第7章脉冲产生电路与整形(h).ppt
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1、内容提要内容提要 u矩形脉冲波形的主要参数矩形脉冲波形的主要参数u 施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的电路结施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的电路结构、工作原理和主要参数的计算构、工作原理和主要参数的计算u 555定时器的结构及工作原理定时器的结构及工作原理u 555定时器应用定时器应用u 施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的应用施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的应用数字电子技术基础实用教程数字电子技术基础实用教程双双 语语 对对 照照矩形脉冲矩形脉冲 rectangular pulse整形电路整形电路 shaping circuit波形产生电路波形产生电路 wavefo
2、rm generation circuit施密特触发器施密特触发器 schmitt trigger单稳态触发器单稳态触发器 monostable multivibrator稳态稳态 stable state暂稳态暂稳态 quasi-stable state可重复触发可重复触发 retriggerable多谐振荡器多谐振荡器 astable multivibrator石英晶体振荡器石英晶体振荡器 crystal oscillator555定时器定时器 555 timer占空比占空比 duty cycle 在数字系统中处理的信号都是二进制的数字信号,在数字系统中处理的信号都是二进制的数字信号,矩形
3、脉冲常作为时钟控制信号来使用,输出逻辑值为矩形脉冲常作为时钟控制信号来使用,输出逻辑值为1对应高电平,输出逻辑值为对应高电平,输出逻辑值为0对应低电平。对应低电平。描述矩形波的主要参数:描述矩形波的主要参数:1.脉冲脉冲周期周期T2.脉冲频率脉冲频率f3.脉冲幅度脉冲幅度Vm4.上升时间上升时间tr5.脉冲脉冲下降时间下降时间tf 6.宽度宽度tm7.1矩形脉冲的特性参数矩形脉冲的特性参数7.占空比占空比q7.2 几种脉冲产生与整形单元电路几种脉冲产生与整形单元电路 在数字系统中,常常需要不同宽度、不同幅值在数字系统中,常常需要不同宽度、不同幅值和不同形状的脉冲信号,如时序电路中的时钟脉冲。和
4、不同形状的脉冲信号,如时序电路中的时钟脉冲。获取矩形脉冲的方法:获取矩形脉冲的方法:()通过整形电路获取()通过整形电路获取 通过整形电路通过整形电路(shaping circuit)获取,如用施密特获取,如用施密特触发器和单稳态触发器将已有的周期性变化的波形进触发器和单稳态触发器将已有的周期性变化的波形进行整形,产生矩形脉冲。行整形,产生矩形脉冲。()通过脉冲产生电路获取()通过脉冲产生电路获取 通过脉冲波形产生电路通过脉冲波形产生电路(waveform generation circuit)获取,如多谐振荡器可以直接产生矩形脉冲。获取,如多谐振荡器可以直接产生矩形脉冲。7.2.1 施密特触
5、发器施密特触发器(Schmitt trigger)1.施密特触发器特性及符号施密特触发器特性及符号:具有回差具有回差(backlash)电压特性,能将边沿变化缓慢电压特性,能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。(1)具有两个稳态,是一种双稳态触发器。高电平)具有两个稳态,是一种双稳态触发器。高电平,低电平。,低电平。(2)两个稳态之间的转换都需要外加触发信号。)两个稳态之间的转换都需要外加触发信号。(3)有两个阈值)有两个阈值和和。两者之差称为两者之差称为回差,用回差,用表示,输入信号和输出信号的表示,输入信号和输出信号的这种传输特性叫滞回特性
6、。这种传输特性叫滞回特性。(4)电路状态转换时有正反馈过程,使输出)电路状态转换时有正反馈过程,使输出波形边沿变陡。波形边沿变陡。主要静态参数主要静态参数(1)上上限限阈阈值值电电压压(upper threshold)VT+:VI上上升升过过程程中中,输输出出电电压压VO由由高高电电平平VOH跳跳变变到到低低电电平平VOL时时,所对应的输入电压值。所对应的输入电压值。(2)下下限限阈阈值值电电压压(lower threshold)VT :VI下下降降过过程程中中,VO由由低低电电平平VOL跳跳变变到到高高电电平平VOH时时,所所对对应的输入电压值。应的输入电压值。(3)回差电压回差电压VT:V
7、T=VT+VT电路的工作波形及传输特性电路的工作波形及传输特性7.2.2 单稳态触发器单稳态触发器monostable multivibrator 1.1.单稳态触发器特性及分类单稳态触发器特性及分类 单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点:单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点:()它有一个稳态和一个暂稳态两个不同的工()它有一个稳态和一个暂稳态两个不同的工作状态;作状态;()在外界触发脉冲作用下,能从稳态翻转到()在外界触发脉冲作用下,能从稳态翻转到暂稳态,在暂稳态维持一段时间以后,再自动暂稳态,在暂稳态维持一段时间以后,再自动返回稳态;返回稳态;()暂稳态维持时间的长短取决于电路本身
8、的()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。参数,与触发脉冲的宽度和幅度无关。什么叫什么叫“单稳态触发器单稳态触发器”?X触发脉冲触发脉冲X输出脉冲输出脉冲Y稳态稳态自动返回稳态自动返回稳态暂稳态暂稳态触发沿触发沿Y稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态由外界触发由外界触发自动返回自动返回问题问题:为什么为什么可以自动返回可以自动返回?在在“暂稳态暂稳态”上停留的时间上停留的时间有多有多长长?该时间由什么决定该时间由什么决定?分析的关键点分析的关键点:1.1.找出稳态、暂态(即触发沿的性质)找出稳态、暂态(即触发沿的性质)2.2.触发脉冲和输出脉冲的脉宽关
9、系触发脉冲和输出脉冲的脉宽关系(1)按照触发沿类型分类,分为正脉冲触发(也称按照触发沿类型分类,分为正脉冲触发(也称上升沿触发)和负脉冲触发(也称下降沿触发)上升沿触发)和负脉冲触发(也称下降沿触发)(2)按照触发脉冲与输出脉冲的脉宽大小对比分类,按照触发脉冲与输出脉冲的脉宽大小对比分类,分为窄脉冲触发和宽脉冲触发分为窄脉冲触发和宽脉冲触发(3)按照触发脉冲与输出脉冲的相位关系对比分类,按照触发脉冲与输出脉冲的相位关系对比分类,分为同相触发和反相触发分为同相触发和反相触发(4)按照触发的重复性分类,分为不可重复触发和按照触发的重复性分类,分为不可重复触发和可重复触发可重复触发分类分类单稳的触发
10、类型:单稳的触发类型:正正脉脉冲冲触触发发负负脉脉冲冲触触发发窄脉冲触发窄脉冲触发宽脉冲触发宽脉冲触发输出负脉冲输出负脉冲2.集成单稳态触发器集成单稳态触发器1)不可重复触发单稳态触发器)不可重复触发单稳态触发器-74121、4528、4538集成单稳态触发器集成单稳态触发器74121的外部连接方法的外部连接方法(a)使用外接电阻)使用外接电阻Rext(下降沿触发)(下降沿触发)(b)使用内部电阻)使用内部电阻Rint(上升沿触发)(上升沿触发)(1)触发方式)触发方式3个触发输入端,个触发输入端,A1、A2和和B,两,两个互补输出端。个互补输出端。A1、A2为下降沿触发端,为下降沿触发端,B
11、为上为上升沿触发端,所以可上升沿触发,升沿触发端,所以可上升沿触发,也可下降沿触发。也可下降沿触发。有两个互补输出,所以可同相输出,有两个互补输出,所以可同相输出,也可反相输出。也可反相输出。要求输入脉冲的宽度比输出脉宽窄,要求输入脉冲的宽度比输出脉宽窄,是窄脉冲触发。是窄脉冲触发。由此可知,是既可上升沿又可下降由此可知,是既可上升沿又可下降沿窄脉冲触发并能互补输出且不沿窄脉冲触发并能互补输出且不可重复触发的单稳态触发器。可重复触发的单稳态触发器。74121功能表功能表(2)定时方式:)定时方式:u定时电容应接在、脚之间定时电容应接在、脚之间u定时电阻定时电阻R有两种选择方式:有两种选择方式:
12、l内部脉宽定时:用片内定时电阻(内部脉宽定时:用片内定时电阻(),将),将脚接至脚(电源)脚接至脚(电源)l外部脉宽定时:在外部脉宽定时:在11脚和脚和14脚间外接电阻。输出脉脚间外接电阻。输出脉冲宽度(冲宽度(0.7RC)2)可重复触发单稳态触发器)可重复触发单稳态触发器-74123、MC1452874121的外接引线图的外接引线图 7.2.3多谐振荡器多谐振荡器1.多谐振荡器的特性及符号多谐振荡器的特性及符号 多谐振荡器是无稳态电路,只有两个暂稳多谐振荡器是无稳态电路,只有两个暂稳态,在没有输入的作用下,只靠直流电源供态,在没有输入的作用下,只靠直流电源供电,就能在两个暂稳态之间来回变换,
13、输出电,就能在两个暂稳态之间来回变换,输出具有高、低电平的脉冲波形。具有高、低电平的脉冲波形。2.石英晶体振荡器的符号与选频特性石英晶体振荡器的符号与选频特性3.石英晶体多谐振荡器石英晶体多谐振荡器输出输出32768HZ的石的石英晶体多谐振荡器英晶体多谐振荡器 7.3 555定时器定时器(555 timer)及应用及应用1.555定时器的电路结构定时器的电路结构由以下几部分组成:由以下几部分组成:(1)三个阻值为)三个阻值为5K的电阻组成的分压器。的电阻组成的分压器。(2)两个电压比较器)两个电压比较器C1和和C2。(3)基本基本SR锁存器锁存器(4)放电三极管)放电三极管T及缓冲器及缓冲器G
14、。555定时器逻辑符号定时器逻辑符号7.3.1 5557.3.1 555定时器定时器(1)三个阻值为)三个阻值为5K的电阻组成的分压器。的电阻组成的分压器。(2)两个电压比较器)两个电压比较器C1和和C2。(3)基本)基本SR锁存器锁存器(4)放电三极管)放电三极管T及缓冲器及缓冲器G。电压比较器的功能:电压比较器的功能:V+V,VO=“1”V+V,VO=“0”C电压比较器的符号电压比较器的符号集成运集成运放放电压比较器电压比较器(voltage comparator):&1DIS高触发端高触发端控制电压控制电压低触发端低触发端放电端放电端C1C2VCOvI1(TH)vI2(TR)vo8456
15、2713VCCRDvR1vR2G1G2G3G4uC1uC2QQ2.555定时器的工作原理定时器的工作原理2.工作原理工作原理1)直接复位,)直接复位,当当RD为低电平时,不管其他输入端的为低电平时,不管其他输入端的状态如何,输出状态如何,输出vo为低电平。正常工作时,应将其为低电平。正常工作时,应将其接高电平。接高电平。2 2)两个触发端与输出的关系)两个触发端与输出的关系 2脚为低触发端,脚为低触发端,6脚为高触发端,两端的电位高脚为高触发端,两端的电位高低控制比较器低控制比较器C1和和C2的输出,从而控制的输出,从而控制SR锁存器,锁存器,决定输出状态。决定输出状态。3)5脚为电压控制端,
16、当其悬空时,比较器脚为电压控制端,当其悬空时,比较器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。555定时器的功能表定时器的功能表输输 入入输出输出触发端触发端TH 触发端触发端TR复位端复位端R输出输出vo放电管放电管T的状态的状态 0 0 导通导通10导通导通11截止截止1不变不变不变不变当管脚当管脚5(VCO)有外接电压时,比较器的参考电压将发有外接电压时,比较器的参考电压将发生改变:管脚生改变:管脚6(TH)的参考电压为的参考电压为VCO,管脚,管脚2(TR)的的参考电压为参考电压为1/2VCO。7.3.2 555定时器的应用定时器的应用1.1.构成施密
17、特触发器构成施密特触发器1.1.构成施密特触发器构成施密特触发器 输入端接法输入端接法:将将555定定时器的高、低触发端时器的高、低触发端6、2引脚接在一起作为输入引脚接在一起作为输入端。端。输出端:输出端:从从3引脚输出。引脚输出。该电路具有反相输出施密该电路具有反相输出施密特触发特性。特触发特性。1)电路结构特点)电路结构特点2)工作原理)工作原理(1)时,输入电压均低于时,输入电压均低于两个阈值,输出为高电平;两个阈值,输出为高电平;(2)当)当0 时,输入时,输入电压均低于两个阈值,输出电压均低于两个阈值,输出也为高电平;也为高电平;(3)当)当 2/3VCC时,时,VC1=0。找稳态
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