稳态触发电路和多谐振荡电路三种类型。6.1 概概 述述第2页,此课件共96页哦 双稳态触发电路具有两个稳定状态,两个稳定状态的转换都需要在外加触发脉冲的推动下才能完成。单稳态
2、触发电路只有一个稳定状态,另一个是暂时稳定状态,从稳定状态转换到暂稳态时必须由外加触发信号触发,从暂稳态转换到稳态是由电路自身完成的,暂稳态的持续时间取决于电路本身的参数。多谐振荡电路能够自激产生脉冲波形,它的状态转换不需要外加触发信号触发,而完全由电路自身完成。因此它没有稳定状态,只有两个暂稳态。第3页,此课件共96页哦 脉冲整形电路能够将其它形状的信号,如正弦波、三角波和一些不规则的波形变换成矩形脉冲。施密特触发器就是常用的整形电路,它有两个特点:能把变化非常缓慢的输入波形整形成数字电路所需要的矩形脉冲;有两个触发电平,当输入信号达到某一额定值时,电路状态就会转换,因此它属于电平触发的双稳
3、态电路。第4页,此课件共96页哦6.1.2 脉冲电路的基本分析方法脉冲电路的基本分析方法 图 6-1 RC开关电路 第5页,此课件共96页哦 开关转换的一瞬间,电容器上电压不能突变,满足开关定理UC(0+)=UC(0-)。暂态过程结束后,流过电容器的电流iC()为0,即电容器相当于开路。电路的时常数=RC,决定了暂态时间的长短。根据三要素公式,可以得到电压(或电流)随时间变化的方程为 如果U(tM)=UT,它是U(0+)和U()之间的某一转换值,那么从暂态过程的起始值U(0+)变到UT所经历的时间tM(见图6-2)可用下式计算:第6页,此课件共96页哦图 6-2 从U(0+)到UT所经历的时间
4、tM第7页,此课件共96页哦脉冲幅度:脉冲幅度:Um上升时间:上升时间:tr下降时间:下降时间:tf脉冲宽度:脉冲宽度:tw脉冲周期:脉冲周期:T第8页,此课件共96页哦6.2 多谐振荡器多谐振荡器6.2.1 自激多谐振荡器自激多谐振荡器第9页,此课件共96页哦第一暂稳态及自动翻转第一暂稳态及自动翻转第10页,此课件共96页哦第二暂稳态及自动翻转第二暂稳态及自动翻转第11页,此课件共96页哦振荡周期:振荡周期:第12页,此课件共96页哦6.2.2 石英晶体多谐振荡器第13页,此课件共96页哦石英晶体多谐振荡电路石英晶体多谐振荡电路UO1C起耦合作用,经晶体支路的反馈信号起耦合作用,经晶体支路的
5、反馈信号Ui1在频率在频率fo处与处与Uo1同相。则电同相。则电路振荡频率为路振荡频率为fo第14页,此课件共96页哦6.3 单稳态触发器单稳态触发器特点:特点:(1)电路只有一个稳态,另一个是暂稳态;)电路只有一个稳态,另一个是暂稳态;(2)在外加触发脉冲作用下,电路才能从稳态转到暂稳态,)在外加触发脉冲作用下,电路才能从稳态转到暂稳态,经一段时间之后,电路自动返回到稳态;经一段时间之后,电路自动返回到稳态;(3)暂稳态持续的时间取决于电路本身参数,与外加触发脉冲)暂稳态持续的时间取决于电路本身参数,与外加触发脉冲无关。无关。单稳态触发器广泛用于数字系统的脉冲整形,延时和定时单稳态触发器广泛
6、用于数字系统的脉冲整形,延时和定时等。等。第15页,此课件共96页哦6.3.1 门电路构成的单稳态触发器门电路构成的单稳态触发器 单稳态触发器的暂稳态通常由单稳态触发器的暂稳态通常由RC电路的充放电过程来维电路的充放电过程来维持。持。据据RC电路的不同接法,单稳态触发器分为微分型和积分型两电路的不同接法,单稳态触发器分为微分型和积分型两种。种。第16页,此课件共96页哦1.微分型单稳态触发器第17页,此课件共96页哦第18页,此课件共96页哦(1)工作原理)工作原理CMOS或非门电路:或非门电路:UOHUDD,UOL0,UTHUDD/2*稳态稳态:UO=0*暂态暂态:经微分电路经微分电路R1C
7、1 ,UI1为窄脉冲,为窄脉冲,上升到上升到UTH后,发生正反馈:后,发生正反馈:第19页,此课件共96页哦第20页,此课件共96页哦*由暂稳态自动返回稳态由暂稳态自动返回稳态:UR逐渐减小,当降至逐渐减小,当降至UR=UTH时,若触发脉冲已消失,则进入另时,若触发脉冲已消失,则进入另一个正反馈过程:一个正反馈过程:第21页,此课件共96页哦(2)参数估算)参数估算*输出脉冲幅度输出脉冲幅度Um:Um=UOH-UOLUDD*输出脉冲宽度输出脉冲宽度tw:第22页,此课件共96页哦*恢复时间恢复时间tre:*分辩时间分辩时间td:为保证电路正常工作所允许的两个相邻触发脉冲的时间间隔为保证电路正常
8、工作所允许的两个相邻触发脉冲的时间间隔第23页,此课件共96页哦2.积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器第24页,此课件共96页哦第25页,此课件共96页哦(1)工作原理)工作原理CMOS或非门电路:或非门电路:UOHUDD,UOL0,UTHUDD/2*稳态稳态:UO=0*暂态暂态:UO=UOHUI=0时,时,C的电压不能突变仍为的电压不能突变仍为0,UO=UOH,经积分电路经积分电路RC ,UI2为逐渐上升,上升到为逐渐上升,上升到UTH后,后,UO=UOL=0第26页,此课件共96页哦*输出脉冲宽度输出脉冲宽度tw:第27页,此课件共96页哦6.3.2 集成单稳态触发器集成单稳态触发器非重
9、复触发非重复触发:74121,74221,74LS221,74H123可重复触发可重复触发:74123,74LS123,74122,74LS122,14528第28页,此课件共96页哦74LS121集成单稳态触器集成单稳态触器电路组成电路组成第29页,此课件共96页哦输出脉冲宽度:输出脉冲宽度:第30页,此课件共96页哦6.3.3 单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用脉冲的整形脉冲的整形第31页,此课件共96页哦噪声的消除噪声的消除第32页,此课件共96页哦脉冲的定时脉冲的定时第33页,此课件共96页哦6.4 施密特触发器施密特触发器特点:特点:(1)电路内部有正反馈,可将边沿变化缓慢的信号波
10、形转换电路内部有正反馈,可将边沿变化缓慢的信号波形转换成边沿陡峭的矩形波;成边沿陡峭的矩形波;(2)属于电平触发,对于正向与负向增长的输入信号,电路属于电平触发,对于正向与负向增长的输入信号,电路的触发转换电平不同。的触发转换电平不同。第34页,此课件共96页哦6.4.1 门电路构成的施密特触发器门电路构成的施密特触发器第35页,此课件共96页哦1.正向过程正向过程正向触发阈值:正向触发阈值:第36页,此课件共96页哦2.负向过程负向过程负向触发阈值:负向触发阈值:第37页,此课件共96页哦第38页,此课件共96页哦3。电压传输特性。电压传输特性-滞回特性滞回特性回差电压:回差电压:第39页,
11、此课件共96页哦集成施密特触发器集成施密特触发器-74LS13,CT7413,CT7414,CC40106第40页,此课件共96页哦施密特触发器的主要应用:施密特触发器的主要应用:脉冲整形脉冲整形波形变换波形变换脉冲幅度鉴别脉冲幅度鉴别第41页,此课件共96页哦6.5 555 定时器定时器6.5.1 555 定时器的组成与功能定时器的组成与功能图图 6-23 555 定时器定时器(a)电路结构;电路结构;(b)引脚图引脚图 第42页,此课件共96页哦比较器C1的输入端U6(接引脚 6)称为阈值输入端阈值输入端-TH比较器C2的输入端U2(接引脚2)称触发输入端触发输入端-TR。第43页,此课件
12、共96页哦C1和和C2的的参参考考电电压压(电电压压比比较较的的基基准准)UR1和和UR2由由电电源源UCC经经三三个个5k的电阻分压给出。当控制电压输入端的电阻分压给出。当控制电压输入端UCO悬空时,悬空时,第44页,此课件共96页哦若若UCO外接固定电压,则外接固定电压,则 RD为为异步置异步置 0 端端,只要在,只要在RD端加入低电平,则基本端加入低电平,则基本RS触发器就置触发器就置 0,平时,平时RD处于高电平。处于高电平。第45页,此课件共96页哦 定定时时器器的的主主要要功功能能取取决决于于两两个个比比较较器器输输出出对对RS触触发发器器和和放放电电管管V1状态的控制。状态的控制
13、。当 时,比较器C1输出为 0,C2输出为 1,基本RS触发器被置 0,V1导通,Uo输出为低电平。第46页,此课件共96页哦当 时,C1输出为 1,C2 输出为 0,基本RS触发器被置 1,V1截止,Uo输出高电平。第47页,此课件共96页哦当 时,C1和C2输出均为 1,则基本RS触发器的状态保持不变,因而V1和Uo输出状态也维持不变。第48页,此课件共96页哦第49页,此课件共96页哦表表 6-2 555定时器功能表定时器功能表 第50页,此课件共96页哦1.多谐振荡器多谐振荡器 图图 6-24 用用 555 定时器构成的多谐振荡器定时器构成的多谐振荡器(a)电路图;电路图;(b)波形图
14、波形图 6.5.3 555 定时器的典型应用定时器的典型应用 第51页,此课件共96页哦 1)工作原理 多谐振荡器只有两个暂稳态。假设当电源接通后,电路处于某一暂稳态,电容C上电压UC略低于 ,Uo输出高电平,V1截止,电源UCC通过R1、R2 给电容C充电。随着充电的进行UC逐渐增高,但只要 ,输出电压Uo就一直保持高电平不变,这就是第一个暂稳态。第52页,此课件共96页哦 当电容C上的电压UC略微超过 时(即U6和U2均大于等于 时),RS触发器置 0,使输出电压Uo从原来的高电平翻转到低电平,即Uo=0,V1导通饱和,此时电容C通过R2和V1放电。随着电容C放电,UC下降,但只要 ,Uo
15、就一直保持低电平不变,这就是第二个暂稳态。当UC下降到略微低于 时,RS触发器置 1,电路输出又变为Uo=1,V1截止,电容C再次充电,又重复上述过程,电路输出便得到周期性的矩形脉冲。其工作波形如图6-24(b)所第53页,此课件共96页哦 2)振荡周期T的计算 多谐振荡器的振荡周期为两个暂稳态的持续时间,T=T1+T2。由图 6-24(b)UC的波形求得电容C的充电时间T1和放电时间2各为 因而振荡周期 第54页,此课件共96页哦 3)占空比可调的多谐振荡器 图 6-24X 占空比可调的多谐振荡器 第55页,此课件共96页哦 电容C的充电路径为UCCR1V1C地,因而T1=0.7R1C。电容
16、C的放电路径为CV2R2放电管V1地,因而T2=0.7R2C。振荡周期为 占空比为 第56页,此课件共96页哦 4)多谐振荡器应用举例 用两个多谐振荡器可以组成如图6-24A(a)所示的模拟声响电路。适当选择定时元件,使振荡器A的振荡频率fA=1Hz,振荡器B的振荡频率 fB=1kHz。由于低频振荡器A的输出接至高频振荡器B的复位端(4脚),当Uo1输出高电平时,B振荡器才能振荡,Uo1输出低电平时,B振荡器被复位,停止振荡,因此使扬声器发出 1kHz的间歇声响。其工作波形如图 6-24A(b)所示。第57页,此课件共96页哦图6-24A 用 555 定时器构成的模拟声响发生器(a)电路图;(
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